高中物理 第3章 電磁振蕩 電磁波 3 電磁波譜 電磁波的應(yīng)用 4 無線電波的發(fā)射、傳播和接收教師用書 教科版選修3-4

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3．電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 4．無線電波的發(fā)射、傳播和接收 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道電磁波譜以及各組成部分． 2．知道無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的主要作用．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 3．知道什么樣的電磁振蕩電路有利于向外發(fā)射電磁波．(重點(diǎn)) 4．了解無線電波的調(diào)制和發(fā)射過程的簡(jiǎn)單概念，了解調(diào)諧、解調(diào)及無線電波接收的基本原理．(難點(diǎn)) 電磁波譜、電磁波的應(yīng)用 1．電磁波譜 (1)電磁波譜 按電磁波的波長(zhǎng)大小的順序排列成的波譜． (2)構(gòu)成 電磁波譜包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等． 2．幾種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 γ射線 頻率 由左向右，頻率變化為：由小到大 真空中波長(zhǎng) 由左向右，波長(zhǎng)變化為：由大到小 特性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱效應(yīng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用、熒光效應(yīng)、殺菌 穿透力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通訊、廣播、電視 紅外遙測(cè)、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 日光燈、殺菌、治療皮膚病等 檢查、探測(cè)、透視、治療 探測(cè)、治療 1．適當(dāng)?shù)淖贤饩€照射有利于人的身體健康．(√) 2．醫(yī)學(xué)上用來做人體透視的是紅外線．() 1．為什么超遠(yuǎn)程無線電利用無線電波中的長(zhǎng)波波段，而雷達(dá)利用微波波段？ 【提示】　根據(jù)波的衍射特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易繞過障礙物，所以超遠(yuǎn)程無線電利用長(zhǎng)波波段．微波波長(zhǎng)短，傳播時(shí)直線性好，雷達(dá)正是利用了微波直線傳播性好的特點(diǎn)． 2.紅外體溫計(jì)不用與人體接觸便可以迅速測(cè)量體溫，如圖331所示，你知道它的工作原理嗎？ 圖331 【提示】　根據(jù)體溫越高，輻射紅外線越強(qiáng)的原理． 1．對(duì)電磁波的理解 (1)電磁波是一種物質(zhì)，像電場(chǎng)、磁場(chǎng)一樣它是客觀存在的真實(shí)物質(zhì)，是一種物質(zhì)存在的另一種形式． (2)電磁波具有能量，以電磁場(chǎng)的形式存在的能量，也就是說電磁場(chǎng)的能量通過電磁波來傳播． (3)電磁波不需要其他介質(zhì)就能傳播． (4)電磁波能量與頻率有關(guān)，頻率越高，能量越大． (5)電磁波在真空中的傳播速度是c＝3.0108 m/s. (6)電磁波能傳遞信息． 2．各種電磁波共性與個(gè)性的比較 (1)共性 ①它們?cè)诒举|(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(duì)的意義． ②都遵守公式v＝λf，它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣仁莄＝3.0108 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． (2)個(gè)性 ①不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長(zhǎng)越短穿透能力越強(qiáng)． 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(shí)，頻率越大折射率越大，速度越?。? ③應(yīng)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(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片．γ射線檢查金屬部件的缺陷． ④不同電磁波的產(chǎn)生機(jī)理不同．無線電波是由LC回路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，紅外線、可見光和紫外線是由原子的外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，X射線是由原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，γ射線是由原子核受到激發(fā)產(chǎn)生的． 1．關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變 B．γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 D．在電磁波譜中，更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線 E．紅外線容易穿透云霧煙塵 【解析】　X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變，故A正確；γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長(zhǎng)逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長(zhǎng)越大，波動(dòng)性越強(qiáng)，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯(cuò)；紅外線波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，更容易發(fā)生衍射、易穿透云霧煙塵，E正確． 【答案】　ABE 2．某防空雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率為f＝3103 MHz，屏幕上尖形波顯示，從發(fā)射到接收經(jīng)歷時(shí)間Δt＝0.4 ms，那么被監(jiān)視的目標(biāo)到雷達(dá)的距離為________ km.該雷達(dá)發(fā)出的電磁波的波長(zhǎng)為________ m. 【解析】　s＝cΔt＝1.2105 m＝120 km，這是電磁波往返的路程，所以目標(biāo)到雷達(dá)的距離為60 km.由c＝λf可得λ＝0.1 m. 【答案】　60　0.1 雷達(dá)偵察問題的解決方法 1．電磁波在空中的傳播速度可認(rèn)為等于真空中的光速c，根據(jù)雷達(dá)熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時(shí)間間隔，可求得偵察距離． 2．根據(jù)發(fā)射無線電波的方向和仰角，確定被偵察物體的位置． 3．雷達(dá)的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔內(nèi)傳播距離的一半． 無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射 (1)有效發(fā)射無線電波的條件 ①振蕩電路產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分布到廣大的開放空間中，即采用開放電路． ②要有足夠高的振蕩頻率，研究表明頻率越高，振蕩電路向外發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大． (2)調(diào)制 ①載波：用來“運(yùn)載”信號(hào)的高頻等幅波． ②調(diào)制：把傳遞的信號(hào)“加”到載波上的過程． 常用的調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種． a．調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而變． b．調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而變． 2．無線電波的傳播與接收 (1)地波：沿地球表面空間傳播的無線電波． (2)天波：依靠電離層的反射來傳播的無線電波． (3)直線傳播：沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波． (4)電磁波的接收 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，空中的導(dǎo)體可以用來接收電磁波． ②電諧振與調(diào)諧 a．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)生的感應(yīng)電流最強(qiáng)的現(xiàn)象．它與機(jī)械振動(dòng)中的共振類似． b．調(diào)諧：使接收電路中產(chǎn)生電諧振的過程．通常說的選臺(tái)即為調(diào)諧過程．調(diào)諧的基本原理就是電諧振． 1．頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領(lǐng)越大．(√) 2．電視臺(tái)可以直接向外發(fā)射聲音信號(hào)．() 3．電視臺(tái)發(fā)射的電磁波都經(jīng)過了調(diào)制．(√) 1．怎樣才能形成開放電路？ 【提示】　在振蕩電路中，使電容器變成兩條長(zhǎng)的直導(dǎo)線，一條深入高空成為天線，另一條接入地下成為地線，形成開放電路． 2．電視中的伴音信號(hào)是怎樣從電視臺(tái)發(fā)射出去的？ 【提示】　通過“調(diào)頻”的方法發(fā)射． 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(zhǎng) B．增加輻射波的頻率 C．使振蕩電容的正對(duì)面積足夠小 D．盡可能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散開 E．減小回路中的電容和電感 【解析】　提高電磁波發(fā)射本領(lǐng)(功率)應(yīng)增大f，電磁場(chǎng)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，故正確答案為B、C、E. 【答案】　BCE 4．為了把需要傳遞的信號(hào)(圖像、聲音等)加載到電磁波上發(fā)射出去，必須對(duì)振蕩電流進(jìn)行________．(填“調(diào)諧”“調(diào)制”或“解調(diào)”) 【解析】　信息(聲音或圖像等)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，往往由于信號(hào)頻率低不能直接用來發(fā)射，需要把要傳遞的電信號(hào)“加載”到高頻電磁波上，這就是調(diào)制． 【答案】　調(diào)制 無線電波的發(fā)射及相關(guān)問題 1．無線電波的發(fā)射：由振蕩器(常用LC振蕩電路)產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào)制器將需要傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上，再耦合到一個(gè)開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射出去． 2．一般電臺(tái)的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號(hào)，都采用調(diào)幅波；電臺(tái)的調(diào)頻廣播和電視中的伴音信號(hào)，都采用調(diào)頻波． 低頻信號(hào)類比成貨物，高頻波類比成運(yùn)載工具，調(diào)制的過程類比成將貨物裝載到運(yùn)載工具上．