新教材高中物理第四章電磁振蕩與電磁波3無線電波的發(fā)射和接收導(dǎo)學(xué)案新人教版選擇性必修第二冊

．無線電波的放射和接收1．知道有效地放射電磁波的振蕩電路必需具有的兩個特點。2.了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振在電磁波放射、接收過程中的作用。一、無線電波的放射1．有效地放射電磁波的振蕩電路必需具有的兩個特點(1)要有eq\o(□,\s\up2(01))足夠高的振蕩頻率，頻率越高，放射電磁波的本事越大。(2)振蕩電路的電場和磁場必需分散到盡可能大的空間。使電場和磁場擴展到電容器外部的振蕩電路叫作eq\o(□,\s\up2(02))開放電路。2．電磁波信號的放射技術(shù)(1)載波：為了利用電磁波傳遞信號，就要讓高頻的電磁波隨著被傳遞的信號而eq\o(□,\s\up2(03))變更，這種用來攜帶信號的高頻電磁波叫作載波。(2)調(diào)制：在電磁波放射技術(shù)中，使載波隨各種信號而變更的技術(shù)叫作eq\o(□,\s\up2(04))調(diào)制。調(diào)制的方法有兩種：①調(diào)幅：使高頻電磁波的eq\o(□,\s\up2(05))振幅隨信號的強弱而變；②調(diào)頻：使高頻電磁波的eq\o(□,\s\up2(06))頻率隨信號的強弱而變。二、無線電波的接收1．接收原理：電磁波能使eq\o(□,\s\up2(01))導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以空中的導(dǎo)體可以用來接收電磁波，這個導(dǎo)體就是接收eq\o(□,\s\up2(02))天線。2．電諧振：當(dāng)接收電路的eq\o(□,\s\up2(03))固有頻率跟收到的電磁波的eq\o(□,\s\up2(04))頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫作電諧振。3．調(diào)諧：把接收電路產(chǎn)生eq\o(□,\s\up2(05))電諧振的過程叫作調(diào)諧。4．解調(diào)：把聲音或圖像信號從接收到的eq\o(□,\s\up2(06))高頻電流中還原出來，這個過程是調(diào)制的逆過程，叫作解調(diào)。調(diào)諧波的解調(diào)也叫eq\o(□,\s\up2(07))檢波。三、電視廣播的放射和接收1．信號采集：電視廣播信號是一種eq\o(□,\s\up2(01))無線電信號。在現(xiàn)代電視放射系統(tǒng)中，首先通過攝像機的感光器件將景物的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o(□,\s\up2(02))電信號。2．信號調(diào)制：為了使信號遠(yuǎn)距離傳播，須要通過載波將信號調(diào)制成eq\o(□,\s\up2(03))高頻信號再進行傳播。3．信號傳播：目前，高頻電視信號的傳播方式主要有三種：地面無線電傳輸、eq\o(□,\s\up2(04))有線網(wǎng)絡(luò)傳輸、衛(wèi)星傳輸。不同的傳播方式運用不同頻率范圍的電磁波，實行不同的調(diào)制方式。4．信號接收處理：在電視接收端，接收到eq\o(□,\s\up2(05))高頻電磁波信號以后，將圖像信號經(jīng)過解調(diào)處理，送到eq\o(□,\s\up2(06))顯示設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信息，將伴音信號經(jīng)解調(diào)后送到eq\o(□,\s\up2(07))揚聲器。判一判(1)制作天線必需用導(dǎo)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(diào)是調(diào)制的逆過程。()(4)電諧振相當(dāng)于機械振動中的共振。()(5)高頻電視信號的幾種傳播方式實行相同的調(diào)制方式。()提示：(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×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兩極板正對面積，增大極板間距，使電容器變成兩條長的直線，一條直立在高空成為天線，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。課堂任務(wù)無線電波的放射和接收細(xì)致視察下列圖片，細(xì)致參加“師生互動”?；顒?：如圖甲所示的一般LC振蕩電路中，電場和磁場的分布有什么特點？提示：在一般的LC振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內(nèi)部。活動2：如圖甲電路在電磁振蕩的過程中，電場能和磁場能主要是在電路內(nèi)相互轉(zhuǎn)化，輻射出去的能量很少，乙與甲相比，哪個電路能更有效地放射電磁波呢？乙與丙相比呢？提示：乙與甲相比，乙電路電場分布更廣，所以乙能更有效地放射電磁波。乙與丙相比，丙的電場分布更廣，磁場分布也廣，所以丙比乙能更有效地放射電磁波?；顒?：探討表明，振蕩電路向外輻射能量的本事，與振蕩頻率有關(guān)。結(jié)合以上活動，應(yīng)從哪些方面提高振蕩電路放射電磁波的本事？提示：振蕩頻率，以及電場和磁場的分布空間。活動4：依據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，考慮如何接收電磁波信號？提示：變更的磁場會使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以放置一個閉合導(dǎo)體電路，當(dāng)有電磁波經(jīng)過時，變更的磁場會在導(dǎo)體電路中產(chǎn)生變更的感應(yīng)電流，這樣就可以接收到電磁波信號。1．無線電波的放射(1)有效放射電磁波的條件要有效地向外放射電磁波，振蕩電路必需具有的兩個特點：①要有足夠高的振蕩頻率。頻率越高，振蕩電路放射電磁波的本事越大，假如是低頻信號，要用高頻信號運載才能將其更有效地放射出去。②振蕩電路的電場和磁場必需分散到盡可能大的空間。即采納開放電路，如下圖。實際應(yīng)用中的開放電路：線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫作地線；線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連。無線電波就是由這樣的開放電路有效地放射出去。(2)調(diào)制①調(diào)制：在電磁波放射過程中，使載波隨各種信號而變更的技術(shù)。②調(diào)制的分類a．調(diào)幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變更的調(diào)制技術(shù)，如圖所示。b．調(diào)頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變更的調(diào)制技術(shù)，如圖所示。(3)無線電波的放射由振蕩器(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，向四周放射出去。2．無線電波的接收(1)無線電波的接收原理①電磁波在空間傳播時，假如遇到導(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(dāng)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)生的振蕩電流最強。(2)無線電波的接收處理過程接收電路如圖所示。①調(diào)諧：當(dāng)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)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫作電諧振。使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫作調(diào)諧。調(diào)整可調(diào)電容器的電容變更電路的固有頻率，使它跟要接收的電磁波的頻率相同，這個電磁波在調(diào)諧電路中激起較強的感應(yīng)電流，于是就選出了這個電臺。②解調(diào)：把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來的過程叫作解調(diào)。它是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波。3．電視廣播的放射和接收電視廣播的放射和接收過程例(多選)關(guān)于電磁波的放射和接收，下列說法中正確的是()A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必需是閉合的B．音頻電流的頻率比較低，不能干脆用來放射電磁波C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強D．要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有解調(diào)過程(1)無線電波的放射應(yīng)當(dāng)采納怎樣的電路？提示：應(yīng)當(dāng)采納開放電路。(2)電視機是怎樣接收電視信號的？提示：由電視天線接收電磁波，經(jīng)調(diào)諧、解調(diào)后得到所需信號。[規(guī)范解答]要有效地放射電磁波，必需采納開放電路和高頻放射；音頻電流的頻率比較低，不能干脆用來放射電磁波，故A錯誤，B正確。當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫作電諧振，C正確。電視機顯示圖像時，必需經(jīng)過解調(diào)過程，把有效的信號從高頻調(diào)制信號中取出來，否則就不能顯示，D正確。[完備答案]BCD規(guī)律點撥無線電波的放射和接收過程eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練])(多選)為了有效地把能量以電磁波的形式放射到盡可能大的空間，除了運用開放電路，還可以()A．增大電容器極板間的距離B．減小電容器極板的正對面積C．減小線圈的匝數(shù)D．采納低頻振蕩電流答案ABC解析實行開放電路和提高放射頻率是提高電磁波放射實力的兩種有效方法；由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))、C＝eq\f(εrS,4πkd)以及電感L由線圈的大小、形態(tài)、匝數(shù)及有無鐵芯確定可知，A、B、C正確。1．(無線電波的接收)關(guān)于電視的接收的原理，下列說法正確的是()A．電視接收天線接收到的電磁波中包括圖像信號和伴音信號B．電視接收天線接收到電磁波，天線上并不產(chǎn)生感應(yīng)電流C．電視機接收到電磁波，通過顯示器顯示電視節(jié)目的伴音信號D．電視機接收到電磁波，干脆經(jīng)揚聲器得到電視節(jié)目的伴音信號答案A解析電視信號中有圖像信號和伴音信號，即電視接收天線接收到的電磁波中包括圖像信號和伴音信號，A正確；電視接收天線接收到電磁波，引起電磁感應(yīng)，使天線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，B錯誤；電視機接收到電磁波后，經(jīng)過解調(diào)處理，將得到的電信號通過顯示設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號，C錯誤；電視機接收到的電磁波，除了載有圖像信號外，還有伴音信號。伴音信號經(jīng)解調(diào)后送到揚聲器得到電視節(jié)目的伴音信號，D錯誤。2．(無線電波的放射)上海人民廣播電臺放射一種電磁波的頻率為990kHz，中心人民廣播電臺放射一種電磁波的頻率是15.58MHz，兩廣播電臺放射的電磁波相比，以下分析正確的是()A．兩廣播電臺放射的電磁波，波速相同，但上海人民廣播電臺的波長較長B．中心人民廣播電臺的波速大，兩者的波長相等C．中心人民廣播電臺的波速大，上海人民廣播電臺的波長較長D．兩廣播電臺放射的電磁波，波速相同，中心人民廣播電臺的波長較長答案A解析因為不同頻率的電磁波在空氣中的傳播速度都相同，B、C錯誤；依據(jù)c＝λf，由于波速都相同，所以波長與頻率是成反比的，上海人民廣播電臺的電磁波頻率小于中心人民廣播電臺電磁波的頻率，則上海人民廣播電臺的波長比中心人民廣播電臺的波長長，A正確，D錯誤。3．(無線電波的接收)轉(zhuǎn)換電視頻道，選擇自己喜愛的電視節(jié)目，稱為()A．調(diào)幅B．調(diào)頻C．調(diào)制D．調(diào)諧答案D解析我們選擇電視節(jié)目時，將接收電路的頻率調(diào)到跟須要接收的某個頻率的電磁波的頻率相同，即使接收電路產(chǎn)生電諧振，這個過程為調(diào)諧，D正確。4．(電視廣播的放射和接收)下列關(guān)于電視廣播的放射和接收，說法不正確的是()A．放射電視廣播信號必需采納調(diào)頻方式B．放射電視廣播信號必需進行調(diào)制C．接收電視廣播信號必需進行調(diào)諧D．接收到電視廣播信號必需進行解調(diào)才能由揚聲器播放答案A解析放射電視廣播信號可以采納調(diào)頻方式，也可以采納調(diào)幅方式，A錯誤；放射電視廣播信號必需進行調(diào)制，B正確；接收電視廣播信號必需進行調(diào)諧以進行選臺，C正確；接收到電視廣播信號必需進行解調(diào)還原出低頻信號，才能由揚聲器播放，D正確。此題選擇不正確的，故選A。5．(調(diào)制)如圖甲所示，對講機是深山探險愛好者必備的通訊工具，不運用時高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻等幅振蕩如圖乙所示，在正常運用的過程中，即探險家對話筒喊話時產(chǎn)生的低頻振蕩如圖丙所示。依據(jù)以上信息可知，該對講機放射的無線電波應(yīng)為()答案B解析為了把聲音信號有效地放射出去，須要對信號進行調(diào)制，一種調(diào)制方式是：使振蕩電流的振幅隨著聲音信號的強弱而變更，這就是調(diào)幅；另一種調(diào)制方式是：使振蕩電流的頻率隨信號的強弱而變更，這就是調(diào)頻。調(diào)制不但影響振蕩電流的正半周，也影響振蕩電流的負(fù)半周。綜上分析，只有B正確。6.(調(diào)制和解調(diào))(多選)如圖所示為調(diào)幅振蕩電流圖像，此電流存在于電磁波放射和接收中的哪些階段()A．經(jīng)調(diào)制后B．經(jīng)調(diào)諧后C．經(jīng)解調(diào)后D．耳機中答案AB解析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(diào)制。而題中圖像表示高頻振蕩電流的振幅隨信號而變更，這叫調(diào)幅。在接收電路中，經(jīng)過調(diào)諧，回路中將出現(xiàn)調(diào)幅振蕩電流，經(jīng)解調(diào)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，A、B正確，C、D錯誤。7．(綜合)用一自感系數(shù)為L的線圈和一電容器構(gòu)成一調(diào)諧電路。要使該調(diào)諧電路能接收到波長為λ的無線電波，則該電容器的電容應(yīng)為(已知無線電波在空氣中的速度為c)()A.eq\f(λ,2πLc) B.eq\f(1,2π\(zhòng)r(Lcλ))C.eq\f(λ2,2πLc2) D.eq\f(λ2,4π2Lc2)答案D解析由λ＝eq\f(c,f)可得波長為λ的無線電波的頻率f＝eq\f(c,λ)，故調(diào)諧電路的頻率也應(yīng)為f，又因為f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，所以eq\f(c,λ)＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，解得C＝eq\f(λ2,4π2Lc2)，故D正確。8．(電諧振)在如圖所示的電路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，怎樣才能使回路2與回路1發(fā)生電諧振？發(fā)生電諧振的頻率是多少？答案變更可變電容器C2的電容，使得C2為50pF1.78MHz解析發(fā)生電諧振時兩電路的固有頻率相同。為使兩回路發(fā)生電諧振，可以變更可變電容器的電容，使f2＝f1，即eq\f(1,2π\(zhòng)r(L2C2))＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(L1C1))解得C2＝eq\f(L1C1,L2)＝eq\f(40×200,160)pF＝50pF。發(fā)生電諧振時的頻率f1＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(L1C1))≈1.78×106Hz＝1.78MHz。9．(綜合)(多選)如圖為一個調(diào)諧接收電路，a、b、c為電路中的電流隨時間變更的圖像，則()A．i1是L1中的電流圖像B．i1是L2中的電流圖像C．i2是L2中的電流圖像D．i3是流過耳機的電流圖像答案ACD解析C1、L1振蕩電路通過電諧振會產(chǎn)生調(diào)幅電流，即i1，A正確，B錯誤；L2中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的圖像同a圖相像，但是由于L2和二極管D串聯(lián)，所以L2中的電流圖像應(yīng)是i2，C正確；通過D的電流，高頻成分由C2流過，所以i3是流過耳機的電流圖像，D正確。10．(綜合)調(diào)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低頻率電臺發(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(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)B．加大電源電壓C．更換一個電容較小的可變電容器D．減小電源電壓答案A解析接收不到較低頻率電臺發(fā)出的信號是由于調(diào)諧電路頻率較高，依據(jù)f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，可采納的方法有增大線圈自感系數(shù)，或增大電容器的電容，A正確。11．(綜合)(多選)用一平行板電容器和一個線圈組成LC振蕩電路，要減小電磁波的放射頻率，可采納的做法是()A．減小電容器兩極板間的距離B．減小電容器兩極板的正對面積C．增大電容器兩極板的正對面積D．在電容器兩極板間加入電介質(zhì)答案ACD解析由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，要減小f，就必需增大平行板電容器的電容C或線圈的自感系數(shù)L；由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，要增大C，就必需減小電容器兩極板間的距離、增大電容器兩極板的正對面積或在電容器兩極板間加入電介質(zhì)，故A、C、D正確。12.(綜合)如圖所示的電路中，變壓器的原線圈連接在頻率為f的溝通電源上，電感為L的副線圈接一個適當(dāng)?shù)碾娙萜鞒蔀長C振蕩電路，這種振蕩電路和機械振動中的________振動相類似，其振蕩周期等于________。變更電容器的電容，當(dāng)電容等于________時，振蕩電流最強。答案受迫eq\f(1,f)eq\f(1,4π2f2L)解析變壓器的副線圈中感應(yīng)電流的頻率與原線圈中的電流頻率相同，類似于機械振