2024高中物理第十四章第3節(jié)電磁波的發(fā)射和接收講義含解析新人教版選修3-4

PAGEPAGE7電磁波的放射和接收一、無線電波的放射┄┄┄┄┄┄┄┄①1．要有效地放射電磁波，振蕩電路必需具有兩個特點(1)要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，放射電磁波的本事越大。(2)應采納開放電路，振蕩電路的電場和磁場必需分散到盡可能大的空間。2．開放電路實際應用中的開放電路，線圈的一端用導線與大地相連，這條導線叫做地線，線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連。3．無線電技術使電磁波隨各種信號而變更的技術叫做調制。調制的方法有兩種：一是調幅，使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變；另一種叫調頻，使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變。[說明]電臺放射的如聲音等信號，都要搭載電磁波放射出去，而不是干脆將聲音信號轉化為電信號放射，這是因為聲音信號頻率較低，而電臺向外放射電磁波要有足夠高的頻率。實踐證明，只有提高放射頻率才能提高放射實力，高頻振蕩信號就是那些有用的低頻信號的“載體”，而把頻率較低的信號加載到高頻信號上去的過程就是調制過程。①[選一選]為了使須要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載在電磁波上放射到遠方，必需對振蕩電流進行()A．調諧B．放大C．調制D．檢波解析：選C把要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上放射出去的過程叫做調制，故只有C正確，A、B、D三項應是電磁波接收端需進行的過程。二、無線電波的接收┄┄┄┄┄┄┄┄②1．接收原理：電磁波在傳播過程中假如遇到導體，會在導體中產生感應電流。因此，空中的導體可以用來接收電磁波。2．電諧振與調諧(1)電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強的現(xiàn)象。它相當于機械振動中的共振。(2)調諧：使接收電路產生電諧振的過程。3．解調：使聲音或圖像信號從調諧電路接收到的高頻電流中還原出來的過程。它是調制的逆過程，調幅波的解調也叫檢波。4．無線電波：波長大于1mm(頻率低于300GHz)的電磁波稱為無線電波。按波長(頻率)把無線電波分為若干波段。不同波段的無線電波的傳播特點不一樣，放射和接收所用的設備和技術也不相同，因此有不同的用途。[說明]1．電諧振就是電磁振蕩中的“共振”。2．調諧與電諧振不同，電諧振是一個物理現(xiàn)象，而調諧則是一個操作過程。②[判一判]1．制作天線必需用導體(√)2．只有接收電路發(fā)生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流(×)3．解調是調制的逆過程(√)4．不同波段無線電波的傳播特點不同，但用途是相同的(×)1.無線電波的放射和接收過程2．“調幅”和“調頻”都是調制過程(1)高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調制方式叫調幅，一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號采納調幅波。(2)高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調制方式叫調頻，電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號，采納調頻波。3．解調是調制的逆過程聲音、圖像等信號頻率相對較低，不能轉化為電信號干脆放射出去，而要將這些低頻信號加載到高頻電磁波信號上去。將聲音、圖像信號加載到高頻電磁波上的過程就是調制，而將聲音、圖像信號從高頻信號中還原出來的過程就是解調。4．正確理解調諧的作用世界上有許很多多的無線電臺、電視臺及各種無線電信號，假如不加選擇地全部接收下來，那必定是一片混亂的信號，辨別不清。因此接收信號時，首先要從各種電磁波中把我們須要的選出來，通常叫選臺。在無線電技術中利用電諧振達到該目的。[典型例題]例1.[多選]為了有效地把磁場的能量以電磁波形式放射到盡可能大的空間，除了用敞露空間的電路，行之有效的方法是()A．增大電容器極板間的距離B．減小電容器極板的正對面積C．削減線圈的匝數(shù)D．采納低頻振蕩電流[解析]實行開放電路和提高輻射頻率是放射電磁波的兩種有效方法，D錯誤；由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))、C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，A、B正確；削減線圈的匝數(shù)，可使L減小，從而提高f，C正確。[答案]ABC[點評](1)當振蕩電路變成開放電路時，由于線圈匝數(shù)削減，則自感系數(shù)L減小。由于電容器極板間的正對面積減小，距離增大，電容器的電容減小。由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，頻率增大，故輻射本事增加。(2)嫻熟駕馭有效放射電磁波的條件和振蕩頻率的表達式，此類問題便可解決。[即時鞏固]1．[多選]調諧電路的可變電容器的動片從完全旋出到完全旋入仍接收不到較高頻率的電臺發(fā)出的信號，要收到該電臺的信號，可采納下列何種方法()A．增加調諧電路中線圈的匝數(shù)B．加大電源電壓C．削減調諧電路中線圈的匝數(shù)D．將線圈中的鐵芯取走解析：選CD當調諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率，發(fā)生電諧振時才能較好地收到電臺信號，本題中收不到信號的緣由是調諧電路的固有頻率低，由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))知在C無法再調整的狀況下，可減小L以提高頻率，C、D正確。λ>1mm的電磁波叫無線電波。無線電波可以分成若干波段。[典型例題]例2.[多選]關于無線電波的傳播，下列說法正確的是()A．放射出去的電磁波，可以傳到無限遠處B．無線電波遇到導體，就可以在導體中激起同頻率的振蕩電流C．波長越短的電磁波，越接近直線傳播D．移動電話是利用無線電波進行通訊的[解析]無線電波在傳播過程中，遇到障礙物就被汲取一部分，遇到導體，會在導體內產生渦流(同頻率的振蕩電流)，B正確，A錯誤；波長越短，傳播方式越接近光的直線傳播，移動電話放射或接收的電磁波屬于無線電波的高頻段，C、D正確。[答案]BCD[點評](1)電磁波的波長越長，越易發(fā)生衍射現(xiàn)象。(2)電磁波的波長越短，越易表現(xiàn)為直線傳播的特性。(3)電磁波在導體中激起感應電流時要消耗電能。[即時鞏固]2．[多選]關于電磁波的傳播，下列敘述正確的是()A．電磁波頻率越高，越簡單沿地面?zhèn)鞑．電磁波頻率越高，越簡單沿直線傳播C．電磁波在各種介質中傳播的波長恒定D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，在肯定條件下就可把信號傳遍全世界解析：選BD由c＝λf可判定，電磁波頻率越高，波長越短，衍射性越差，不易沿地面?zhèn)鞑ィ獾膫鞑ハ嘞?，沿直線傳播，B正確，A錯誤；電磁波在介質中傳播時，頻率不變，而傳播速度變更，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變更，C錯誤；由于同步衛(wèi)星相對地面靜止在赤道上空36000km高的地方，用它作微波中繼站，只要有三顆互成120°的同步衛(wèi)星，就可覆蓋全球，D正確。多選]關于無線電波的放射過程，下列說法正確的是()A．必需對信號進行調制B．必需使信號產生電諧振C．必需把傳輸信號加到高頻電流上D．必需運用開放電路解析：選ACD電磁波的放射過程中，肯定要對低頻輸入信號進行調制，用開放電路放射，A、C、D正確；產生電諧振的是接收電路，B錯誤。2．轉換電視頻道，選擇自己喜愛的電視節(jié)目，稱為()A．調幅B．調頻C．調制D．調諧解析：選D選擇電視頻道是調整諧振電路的頻率與待選定頻道信號的頻率一樣，從而產生電諧振，這是調諧的過程，故D正確。3．[多選]下列關于無線電波的敘述中，正確的是()A．無線電波是波長從幾十千米到幾毫米的電磁波B．無線電波在任何介質中傳播速度均為3.0×108m/sC．無線電波不能產生干涉和衍射現(xiàn)象D．無線電波由真空進入介質傳播時，波長變短解析：選AD無線電波中長波波長有幾十千米，微波中的毫米波只有幾毫米，A項正確；無線電波在介質中的傳播速度小于在真空中的傳播速度3.0×108m/s，B項錯誤；無線電波也能產生干涉和衍射現(xiàn)象，C項錯誤；無線電波由真空進入介質傳播時，由于波速減小，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變短，D項正確。4．[多選]一臺收音機可接收中波、短波兩個波段的無線電波。收音機有兩組線圈，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，使調諧回路的固有頻率較大，故用于接收中波解析：選AC匝數(shù)多而密的線圈電感大，匝數(shù)少而疏的線圈電感小，依據f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))知，電感越大，回路固有頻率越小，依據c＝fλ，頻率越小，波長越大，頻率越大，波長越小，A、C正確。5．如圖所示為某收音機接收電路，其電感L＝10－3mH，為了接收波長為500m的電磁波，其電容C應調到多少？解析：該電磁波的頻率為f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,500)Hz＝6×105Hz那么該電路的固有頻率也應調到f由電磁振蕩的頻率公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))得C＝eq\f(1,4π2f2L)代入數(shù)據解得C≈7.04×10－2μF答案：7.04×10－2μF[基礎練]一、選擇題1．在無線電波廣播的接收中，調諧和檢波是兩個必需經驗的過程，下列關于接收過程的依次，正確的是()A．調諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調諧→音頻放大C．調諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調諧→高頻放大解析：選A在無線電波的接收中，首先要選擇出所須要的電磁波—調諧，然后經高頻放大后，再將音頻信號提取出來—檢波，最終再進行音頻放大，A正確。2．電視機的室外天線能把電信號接收下來，是因為()A．天線處在變更的電磁場中，天線中產生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路B．天線只處于變更的電場中，天線中產生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路C．天線只是選擇性地接收某電臺信號，而其他電視臺信號則不接收D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C內解析：選A室外天線處于空間變更的電磁場中，天線中產生了感應電流，此電流通過饋線輸送給LC電路，此電流中空間各電臺信號激起的電流均存在，但只有頻率與調諧電路頻率相等的電信號對應電流最強，然后再通過解調處理進入后面的電路，A正確，B、C、D錯誤。3．下列說法正確的是()A．電磁波信號須要經過“調諧”過程，加到高頻的等幅電磁波(載波)上才能有效的放射出去B．經過“調制”的電磁波放射后，可以傳到無限遠處C．“檢波”就是“調諧”D．電視的圖像信號和聲音信號是通過電視臺的放射天線同時放射的解析：選D電磁波信號須要經過“調制”過程，加到高頻的等幅電磁波(載波)上才能有效的放射出去，故A錯誤；電磁波在傳播過程中，遇到障礙物就被汲取一部分，所以不會傳到無限遠處，B錯誤；檢波是將須要的信號從加載的電磁波中分別出來的過程，調諧是選擇所須要接收的電磁波，故C錯誤；圖像信號和聲音信號都轉變成電信號，由放射天線同時放射，故D正確。4．[多選]如圖所示為調幅振蕩電流圖象，此電流存在于電磁波放射和接收中的哪些階段()A．經調制后B．經調諧后C．經檢波后D．耳機中解析：選AB為了把信號傳遞出去，須要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調制；而圖象表示將信號加上后使高頻振蕩電流的振幅隨信號變更，這叫調幅，是調制的一種方法；在接收電路中，經過調諧，回路中將出現(xiàn)調幅振蕩電流，經檢波后，低頻信號從高頻電流中還原出來，而在耳機中只有低頻信號電流，綜上分析，A、B正確。二、非選擇題5．某居住地A位于某山脈的一側，山脈的另一側P處建有無線電波放射站，如圖所示。該放射站可發(fā)送頻率為400kHz的中波和400MHz的微波，已知無線電波在空氣中的傳播速度都為3×108m/s，求：(1)該中波和微波的波長各是多少？(2)放射站發(fā)出的電磁波是經過干涉還是衍射后到達居住地A處的？(3)若兩種波的接收效果不同，請說明哪一種波的接收效果更好？為什么？解析：(1)由λ＝eq\f(c,f)知，中波的波長為λ1＝750m，微波的波長為λ2＝0.75m。(2)無線電波繞過山脈到達A處，發(fā)生了衍射現(xiàn)象。(3)中波的接收效果更好，因為它的波長長，衍射現(xiàn)象更明顯。答案：(1)750m0.75m(2)衍射(3)中波理由見解析[提能練]一、選擇題1．電磁場理論的建立，促進了現(xiàn)代社會的發(fā)展，下列應用中，同時運用了電磁波接收和放射技術的電器是()A．微波爐B．收音機C．電視機D．手機解析：選D微波爐、收音機、電視機、手機等都要利用電磁波傳遞信息，但同時運用了電磁波接收和放射技術的電器只有手機，故D正確，A、B、C錯誤。2．手機A的號碼為12345670002，手機B的號碼為12345670008，用手機A撥打手機B時，手機B發(fā)出響聲并且顯示屏上顯示手機A的號碼為12345670002。若將手機B置于一透亮真空罩中，用手機A撥打手機B，則手機B()A．發(fā)出響聲，并顯示A的號碼為12345670002B．不發(fā)出響聲，但顯示A的號碼為12345670002C．不發(fā)出響聲，但顯示A的號碼為12345670008D．既不發(fā)出響聲，也不顯示號碼解析：選B電磁波可以在真空中傳播，而聲波的傳播則須要介質，當用手機A撥手機B時(B置于一透亮真空罩中)，B能顯示A的號碼，不能發(fā)出響聲，B正確。3．[多選]要接收到載有音頻信號的電磁波，并通過耳機發(fā)出聲音，在接收電路中必需經過下列過程中的()A．調幅B．調頻C．調諧D．解調解析：選CD要接收電磁波，收聽節(jié)目就必需先把電磁波有選擇性的接收下來，這一過程叫做調諧，然后把音頻信號從電磁波中“卸載”下來，這一過程叫做解調，故C、D正確。4.在LC振蕩電路中，電容器C的帶電荷量q隨時間t變更的圖象如圖所示。在1×10－6s到2×10－6s內，關于電容器的充(放)電過程及由此產生的電磁波的波長，下列說法正確的是()A．充電過程，波長為1200mB．充電過程，波長為1500mC．放電過程，波長為1200mD．放電過程，波長為1500m解析：選A由題圖可知，在1×10－6s到2×10－6s內，電容器C的帶電荷量由0增加到最多，因此是充電過程；電磁振蕩的周期等于所放射的電磁波的周期，那么電磁波的波長為λ＝cT＝3×108×4×10－6m＝1200m，故選項A正確。二、非選擇題5．一臺收音機的頻率接收范圍從f1＝2.2MHz到f2＝22MHz。設這臺收音機能接收的相應波長范圍從λ1到λ2，調諧電容器的相應電容變更范圍從C1到C2。求eq\f(λ1,λ2)、eq\f(C1,C2)。解析：依據公式v＝λf，因電磁波的波速等于光速，所以波長與頻率成反比，即eq\f(λ1,λ2)＝eq\f