2019高中物理第十四章第3节电磁波的发射和接收讲义（含解析）新人教版 10页

电磁波的发射和接收一、无线电波的发射┄┄┄┄┄┄┄┄①1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。(2)应采用开放电路，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。2．开放电路实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线，线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。3．无线电技术使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。调制的方法有两种：一是调幅，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变；另一种叫调频，使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。[说明]电台发射的如声音等信号，都要搭载电磁波发射出去，而不是直接将声音信号转化为电信号发射，这是因为声音信号频率较低，而电台向外发射电磁波要有足够高的频率。实践证明，只有提高发射频率才能提高发射能力，高频振荡信号就是那些有用的低频信号的“载体”，而把频率较低的信号加载到高频信号上去的过程就是调制过程。①[选一选]为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行(　　)A．调谐　　　　　B．放大C．调制D．检波解析：选C　把要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射出去的过程叫做调制，故只有C正确，A、B、D三项应是电磁波接收端需进行的过程。二、无线电波的接收┄┄┄┄┄┄┄┄②1．接收原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会在导体中产生感应电流。因此，空中的导体可以用来接收电磁波。2．电谐振与调谐(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象。它相当于机械振动中的共振。(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。3．解调：使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来的过程。它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫检波。4．无线电波：波长大于1mm(频率低于300GHz)的电磁波称为无线电波。按波长(频率)把无线电波分为若干波段。不同波段的无线电波的传播特点不一样，发射和接收所用的设备n和技术也不相同，因此有不同的用途。[说明]1．电谐振就是电磁振荡中的“共振”。2．调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程。②[判一判]1．制作天线必须用导体(√)2．只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流(×)3．解调是调制的逆过程(√)4．不同波段无线电波的传播特点不同，但用途是相同的(×)1.无线电波的发射和接收过程2．“调幅”和“调频”都是调制过程(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。3．解调是调制的逆过程声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制，而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。4．正确理解调谐的作用世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择地全部接收下来，那必然是一片混乱的信号，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中利用电谐振达到该目的。[典型例题]例1.[多选]为了有效地把磁场的能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了用敞n露空间的电路，行之有效的办法是(　　)A．增大电容器极板间的距离B．减小电容器极板的正对面积C．减少线圈的匝数D．采用低频振荡电流[解析]　实行开放电路和提高辐射频率是发射电磁波的两种有效方法，D错误；由f＝、C＝可知，A、B正确；减少线圈的匝数，可使L减小，从而提高f，C正确。[答案]　ABC[点评](1)当振荡电路变成开放电路时，由于线圈匝数减少，则自感系数L减小。由于电容器极板间的正对面积减小，距离增大，电容器的电容减小。由f＝可知，频率增大，故辐射本领增强。(2)熟练掌握有效发射电磁波的条件和振荡频率的表达式，此类问题便可解决。[即时巩固]1．[多选]调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较高频率的电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法(　　)A．增加调谐电路中线圈的匝数B．加大电源电压C．减少调谐电路中线圈的匝数D．将线圈中的铁芯取走解析：选CD　当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率，发生电谐振时才能较好地收到电台信号，本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低，由f＝知在C无法再调节的情况下，可减小L以提高频率，C、D正确。λ>1mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。n[典型例题]例2.[多选]关于无线电波的传播，下列说法正确的是(　　)A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流C．波长越短的电磁波，越接近直线传播D．移动电话是利用无线电波进行通讯的[解析]　无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，B正确，A错误；波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，C、D正确。[答案]　BCD[点评](1)电磁波的波长越长，越易发生衍射现象。(2)电磁波的波长越短，越易表现为直线传播的特性。(3)电磁波在导体中激起感应电流时要消耗电能。[即时巩固]2．[多选]关于电磁波的传播，下列叙述正确的是(　　)A．电磁波频率越高，越容易沿地面传播B．电磁波频率越高，越容易沿直线传播C．电磁波在各种介质中传播的波长恒定D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，在一定条件下就可把信号传遍全世界解析：选BD　由c＝λf可判定，电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不易沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，B正确，A错误；电磁波在介质中传播时，频率n不变，而传播速度改变，由λ＝可知波长改变，C错误；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36000km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗互成120°的同步卫星，就可覆盖全球，D正确。多选]关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是(　　)A．必须对信号进行调制B．必须使信号产生电谐振C．必须把传输信号加到高频电流上D．必须使用开放电路解析：选ACD　电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，用开放电路发射，A、C、D正确；产生电谐振的是接收电路，B错误。2．转换电视频道，选择自己喜欢的电视节目，称为(　　)A．调幅　　　B．调频　　　C．调制　　　D．调谐解析：选D　选择电视频道是调整谐振电路的频率与待选定频道信号的频率一致，从而产生电谐振，这是调谐的过程，故D正确。3．[多选]下列关于无线电波的叙述中，正确的是(　　)A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B．无线电波在任何介质中传播速度均为3.0×108m/sC．无线电波不能产生干涉和衍射现象D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：选AD　无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A项正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108m/s，B项错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C项错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于波速减小，由λ＝可知波长变短，D项正确。4．[多选]一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波。收音机有两组线圈，其中一组是细线密绕匝数多的线圈，另一组是粗线疏绕匝数少的线圈，收音机中的调谐电路为LC电路，由此可以判断(　　)A．匝数多的电感较大，使调谐回路的固有频率较小，故用于接收中波nB．匝数少的电感较小，使调谐回路的固有频率较小，故用于接收短波C．匝数少的电感较小，使调谐回路的固有频率较大，故用于接收短波D．匝数多的电感较大，使调谐回路的固有频率较大，故用于接收中波解析：选AC　匝数多而密的线圈电感大，匝数少而疏的线圈电感小，根据f＝知，电感越大，回路固有频率越小，根据c＝fλ，频率越小，波长越大，频率越大，波长越小，A、C正确。5．如图所示为某收音机接收电路，其电感L＝10－3mH，为了接收波长为500m的电磁波，其电容C应调到多少？解析：该电磁波的频率为f＝＝Hz＝6×105Hz那么该电路的固有频率也应调到f由电磁振荡的频率公式f＝得C＝代入数据解得C≈7.04×10－2μF答案：7.04×10－2μF[基础练]一、选择题1．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是(　　)A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大解析：选A　在无线电波的接收中，首先要选择出所需要的电磁波—调谐，然后经高频放大后，再将音频信号提取出来—检波，最后再进行音频放大，A正确。2．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为(　　)A．天线处在变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路nB．天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路C．天线只是选择性地接收某电台信号，而其他电视台信号则不接收D．天线将电磁波传输到电视机内解析：选A　室外天线处于空间变化的电磁场中，天线中产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中空间各电台信号激起的电流均存在，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理进入后面的电路，A正确，B、C、D错误。3．下列说法正确的是(　　)A．电磁波信号需要经过“调谐”过程，加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去B．经过“调制”的电磁波发射后，可以传到无限远处C．“检波”就是“调谐”D．电视的图像信号和声音信号是通过电视台的发射天线同时发射的解析：选D　电磁波信号需要经过“调制”过程，加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去，故A错误；电磁波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，所以不会传到无限远处，B错误；检波是将需要的信号从加载的电磁波中分离出来的过程，调谐是选择所需要接收的电磁波，故C错误；图像信号和声音信号都转变成电信号，由发射天线同时发射，故D正确。4．[多选]如图所示为调幅振荡电流图象，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段(　　)A．经调制后B．经调谐后C．经检波后D．耳机中解析：选AB　为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制；而图象表示将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅，是调制的一种方法；在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经检波后，低频信号从高频电流中还原出来，而在耳机中只有低频信号电流，综上分析，A、B正确。二、非选择题5．某居住地A位于某山脉的一侧，山脉的另一侧P处建有无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为400kHz的中波和400MHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×108m/s，求：n(1)该中波和微波的波长各是多少？(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？解析：(1)由λ＝知，中波的波长为λ1＝750m，微波的波长为λ2＝0.75m。(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象。(3)中波的接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。答案：(1)750m　0.75m　(2)衍射　(3)中波　理由见解析[提能练]一、选择题1．电磁场理论的建立，促进了现代社会的发展，下列应用中，同时使用了电磁波接收和发射技术的电器是(　　)A．微波炉　　B．收音机　　C．电视机　　D．手机解析：选D　微波炉、收音机、电视机、手机等都要利用电磁波传递信息，但同时使用了电磁波接收和发射技术的电器只有手机，故D正确，A、B、C错误。2．手机A的号码为12345670002，手机B的号码为12345670008，用手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示手机A的号码为12345670002。若将手机B置于一透明真空罩中，用手机A拨打手机B，则手机B(　　)A．发出响声，并显示A的号码为12345670002B．不发出响声，但显示A的号码为12345670002C．不发出响声，但显示A的号码为12345670008D．既不发出响声，也不显示号码解析：选B　电磁波可以在真空中传播，而声波的传播则需要介质，当用手机A拨手机B时(B置于一透明真空罩中)，B能显示A的号码，不能发出响声，B正确。3．[多选]要接收到载有音频信号的电磁波，并通过耳机发出声音，在接收电路中必须经过下列过程中的(　　)A．调幅B．调频C．调谐D．解调解析：选CD　要接收电磁波，收听节目就必须先把电磁波有选择性的接收下来，这一过程叫做调谐，然后把音频信号从电磁波中“卸载”下来，这一过程叫做解调，故C、D正确。n4.在LC振荡电路中，电容器C的带电荷量q随时间t变化的图象如图所示。在1×10－6s到2×10－6s内，关于电容器的充(放)电过程及由此产生的电磁波的波长，下列说法正确的是(　　)A．充电过程，波长为1200mB．充电过程，波长为1500mC．放电过程，波长为1200mD．放电过程，波长为1500m解析：选A　由题图可知，在1×10－6s到2×10－6s内，电容器C的带电荷量由0增加到最多，因此是充电过程；电磁振荡的周期等于所发射的电磁波的周期，那么电磁波的波长为λ＝cT＝3×108×4×10－6m＝1200m，故选项A正确。二、非选择题5．一台收音机的频率接收范围从f1＝2.2MHz到f2＝22MHz。设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2，调谐电容器的相应电容变化范围从C1到C2。求、。解析：根据公式v＝λf，因电磁波的波速等于光速，所以波长与频率成反比，即＝＝根据电磁振荡公式f＝，收音机接收电路中的L是固定的，所以频率跟电容的平方根成反比，即＝整理可得＝＝答案：10∶1　100∶16．某收音机接收电磁波的波长范围在182～577m之间，该收音机调谐电路的可变电容器的动片完全旋出时，回路的电容为39pF。求：(1)该收音机接收电磁波的频率范围；(2)该收音机的可变电容器动片完全旋入定片间，回路中的电容是多大？解析：(1)由λ＝，得f＝，c为真空中的光速，代入数据可解得其接收电磁波的频率范围为5.2×105～16.5×105Hz。(2)动片完全旋出时，电容最小C1＝39pF，其振荡周期最小，对应接收的电磁波的波长n最短为λ1＝182m。动片完全旋入时，电容最大，设其为C2，其振荡周期最大，对应接收的电磁波的波长最长为λ2＝577m。由f＝＝，得＝。故C2＝C1＝2×39pF≈392pF。答案：(1)5.2×105～16.5×105Hz　(2)392pF