2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 電磁振蕩 電磁波 第3、4講 電磁波譜 電磁波的應(yīng)用 無線電波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)案 教科版選修3-4.doc

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第3講　電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 第4講　無線電波的發(fā)射、傳播和接收 [目標(biāo)定位]　1.認(rèn)識電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用.2.了解電磁波的應(yīng)用和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展中的作用.3.知道有效發(fā)射電磁波的條件，知道調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振等概念． 一、電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 1．電磁波譜：按波長(或頻率)的順序把所有電磁波排列起來． 2．電磁波的應(yīng)用 (1)無線電波：波長從幾毫米到幾十千米． (2)紅外線：波長位于微波和可見光之間的電磁波． 應(yīng)用：熱作用，紅外線脈沖信號，用來遙控電視機(jī)、錄像機(jī)和空調(diào)機(jī)，利用物體發(fā)射紅外線做紅外線遙感． (3)紫外線：波長比最短波長的可見光(紫光)還短的電磁波． 應(yīng)用：殺細(xì)菌、消毒、激發(fā)熒光做防偽標(biāo)志． (4)X射線：波長比紫外線還短的電磁波． 應(yīng)用：醫(yī)用透視． (5)γ射線：比X射線波長更短的電磁波． 應(yīng)用：工業(yè)探傷，殺死病態(tài)細(xì)胞(γ刀)． 二、無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射 (1)要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有如下特點(diǎn)： 第一，振蕩電路產(chǎn)生的電場和磁場必須分布到廣大的開放空間中，才能有效地把電磁場的能量傳播出去． 第二，要有足夠高的振蕩頻率． (2)載波：用來“運(yùn)載”信號的高頻等幅波． (3)調(diào)制：把傳遞的信號“加”到載波上的過程． 分類 2．無線電波的傳播 (1)地波：沿地球表面空間傳播的無線電波． 適用于能夠繞過地面障礙物的長波、中波和中短波． 短波和微波不宜用地波傳播． (2)天波：依靠電離層的反射來傳播的無線電波． 適用于不易吸收和穿過電離層而易被電離層反射的短波． 實(shí)驗(yàn)證明：微波易穿過電離層進(jìn)入太空，長波易被電離層吸收掉． (3)直線傳播：沿直線傳播的電磁波，叫做空間波或視波．適用于微波． 3．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，會在導(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)電磁諧振(電諧振)：當(dāng)振蕩電路的固有頻率跟傳播來的電磁波的頻率相等時，電路中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)． (3)調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程． 調(diào)諧電路：能夠調(diào)諧的接收電路． 想一想　在我們周圍彌漫著各種電臺、電視臺及無線電設(shè)備發(fā)出的電磁波，我們?nèi)粝胧章犇骋浑娕_的廣播時，需要調(diào)節(jié)收音機(jī)的旋鈕選臺，你知道“選臺”的作用嗎？ 答案　“選臺”是為了使想收聽的某一電臺發(fā)射的電磁波的頻率與收音機(jī)的接收電路的固有頻率相同. 一、各種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 倫琴射線(X射線) γ射線 頻率(Hz) 由左向右，頻率變化由小到大 真空中波長 由左向右，波長變化由長到短 特性 波動性強(qiáng) 熱作用強(qiáng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用，熒光效應(yīng) 穿透力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通信、廣播、導(dǎo)航 加熱、遙測、遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 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 例1　(多選)在電磁波中，波長按從長到短排列的是(　　) A．無線電波、可見光、紅外線 B．無線電波、可見光、γ射線 C．紅光、黃光、綠光 D．紫外線、X射線、γ射線 解析　電磁波譜按波長從長到短排列順序依次是無線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項(xiàng)正確． 答案　BCD 例2　關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體 B．過強(qiáng)的紫外線照射有利于人的皮膚健康 C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最容易用它來觀察衍射現(xiàn)象 D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光 解析　X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒有，選項(xiàng)A錯誤；過強(qiáng)的紫外線照射對人的皮膚有害，選項(xiàng)B錯誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯誤． 答案　D 二、無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射、傳播和接收過程 2．對概念的理解 (1)“調(diào)幅”和“調(diào)頻”都是調(diào)制過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程． (2)電諧振就是電磁振蕩中的“共振”． (3)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． 例3　要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是(　　) A．增加輻射波的波長 B．使振蕩電容的正對面積足夠小 C．減小電容器兩極板間的距離 D．增加回路中的電容和電感 解析　研究表明頻率越高，電磁波發(fā)射本領(lǐng)越大，電磁場應(yīng)盡可能擴(kuò)散到周圍空間，形成開放電路．f＝，C＝，要使f增大，應(yīng)減小L或C，只有B符合題意． 答案　B 借題發(fā)揮　f＝和C＝這兩個公式是分析這類問題的基礎(chǔ)．由C＝可清楚判斷影響電容C大小的因素，同時也應(yīng)清楚影響自感系數(shù)L大小的因素，如增大自感線圈的匝數(shù)可增大自感系數(shù)L，將鐵芯取走可減小自感系數(shù)L等．再由公式f＝進(jìn)行綜合分析即可． 例4　(多選)關(guān)于電磁波的接收，下列說法正確的是(　　) A．當(dāng)處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．當(dāng)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(jī)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(jī)才可以聽到聲音 解析　當(dāng)處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，只不過頻率跟諧振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(qiáng)．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(jī)才可以聽到聲音，故正確答案為A、D． 答案　AD 電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 1．下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象，請將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上． (1)X光機(jī)，________. (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(qiáng)的熒光作用 C．紫外線具有殺菌消毒作用 D．X射線的很強(qiáng)的貫穿力 E．紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F．紅外線波長較長，易發(fā)生衍射 解析　(1)X光機(jī)是用來透視人的體內(nèi)器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強(qiáng)又不會給人體造成太大的傷害的X射線，故選擇D． (2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C． (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，因此選擇E. 答案　(1)D　(2)C　(3)E 無線電波的發(fā)射、傳播和接收 2．(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(jìn)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 解析　電磁波的發(fā)射過程中，一定要對低頻輸入信號進(jìn)行調(diào)制．為了有效地向外發(fā)射電磁波，必須用開放電路發(fā)射，A、C、D正確；而產(chǎn)生電諧振的過程是在接收無線電波，B不正確． 答案　ACD 3．圖1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________________________________________________________________________. 圖1 解析　從題中知，傳輸無線電廣播所用電磁波波長為550 m，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，已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)． 答案　電視信號　電視信號波長短，沿直線傳播，受山坡阻擋，不易衍射 題組一　電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 1．根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯重疊，且頻率順序由大到小排列的是(　　) A．微波、紅外線、紫外線 B．γ射線、X射線、紫外線 C．紫外線、可見光、紅外線 D．紫外線、X射線、γ射線 解析　紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們?nèi)唛g有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線頻率最大，紫外線頻率最小，故B正確，D錯誤． 答案　B 2．(多選)關(guān)于紅外線的作用與來源，下列說法正確的是(　　) A．一切物體都在不停地輻射紅外線 B．紅外線具有很強(qiáng)的熱作用和熒光作用 C．紅外線的顯著作用是化學(xué)作用 D．紅外線容易穿透云霧 解析　熒光作用和化學(xué)作用都是紫外線的重要用途，紅外線波長比可見光長，繞過障礙物能力強(qiáng)，易穿透云霧，故A、D正確，B、C錯誤． 答案　AD 3．(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．電磁波中最容易表現(xiàn)干涉、衍射現(xiàn)象的是無線電波 B．紅外線、紫外線、可見光是原子的外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的 C．倫琴射線和γ射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的 D．紅外線最顯著的作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線 解析　波長越長的無線電波的波動性越顯著，干涉、衍射現(xiàn)象越容易發(fā)生；從電磁波產(chǎn)生的機(jī)理可知γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的；不論物體溫度高低如何，都能輻射紅外線，物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強(qiáng)．由此可知答案為A、B． 答案　AB 4．(多選)關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．醫(yī)院里常用X射線對病房和手術(shù)進(jìn)行消毒 B．工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)有無砂眼或裂縫 C．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，因?yàn)樽贤饩€波長短，分辨率高 D．衛(wèi)星用紅外遙感技術(shù)拍攝云圖照片，因?yàn)榧t外線衍射能力較強(qiáng) 解析　醫(yī)院里用紫外線殺菌消毒，A錯誤，B、C、D均正確． 答案　BCD 5．間諜衛(wèi)星上裝有某種遙感照相機(jī)，可用來探測軍用和民用目標(biāo)．這種照相機(jī)能拍到晚上關(guān)燈行駛的汽車，即使車已離開，也瞞不過它．這種遙感照相機(jī)敏感的電磁波屬于(　　) A．可見光波段 B．紅外波段 C．紫外波段 D．X射線波段 答案　B 題組二　無線電波的發(fā)射、傳播和接收 6．(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)(　　) A．增大調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) B．加大電源電壓 C．減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) D．將線圈中的鐵芯取走 解析　當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時，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C無法再調(diào)節(jié)的情況下，可減小L以提高f，故選項(xiàng)C、D正確． 答案　CD 7．(多選)下列關(guān)于無線電廣播要對電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法中正確的是(　　) 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(qiáng) 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波長不變 D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長改變 解析　調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻等幅振蕩波上去，頻率越高，傳播信息能力越強(qiáng)，A對；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯；由v＝λf，知波長與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯，D對． 答案　AD 8．電視機(jī)的室外天線能把電信號接收下來，是因?yàn)?　　) A．天線處于變化的電磁場中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送到LC電路 B．天線只處于變化的電場中，天線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于電源，通過饋線輸送到LC電路 C．天線只是有選擇地接收某臺電信號，而其他電視臺信號則不接收 D．天線將電磁波傳輸?shù)诫娨暀C(jī)內(nèi) 解析　處于變化的電磁場中的導(dǎo)體，都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢． 答案　A 9．把經(jīng)過調(diào)制的高頻電流變?yōu)閳D像信號電流的過程叫做(　　) A．調(diào)幅 B．調(diào)頻 C．調(diào)諧 D．解調(diào) 解析　解調(diào)是調(diào)制的逆過程，該過程把所載的聲音信號或圖像信號從高頻電流中還原出來． 答案　D 10．(多選)雷達(dá)采用微波的原因是(　　) A．微波具有很高的頻率 B．微波具有直線傳播的特性 C．微波的反射性強(qiáng) D．微波比其他無線電波(長波、中波、短波等)傳播的距離更遠(yuǎn) 解析　雷達(dá)采用微波，是利用微波的頻率高，不容易發(fā)生衍射，具有很好的直線傳播的特性和反射性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以A、B、C均正確；因微波不易發(fā)生衍射，傳播的距離不一定比無線電波的長波、中波、短波段遠(yuǎn)，因此D不正確． 答案　ABC 11．下列哪些設(shè)備內(nèi)部只有接收裝置而無發(fā)射裝置(　　) A．發(fā)報機(jī) B．對講機(jī) C．收音機(jī) D．雷達(dá) 解析　收音機(jī)只能接收無線電波，不能發(fā)射無線電波． 答案　C 12．(多選)關(guān)于電磁波的傳播，下列敘述正確的是(　　) A．電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑? B．電磁波頻率越高，越易沿直線傳播 C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長恒定 D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號傳遍全世界 解析　電磁波的頻率越高，波長就越小，不容易發(fā)生衍射，越難以沿地面?zhèn)鞑?，越易沿直線傳播，選項(xiàng)A錯誤，B正確；電磁波在各種介質(zhì)中傳播不同，但是頻率不變，則波長不同，選項(xiàng)C錯誤；只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號傳遍全世界，選項(xiàng)D正確． 答案　BD 13．在波長分別為290 m、397 m、566 m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756 kHz時， (1)哪種波長的無線電波在收音機(jī)激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)？ (2)如果想接收到波長為290 m的無線電波，應(yīng)該把調(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)根據(jù)公式f＝，設(shè)波長分別為290 m、397 m、566 m的無線電波的頻率分別為f1、f2、f3則有 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(jī)中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)． (2)要接收波長為290 m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397 m的無線電波　(2)旋出一些