2024-2025學(xué)年高中物理第十四章電磁波3電磁波的發(fā)射和接收學(xué)案新人教版選修3-4

PAGE8-3電磁波的放射和接收一、電磁波的放射1．要有效地放射電磁波，振蕩電路必需具備兩個特點：第一，要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，放射電磁波的本事越大．其次，應(yīng)采納開放電路，振蕩電路的電場和磁場必需分散到足夠大的空間．2．開放電路：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)線叫做地線，線圈的另一端高高地架在空中，叫做天線．3．無線電技術(shù)：使電磁波隨各種信號而變更的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的方法有兩種，一種是調(diào)幅，使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變更；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變更．1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元1874－1937年)獨創(chuàng)了無線電通信技術(shù)．從今，攜帶人類信息的電磁波起先在空間自由旅行，人們不必依靠電線，就可以在遙遠(yuǎn)的地方互通信息．電視臺放射電視信號為什么要建高聳入云的放射塔呢？提示：電視信號要有效地放射出去，必需采納高頻開放電路，電磁波的波長比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會被阻擋，所以放射天線要架得高一些．二、電磁波的接收1．接收原理：電磁波能使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以導(dǎo)體可用來接收電磁波，這個導(dǎo)體就是接收天線．2．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等時，接收電路里產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振．3．調(diào)諧：使電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧．4．解調(diào)：把聲音或圖像信號從接收到的高頻電流中還原出來，這個過程是調(diào)制的逆過程，叫做解調(diào)．5．無線電波：波長大于1_mm(頻率低于30GHz)的電磁波稱做無線電波．按波長可分成若干個波段，像長波、中波、短波、微波等．每個波段所用的設(shè)備和技術(shù)不同，因此有不同的用途．如圖所示是我們常用的收音機(jī)中與調(diào)臺旋鈕相連的一個電子器件，它由兩組鋁片組成，一組鋁片固定，稱為靜片；另一組鋁片可以旋轉(zhuǎn)，稱為動片．收音機(jī)調(diào)臺時就是通過轉(zhuǎn)動動片，變更動片與靜片的正對面積，從而實現(xiàn)選臺目的的，你知道這是如何實現(xiàn)的嗎？提示：這是一個可變電容器．兩組鋁片之間是相互絕緣的，動片旋入得越多，正對面積越大，電容也就越大．它是振蕩電路的一部分，由振蕩電路周期T＝2πeq\r(LC)知，調(diào)整電容C，可以變更振蕩周期．當(dāng)LC回路振蕩頻率與待接收的電磁波頻率相同時，產(chǎn)生電諧振，從而將須要的電臺信號選出來．考點一電磁波的放射1．有效放射電磁波的條件(1)要有足夠高的振蕩頻率．理論探討證明，振蕩電路向外界輻射能量的本事與振蕩頻率親密相關(guān)．頻率越高，振蕩電路放射電磁波的本事越大．(2)采納開放電路．振蕩電路的電場和磁場必需分散到盡可能大的空間．天線和地線也可組成開放電路，如下圖所示．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)線叫做地線；線圈的另一端與高高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放射出去的.2．電磁波的調(diào)制在電磁波放射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而變更的技術(shù)叫做調(diào)制，調(diào)制的裝置如右圖所示．(1)調(diào)幅(AM)：使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制技術(shù)，如圖甲所示．(2)調(diào)頻(FM)：使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制技術(shù)，如圖乙所示．【例1】為了使須要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載在電磁波上放射到遠(yuǎn)方，必需對振蕩電流進(jìn)行()A．調(diào)諧 B．放大C．調(diào)制 D．檢波【導(dǎo)思】聲音與圖像信號的頻率很低，不滿意干脆放射的條件，只有高頻電磁波才能有效地向外放射．【解析】1.把低頻信號加到高頻電磁波上去的過程叫調(diào)制．2．調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種．【答案】C要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本事，應(yīng)當(dāng)實行的措施是(B)A．增加輻射波的波長B．使振蕩電容的正對面積足夠小C．盡可能使電場和磁場分散開D．增加回路中的電容和電感解析：理論證明，電磁波放射本事(功率)與f成正比，電磁場應(yīng)盡可能擴(kuò)散到四周空間，形成開放電路．f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))，C＝eq\f(εrS,4πkd)，要使f增大，應(yīng)減小L或C，只有B符合題意．考點二電磁波的接收1．無線電波的接收原理：電磁波在傳播過程中假如遇到導(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．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，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振．電諧振是電磁振蕩中的“共振現(xiàn)象”．3．調(diào)諧：接收電路的固有頻率可以在肯定范圍內(nèi)連續(xù)變更，將接收電路的頻率調(diào)整到與須要接收的某個頻率的電磁波相同，使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧．(1)調(diào)諧與電諧振不同，電諧振是一個物理現(xiàn)象，而調(diào)諧則是一個操作過程．(2)收音機(jī)的選臺相當(dāng)于通過變更電容C來變更接收頻率，波段轉(zhuǎn)換相當(dāng)于通過變更自感系數(shù)L來變更接收頻率．4．解調(diào)(檢波)：使聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來，叫做解調(diào)．解調(diào)是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波．5．電磁波的接收：天線接收到的全部的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所須要的電磁波，再經(jīng)檢波取出攜帶的信號，放大后再還原成聲音或圖像的過程．6．無線電波及波段劃分：無線電技術(shù)中把波長大于1mm(頻率低于300GHz)的電磁波稱為無線電波．并按波長(頻率)把無線電波分為若干波段．不同波段的無線電波的傳播特點不一樣，放射、接收所用的設(shè)備和技術(shù)也不同，因此有不同的用途．【例2】(多選)下圖甲為一個調(diào)諧檢波電路，圖乙、丙、丁為電路中的電流隨時間變更的圖象，則()A．i1是L1中的電流圖象B．i1是L2中的電流圖象C．i2是L2中的電流圖象D．i3是流過耳機(jī)的電流圖象【導(dǎo)思】L1與C1組成調(diào)諧電路，電流的圖象應(yīng)為完整的波形圖象，而L2與二極管、電容器組成解調(diào)電路，i－t的圖象應(yīng)為i2.【解析】①L2中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的圖象是同乙圖相像的，但是由于L2和D串聯(lián)，所以當(dāng)L2的電壓與D反向時，電路不通，因此這時L2沒有電流，所以L2中的電流應(yīng)選丙圖．故應(yīng)選A、C、D.②此接收電路是最簡潔的一種收音機(jī)電路．【答案】ACD(多選)調(diào)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(yīng)(CD)A．增加調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)B．加大電源電壓C．削減調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)D．將線圈中的鐵芯取走解析：重難疑點辨析無線電波的分類及傳播特點波長大于1mm(頻率低于300GHz)的電磁波叫無線電波，無線電波可以分為若干波段，不同波段的無線電波的傳播特點不一樣．放射和接收所用的設(shè)備和技術(shù)也不相同，因此有不同的用途，見下表.【典例】波長分別為290m、397m、566m的無線電波同時傳向收音機(jī)的接收天線，當(dāng)把收音機(jī)的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756kHz時：(1)哪種波長的無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)？(2)假如想接收到波長為290m的無線電波，應(yīng)當(dāng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋進(jìn)一些，還是旋出一些？【解析】(1)依據(jù)公式f＝eq\f(c,λ)得f1＝eq\f(c,λ1)＝eq\f(3.0×108,290)Hz≈1034kHz，f2＝eq\f(c,λ2)＝eq\f(3.0×108,397)Hz≈756kHz，f3＝eq\f(c,λ3)＝eq\f(3.0×108,566)Hz≈530kHz.所以波長為397m的無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)．(2)要接收波長為290m的無線電波，應(yīng)增大調(diào)諧電路的固有頻率，因此，應(yīng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋出一些．【答案】(1)波長為397m的無線電波(2)旋出一些(1)電視機(jī)、收音機(jī)接收的都是無線電波，對無線電波來說，前面所學(xué)的v＝eq\f(λ,T)＝λf等公式仍舊成立．(2)當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時，才能發(fā)生電諧振，此時無線電波在收音機(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)，能比較好地接收信號．1．把經(jīng)過調(diào)制的高頻電流變?yōu)檎{(diào)制信號電流的過程叫(D)A．調(diào)幅 B．調(diào)頻C．調(diào)諧 D．檢波2．關(guān)于無線電廣播放射過程中的振蕩器的作用，下列說法正確的是(A)A．振蕩器的作用是產(chǎn)生等幅高頻信號B．振蕩器的作用是產(chǎn)生低頻音頻信號C．振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻音頻信號D．振蕩器的作用是產(chǎn)生等幅低頻信號3．在無線電廣播的接收中，調(diào)諧和檢波是兩個必需經(jīng)驗的過程，下列關(guān)于接收過程的依次，正確的是(A)A．調(diào)諧→高頻放大→檢波→音頻放大B．檢波→高頻放大→調(diào)諧→音頻放大C．調(diào)諧→音頻放大→檢波→高頻放大D．檢波→音頻放大→調(diào)諧→高頻放大4．以下說法中正確的是(D)A．電視和錄音機(jī)都能接收電磁波B．無線電廣播用長波C．電視運用