2018-2019版高中物理 第四章 電磁波及其應(yīng)用 第3講 電磁波的發(fā)射和接收學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc
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第3講 電磁波的發(fā)射和接收 [目標(biāo)定位] 1.了解無(wú)線電廣播發(fā)射和接收技術(shù)中，調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)的含義. 2.了解電視攝像管的基本結(jié)構(gòu)以及電視廣播發(fā)射和接收過(guò)程.3.了解移動(dòng)通信的基本過(guò)程.了解基站的作用.4.了解通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)人類文明的促進(jìn)作用. 一、無(wú)線電波的發(fā)射 1.進(jìn)行無(wú)線電通信，需要發(fā)送和接收無(wú)線電波.天線是發(fā)射和接收無(wú)線電波的必要設(shè)備. 2.進(jìn)行無(wú)線電通信，首先要發(fā)射無(wú)線電波.無(wú)線電發(fā)射機(jī)中有一個(gè)叫做振蕩器的重要部件，它能產(chǎn)生頻率很高的交變電流. 3.調(diào)制：把信息加到載波上，就是使載波隨信號(hào)而改變. 調(diào)幅：是使高頻載波的振幅隨信號(hào)改變. 調(diào)頻：是使高頻載波的頻率隨信號(hào)改變. 想一想 為了使需要傳遞的音頻信號(hào)載在電磁波上發(fā)射到遠(yuǎn)方，必須對(duì)高頻交變電流進(jìn)行什么操作？ 答案 調(diào)制. 二、無(wú)線電波的接收 1.轉(zhuǎn)動(dòng)收音機(jī)的旋鈕選擇電臺(tái)，實(shí)際上是在選擇我們需要的電磁波，這在技術(shù)上叫做調(diào)諧. 2.要得到所需的信息，必須從高頻信號(hào)電流中把它們“取”出來(lái)，也就是要進(jìn)行解調(diào). 3.通過(guò)解調(diào)得到的信號(hào)，還要經(jīng)過(guò)放大. 想一想 解調(diào)和調(diào)制有關(guān)系嗎？ 答案 有.解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程. 三、電視 1.在電視發(fā)射系統(tǒng)中，首先由攝像機(jī)將來(lái)自景物的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào). 2.接收端收到信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)，從中得到視頻信號(hào)，并按攝像管的方式讓電子束在熒光屏上與它同步地掃描，于是在顯像管中出現(xiàn)了與攝像管中相同的圖像. 3.攝像機(jī)在1 s內(nèi)傳送25幀圖像，電視接收機(jī)也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些圖像，由于畫面更換迅速，眼睛又有視覺(jué)暫留作用，我們感覺(jué)到的是連續(xù)的活動(dòng)圖像. 想一想 電視臺(tái)發(fā)射電視信號(hào)為什么要建高聳入云的發(fā)射塔呢？ 答案 電視信號(hào)要有效的發(fā)射出去，必須采用高頻開(kāi)放電路.電磁波的波長(zhǎng)比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會(huì)被阻擋，所以發(fā)射天線要架得高一些. 四、移動(dòng)通信 1.每個(gè)移動(dòng)電話機(jī)都是一個(gè)電磁波發(fā)射器，同時(shí)又是一個(gè)電磁波接收器. 2.當(dāng)手持移動(dòng)電話與其他用戶通話時(shí)要靠較大的固定無(wú)線電臺(tái)轉(zhuǎn)接.這種固定的無(wú)線電臺(tái)叫做基站. 想一想 兩個(gè)人在同一地點(diǎn)用手機(jī)通話時(shí)，信號(hào)是直接相互傳播的嗎？ 答案 兩個(gè)人在同一地點(diǎn)用手機(jī)通話時(shí)，信號(hào)也要通過(guò)附近的基站傳到總機(jī)，總機(jī)對(duì)信號(hào)處理后再傳給基站發(fā)射出來(lái)，由另一手機(jī)接收.不過(guò)此時(shí)兩手機(jī)共用一個(gè)基站. 一、無(wú)線電波的發(fā)射 技術(shù)上把波長(zhǎng)大于1 mm(頻率低于300 GHz)的電磁波稱為無(wú)線電波.按波長(zhǎng)常把無(wú)線電波分為若干波段，各個(gè)波段有其不同的主要用途. 1.載波：振蕩器產(chǎn)生的高頻交變電流，是用來(lái)攜帶聲音、圖像等信息的，叫做載波.把要傳遞的信息加到載波上并發(fā)射出去，信息就可以傳到遠(yuǎn)方. 2.調(diào)制：把信息加到載波上，就是使載波隨信號(hào)而改變，這種技術(shù)叫做調(diào)制. 調(diào)制的兩種方式： (1)調(diào)幅(AM)：使高頻載波的振幅隨信號(hào)改變，這種調(diào)制叫做調(diào)幅，如圖4－3－1所示. 圖4－3－1 (2)調(diào)頻(FM)：使高頻載波的頻率隨信號(hào)改變，這種調(diào)制方式叫做調(diào)頻，如圖4－3－2所示.調(diào)頻波的振幅不變，抗干擾的能力比較強(qiáng)，傳遞過(guò)程中的失真比較小. 圖4－3－2 3.有效發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件 (1)電磁波頻率要足夠高，振蕩頻率越大，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大. (2)必須采用開(kāi)放電路，使振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)盡可能地分散到大的空間. 例1 關(guān)于電磁波的調(diào)制技術(shù)，下列說(shuō)法不正確的是( ) A.使高頻載波的振幅隨信號(hào)改變的調(diào)制叫做調(diào)幅 B.使高頻載波的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制叫做調(diào)幅 C.中、短波段的無(wú)線電廣播，使用的是調(diào)幅方式 D.調(diào)幅波的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳遞過(guò)程中失真比較小 答案 BD 解析 調(diào)幅是使高頻載波的振幅隨信號(hào)改變，所以B項(xiàng)不正確；調(diào)頻波的振幅不變，抗干擾能力比較強(qiáng)，傳遞過(guò)程中失真比較小，所以D項(xiàng)不正確. 針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是( ) A.必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 B.必須使信號(hào)產(chǎn)生電諧振 C.必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上 D.必須使用調(diào)幅的方法 答案 AC 解析 電磁波的發(fā)射過(guò)程中，為了將低頻信號(hào)發(fā)射出去，一定要對(duì)發(fā)射的電磁信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制的方法有兩種，一是調(diào)幅、二是調(diào)頻，故A、C正確. 二、無(wú)線電波的接收 1.在無(wú)線電技術(shù)中，用天線和地線組成的接收電路來(lái)接收電磁波. 2.通過(guò)電諧振實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇 (1)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接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)象叫電諧振； (2)調(diào)諧：使接收電路發(fā)生電諧振的過(guò)程叫調(diào)諧.能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路. 3.通過(guò)解調(diào)獲取信號(hào) (1)解調(diào)：從高頻振蕩中“檢出”所攜帶的信號(hào)，叫做解調(diào)； (2)解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程. 例2 電視機(jī)換臺(tái)時(shí)，實(shí)際上是在改變( ) A.電視臺(tái)的發(fā)射頻率 B.電視機(jī)的接收頻率 C.電視臺(tái)發(fā)射的電磁波的波速 D.電視機(jī)接收的電磁波的波速 答案 B 解析 電視機(jī)接收電磁波是利用的電磁波的頻率不同，收看的電視頻道不同，所以改變的是電視機(jī)的接收頻率. 針對(duì)訓(xùn)練2 從調(diào)諧電路接收到的高頻振蕩電流中還原出聲音信號(hào)的過(guò)程是( ) A.調(diào)諧 B.解調(diào) C.調(diào)頻 D.調(diào)幅 答案 B 電磁波的發(fā)射和接收 1.移動(dòng)通信誕生于19世紀(jì)末，20世紀(jì)中葉以后，個(gè)人移動(dòng)電話逐漸普及，如圖4－3－3所示.關(guān)于移動(dòng)電話功能的判別正確的是( ) 圖4－3－3 A.移動(dòng)電話只是一個(gè)電磁波發(fā)射器 B.移動(dòng)電話可以接收電磁波 C.移動(dòng)電話只是一個(gè)電磁波接收器 D.移動(dòng)電話可以發(fā)射電磁波 答案 BD 解析 移動(dòng)電話既是一個(gè)電磁波發(fā)射器，又是一個(gè)電磁波接收器，選項(xiàng)B、D正確. 2.關(guān)于電磁波的發(fā)射與接收，下列說(shuō)法中正確的是( ) A.調(diào)頻與調(diào)幅都是用高頻載波發(fā)送信號(hào)，原理相同，無(wú)本質(zhì)區(qū)別 B.解調(diào)是將低頻信號(hào)加載到高頻電磁波上進(jìn)行發(fā)射傳送的過(guò)程 C.手持移動(dòng)電話與其他用戶通話時(shí)，要靠較大的固定的無(wú)線電臺(tái)轉(zhuǎn)送 D.在信號(hào)接收時(shí)，選擇電波的過(guò)程叫做調(diào)諧 答案 CD 解析 調(diào)頻和調(diào)幅都是使信息加到載波上，即使載波隨信號(hào)而改變，但有本質(zhì)區(qū)別：調(diào)頻是使高頻載波的頻率隨信號(hào)而改變，而調(diào)幅是使高頻載波的振幅隨信號(hào)而改變，所以A項(xiàng)錯(cuò)；解調(diào)是將所需的信息從高頻載波中取下來(lái)的過(guò)程，故B項(xiàng)錯(cuò)；因手持移動(dòng)電話功率有限，所以與其他用戶通話時(shí)，必須靠較大的固定的無(wú)線電臺(tái)傳送，所以 C項(xiàng)正確；在接收信號(hào)時(shí)，選擇所需電波的過(guò)程，在技術(shù)上叫做調(diào)諧，所以D項(xiàng)正確. 電磁波的應(yīng)用 3.如圖4－3－4所示為電視信號(hào)接收過(guò)程示意圖，其工作過(guò)程順序正確的是( ) 圖4－3－4 A.解調(diào)—放大—調(diào)諧—顯示 B.調(diào)諧—放大—解調(diào)—顯示 C.調(diào)諧—解調(diào)—放大—顯示 D.放大—調(diào)諧—解調(diào)—顯示 答案 C 解析 電視接收機(jī)首先利用電諧振通過(guò)調(diào)諧把空間高頻電流選出來(lái)，然后解調(diào)，取下信號(hào)，最后經(jīng)放大后再傳給顯像管顯像，所以正確的順序是C. 4.具有NFC(近距離無(wú)線通信技術(shù))功能的兩只手機(jī)在間距小于10 cm時(shí)可以通過(guò)________(選填“聲波”或“電磁波”)直接傳輸信息，其載波頻率為1.4107 Hz，其在空氣中傳播速度為3.0108 m/s，則該載波的波長(zhǎng)為_(kāi)_______m.(保留2位有效數(shù)字) 答案 電磁波 21 m 解析 手機(jī)通過(guò)電磁波傳播信息，載波的波長(zhǎng)為λ＝＝21 m. (時(shí)間：60分鐘) 題組一、電磁波的發(fā)射和接收 1.下列說(shuō)法不正確的是( ) A.發(fā)射出去的電磁波，可以傳到無(wú)限遠(yuǎn)處 B.無(wú)線電波遇到導(dǎo)體，就可以在導(dǎo)體中激起同頻率的振蕩電流 C.波長(zhǎng)越短的電磁波，越接近直線傳播 D.移動(dòng)電話是利用無(wú)線電波進(jìn)行通信的 答案 A 解析 無(wú)線電波在傳播過(guò)程中，遇到障礙物就被吸收一部分，遇到導(dǎo)體，會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流(同頻率的振蕩電流)，故B正確，A錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越短，傳播方式越接近光的直線傳播，移動(dòng)電話發(fā)射或接收的電磁波屬于無(wú)線電波的高頻段，故C、D正確. 2.下列關(guān)于無(wú)線電廣播的敘述中，不正確的是( ) A.發(fā)射無(wú)線電廣播信號(hào)必須采用調(diào)頻方式 B.發(fā)射無(wú)線電廣播信號(hào)必須進(jìn)行調(diào)制 C.接收無(wú)線電廣播信號(hào)必須進(jìn)行調(diào)諧 D.接收到無(wú)線電廣播信號(hào)必須進(jìn)行解調(diào)才能由揚(yáng)聲器播放 答案 A 解析 發(fā)射無(wú)線電廣播信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，可以采用調(diào)頻，也可以采用調(diào)幅，所以A錯(cuò)誤，B正確；接收無(wú)線電信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)諧也就是選臺(tái)，C正確；由于無(wú)線電波中有高頻信號(hào)，所以要經(jīng)過(guò)解調(diào)將低頻信號(hào)檢出來(lái)，才能由揚(yáng)聲器播放，D正確. 3.下列關(guān)于無(wú)線電廣播要對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說(shuō)法正確的是( ) A.經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng) B.經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快 C.經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長(zhǎng)才能不變 D.經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻電磁波才能把我們要告知對(duì)方的信號(hào)有效地傳遞出去 答案 D 解析 要將電磁波有效地發(fā)射出去，必須有足夠高的頻率，而需要傳遞的聲音信號(hào)通常頻率較低，無(wú)法直接發(fā)射，必須借助于載波來(lái)攜帶，因此必須通過(guò)調(diào)制將信號(hào)加到載波上才能有效地向遠(yuǎn)處傳遞，從而把我們要告知對(duì)方的信號(hào)有效地傳遞出去.故D選項(xiàng)正確. 4.下列說(shuō)法中正確的是( ) A.無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波 B.無(wú)線電波在真空中的波長(zhǎng)范圍從幾毫米到幾十千米 C.無(wú)線電波的頻率越低越容易發(fā)射 D.發(fā)射無(wú)線電波的目的是為了向遠(yuǎn)處傳送電能 答案 AB 解析 無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫無(wú)線電波，故選項(xiàng)A正確；無(wú)線電波的波長(zhǎng)一般在幾毫米到幾十千米，故選項(xiàng)B正確；無(wú)線電波頻率越高越容易發(fā)射，發(fā)射無(wú)線電波的目的主要是為了輸送信號(hào)，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 題組二、電磁波的應(yīng)用 5.關(guān)于移動(dòng)電話，下列說(shuō)法正確的是( ) A.隨身攜帶的移動(dòng)電話(手機(jī))內(nèi)，只有無(wú)線電接收裝置，沒(méi)有無(wú)線電發(fā)射裝置 B.隨身攜帶的移動(dòng)電話(手機(jī))內(nèi)，既有無(wú)線電接收裝置，又有無(wú)線電發(fā)射裝置 C.兩攜帶手機(jī)的人，必須通過(guò)固定的基地臺(tái)轉(zhuǎn)接，才能相互通話 D.無(wú)線尋呼機(jī)(BP機(jī))內(nèi)只有無(wú)線電接收裝置，沒(méi)有無(wú)線電發(fā)射裝置 答案 BCD 解析 移動(dòng)電話可撥出和接聽(tīng)，但須經(jīng)由固定的基地臺(tái)轉(zhuǎn)接，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B、C正確；無(wú)線尋呼機(jī)(BP機(jī))是一種只能接收?qǐng)D文、數(shù)字的裝置，所以沒(méi)有無(wú)線電發(fā)射裝置，故D選項(xiàng)也正確. 6.一臺(tái)最簡(jiǎn)單的收音機(jī)，除了接收天線和揚(yáng)聲器外，至少還必須具備下列哪幾個(gè)單元電路( ) A.調(diào)諧電路 B.調(diào)制電路 C.振蕩電路 D.解調(diào)電路 答案 AD 解析 最簡(jiǎn)單的收音機(jī)具有調(diào)諧電路和解調(diào)電路. 7.下列說(shuō)法中正確的是( ) A.播音員的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，要通過(guò)調(diào)制器把音頻信號(hào)加載到高頻電流上，再通過(guò)天線發(fā)射出去 B.電磁波在真空中的傳播速度為3108 m/s C.電磁波既能傳播聲音信號(hào)，也能傳播圖像信號(hào) D.要想使電磁波覆蓋全部地球表面，至少需要均勻配置9顆同步通信衛(wèi)星 答案 ABC 解析 播音員的聲音信號(hào)首先要轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后通過(guò)調(diào)制器將音頻信號(hào)加載到高頻電流上，再通過(guò)天線將高頻電磁場(chǎng)發(fā)射出去就形成電磁波，A項(xiàng)正確；電磁波在真空中的傳播速度是3108 m/s，B項(xiàng)正確；電磁波傳送聲音信號(hào)和圖像信號(hào)都可以，C項(xiàng)正確；要想使通信衛(wèi)星的電磁波覆蓋全球，至少要3顆衛(wèi)星，故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 8.關(guān)于電視接收的原理，下列說(shuō)法中正確的是( ) A.電視接收天線接收到的電磁波中包含有圖像信號(hào)和伴音信號(hào) B.電視接收天線接收到的電磁波經(jīng)過(guò)處理還原成圖像，天線上并不產(chǎn)生感應(yīng)電流 C.電視接收機(jī)接收到電磁波，通過(guò)電子槍的掃描顯示電視節(jié)目的圖像信號(hào)和伴音信號(hào) D.電視接收機(jī)接收到電磁波，經(jīng)揚(yáng)聲器得到電視節(jié)目的伴音信號(hào) 答案 A 解析 電視機(jī)接收天線接收到的電磁波帶有圖像信號(hào)和伴音信號(hào)，接收后天線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A項(xiàng)對(duì)，B項(xiàng)錯(cuò)；圖像信號(hào)和伴音信號(hào)必須經(jīng)過(guò)處理，才可經(jīng)顯像管和揚(yáng)聲器得到圖像和聲音，故C、D項(xiàng)錯(cuò). 9.下列關(guān)于信息傳遞的說(shuō)法中，正確的是( ) A.聲、光和電磁波中，只有電磁波能夠傳遞信息 B.固定電話、移動(dòng)電話、廣播和電視都是利用導(dǎo)線中的電流傳遞信息的 C.攝像機(jī)拍得的物體圖像，直接通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射傳播信息 D.微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信都可以用來(lái)傳遞信息 答案 D 解析 聲音可以傳遞信息，人們非常的熟悉，光也可以傳遞信息，所以A項(xiàng)錯(cuò)；移動(dòng)電話、無(wú)線電廣播和電視都是無(wú)線傳遞的，所以B項(xiàng)錯(cuò)；攝像機(jī)拍得的物體圖像，通過(guò)調(diào)制高頻的無(wú)線電波后，就可以通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射傳播信息，C項(xiàng)錯(cuò)；只有D項(xiàng)對(duì). 10.一位觀眾在某劇場(chǎng)觀看演出，他的座位離揚(yáng)聲器有20 m遠(yuǎn)；另一位觀眾在家里的電視機(jī)旁收看實(shí)況轉(zhuǎn)播，他的家離劇場(chǎng)20 km遠(yuǎn)，那么，他們兩人誰(shuí)先聽(tīng)到演員的歌聲？(聲速約為340 m/s) 答案 電視機(jī)旁的觀眾先聽(tīng)到演員的歌聲 解析 聲波傳播20 m所需時(shí)間： t1＝ s≈5.910－2 s 電磁波傳播20 km所需時(shí)間： t2＝ s≈6.710－5 s t2下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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