人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案：4 2-4 3 電磁場(chǎng)與電磁波 無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE12電磁場(chǎng)與電磁波3無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道電磁場(chǎng)的概念及產(chǎn)生.2.知道有效發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件.3.了解無(wú)線(xiàn)電波的特點(diǎn)及傳播規(guī)律.4.了解調(diào)制(調(diào)幅、調(diào)頻)、電諧振、調(diào)諧、解調(diào)在電磁波發(fā)射、接收過(guò)程中的作用．一、電磁場(chǎng)1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖1所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．圖1(2)麥克斯韋的見(jiàn)解：電路里能產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)樽兓拇艌?chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，電場(chǎng)促使導(dǎo)體中的自由電荷做定向運(yùn)動(dòng)．(3)實(shí)質(zhì)：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)．2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)．二、電磁波1．電磁波的產(chǎn)生：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?，形成電磁波?．電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)．(2)電磁波是橫波：電磁波中的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直．(3)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象．3．電磁波具有能量電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換就是電場(chǎng)能量與磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，電磁波的發(fā)射過(guò)程是輻射能量的過(guò)程，傳播過(guò)程是能量傳播的過(guò)程．三、無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射1．要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn)：(1)要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大．(2)振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，因此采用開(kāi)放電路．2．實(shí)際應(yīng)用中的開(kāi)放電路，線(xiàn)圈的一端用導(dǎo)線(xiàn)與大地相連，這條導(dǎo)線(xiàn)叫作地線(xiàn)；線(xiàn)圈的另一端與高高地架在空中的天線(xiàn)相連．3．電磁波的調(diào)制：在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使載波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)．調(diào)制分為調(diào)幅和調(diào)頻．(1)調(diào)幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方法．(2)調(diào)頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方法．四、無(wú)線(xiàn)電波的接收1．接收原理：電磁波在傳播時(shí)如果遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，空中的導(dǎo)體可以用來(lái)接收電磁波，這個(gè)導(dǎo)體就是接收天線(xiàn)．2．電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫作電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振．(1)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程．(2)解調(diào)：把聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來(lái)的過(guò)程．調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波．五、電視廣播的發(fā)射和接收1．電視廣播信號(hào)是一種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，實(shí)際傳播中需要通過(guò)載波將信號(hào)調(diào)制成高頻信號(hào)再進(jìn)行傳播．2．高頻電視信號(hào)的三種傳播方式：地面無(wú)線(xiàn)電傳輸、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸以及衛(wèi)星傳輸．3．電視信號(hào)的接收：電視機(jī)接收到的高頻電磁波信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)將得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號(hào)和伴音信號(hào)．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢〞?huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)．(×)(2)電磁波不能在真空中傳播．(×)(3)電磁波是橫波．(√)(4)各種頻率的電磁振蕩都能輻射電磁波，振蕩周期越大，越容易輻射電磁波．(×)(5)為了有效地向外輻射電磁波，振蕩電路必須采用開(kāi)放電路，同時(shí)提高振蕩頻率．(√)(6)當(dāng)處于電諧振時(shí)，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．(×)(7)調(diào)幅就是使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變．(√)(8)解調(diào)就是把聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來(lái)．(√)一、電磁場(chǎng)對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)①均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)．②非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)．③周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)．(2)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)①均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)．②非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)．③周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)．關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()A．在電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生電場(chǎng)B．在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng)C．均勻變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D．周期性變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)〖答案〗D〖解析〗根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，周期性變化的電場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)．針對(duì)訓(xùn)練1用麥克斯韋電磁場(chǎng)理論判斷如圖所示的四組電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng))隨時(shí)間t的變化規(guī)律，其中錯(cuò)誤的是()〖答案〗C〖解析〗恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)A正確；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，選項(xiàng)B正確；周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率成正比，對(duì)于正弦曲線(xiàn)，t＝0時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率最大，故產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．二、電磁波導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)環(huán)上兩小球間也會(huì)產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了什么問(wèn)題？圖2〖答案〗當(dāng)A、B兩金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，這種變化的電磁場(chǎng)傳播到導(dǎo)線(xiàn)環(huán)時(shí)，在導(dǎo)線(xiàn)環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使導(dǎo)線(xiàn)環(huán)上兩小球間也產(chǎn)生電火花．這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在．知識(shí)深化電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波，在傳播方向上的任一點(diǎn)，E和B彼此垂直且均與傳播方向垂直．如圖3所示．圖3(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中電磁波的傳播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108m/s.(3)電磁波具有波的共性，能產(chǎn)生干涉、衍射、反射、折射和偏振等現(xiàn)象，電磁波也是傳播能量的一種形式．(4)電磁波波速c、波長(zhǎng)λ及頻率f之間的關(guān)系為c＝λf.(多選)下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3×108m/sC．電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí)，波長(zhǎng)變短D．電磁波具有波的一切特征〖答案〗ACD〖解析〗由電磁波的定義可知A項(xiàng)正確；電磁波只有在真空中傳播時(shí)，其速度為3×108m/s，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁波在傳播過(guò)程中其頻率f不變，由波速公式v＝λf知，由于電磁波在介質(zhì)中的傳播速度比在真空中的傳播速度小，所以可得此時(shí)波長(zhǎng)變短，故C正確；電磁波是一種波，具有波的一切特性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象，故D項(xiàng)正確．針對(duì)訓(xùn)練2(2020·湖北十堰期末)下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是()A．均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)B．電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同C．只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波D．電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線(xiàn)傳播〖答案〗A〖解析〗均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故A正確；電磁波在真空中以光速c傳播，而在介質(zhì)的傳播速度小于光速，故B錯(cuò)誤；恒定的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，恒定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)，所以有電場(chǎng)和磁場(chǎng)不一定能產(chǎn)生電磁波，故C錯(cuò)誤；電磁波在同一均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)勻速傳播，當(dāng)介質(zhì)不均勻時(shí)可以發(fā)生折射和反射，故傳播方向可以改變，故D錯(cuò)誤．三、無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射1．有效發(fā)射電磁波的條件要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn)：(1)要有足夠高的振蕩頻率．頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大，如果是低頻信號(hào)，要用高頻信號(hào)運(yùn)載才能將其更有效地發(fā)射出去．(2)采用開(kāi)放電路．采用開(kāi)放電路可以使振蕩電路的電磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間，如圖4.圖42．調(diào)制(1)概念：把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使載波隨各種信號(hào)而改變.(2)調(diào)制的分類(lèi)①調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù)，如圖5所示．圖5②調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù)，如圖6所示．圖6為了增大無(wú)線(xiàn)電臺(tái)向空間發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波的能力，對(duì)LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用下列哪些措施()A．增大電容器極板的正對(duì)面積B．增大電容器極板的間距C．增大自感線(xiàn)圈的匝數(shù)D．提高供電電壓〖答案〗B〖解析〗要增大無(wú)線(xiàn)電波向空間發(fā)射電磁波的能力，必須提高其振蕩頻率，即減小L或減小C.要減小L，可通過(guò)減小線(xiàn)圈匝數(shù)、向外抽鐵芯的方法；要減小C，可采用增大板間距、減小極板正對(duì)面積、減小介電常數(shù)的辦法，故B正確．實(shí)際發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波的過(guò)程如圖7甲所示，高頻振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩如圖乙所示，人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)產(chǎn)生低頻信號(hào)如圖丙所示．則發(fā)射出去的電磁波圖像應(yīng)是()圖7〖答案〗B〖解析〗使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)，叫作調(diào)制．調(diào)制共有兩種方式：一種是調(diào)幅，即通過(guò)改變電磁波的振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)加載；另一種是調(diào)頻，即通過(guò)改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)加載，由各選項(xiàng)的圖形可知，該調(diào)制波為調(diào)幅波，即發(fā)射信號(hào)的振幅隨聲音信號(hào)振幅的變化而變化．故選B.四、無(wú)線(xiàn)電波的接收1．無(wú)線(xiàn)電波的接收原理利用電磁感應(yīng)在接收電路產(chǎn)生和電磁波同頻率的電流．2．方法(1)利用調(diào)諧產(chǎn)生電諧振，使接收電路的感應(yīng)電流最強(qiáng)．(2)利用解調(diào)把接收電路中的有用信號(hào)分離出來(lái)．(3)調(diào)諧和解調(diào)的區(qū)別：調(diào)諧就是一個(gè)選臺(tái)的過(guò)程，即選攜帶有用信號(hào)的高頻振蕩電流，在接收電路中產(chǎn)生最強(qiáng)的感應(yīng)電流的過(guò)程；解調(diào)是將高頻電流中攜帶的有用信號(hào)分離出來(lái)的過(guò)程．調(diào)節(jié)收音機(jī)的調(diào)諧回路時(shí)，可變電容器的動(dòng)片從全部旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率的電臺(tái)信號(hào)，為接收到該電臺(tái)信號(hào)，則應(yīng)()A．加大電源電壓B．減小電源電壓C．增加諧振線(xiàn)圈的圈數(shù)D．減少諧振線(xiàn)圈的圈數(shù)〖答案〗D〖解析〗由于f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，C越小、L越小，f越大．動(dòng)片旋出，正對(duì)面積S減小，C減小，S調(diào)到最小，即C最小時(shí)，f還未達(dá)到高頻率f0，則必須調(diào)節(jié)L減小，即減少諧振線(xiàn)圈的圈數(shù)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；頻率f與電源電壓無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．調(diào)諧電路的調(diào)節(jié)，要特別注意以下問(wèn)題1．調(diào)節(jié)方向：由題中情景準(zhǔn)確判斷出電路的固有頻率應(yīng)該調(diào)大還是調(diào)?。?．頻率公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，根據(jù)(1)中的調(diào)節(jié)方向，可進(jìn)一步準(zhǔn)確判定電容C和電感L是該調(diào)大還是調(diào)?。槍?duì)訓(xùn)練3在如圖8所示的電路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，怎樣才能使回路2與回路1發(fā)生電諧振？發(fā)生電諧振的頻率是多少？圖8〖答案〗改變可變電容器C2的電容，使得C2為50pF1．78MHz〖解析〗發(fā)生電諧振時(shí)兩電路的固有頻率相同．為使回路發(fā)生電諧振，可以改變可變電容器C2，使f2＝f1，即eq\f(1,2π\(zhòng)r(L2C2))＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(L1C1))C2＝eq\f(L1C1,L2)＝eq\f(40×200,160)pF＝50pF.發(fā)生電諧振時(shí)的頻率f1＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(L1C1))≈1.78×106Hz＝1.78MHz.1．(電磁場(chǎng))下列說(shuō)法中正確的是()A．任何變化的磁場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，振蕩磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)B．任何電場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)C．任何變化的電場(chǎng)都要在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)D．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)〖答案〗C〖解析〗根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是恒定的；如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是變化的；振蕩電場(chǎng)(磁場(chǎng))在周?chē)臻g產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)(電場(chǎng))；周期性變化的電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)，故選C.2．(電磁波)(多選)下列關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說(shuō)法中，正確的是()A．機(jī)械波和電磁波本質(zhì)上是一致的B．機(jī)械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān)C．機(jī)械波可能是縱波，而電磁波必定是橫波D．它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象〖答案〗BCD〖解析〗機(jī)械波由振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))產(chǎn)生；機(jī)械波是能量波，傳播需要介質(zhì)，速度由介質(zhì)決定；電磁波是物質(zhì)波，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、C、D正確．3．(無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射)(多選)關(guān)于調(diào)制的作用，下列說(shuō)法正確的是()A．調(diào)制的作用是把低頻信號(hào)的信息加載到高頻電磁波上去B．調(diào)幅的作用是把低頻信號(hào)的信息加載到高頻電磁波的振幅上去C．調(diào)頻的作用是把低頻信號(hào)的信息加載到高頻電磁波的頻率上去D．調(diào)