第8.3節(jié) 電磁波的傳播和接收（解析版）

第八章·電磁振蕩與電磁波第3節(jié)電磁波的傳播和接收◎目標導航學問要點難易度1．電磁波的傳播規(guī)律：波速=波長×頻率2．地波、天波、空間波3．電磁波和聲波的區(qū)分4．電磁波的接收：電諧振★★★★★★★◎?qū)W問精講一、電磁波的特性1．電磁波的形成周期性變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠傳播，形成電磁波．2．電磁波的特點(1)電磁波的傳播不需要介質(zhì)．在真空中傳播速度等于光速c＝3×108m/s.(2)電磁場儲存電磁能，電磁波的放射過程就是輻射能量的過程．(3)只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波．(4)電磁波是電磁場在空間中的傳播，電磁場是一種客觀存在的物質(zhì)——場物質(zhì)．3．電磁波的波速：λ表示電磁波的波長、f表示頻率、c表示波速，則有c＝λf.4.電磁波與機械波的比較名稱項目電磁波機械波產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必需有介質(zhì)(真空中不能傳播)波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點由介質(zhì)和頻率打算，真空光速(c＝3×108m/s)僅由介質(zhì)打算不同介質(zhì)頻率不變頻率不變介質(zhì)中波速與頻率、波長有關。同種介質(zhì)，v紅>v紫（色散的緣由）與頻率、波長無關能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式v＝λf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象二、無線電波的傳播方式在無線電通信中使用的電磁波稱為無線電波。依據(jù)波長或頻率的范圍，通常把無線電波分為長波、中波、短波等，其參數(shù)和用途如表所示。無線電波的波長差別很大，其衍射和反射力量也各不相同，相應地有三種傳播方式：地波（地面?zhèn)鞑ィ?、天波（電離層反射傳播）和空間波（直線傳播）定義波段距離用途示意圖地波沿地球表面空間傳播的無線電波長波、中波、中短波幾百千米通訊、廣播天波依靠電離層的反射來傳播的無線電波中波、中短波、短波幾千千米廣播空間波從放射點經(jīng)空間直線傳播到接收點的無線電波微波全世界電視、雷達、導航三、無線電波的接收1．無線電波的接收無線電波的接收過程是：調(diào)諧電路利用電諧振的原理接收所需的電磁波，再通過檢波器檢波得到電磁波所攜帶的信號．（1）當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫電諧振．（2）使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧．（3）把信號加到高頻電路中的過程叫調(diào)制；從接收到的高頻電路中“檢出”所攜帶信號的過程叫叫解調(diào)，它是調(diào)制的逆過程．常見的調(diào)制方法由兩種：調(diào)幅（簡稱AM）和調(diào)頻（簡稱FM）2．電視的基本原理在電視放射端，由攝像管攝取景物并將反射的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕倪^程就叫攝像，這個過程由攝像管完成．在電視接收端，由電視接收機的顯像管把電信號還原成景物的像，這一過程中要進行調(diào)諧、檢波等過程．電視信號的傳播主要通過無線傳播．3．雷達的基本原理雷達是用電磁波來判定物體位置的電子設備．雷達向某一方向放射電磁波時，在顯示器的熒光屏上呈現(xiàn)放射的尖形波，無線電波遇到障礙物反射回來，被雷達接收，在顯示器的熒光屏上消滅其次個尖形波，依據(jù)兩個尖形波的距離，可得到障礙物到雷達的距離，再依據(jù)放射電磁波的方向和仰角，便可判定障礙物的位置．利用多普勒效應可測出移動物體的速度．雷達是利用電磁波的微波段工作的．◎例題精講例1.（多選）下列說法正確的是（）A．放射出去的無線電波，可以傳播到無限遠B．無線電波遇到導體，就可在導體中激起同頻率的振蕩電流C．波長越短的無線電波，越接近直線傳播D．移動電話也是通過無線電進行通訊的【答案】BCD【解析】電磁波向外傳播過程中是有能量損失的，這就是為什么邊遠山區(qū)收不到電視節(jié)目的緣由，A錯誤；由電磁感應規(guī)律知B正確；當波長較大時，發(fā)生衍射現(xiàn)象而繞過障礙物，而波長較小時，接近直線傳播，C正確；移動電話的發(fā)送和接收信號用的都是電磁波，D正確。例2.（多選）目前雷達放射的電磁波頻率多在至的范圍內(nèi)．下列關于雷達和電磁波說法正確的是（）A．真空中上述雷達放射的電磁波的波長范圍在至之間B．電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C．測出從放射電磁波到接收反射波的時間間隔可以確定雷達和目標的距離D．波長越短的電磁波，反射性能越強【答案】ACD【解析】由v＝λf可知至的頻率范圍對應的波長是至，A正確；電磁波是由不均勻變化的電場和磁場相互激發(fā)產(chǎn)生，B錯誤；由S=vt可知，v為光速，測出t，即可算出雷達和目標距離，C正確；波長越短，粒子性越強（波長越長，波動性越強），簡潔反射，D正確。例3.關于電磁波傳播速度的表達式v＝λf，下列結(jié)論中正確的是（）A．電磁波的傳播速度只與傳播介質(zhì)有關 B．同一種介質(zhì)中，頻率越高，傳播速度就越大 C．放射能量越大，傳播速度就越大 D．同一種介質(zhì)中，波長越長，傳播速度就越大【答案】D【解析】傳播速度與介質(zhì)和頻率有關，與能量無關，AC錯誤。同種介質(zhì)，頻率越高，波長越短，波速越小，B錯誤，D正確。例4.（多選）下列說法正確的是（）A．LC振蕩回路中，振蕩電流相鄰兩次為零的時間間隔等于振蕩周期的一半B．LC振蕩回路中，振蕩電流為零時，電場能為零C．在電磁波接收過程中，把聲音信號或圖像信號從高頻電流中還原出來的過程叫調(diào)制D．電視信號的放射、接收過程為：景物→電信號→電磁波→電信號→圖像【答案】AD【解析】AB．LC振蕩回路中，振蕩電流相鄰兩次為零的時間間隔等于振蕩周期的一半，振蕩電流為零時，電容器所帶電荷量最大，電場能最大，A正確，B錯誤；C．在電磁波接收過程中，把聲音信號或圖像信號從高頻電流中還原出來的過程叫解調(diào)，C錯誤；D．由無線電波的放射、接收過程知，D正確。故選AD。例5.在波長分別為290m、397m、566m的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756kHz時；(1)哪種波長的無線電波在收音機激起的感應電流最強？(2)假如想接收到波長為290m的無線電波，應當把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋進一些，還是旋出一些？【答案】(1)波長為397m的無線電波；(2)旋出一些?！窘馕觥?1)依據(jù)公式f＝得f1＝＝Hz≈1034kHz，f2＝＝Hz≈756kHz，f3＝＝Hz≈530kHz.所以波長為397m的無線電波在收音機中激起的感應電流最強．(2)要接收波長為290m的無線電波，即波長變小，則頻率變大，所以應增大調(diào)諧電路的固有頻率，由于f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，因此，應把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋出一些，減小面積S，通過減小電容達到增大調(diào)諧電路固有頻率的目的．◎鞏固練習1．電磁波和機械波具有的共同性質(zhì)是（）A．都是橫波 B．都能夠傳輸能量 C．傳播都需要介質(zhì) D．在介質(zhì)中的傳播速度都與波的頻率有關【答案】B【解析】A、電磁波都是橫波，但機械波不肯定，比如聲波是縱波，故A錯誤；B、兩種波都能傳輸能量，故B正確；C、電磁波能在真空中傳播，不需要介質(zhì)，而機械波不能在真空中傳播，傳播需要介質(zhì)，故C錯誤；D、電磁波的傳播速度與介質(zhì)有關，還跟頻率有關，不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度并不相同；但機械波在介質(zhì)中的傳播和波的頻率無關，故D錯誤。2、關于電磁波，下列說法正確的是()A．只要空間某處的電場或磁場發(fā)生變化，就會在其四周產(chǎn)生電磁波B．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強度、磁感應強度均垂直C．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸D．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消逝【答案】B【解析】均勻變化的電(磁)場產(chǎn)生恒定的磁(電)場，恒定的磁(電)場不會產(chǎn)生電(磁)場，也就不會產(chǎn)生電磁波，A錯誤；變化的電場和磁場相互激發(fā)，且相互垂直，形成的電磁波的傳播方向與電場和磁場均垂直，B正確；電磁波可以通過電纜、光纜傳播，C錯誤；電磁振蕩停止后，電磁波可以在空間連續(xù)傳播，直到能量消耗完為止，D錯誤。3.如圖所示，家用微波爐中使用的微波頻率為2450MHz，則它的波長是（）A．1.2×10-1m B．7.35×10-17mC．1.2×10-4m D．7.35×10-11m【答案】A【解析】微波的波長為，故選A。4.如圖中A為某火箭放射場，B為山區(qū)，C為城市．放射場正在進行某型號火箭的放射試驗．為了轉(zhuǎn)播火箭放射的實況，在放射場建立了放射臺用于放射廣播與電視信號．已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550m，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為0.566m．為了不讓山區(qū)攔住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭放射的實況，必需通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________(填“無線電廣播信號”或“電視信號”)．這是由于________．【答案】電視信號；電視信號波長較短，很難發(fā)生衍射現(xiàn)象?！窘馕觥繌念}中知，傳輸無線電廣播所用電磁波長為550m，依據(jù)波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知該電磁波很簡潔發(fā)生衍射現(xiàn)象繞過山坡而傳播到城市所在的C區(qū)，因而不需要轉(zhuǎn)發(fā)裝置．電視信號所用的電磁波波長為0.566m，其波長很短，衍射現(xiàn)象很不明顯，幾乎沿直線傳播，能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的C區(qū)，要想使信號傳到C區(qū)，必需通過建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)．5.公交一卡通(IC卡)內(nèi)部有一個由電感線圈L和電容C構(gòu)成的LC振蕩電路，公交車上的讀卡機(刷卡時“嘀”的響一聲的機器)向外放射某一特定頻率的電磁波．刷卡時，IC卡內(nèi)的線圈L中產(chǎn)生感應電流，給電容C充電，達到肯定的電壓后，驅(qū)動卡內(nèi)芯片進行數(shù)據(jù)處理和傳輸．下列說法正確的是()A．IC卡工作所需要的能量來源于卡內(nèi)的電池B．僅當讀卡機放射該特定頻率的電磁波時，IC卡才能有效工作C．若讀卡機放射的電磁波偏離該特定頻率，則線圈L中不會產(chǎn)生感應電流D．IC卡只能接收讀卡機放射的電磁波，而不能向讀卡機傳輸自身的數(shù)據(jù)信息【答案】B【解析】IC卡工作所需要的能量是線圈L中產(chǎn)生的感應電流，選項A錯誤；要使電容C達到肯定的電壓，則讀卡機應當放射特定頻率的電磁波，IC卡才能有效工作，選項B正確；若讀卡機放射的電磁波偏離該特定頻率，線圈L中也會產(chǎn)生感應電流，但電容C不能達到肯定的電壓，IC卡不能有效工作，選項C錯誤；IC卡既能接收讀卡機放射的電磁波，也能向讀卡機傳輸自身的數(shù)據(jù)信息，選項D錯誤．6.（多選）調(diào)諧電路的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺發(fā)出的電信號,要收到電臺信號,應()A.增大調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) B.增大電源電壓C.削減調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) D.將線圈中的鐵芯取走【答案】：CD【解析】：當調(diào)諧電路的固有頻率等于電臺發(fā)出信號的頻率時發(fā)生電諧振才能接收到電臺信號。由題意知接收不到電臺信號的緣由是調(diào)諧電路的固有頻率低,由f=eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知,在C無法再調(diào)整的前提下,可減小電感L來提高頻率f,選項C、D正確,A、B錯誤。7.一臺收音機可接收中波、短波兩個波段的無線電波．打開收音機后蓋，在磁棒上能看到兩組線圈，其中一組是細線密繞匝數(shù)多的線圈，另一組是粗線疏繞匝數(shù)少的線圈，收音機中的調(diào)諧電路為LC電路，由此可以推斷（）．A．匝數(shù)多的電感較大，使調(diào)諧回路的固有頻率較小，故用于接收中波B．匝數(shù)少的電感較小，使調(diào)諧回路的固有頻率較小，故用于接收短波C．匝數(shù)少的電感較小，使調(diào)諧回路的固有頻率較大，故用于接收短波D．匝數(shù)多的電感較大，使調(diào)諧回路的固有頻率較大，故用于接收中波【答案】A、C【解析】線圈的自感系數(shù)L與匝數(shù)有關，匝數(shù)越多，L越大．由λ=cf=vT=2vπLC，知L越大，A越大，8.收音機中的調(diào)諧電路電感線圈的自感系數(shù)為L,要想接收波長為λ的電臺信號,應把調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)至(c為光速)()A. B.C. D.【答案】D【解析】：波長為λ的電臺信號的頻率為f=,故=,解得C=,選項D正確。9.由自感系數(shù)對應的電容之比為()A． B． C．1∶9 D．9∶1【答案】D【解析】接收到的電磁波的頻率等于調(diào)諧回路的固有頻率,由得:※10.（多選）如圖14-8所示為調(diào)幅振蕩電流圖像，此電流存在于電磁波放射和接收的哪些階段（）A．經(jīng)調(diào)制后B．經(jīng)調(diào)諧后C．經(jīng)檢波后D．耳機中【答案】：A、B【解析】：為了把信號傳遞出去，需要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調(diào)制，調(diào)制的方法之一是使高頻振蕩電流的振幅隨信號而變化，成為調(diào)幅振蕩電流，這就是調(diào)幅；在接收電路中，經(jīng)過調(diào)諧，回路中將消滅調(diào)幅振蕩電流，經(jīng)檢波后，調(diào)幅振蕩電流將被“切”去一半，得到單向脈沖電流，而在耳機中只有隨信號變化的音頻電流．※11.如圖