高中物理 第三章 電磁振蕩與電磁波 第三節(jié) 電磁波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)案（含解析）粵教版選修3-4

第三節(jié)電磁波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1能說出無線電波的波長范圍2能說出無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡單原理3能說出什么是調(diào)諧、檢波及無線電波接收的基本原理重點(diǎn)：無線電波的發(fā)射和接收的基本原理難點(diǎn)：要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須滿足的條件一、無線電波的發(fā)射1有效地向外發(fā)射電磁波時(shí)，振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn)（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(qiáng)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(qiáng)弱而變的調(diào)制技術(shù)二、無線電波的接收1原理電磁波在傳播過程中如果遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流因此，導(dǎo)體可以用來接收電磁波2電諧振與調(diào)諧（1）電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)的現(xiàn)象（2）調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生最強(qiáng)的振蕩電流的過程3解調(diào)使聲音或圖象信號從高頻電流中還原出來的過程，它是調(diào)制的逆過程4無線電波技術(shù)上把波長范圍是1_mm30_km的電磁波稱做無線電波，并按波長把無線電波分為若干波段：長波、中波、中短波、短波、微波預(yù)習(xí)交流學(xué)生討論：調(diào)諧電路的可變電容器的動(dòng)片從完全旋出到完全旋入仍接收不到某較低頻率電臺發(fā)出的信號，要收到該電臺的信號，可采用什么辦法？答案：增加諧振線圈的匝數(shù)；在線圈中插入鐵芯；在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)較小的電容器；在電容器兩板間插入電介質(zhì)等方法一、無線電波的發(fā)射1開放電路是如何形成的？答案：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2在發(fā)射電磁波時(shí)為什么要對電磁波進(jìn)行調(diào)制？答案：聲音、圖象信號的頻率很低，不能直接發(fā)射出去，只有把聲音、圖象的低頻信號加到高頻電磁波上才能向外發(fā)射，高頻電磁波帶著低頻信號向外發(fā)射，電磁波隨著各種信號而改變3通常情況下如何對電磁波進(jìn)行調(diào)制？答案：有調(diào)幅和調(diào)頻兩種（1）調(diào)幅是使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變化（2）調(diào)頻是使高頻電磁波的頻率隨信號的強(qiáng)弱而變化無線電波的發(fā)射和接收主要經(jīng)歷哪些過程？無線電傳播的方式跟什么因素有關(guān)？有哪些傳播方式？答案：見解析解析：無線電波的發(fā)射主要經(jīng)歷調(diào)制、信號放大和通過天線向外發(fā)射的過程；無線電波的接收主要經(jīng)歷調(diào)諧、檢波等過程；無線電波傳播的方式跟波長（頻率）有關(guān)，其傳播方式有地波傳播、天波傳播和直線傳播1要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個(gè)特點(diǎn)：（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）必須是開放電路2無線電波的波長范圍是1 mm30 km，不同波長的電磁波在傳播方式上也各不相同無線電波主要的傳播方式有：地波傳播、天波傳播和直線傳播三種二、無線電波的接收1如何才能接收到我們所需要的電磁波？答案：用一個(gè)LC接收電路，使LC回路的固有頻率等于所要接收的電磁波的頻率，使接收電路產(chǎn)生電諧振，即應(yīng)用調(diào)諧電路2如何才能從經(jīng)過調(diào)制的電磁波中得到聲音、圖象信號？答案：要對接收到的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，去掉高頻成分，只保留聲音、圖象這些低頻信號，即從振蕩電流中“檢”出聲音、圖象信號3為什么超遠(yuǎn)程無線電利用無線電波中的長波波段，而雷達(dá)利用微波波段？答案：根據(jù)波的衍射特性，波長越長，越容易繞過障礙物，所以超遠(yuǎn)程無線電利用長波波段微波波長短，傳播時(shí)直線性好雷達(dá)正是應(yīng)用了微波直線性好的特點(diǎn)4無線電的接收過程如圖所示：由圖可知，一臺最簡單的收音機(jī)，除了接收天線和揚(yáng)聲器外，至少還必須具備哪些單元電路？答案：調(diào)諧電路和檢波電路下圖中A為某火箭發(fā)射場，B為山區(qū)，C為城市發(fā)射場正在進(jìn)行某型號火箭的發(fā)射試驗(yàn)為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場建立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550 m，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為0.566 m，為了不讓山區(qū)擋住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看到火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)_（填“無線電廣播信號”或“電視信號”），這是因?yàn)開點(diǎn)撥：弄清波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是正確處理此題的關(guān)鍵答案：電視信號電視信號波長短，沿直線傳播，受山體阻擋，不易衍射解析：從題中知，傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550 m，根據(jù)波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知該電磁波很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過山坡而傳播到城市所在的C區(qū)，因而不需要轉(zhuǎn)發(fā)裝置電視信號所用的電磁波波長為0.566 m，其波長很短，衍射現(xiàn)象很不明顯，幾乎沿直線傳播，能傳播到山頂卻不能傳播到城市所在的C區(qū)，要想使信號傳到C區(qū)，必須通過建在山頂?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)1要接收某頻率的無線電波，接收電路的固有頻率必須與接收到的電磁波頻率相同2改變調(diào)諧電路的電容C或電感L，可以使調(diào)諧電路的固有頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變3無線電波的接收過程為：天線接收到所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧電路選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)檢波電路取出攜帶的信號，放大后再還原成聲音或圖象1下列說法正確的是（）A調(diào)制的目的是為了讓高頻電磁波攜帶低頻信號B調(diào)頻波是讓高頻電磁波的頻率隨時(shí)間周期性變化C調(diào)幅波是讓高頻電磁波的頻率隨時(shí)間周期性變化D發(fā)射廣播信號時(shí)進(jìn)行調(diào)制是沒有必要的答案：A解析：進(jìn)行無線電通信必須利用調(diào)制電路將信號加載到高頻電磁波上，并經(jīng)放大發(fā)射出去，調(diào)制的目的是為了讓高頻電磁波攜帶低頻信號，故A正確，D錯(cuò)誤；調(diào)制可分為調(diào)幅和調(diào)頻：調(diào)幅就是使高頻載波的振幅隨聲音信號變化而變化；調(diào)頻是使高頻載波的頻率隨聲音信號的變化而變化，而非使它們隨時(shí)間周期性變化，故B、C錯(cuò)2一臺無線電接收機(jī)，當(dāng)它接收頻率為535 kHz的信號時(shí)，調(diào)諧電路里電容器的電容是1 350 pF如果調(diào)諧電路的線圈電感不變，要接收頻率為1 605 kHz的信號時(shí)，調(diào)諧電路里電容器的電容應(yīng)改變?yōu)椋ǎ〢30 pF B90 pFC150 pF D710 pF答案：C解析：由f知，在線圈的電感L不變時(shí)，則C2C1（）2×1 350 pF150 pF3一個(gè)LC接收回路，若要從接收較高頻率的電磁波到接收較低頻率的電磁波，下列調(diào)節(jié)正確的是（）A增加諧振線圈的匝數(shù)B在線圈中插入磁芯C降低電源電壓D把可變電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出些答案：AB解析：LC接收回路的頻率f，與加在其間的電壓無關(guān)，C錯(cuò)；增加線圈的匝數(shù)，在線圈中插入鐵芯，可增大L，減小頻率f，A、B正確；把可變電容器的動(dòng)片旋出些，正對面積減小，電容減小，f增大，D錯(cuò)誤4某發(fā)射機(jī)中的LC振蕩電路的電容器電容為300 pF，線圈的自感系數(shù)為0.3 mH，由它產(chǎn)生的電磁振蕩向空間發(fā)射的電磁波波長是多少？答案：564 m解析：T22×3.14×s1.88×106 s又c，故cT3.0×108×1.88×106 m564 m5如圖所示是接收無線電波的簡易收音機(jī)電路圖已知L和C，當(dāng)將C調(diào)至C0時(shí)，（1）指出哪些元件組成了調(diào)諧電路，周期是多少？（2）這時(shí)該電路能收到的無線電波波長是多少？（3）元件D、C1起什么作用？答案：（1）線圈、可變電容2（2）2c（3）見解析解析：（1）線圈和可變電容組成了LC調(diào)諧電路這時(shí)周期T2（2）諧振時(shí)，f波f固，又cf，故cTc×22c（3）D是檢波元件，作用是從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩電流中取出調(diào)制信號，C1的作用是過濾掉高頻成分，剩下音頻電流通過耳機(jī)4