【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第4章第2節(jié)電磁波的發(fā)射傳播和接收課件

第4章第2節(jié)電磁波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)習(xí)目標思維導(dǎo)圖1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的基本原理。(科學(xué)思維)2.知道調(diào)制、調(diào)諧、電諧振、解調(diào)(檢波)等概念的意義及區(qū)別。(物理觀念)3.了解無線電波的三種主要傳播途徑及其特點。(科學(xué)思維)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達標基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、電磁波的發(fā)射1.發(fā)射條件(1)振蕩頻率

;

(2)電場、磁場盡可能分布到

。

2.開放電路為了滿足發(fā)射條件,可以

電容器的極板面積,

極板間距,使電容器變成兩條長的直導(dǎo)線,一條深入高空成為

,另一條接入地下成為

,形成開放電路。

3.電磁波的調(diào)制把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上稱為調(diào)制,常用的調(diào)制方式有

和

兩種。

足夠高

較大的空間減小增大天線地線調(diào)頻調(diào)幅想一想開放電路是如何形成的?提示

在LC振蕩電路中減小電容器的極板面積,增大極板間距,使電容器變成兩條長的直線,一條豎立在高空成為天線,另一條接入地下成為地線,使電場完全暴露在空中,形成開放電路。二、電磁波的傳播1.無線電波通常有三種傳播途徑:

、

和

。

2.地波是沿地球表面空間傳播的無線電波。在無線電技術(shù)中,通常采用地波的形式傳播長波、中波和

波。

3.天波是靠大氣中

的反射傳播的無線電波。

最適合采用天波的形式傳播。

4.空間波是像光束那樣沿

傳播的無線電波。這種傳播方式適用于

和

,此外衛(wèi)星中繼通信、衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用空間波作為傳輸途徑。

地波天波空間波中短電離層短波直線超短波微波通信想一想(1)電磁波的傳播速度由什么決定?(2)由空氣進入水中,電磁波會發(fā)生怎樣的變化?提示

(1)電磁波的傳播速度由介質(zhì)和頻率共同決定。(2)電磁波的頻率不變,傳播速度變小,波長變短。三、電磁波的接收1.電諧振現(xiàn)象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(chǎn)生電流最強的現(xiàn)象。與機械振動中的

現(xiàn)象類似。

2.調(diào)諧在無線電技術(shù)中,對空間存在的各種頻率的電磁波,需要選擇某一種特定的

接收的過程。

3.調(diào)諧電路能夠進行調(diào)諧的接收電路。調(diào)節(jié)調(diào)諧電路可調(diào)電容或電感,改變電路的

,使它與要接收的電臺的電磁波的頻率相同,這個電磁波在調(diào)諧電路里激起的電流最強。

共振頻率固有頻率想一想(1)電磁波的發(fā)射應(yīng)該采用怎樣的電路?(2)電視機是怎樣接收電視信號的?(3)障礙物與雷達間距該如何確定?提示

(1)應(yīng)該用開放電路。(2)由電視天線接收電磁波,經(jīng)調(diào)諧、解調(diào)后得出所需信號。(3)障礙物與雷達間距為x=,其中t為發(fā)射無線電波到接收反射波的時間,c為光速。易錯辨析

判一判(1)為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量,必須是閉合電路。(

)(2)當接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強。(

)(3)當電磁波在空間傳播時,電磁能也隨著一起傳播。(

)(4)電視接收天線收到電磁波經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)還原成圖像和聲音。(

)×提示

為了有效地向空間輻射能量,必須是開放電路。

√√×提示

電視接收天線收到電磁波經(jīng)過解調(diào)還原成圖像和聲音。

即學(xué)即用

練一練1.為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射到遠方,必須對振蕩電流進行(

)A.調(diào)諧

B.放大C.調(diào)制

D.檢波C解析

把要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發(fā)射出去的過程叫做調(diào)制,故只有C正確,A、B、D三項應(yīng)是電磁波接收端需進行的過程。2.(多選)關(guān)于電磁波的接收,下列說法正確的是(

)A.當處于電諧振時,所有的電磁波都能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B.當處于電諧振時,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C.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過耳機就可以聽到聲音了D.由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,再經(jīng)過檢波、放大,通過耳機才可以聽到聲音AD解析

當處于電諧振時,所有的電磁波都能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,只不過頻率跟調(diào)諧電路固有頻率相等的電磁波,在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強。由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流,要再經(jīng)過檢波(也就是調(diào)制的逆過程)、放大,通過耳機才可以聽到聲音,故正確選項為A、D。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一電磁波的發(fā)射情境探究將兩根鋁管固定在感應(yīng)線圈的兩極上,另兩根鋁管接微安表頭并固定在絕緣手柄上,如圖所示。(1)接通感應(yīng)線圈電源,把手柄上兩鋁管平行靠近感應(yīng)線圈上的兩鋁管,你看到了什么現(xiàn)象?為什么?(2)當把感應(yīng)線圈兩極上的鋁管拆掉后,把手柄靠近感應(yīng)線圈有什么現(xiàn)象?為什么?要點提示

(1)微安表頭指針偏轉(zhuǎn),因為絕緣手柄上的鋁管接收到了電磁波。(2)沒有裝鋁管時,微安表頭指針不偏轉(zhuǎn),說明絕緣手柄上的鋁管沒有接收到電磁波。因為發(fā)射電磁波要有天線。知識歸納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特點:(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,要用高頻信號運載才能將其更有效地發(fā)射出去。(2)采用開放電路。采用開放電路可以使振蕩電路的電磁場分散到盡可能大的空間,如圖所示。高頻振蕩、開放電路

由閉合回路變成開放電路

實際的開放電路:線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連;線圈的另一端與架在空中的天線相連。無線電波就是由這樣巨大的開放電路發(fā)射出去的。2.調(diào)制(1)調(diào)制:在電磁波的發(fā)射過程中,使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)。(2)調(diào)制的分類①調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示。調(diào)振幅、調(diào)頻率

②調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示。

閃光語錄

無線電波的發(fā)射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產(chǎn)生高頻振蕩電流,用調(diào)制器將需傳送的電信號調(diào)制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發(fā)出無線電波,向四周發(fā)射出去。應(yīng)用體驗典例1

(多選)關(guān)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(diào)制B.必須使信號產(chǎn)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ACD解析

電磁波的發(fā)射過程中,一定要對低頻輸入信號進行調(diào)制,用開放電路發(fā)射;為了有效地向外發(fā)射電磁波,必須把傳輸信號加到高頻電流上,選項A、C、D正確。而產(chǎn)生電諧振的過程是在接收電路,選項B錯誤。規(guī)律方法

LC電路與開放電路(1)如果LC電路是閉合的,它不利于向外發(fā)射電磁波,因為發(fā)射電磁波需要把振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間中,才能有效地把能量傳播出去。(2)LC振蕩電路與開放電路耦合后,振蕩電路中產(chǎn)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(chǎn)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。針對訓(xùn)練1(多選)為了有效地把能量以電磁波形式發(fā)射到盡可能大的空間,除了使用開放電路,還可以(

)A.增大電容器極板間的距離B.減小電容器極板的面積C.減少線圈的匝數(shù)D.采用低頻振蕩電流ABC

解析

使用開放電路和提高發(fā)射頻率是提高電磁波發(fā)射能力的兩種有效方探究二電磁波的傳播與接收情境探究萊頓瓶是一個玻璃瓶,瓶里瓶外分別貼有錫箔,瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連接,棒的上端是一個金屬球。由于它是在萊頓城發(fā)明的,所以叫萊頓瓶,這就是最初的電容器。如圖甲所示,用兩個萊頓瓶(附矩形發(fā)射框和帶氖管的矩形接收框)、感應(yīng)線圈和直流電源連成電路。如圖乙所示,發(fā)射框上的銅球與萊頓瓶上的銅球相距約1~2厘米,氖管兩端分別接萊頓瓶的內(nèi)壁和外壁金屬箔。感應(yīng)線圈高壓加在銅球和萊頓瓶上,使銅球間發(fā)生火花放電。(1)調(diào)節(jié)接收框上的可移動的豎直金屬滑動桿,使它從最右端慢慢向左移動,觀察接收框上的氖管發(fā)光有什么變化?(2)說明產(chǎn)生這種變化的原因。要點提示

(1)滑動桿向左滑動的過程中,氖管先變亮后變暗,當矩形接收框與發(fā)射框的大小差不多時氖管最亮。(2)當兩框大小相等時,兩框的自感系數(shù)近似相等,與萊頓瓶組成的LC振蕩電路的固有頻率近似相同,發(fā)射電路與接收電路發(fā)生電諧振,接收框接收到的信號最強,所以氖管最亮。知識歸納1.電磁波的傳輸可以通過電纜、光纜進行有線傳輸,也可實現(xiàn)無線傳輸。電磁波的頻率越高,相同時間內(nèi)傳遞的信息量越大。2.電磁波的接收原理(1)電磁波在空間傳播時,如果遇到導(dǎo)體,就會使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)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(dǎo)體,就可以接收到電磁波。(2)當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強。3.接收電路(1)調(diào)諧:當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強的現(xiàn)象稱為電諧振。使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程稱為調(diào)諧。(2)解調(diào):又稱“反調(diào)制”,是從已調(diào)波中重現(xiàn)調(diào)制信號的過程。

調(diào)制逆過程

閃光語錄

無線電波的發(fā)射和接收過程

應(yīng)用體驗典例2

調(diào)節(jié)收音機的調(diào)諧電路時,可變電容器的動片從全部旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率的電臺信號,為接收到該電臺信號,則應(yīng)(

)A.加大電源電壓B.減小電源電壓C.增加諧振線圈的圈數(shù)D.減少諧振線圈的圈數(shù)D解析

由于

,C越小、L越小,f越大。動片旋出,正對面積S減小,C減小,S調(diào)到最小,即C最小時,f還未達到高頻率f0,則必須使L減小,即減少諧振線圈數(shù),選項C錯誤,D正確;頻率f與電源電壓無關(guān),選項A、B錯誤。規(guī)律方法

電磁波的傳播與接收1.電磁波在傳播過程中,如果遇到導(dǎo)體,會使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此,空中的導(dǎo)體可以用來接收電磁波。2.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(chǎn)生的振蕩電流最大。旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕的目的就是使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最大。3.使聲音或圖像信號從調(diào)諧電路接收到的高頻電流中還原出來,這個過程叫解調(diào),它是調(diào)制的逆過程。針對訓(xùn)練2電視接收信號過程示意圖如圖所示,其工作過程順序正確的是(

)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C解析

電視接收機首先利用電諧振通過調(diào)諧把空間高頻電流選出來,然后解調(diào),取下信號,最后經(jīng)放大后再傳給顯像管顯像,所以正確的順序是C。學(xué)以致用·隨堂檢測全達標1231.簡單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置,至少應(yīng)具備以下電路中的(

)①調(diào)諧電路

②調(diào)制電路

③高頻振蕩電路

④開放振蕩電路A.①②③

B.②③④C.①④

D.①②④B解析

比較有效地發(fā)射電磁波的裝置應(yīng)該有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調(diào)制電路是把需要發(fā)射的信號裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去,高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波,開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送得更遠。而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路。故選項B正確。1232.(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射與接收,下列說法正確的是(

)A.發(fā)射的LC電路是開放的B.若振蕩電路頻率較低,則不能發(fā)射電磁波C.調(diào)諧是調(diào)制的逆過程D.接收電路也是一個LC振蕩電路ABD解析

如果LC電路是閉合的,它不能向外發(fā)射電磁波,因為發(fā)射電磁波需要把振蕩電路的