2017-2018學年高中物理 第3章 電磁波 第2、3節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收 電磁波的應用及防護教學案 魯科版選修3-4

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1、 第2、3節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收 電磁波的應用及防護 　　　　　　　　　　　　　　　1．當振蕩電路具有足夠高的頻率，且為開放電路時，電磁波可以發(fā)射出去。 2．要通過電磁波傳遞信號，必須進行調(diào)制，調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方法。 3．要接收電磁波傳遞的信號，必須進行調(diào)諧和檢波。 4．按電磁波的波長或頻率大小排列起來形成電磁波譜，不同電磁波有不同的特點和應用。 電磁波的發(fā)射 [自讀教材·抓基礎(chǔ)] 1．有效地向外發(fā)射電磁波時，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，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。 (2)振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的

2、空間，因此，采用開放電路。 2．電磁波的調(diào)制 調(diào)制 在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù) 分　類 調(diào)幅(AM) 使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調(diào)制技術(shù) 調(diào)頻(FM) 使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調(diào)制技術(shù) [跟隨名師·解疑難] 1．電磁波發(fā)射的開放電路 (1)有效發(fā)射電磁波的條件： ①高頻電路：理論研究證明了發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的4次方成正比。頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。 ②開放電路：振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。 (2)實際應用中的開放電路是由天線與地線和匝數(shù)很少的線圈組成的，對應的

3、L、C都很小，以滿足電磁波頻率高的條件。 如下圖3-2-1所示，甲→乙→丙→丁電路的開放程度依次增大。 圖3-2-1 2．電磁波兩種調(diào)制方式的比較 (1)調(diào)幅：使電磁波的振幅隨信號改變，頻率始終保持不變，如圖3-2-2所示。 圖3-2-2 (2)調(diào)頻：使電磁波的頻率隨信號而改變，如圖3-2-3。 圖3-2-3 [學后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應該采取的措施是(　　) A．減小電容器極板間距 B．使振蕩電容器的正對面積足夠大 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：選C　要提

4、高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應從兩個方面考慮，一是提高振蕩頻率，二是使電磁場盡可能地分散開，所以C正確；由f＝可知，當減小電容器極板間的距離時，C變大，f減小，A錯誤；使電容器正對面積變大，C變大，f變小，B錯誤；增大回路中的L、C，f變小，D錯誤。 電磁波的傳播和接收 　　1.無線電波通常有3種傳播途徑：地波、天波和空間波 途　徑 傳播形式 適合波段 主要特點 地　波 沿地球表面空間傳播 長波、中波、中短波 衍射能力較強，但能量損失較多 天　波 靠大氣中電離層的反射傳播 短　波 反射能力較強，但不夠穩(wěn)定 空間波 像光束那樣沿直線傳播 超短波和微波

5、穿透能力較強，但傳播距離受限制 2．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，電磁波會使接收電路中產(chǎn)生最強的電流。與機械振動中的共振現(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電磁波，需要選擇某一種特定的頻率接收的過程。 (3)調(diào)諧電路：能夠進行調(diào)諧的接收電路。 (4)檢波：從高頻載波中把音頻信號“檢”出來的過程，是調(diào)制的逆過程，也叫解調(diào)。 [學后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) 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，若要收到電信號，應(　　) A．增大調(diào)諧電路中

6、線圈的匝數(shù) B．加大電源電壓 C．減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) D．向線圈中插入鐵芯 解析：選C　當調(diào)諧電路的固有頻率等于接收的電磁波的頻率時，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺信號，本題中收不到信號的原因是調(diào)諧電路的固有頻率低，由f＝知在電容器無法再調(diào)節(jié)的情況下，可減小L以提高f，故C正確。 電磁波的應用 [自讀教材·抓基礎(chǔ)] 1．電磁波譜 電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等，把這些電磁波按波長或頻率順序排列起來，就構(gòu)成了電磁波譜?？梢姽馐钦麄€電磁波譜中極狹窄的一段。 2．各種電磁波的特點及應用對比 電磁 波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外

7、線 X射線 γ射線 頻率 低→高 真空 中波長 長→短 特性 波動性強 熱作 用強 感光 性強 化學作用，熒光效應 穿透 力強 穿透力 最強 用途 通訊、廣播、導航 加熱、遙測、遙感、 紅外攝 像、紅 外制導 照明、照相等 日光燈、殺菌 消毒、 治療皮 膚病等 檢查、探測、 透視、治療 探測、 治療 3．電磁污染及防護 (1)電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。研究發(fā)現(xiàn)，電磁輻射會危害人體健康，波長越短，危害越突出，過量的電磁波幅射對心臟、血液和眼睛等都有很大的危害。 (2)電磁波污染的防治從物理學角度看，可以從電磁波源

8、、電磁波的傳播途徑以及受輻射的人這三個方面進行防護。 [跟隨名師·解疑難] 1．對電磁波的理解 (1)電磁波是一種物質(zhì)，像電場、磁場一樣它是客觀存在的真實物質(zhì)，是物質(zhì)存在的另一種形式。 (2)電磁波具有能量，以電磁場的形式存在的能量，也就是說電磁場的能量通過電磁波來傳播。 2．各種電磁波共性與個性的比較 (1)共性： ①它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義。 ②都遵守公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3.0×108 m/s。 ③它們的傳播都不需要介質(zhì)。 ④它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。 ⑤都是橫波。 (2

9、)個性： ①不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長、衍射能力越強可作通訊用途，波長越短穿透能力越強。 ②同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。 ③應用范圍不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術(shù)，紫外線用于殺菌消毒。X射線應用于醫(yī)學上的X光照片。γ射線檢查金屬部件的缺陷。 [學后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手) (上海高考)下列電磁波中，波長最長的是(　　) A．無線電波　　　　　　 　B．紅外線 C．紫外線 D．γ射線 解析：選A　題中電磁波按照波長由長到短的

10、順序，依次是：無線電波、紅外線、紫外線、γ射線，故選A。 電磁波的發(fā)射和接收 [典題例析] 1．關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說法中錯誤的是(　　) A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，必須是閉合電路 B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發(fā)射電磁波 C．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，必須要有檢波過程 [思路點撥]　 (1)明確有效發(fā)射電磁波的條件。 (2)明確電諧振、檢波的概念。 解析：有效發(fā)射電磁波，必須采用開放電路和高頻發(fā)射；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來發(fā)射電磁波；電

11、磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機械振動中的共振有些相似；電視機顯示圖像時，必須通過檢波過程，把有效的信號從高頻信號中取出來，否則就不能顯示。 答案：A [探規(guī)尋律] (1)當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，才能較好的接收電臺信號。 (2)調(diào)諧是為了選擇某一種特定的頻率接收。 (3)解調(diào)是為了分離出所攜帶的信號。 [跟蹤演練] 下列關(guān)于無線電廣播要對電磁波進行調(diào)制的原因說法正確的是(　　) A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強 B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快 C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播時波長才能不變 D．經(jīng)過調(diào)制后的高

12、頻電磁波才能把我們要告知對方的信號傳遞過去 解析：選D　聲音信號的頻率很低，衰減快，不能直接發(fā)射，高頻電磁波衰減慢、輻射能力強，適合發(fā)射，A、C錯，D對。經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播的速度不變，故B錯。 電磁波的應用 [典題例析] 2．在電磁波譜大家族中，可見光譜的紅光外側(cè)是紅外線，它不能引起人的視覺，是不可見光，下面關(guān)于紅外線的說法正確的是(　　) A．紅外烤箱中的紅光就是紅外線 B．可見光比紅外線更容易發(fā)生衍射 C．高溫物體輻射紅外線，低溫物體不輻射紅外線 D．紅外線比可見光更容易引起固體物質(zhì)分子共振 [思路點撥]　 (1)明確紅外線在電磁波譜中的位置。

13、 (2)掌握紅外線的應用。 解析：紅外線是看不見的，所以烤箱中的紅光不是紅外線；紅外線比可見光的波長長，更容易發(fā)生衍射；一切物體(包括高溫物體和低溫物體)都在輻射紅外線，只是物體溫度越高，它輻射的紅外線就越強；紅外線的頻率比可見光更接近固體物質(zhì)分子的頻率，也就更容易使分子發(fā)生共振，因而紅外線熱作用顯著。 答案：D [探規(guī)尋律] (1)紅外線的應用 ①紅外線加熱。這種加熱方法的優(yōu)點是能使物體內(nèi)部發(fā)熱，加熱效率高，效果好。應用有紅外線爐、紅外烤箱、紅外干燥器。 ②紅外攝影。這種攝影不受白天和黑夜的限制。應用有遠距離攝影、高空攝影、衛(wèi)星地面攝影。 ③紅外成像?？梢栽谄岷诘囊归g看見目標

14、。應用有夜視儀。 ④紅外遙感?？梢栽陲w機或衛(wèi)星上勘測地熱，尋找水源，監(jiān)測森林火情，估計農(nóng)作物的長勢和收成，預報臺風、寒潮等。 (2)紫外線的應用 紫外線能使很多物質(zhì)發(fā)出熒光，很容易讓底片感光。紫外線的顯著作用是化學作用： ①促使人體合成維生素D，但不能過多照射； ②能殺死多種細菌，具有消毒功能； ③用來鑒別鈔票真?zhèn)巍? [跟蹤演練] 關(guān)于紫外線的作用和性質(zhì)，下列說法正確的是(　　) A．一切物體都在不停地輻射紫外線 B．紫外線能殺菌消毒是因為紫外線具有較高的能量，可以穿透細胞膜 C．紫外線具有較強的穿透能力，可以穿透人的皮膚，破壞內(nèi)臟器官 D．紫外線不具有熒光作用 解析

15、：選B　并不是一切物體都不停地輻射紫外線，所以A錯誤；紫外線穿透能力較強，可以穿透細胞膜，具有殺菌消毒作用，但并不能穿透人的皮膚破壞內(nèi)臟器官，所以B正確，C錯誤；紫外線能使熒光粉發(fā)光，具有熒光作用，所以D錯誤。 [課堂雙基落實] 1．為了把需要傳遞的信號(圖像、聲音等)加載到電磁波上發(fā)射出去，必須對振蕩電流進行(　　) A．調(diào)諧　　　　　　　 　B．放大 C．調(diào)制 D．解調(diào) 解析：選C　信息(聲音或圖象等)轉(zhuǎn)化為電信號后，往往由于信號頻率低不能直接用來發(fā)射，需要把要傳遞的電信號“加載”到高頻電磁波上，這就是調(diào)制。故正確選項為C。 2．用一臺簡易收音機收聽某一電臺的廣播，必須

16、經(jīng)過的兩個過程是(　　) A．調(diào)制和解調(diào) B．調(diào)諧和檢波 C．檢波和解調(diào) D．調(diào)頻和調(diào)幅 解析：選B　調(diào)頻、調(diào)幅都屬于發(fā)射端的調(diào)制過程，故A、D錯誤；檢波就是解調(diào)過程，故C錯誤；要收聽某一電臺的廣播必須經(jīng)過調(diào)諧選臺和檢波還原出原信號才可以，故B正確。 3．廣播電臺發(fā)射“中波”段某套節(jié)目的信號、家用微波爐的微波、VCD機中的激光(可見光)、人體透視用的X光，都是電磁波，它們的頻率分別為f1、 f2、 f3、 f4，則(　　) A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＜f4 C．f1＜f2＜f3＞f4 D．f1＞f2＜f3＜f4 解析：選B　電磁波范圍很廣，由

17、于波長不同，特性不同，可按波長由大到小依次排序如下：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，由此可知B選項正確。 4．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現(xiàn)象。請將相應的字母填寫在運用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上。 (1)X光機：________； (2)紫外線燈：________； (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好，這里的“神燈”是利用________。 A．光的全反射 B．紫外線具有很強的熒光作用 C．紫外線具有殺菌消毒作用 D．X射線有很強的貫穿能力 E．紅外線具有顯著的熱作用 F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射 解析：(1)X光

18、機是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強穿透能力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了X射線。 (2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用。 (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱、血液循環(huán)加快。 答案：(1)D　(2)C　(3)E [課下綜合檢測] (時間：30分鐘　滿分：50分) 一、選擇題(共6小題，每小題5分，共30分，每小題只有一個選項正確。) 1．下列說法正確的是(　　) A．電磁波的頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑? B．發(fā)射出去的電磁波可以傳播到無限遠處 C．電磁

19、波在各種介質(zhì)中傳播的波長恒定 D．為了實現(xiàn)全球的電視轉(zhuǎn)播，需要利用衛(wèi)星傳播無線電波，它傳播的是超短波或微波 解析：選D　沿地面?zhèn)鞑サ碾姶挪☉摓椴ㄩL較長，頻率較低的電磁波，所以A錯；發(fā)射出去的電磁波隨著距離的增大，能量不斷損失，所以B錯；電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不同，導致波長也發(fā)生相應變化，所以C錯；由于電視信號屬微波段，實現(xiàn)全球的電視轉(zhuǎn)播，需要利用衛(wèi)星傳播無線電波，衛(wèi)星傳播的是超短波或微波，故D正確。 2．電視機的室外天線能把電信號接收下來，是因為(　　) A．天線處在變化的電磁場中，天線中產(chǎn)生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路 B．天線只處于變化的電場中，天線中產(chǎn)生感

20、應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路 C．天線只是選擇地接收某電臺信號，而其他電臺信號則不接收 D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C內(nèi) 解析：選A　室外天線處于空間變化的電磁場中，天線中產(chǎn)生了感應電流，此電流通過饋線輸送給LC電路，此電流中空間各電臺信號激起的電流均存在，但只有頻率與調(diào)諧電路頻率相等的電信號對應電流最強，然后再通過解調(diào)處理進入后面的電路，故選項A正確，B、C、D錯誤。 3．隨著無線電技術(shù)、微波技術(shù)的發(fā)展和普及，電磁輻射已成為威脅人們健康的無形污染，下列說法錯誤的是(　　) A．波長越長，電磁輻射對人體危害越突出 B．電磁污染可以干擾通信系統(tǒng)、導航 C．電磁輻射會影響

21、地面站對人造衛(wèi)星的控制 D．電磁輻射可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑以及受輻射的人三個方面進行防護 解析：選A　電磁波波長越短，頻率越高，能量越強，電磁輻射對人體危害越突出，A錯誤；電磁輻射會干擾通信系統(tǒng)、導航，影響地面站對人造衛(wèi)星、宇宙飛船的控制，有效的防治電磁輻射可以從電磁波源、電磁波的傳播途徑以及受輻射的人三個方面進行防護，B、C、D描述正確。只有A描述錯誤。 4．許多光學現(xiàn)象在科學技術(shù)上得到了應用，以下對一些應用的解釋，錯誤的是(　　) A．紫外驗鈔機是利用紫外線的熒光效應 B．X光透視利用的是光的衍射現(xiàn)象 C．工業(yè)上的金屬探傷利用的是γ射線具有較強穿透能力 D．紅外遙感

22、技術(shù)利用一切物體都不停地輻射紅外線的現(xiàn)象 解析：選B　紫外驗鈔機是利用紫外線的熒光效應，A項正確。X射線具有很強的穿透能力，在醫(yī)學上用它來透視人體，檢查病變和骨折情況，B項錯誤。γ射線具有較強穿透能力，工業(yè)上的金屬探傷就是利用的這個原理，C項正確。一切物體都在不停地輻射紅外線，紅外遙感技術(shù)就是利用的這個原理，D項正確。 5．海豚具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中準確而快速地捕捉食物，避開敵害，遠遠優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng)，海豚的定位是利用了自身發(fā)射的(　　) A．電磁波 B．紅外線 C．次聲波 D．超聲波 解析：選D　海豚能發(fā)射超聲波，它是一種頻率高于20 kHz的聲波，它的波長

23、非常短，因而能定向發(fā)射，而且在水中傳播時因能量損失小，要比無線電波和光波傳得遠。海豚就是靠自身發(fā)出的超聲波的回聲在混濁的水里準確確定遠處的小魚位置而猛沖過去吞食的，故D項正確。 6．當代人類的生活和電磁波緊密相關(guān)，關(guān)于電磁波，下列說法正確的是(　　) A．只要把帶電體和永磁體放在一起，就會在周圍空間產(chǎn)生電磁波 B．電磁波在傳播過程中，其波速始終保持不變 C．電視機、收音機和手機所接收的信號都屬于電磁波 D．微波爐內(nèi)所產(chǎn)生的微波不是電磁波，而是波長很短的機械波 解析：選C　變化的磁場、電場才能產(chǎn)生電磁波，A錯誤；電磁波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，B錯誤；電磁波能夠攜帶信號，用于通訊、廣播等

24、，C正確；微波爐內(nèi)的微波是波長較短的電磁波，D錯誤。 二、非選擇題(共2小題，共20分) 7．(10分)有波長分別為290 m、397 m、566 m的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756 kHz時： (1)哪種波長的無線電波在收音機中激起的感應電流最強？ (2)如果想接收到波長為290 m的無線電波，應該把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋進一些，還是旋出一些？ 解析：(1)根據(jù)公式f＝得 f1＝＝ Hz＝1 034 kHz f2＝＝ Hz＝756 kHz f3＝＝ Hz＝530 kHz 所以波長為397 m的無線電波在收音機中激起的感應電流最強

25、。 (2)要接收波長為290 m的無線電波，應增大調(diào)諧電路的固有頻率，因此，應把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋出一些。 答案：(1)397 m的無線電波　(2)旋出一些 8．(10分)某一戰(zhàn)斗機正以一定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行，已知雷達發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5×10－4 s。某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖1甲所示，t＝173 s后雷達向正上方發(fā)射和接收的波形如圖乙所示，雷達監(jiān)視相鄰刻線間表示的時間間隔為10－4 s，電磁波的傳播速度為c＝3×108 m/s，則該戰(zhàn)斗機的飛行速度大約為多少？ 圖1 解析：由題意知熒光屏相鄰刻線間的時間間隔t0＝10－4 s，甲圖發(fā)射波和接收波的時間間隔t1＝4×10－4 s，乙圖時間間隔t2＝1×10－4 s，所以第一次飛機位置距雷達的距離為s1＝c·＝6.0×104 m，第二次飛機在雷達正上方，所以飛機高度h＝c·＝1.5×104 m，所以173 s內(nèi) 飛機飛行的水平距離為s＝＝5.8×104 m，所以v＝＝335 m/s。 答案：335 m/s 11