高中物理 第3章 電磁波 第2節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收知識導航素材 魯科版選修3-4（通用）

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1、第2節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收 思維激活 1.收音機在接收信號時為什么要調諧？它又是怎樣實現調諧的？ 提示：世界上有許多無線電臺，它們發(fā)出的電磁波頻率各不相同，接收電路都能把這些電磁波接收下來.如果不選臺，這些電臺的信號在電路中互相干擾無法分辨，就好像我們聽見一群人在說話，耳邊一片嘈雜聲，什么也聽不清楚.所以，要接收所需要的電臺就要調諧. 在收音機接收同一個波段內的不同電臺時，一般是通過改變電容C來調諧的.收音機接收不同波段的電臺時，一般要改變電感L和電容C來實現調諧. 2.我們常見到的手機、電視機、收音機的天線都是金屬直桿，它有什么用途？ 提示：在盡可能大的范圍內接收到電磁

2、波的各種信號. 自主整理 一、電磁波的發(fā)射 空間某處的電場和磁場交替變化，就會產生____________，它的主要用途是____________.要傳遞信息首先要能發(fā)射____________. 為了有效地發(fā)射___________，振蕩電路必須滿足兩個條件：（1）____________________；（2）_______________________. 把低頻電信號加載到________________________上叫做____________，常用的調制方式有____________和____________兩種. 二、電磁波的傳播 無線電波通常有三種傳播途徑：_

3、___________、____________和____________.沿地球表面空間傳播的無線電波稱為____________，用來傳播____________、____________和____________.靠____________的反射傳播的無線電波稱為天波，適合傳播__________.空間波是像光束那樣沿直線傳播的無線電波，適用于____________和____________. 三、電磁波的接收 能夠進行調諧的接收電路叫____________.當接收電路的____________跟接收到的電磁波的____________相同時，接收電路中產生的__________

4、__的現象叫電諧振，產生電諧振的過程，叫____________. 高手筆記 1.無線電波的波段的劃分 無線電技術中使用的電磁波叫無線電波.無線電波的波長從幾毫米到幾十千米，通常根據波長或頻率把無線電波分成長波、中波、短波、微波等幾種波段.各波段無線電波有各自的傳播方式和用途.如下表所示. 波段 波長/m 頻率/MHz 傳播方式 主要用途 長波 30 000~3 000 0.01~0.1 地波 超遠程 無線電 中波 3 000~200 0.1~1.5 地波和天波 通信和導航 中短波 200~50 1.5~6 天波 調幅（AM）無線電廣播電報通信

5、 短波 50~10 6~30 微波 米波（VHF） 10~1 30~300 近似直 線傳播 調頻（FM） 無線電廣播 電視導航 分米波（UHF） 1~0.1 300~3 000 3 000~30 000 直線傳播 電視 雷達 導航 厘米波 0.1~0.01 毫米波 0.01~0.001 30 000~300 000 2.電磁波發(fā)射和接收過程中幾個概念 調制：在電磁波發(fā)射技術中，使電磁波隨各種信號（聲音、圖像信號）而改變叫做調制. 調幅：使高頻振蕩的振幅隨信號（聲音、圖像等低頻信號）而改變叫做調幅. 調頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫

6、做調頻. 解調：由調諧電路接收到的感應電流，是經過調制的高頻振蕩電流，還不能使我們直接感受到所需要的信號.必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，叫做檢波，也叫解調. 名師解惑 1.無線電波的發(fā)射和接收過程中為什么要分別進行調制和解調？ 剖析：電臺發(fā)射信號，如聲音信號，為什么不直接將聲音信號轉化為電信號發(fā)射出去，而是放到高頻信號中發(fā)射呢？因為像聲音這樣的信號，一般頻率相對較低，而電臺要向外發(fā)射電磁波，要有足夠高的頻率.實驗證明，發(fā)射能量與發(fā)射頻率的4次方成正比，可見只有提高發(fā)射頻率才能提高發(fā)射能量，為此要把頻率較低的信號加載到高頻信號去.高頻振蕩信號就是那些有用的低頻信號的載體，而“加載

7、”過程就是物理上所說的“調制”過程. 既然有用的信號是加載到高頻信號上的，當接收到電磁波后，為了卸下有用的信號，就必須通過解調，把有用信號“檢”出來. 2.調諧的作用是什么？ 剖析：世界上有許許多多的無線電臺、電視臺及各種無線電信號，如果不加選擇地全部接收下來，那必然是一片混亂，分辨不清.因此接收信號時，首先要從各種電磁波中把我們需要的選出來，通常叫選臺.在無線電技術中利用電諧振（類似于機械振動中的共振）達到目的. 使接收電路中產生電諧振的過程叫調諧，能夠調諧的接收電路叫調諧電路.如圖3-2-1所示.調節(jié)電容器的電容，當該LC振蕩電路的固有頻率與某電臺的頻率相同時，這個電臺的電磁波在電

8、路中激起的感應電流最強，這樣就選出了這個電臺.收音機一般是通過改變電容來調諧，而電視機一般通過改變電感來調諧. 圖3-2-1 講練互動 【例題1】用一平行板電容器和一個線圈組成LC振蕩電路，要增大發(fā)射電磁波的波長，可采用的做法是（ ） A.增大電容器兩極板間的距離 B.減小電容器兩極板間的距離 C.減小電容器兩極板正對面積 D.在電容器兩極板間加入電介質 解析：由λ=c/f知，要增大發(fā)射電磁波的波長，必須減小振蕩電路的振蕩頻率f，由f=可知，要減小f，就必須增大電容器的電容C或電感L，由C=，可判斷B、D操作滿足要求

9、. 答案：BD 綠色通道 熟記f=和C=是分析問題的基礎. 變式訓練 1.關于無線電波的發(fā)射過程，下列說法正確的是（ ） A.必須對信號進行調制 B.必須使信號產生電諧振 C.必須把傳輸信號加到高頻電流上 D.必須使用開放回路 解析：為了有效地發(fā)射電磁波，必須使振蕩頻率足夠高，同時讓電場、磁場盡可能分布到較大的空間，故需把頻率較低的傳輸信號加到高頻電流上，即調制，還需使用開放電路，故A、C、D選項正確. 答案：ACD 2.LC振蕩電路電容器的電容為3×10-5 μF，線圈的自感系數為3 mH，它與開放

10、電路耦合后， （1）發(fā)射出去的電磁波的頻率是多大？ （2）發(fā)射出去的電磁波的波長是多大？ 解析：LC振蕩電路與開放電路耦合后，振蕩電路中產生的高頻振蕩電流通過兩個電路線圈間的互感作用，使開放電路中也產生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射，所以發(fā)射出電磁波的頻率就等于LC振蕩電路中電磁振蕩的頻率. （1）發(fā)射出去的電磁波的頻率 f=Hz=530 kHz. （2）發(fā)射出去的電磁波的波長λ=m=566 m. 答案：（1）530 kHz （2）566 m 【例題2】電磁波接收回路中線圈的自感系數是400 μH，原來接收波長是60 m的電磁波，現在接收波長

11、是180 m的電磁波，應怎樣調整調諧電路中電容器的電容？ 解析：由λ=vT（v是電磁波在真空中的傳播速度）和T=2π可知，在接收回路（調諧電路）L一定時，要接收波長較長的電磁波須增大電容C.電容的增加量為： ΔC=（λ22-λ12）=×（1802-602）F=2.0×10-11 F. 答案：增加電容2.0×10-11F 綠色通道 通過調節(jié)LC回路中的電容，可改變調諧電路的固有頻率，產生電諧振進行選臺. 變式訓練 3．調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，要收到電信號，應（ ） A.增大調諧電路中線圈的匝數

12、 B.加大電源電壓 C.減小調諧電路中線圈的匝數 D.將線圈中的鐵芯取走 解析：當調諧電路的固有頻率等于電臺發(fā)出信號的頻率時，發(fā)生電諧振才能收聽到電臺信號.由題意知收不到電信號的原因是調諧電路固有頻率低，由f=，可知在C無法調節(jié)的前提下，可減小電感L，即可通過C、D的操作升高f. 答案：CD 4．有波長分別為290 m、397 m、566 m的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調諧電路的頻率調到756 kHz時， （1）哪種波長的無線電波在收音機中激起的感應電流最強？ （2）如果想接收到波長為290 m的無線電波，應該

13、把調諧電路中可變電容器的動片旋進一些，還是旋出一些？ 解析：電磁波在空間傳播時，如果遇到導體，就把自己的一部分能量傳給導體，使導體中產生感應電流，感應電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導體，就可以接收到電磁波，無線電技術中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波，收音機的調諧電路，通過改變可變電容器的電容來改變調諧電路的頻率，使它跟我們要接收的電磁波的頻率相同，由于電諧振現象，只有這個頻率的電磁波才在調諧電路中激起較強的感應電流，而其他頻率的電磁波激起的感應電流都非常弱. （1）根據公式f=得 f1=g Hz=1 034 kHz f2=Hz=756

14、kHz f3=Hz=530 kHz 所以波長為397 m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290 m的無線電波，應增大調諧電路的固有頻率，因此，應把調諧電路中可變電容器的動片旋出一些. 答案：397 m 旋出一些 【例題3】超遠程無線電通信和導航主要是利用長波段的電磁波，傳播方式是地波，試說明用地波傳播長波的理由.一長波波長為15 000 m，其頻率為多少？ 解析：因為長波段的無線電波的波長長，容易發(fā)生衍射現象，能繞過障礙物而不被地面上的高大物體擋住，故可采用地波形式傳播，但地波傳播的距離不太遠.由c=λf得 f==Hz=2.0×104 Hz=20 k

15、Hz. 答案：此長波的頻率為20 kHz. 綠色通道 波長長的長波，衍射現象明顯，能繞過物體而不形成反射，用地波傳播；微波的波長短，方向性好，反射性強，主要傳播方式是直線傳播. 變式訓練 5．關于電磁波的傳播，下列敘述正確的是（ ） A.電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑? B.電磁波頻率越高，越易沿直線傳播 C.電磁波在各種介質中傳播波長恒定 D.只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號傳遍全世界 解析：由c=λf可判定：電磁波頻率越高，波長越短，衍射性越差，不宜沿地面?zhèn)鞑?，而跟光的傳播相似，沿直線傳播.故B對A錯.電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變，而傳播速度改

16、變，由v=λf，可判斷波長改變，C錯.由于同步衛(wèi)星相對地面靜止在赤道上空3 600 km高的地方，用它作微波中繼站，只要有三顆，就能覆蓋全球，D正確. 答案：BD 6．下列說法正確的是（ ） A.發(fā)射出去的無線電波，可以傳播到無限遠處 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.移動電話是利用無線電波進行通訊的 解析：無線電波在傳播過程中有能量損失，故不能傳播到無限遠處，故A錯.無線電波遇到導體，就把一部分能量傳給導體，在導體中激起同頻率的振蕩電流，故B對.波長越短的無線電波，越不易發(fā)生衍射，越接近直線傳播，故C對.移

17、動電話是無線電波的應用之一，故D對. 答案：BCD 體驗探究 【問題】接收電磁波的導體可用空心導體代替實心導體，這是為什么？ 導思： 可根據電磁感應現象解釋. 探究：如圖3-2-2所示，當流過導線的電流是交變電流時，導線內外出現交變磁場，因此在導線內產生渦電流.設某時刻通過導線的電流增大，導線內產生的渦電流方向如圖所示，靠近導線中心的渦電流方向與原電流方向相反，而在導線附近渦電流的方向與原電流方向相同，結果是導線表面附近的電流密度大，形成電流趨向于沿導線表面流動，這就是趨膚效應.提高交變電流的頻率，例如達到10 MHz，絕大部分電流就會集中在導線表面附近，這時可用空心導體代替實心導

18、體. 圖3-2-2 以上這一現象在做接收電磁波的演示實驗中，可分別用導線連接在銅棒外層和銅棒芯處，觀察電路中的小電珠是否發(fā)光來驗證. 教材鏈接 【實驗與探究】（課本52頁） 在步驟（2）中，鐵絲A、B間距離小，電路中的電場幾乎集中在這兩極間，磁場集中在感應線圈中，這時不利于電磁波的發(fā)射.步驟（3）中去掉B鐵絲與感應線圈的導線，則鐵絲A和感應線圈的高壓端間距大且正對面積小，有利于電磁波的發(fā)射.由此實驗可看出影響電磁波傳播距離的因素是電容器的電容. 【實驗與探究】（課本55頁） 移動課本圖3-1-4（b）裝置中的滑動桿，可發(fā)現氖管發(fā)亮，且在不同位置處其亮度不一樣，當滑動桿所在位置使矩形線圈的面積與圖3-1-4（a）中的相同時，氖管最亮.這說明當接收電路與發(fā)射電路的矩形線圈面積相同時，兩個電路的振蕩頻率相同，則在接收電路中產生了電諧振現象，這時氖管是最亮的.