2018-2019版高中物理 第三章 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、傳播和接收學(xué)案 教科版選修3-4.doc

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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)]　1.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、社會發(fā)展中的作用.3.了解有效地發(fā)射電磁波的兩個條件.4.了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)諧、電諧振在電磁波發(fā)射、接收過程中的作用. 一、電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 1.電磁波譜：按電磁波的波長(或頻率)大小的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜. 2.電磁波譜按頻率由小到大的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線. 3.不同電磁波的特點及應(yīng)用 (1)無線電波：波長從幾毫米到幾十千米的電磁波，主要用于通信、廣播及其他信號傳播. (2)紅外線 ①波長位于微波和可見光之間的電磁波.波長范圍在760～106nm. ②應(yīng)用：遙控、加熱、紅外線遙感. (3)紫外線 ①波長范圍為60～400nm，不能直接引起視覺. ②應(yīng)用：滅菌消毒、防偽、有助于人體合成維生素D. (4)X射線 ①波長比紫外線還短的電磁波. ②特點：穿透能力很強. ③應(yīng)用：可用于檢查工件內(nèi)部、透視人體. (5)γ射線 ①比X射線波長更短的電磁波，波長范圍為10－7～10－2nm. ②特點：穿透能力比X射線更強. ③應(yīng)用：工業(yè)上進行探傷；醫(yī)學(xué)上用來治療某些疾病. 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： 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. 實驗證明：微波易穿過電離層進入太空，長波易被電離層吸收. (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)接收原理 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. (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. [即學(xué)即用]　判斷下列說法的正誤. (1)各種電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉和衍射現(xiàn)象的是γ射線.(　　) (2)X射線的穿透本領(lǐng)比γ射線更強.(　　) (3)低溫物體不能輻射紅外線.(　　) (4)調(diào)制就是將低頻信號變成高頻信號，再放大后直接發(fā)射出去.(　　) (5)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.(　　) 一、電磁波譜及電磁波的應(yīng)用 [導(dǎo)學(xué)探究]　電磁波在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用相當(dāng)廣泛，請你列舉出下列電磁波的應(yīng)用實例：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線. 答案　無線電波：收音機；微波：電視機；紅外線：電烤箱；可見光：人可看到的五彩繽紛的世界；紫外線：紫外線消毒燈；X射線：X光透視機；γ射線：γ射線探傷. [知識深化]　不同電磁波的特性及應(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 的波長 由左向右，波長變化為由長到短 特性 波動性強 熱效應(yīng)強 感光性強 化學(xué)作用、熒光效應(yīng)強 穿透力強 穿透力最強 用途 通信、廣播、天體物理研究 遙控、遙測、加熱、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 日光燈、殺菌、防偽、治療皮膚病等 檢查、探測、透視、治療 探測、治療 例1　(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(　　) A.波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全相同 B.電磁波的波長若差異太大則會出現(xiàn)本質(zhì)不同的現(xiàn)象 C.電磁波譜的頻帶很寬 D.電磁波的波長很短，所以電磁波的頻帶很窄 答案　AC 解析　電磁波譜中的電磁波在本質(zhì)上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已.其中最長波長是最短波長的1021倍以上. 例2　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(yīng)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 答案　(1)D　(2)C　(3)E 解析　(1)X光機是用來透視人體內(nèi)部器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，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，故選擇E. 二、無線電波的發(fā)射、傳播和接收 [導(dǎo)學(xué)探究] 1.將兩根鋁管固定在感應(yīng)圈的兩極上，另兩根鋁管接微安表頭并固定在絕緣手柄上，如圖1所示. 圖1 (1)接通感應(yīng)圈電源，把手柄上兩鋁管平行靠近感應(yīng)圈上的兩鋁管，你看到了什么現(xiàn)象？為什么？ (2)當(dāng)把感應(yīng)圈兩極上的鋁管拆掉后，把手柄靠近感應(yīng)圈有什么現(xiàn)象？為什么？ 答案　(1)微安表頭指針偏轉(zhuǎn)，這說明絕緣手柄上的鋁管接收到了電磁波.(2)沒有裝鋁管時，微安表頭指針不偏轉(zhuǎn)，說明絕緣手柄上的鋁管沒有接收到電磁波.因為發(fā)射電磁波要有天線. 2.按圖2甲，用兩個萊頓瓶(附矩形發(fā)射框和帶氖泡的矩形接收框)、感應(yīng)圈和直流電源連成電路.如圖乙所示，發(fā)射框上的銅球與萊頓瓶上的銅球相距約1～2cm，氖泡兩端分別接萊頓瓶的內(nèi)壁和外壁金屬箔.感應(yīng)圈高壓加在銅球和萊頓瓶上，使銅球間發(fā)生火花放電.調(diào)節(jié)接收框上的可移動的豎直金屬滑動桿，使它從最右端慢慢向左移動，觀察接收框上的氖泡發(fā)光有什么變化？并說明產(chǎn)生這種變化的原因. 圖2 答案　在滑動桿向左滑動的過程中，氖泡先變亮后變暗，當(dāng)矩形接收框與發(fā)射框的大小差不多時氖泡最亮.當(dāng)兩框大小相等時，兩框的電感接近相等，與萊頓瓶組成的LC振蕩電路的固有頻率接近相同，發(fā)射電路與接收電路發(fā)生電諧振，接收框接收到的信號最強，所以氖泡最亮. [知識深化] 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　為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力，對LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用下列哪些措施(　　) A.增大電容器極板的正對面積 B.增大電容器極板的間距 C.增大電感線圈的匝數(shù) D.提高供電電壓 答案　B 解析　要增大無線電波向空間發(fā)射電磁波的能力，必須提高其振蕩頻率，即減小L或減小C，要減小L，可通過減小線圈匝數(shù)、向外抽鐵芯的方法；要減小C，可采用增大板間距、減小極板正對面積、減小介電常數(shù)的辦法.故B正確. 例4　在如圖3所示的電路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，怎樣才能使回路2與回路1發(fā)生電諧振？發(fā)生電諧振的頻率是多少？ 圖3 答案　改變可變電容器C2的電容，使得C2為50pF　1.78MHz 解析　發(fā)生電諧振時兩電路的固有頻率相同.為使回路發(fā)生電諧振，可以改變可變電容器C2的電容，使f2＝f1， 即＝ C2＝＝ pF＝50 pF. 發(fā)生電諧振時的頻率 f1＝≈1.78106 Hz＝1.78 MHz. 1.(電磁波譜)(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 答案　BCD 解析　電磁波譜按波長從長到短的排列順序依次是無線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、青、藍、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項正確. 2.(電磁波的特性及應(yīng)用)電磁波在生活中有著廣泛的應(yīng)用.不同波長的電磁波具有不同的特性，因此也有不同的應(yīng)用.下列器材與其所應(yīng)用的電磁波對應(yīng)關(guān)系不正確的是(　　) A.雷達——無線電波 B.手機——X射線 C.紫外消毒柜——紫外線 D.遙控器——紅外線 答案　B 解析　雷達是利用了無線電波中的微波來測距的，故A正確；手機采用的是無線電波，X射線對人體有很大的輻射，不能用于通信，故B錯誤；紫外線具有很強的消毒作用，故C正確；紅外線可以用于遙控器，故D正確. 3.(電磁波的發(fā)射)(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射過程，下列說法正確的是(　　) A.必須對信號進行調(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 答案　ACD 解析　在電磁波的發(fā)射過程中，一定要對低頻輸入信號進行調(diào)制，把傳輸信號加到高頻電流上.為了有效地向外發(fā)射電磁波，必須使用開放電路，A、C、D正確.而產(chǎn)生電諧振是在接收過程中，B錯誤. 4.(電磁波的接收)一臺收音機可接收中波、短波兩個波段的無線電波，打開收音機后蓋，在磁棒上能看到兩組線圈，其中一組是用細線密繞匝數(shù)多的線圈，另一組是用粗線疏繞匝數(shù)少的線圈，由此可以判斷(　　) A.匝數(shù)多的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波 B.匝數(shù)多的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收短波 C.匝數(shù)少的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波 D.匝數(shù)少的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收短波 答案　A 解析　根據(jù)匝數(shù)多密繞的線圈電感大、匝數(shù)少疏繞的線圈電感小，可排除B、D選項；根據(jù)T＝2π，電感越大，回路固有頻率越小，可排除C選項；根據(jù)c＝fλ，頻率越小，波長越長，故用細線密繞匝數(shù)多的線圈可用于接收中波，可知A選項是正確的. 一、選擇題 考點一　電磁波譜 1.一種電磁波入射到半徑為1m的孔上，可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這種波屬于電磁波譜中的(　　) A.可見光B.γ射線C.無線電波D.紫外線 答案　C 2.在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)三個波段的頻率大小關(guān)系是(　　) A.紅外線的頻率最大，可見光的頻率最小 B.倫琴射線的頻率最大，紅外線的頻率最小 C.可見光的頻率最大，紅外線的頻率最小 D.倫琴射線的頻率最大，可見光的頻率最小 答案　B 解析　在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)按照頻率從大到小的排列順序是：倫琴射線(X射線)、可見光、紅外線. 考點二　電磁波的特性及應(yīng)用 3.(多選)電磁波按波長大小的順序把它們排列成譜，如圖1所示，由電磁波譜可知(　　) 圖1 A.微波是不可見光 B.紅外線可以滅菌消毒 C.紫外線的波長比紅外線長 D.X射線能穿透物質(zhì)，可以用來檢查生物骨骼結(jié)構(gòu) 答案　AD 解析　微波是不可見光，選項A正確；紅外線有熱效應(yīng)，紫外線可以滅菌消毒，選項B錯誤；紫外線的波長比紅外線短，選項C錯誤；X射線穿透性強，可以用來檢查生物骨骼結(jié)構(gòu)，選項D正確. 4.關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　　) A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息 B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波 C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同 D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同 答案　B 解析　聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A項錯誤；在手機通話過程中，既涉及電磁波又涉及聲波，B項正確；可見光屬于電磁波，B超中的超聲波是聲波，波速不同，C項錯誤；紅外線波長較X射線波長長，故D項錯誤. 5.在烤箱中能看見一種淡紅色的光，下列關(guān)于這種光的說法中正確的是(　　) A.是電熱絲發(fā)出的紅外線 B.是電熱絲發(fā)出的紅光 C.主要是利用這種光為食物加熱 D.給食物加熱是利用比這種光波長更短的電磁波 答案　B 解析　烤箱中看到的淡紅色的光是可見的紅光，起加熱作用的主要是波長較長的紅外線，而不是紅光，故正確選項為B. 6.“紅外夜視儀”在夜間也能看清黑暗中的物體，主要是因為(　　) A.“紅外夜視儀”發(fā)射出強大的紅外線，照射被視物體 B.一切物體均在不停地輻射紅外線 C.一切高溫物體均在不停地輻射紅外線 D.“紅外夜視儀”發(fā)射出γ射線，被視物體受到激發(fā)而放出紅外線 答案　B 解析　所有物體都發(fā)射紅外線，因而“紅外夜視儀”可以看清黑暗中的物體. 7.如圖2所示的容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太陽光的照射下，地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，在黑影中放一支溫度計，可發(fā)現(xiàn)溫度計顯示的溫度明顯上升，則由此可判定(　　) 圖2 A.含碘的二硫化碳溶液對于可見光是透明的 B.含碘的二硫化碳溶液對于紫外線是不透明的 C.含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是透明的 D.含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是不透明的 答案　C 解析　紫外線具有熒光效應(yīng)，紅外線熱效應(yīng)明顯，可見光有視覺感應(yīng)，地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，說明含碘的二硫化碳溶液對于可見光是不透明的；溫度計顯示的溫度明顯上升，紅外線熱效應(yīng)明顯，故說明含碘的二硫化碳溶液對于紅外線是透明的.故選C. 考點三　無線電波的發(fā)射、傳播和接收 8.(多選)關(guān)于無線電廣播過程，下列說法正確的是(　　) A.話筒將聲音信號轉(zhuǎn)變成音頻信號 B.每個電臺都能使用任意頻率發(fā)射電磁波信號 C.接收機上的天線，直接接收來自廣播臺的聲音信號 D.收音機上的“調(diào)諧”旋鈕起到選臺的作用 答案　AD 解析　話筒是聲傳感器，將聲音信號轉(zhuǎn)變成音頻信號(低頻電信號)，故A正確；每個電臺發(fā)射的電磁波的頻率都是特定的，故B錯誤；接收機上的天線，通過電諧振原理將所需信號從眾多的電磁波信號中選出來，故C錯誤；收音機上的“調(diào)諧”旋鈕通過改變自身頻率，利用電諧振原理將所需信號從眾多的電磁波信號中選出來，起到選臺的作用，故D正確. 9.世界各地有許多無線電臺同時廣播，用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音，而不是同時收聽到許多電臺的播音，其原因是(　　) A.收聽到的電臺離收音機最近 B.收聽到的電臺頻率最高 C.接收到的電臺電磁波能量最強 D.接收到的電臺電磁波與收音機調(diào)諧電路的頻率相同，產(chǎn)生了電諧振 答案　D 解析　選臺就是調(diào)諧過程，使f固＝f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振激起的感應(yīng)電流最強，故選D. 10.(多選)如圖3所示，調(diào)諧電路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，可采用以下哪種措施(　　) 圖3 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 答案　CD 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.題圖調(diào)諧電路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C、D正確. 11.收音機中的調(diào)諧電路線圈的電感為L，要想接收波長為λ的電臺信號，應(yīng)把調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)至(c為光速)(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　由T＝2π，在真空中c＝得，C＝，故選D. 12.(多選)圖4甲為一個調(diào)諧接收電路，圖乙、丙、丁為電路中的電流隨時間變化的圖像，則(　　) 圖4 A.i1是L1中的電流圖像 B.i1是L2中的電流圖像 C.i2是L2中的電流圖像 D.i3是流過耳機的電流圖像 答案　ACD 解析　L1中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的圖像同題圖乙相似，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中沒有電流，所以L2中的電流圖像應(yīng)是題圖丙.高頻部分通過C2，通過耳機的電流如同題圖丁中的i3，只有低頻的音頻電流，故選項A、C、D正確. 二、非選擇題 13.(電磁波的接收)收音機調(diào)諧回路中可變電容器旋到電容為100pF時能收到波長為300m的電磁波，如果要收到波長為240m的電磁波，可變電容器的電容要調(diào)為多少？這個回路的電感為多少？ 答案　64pF　2.510－4H 解析　根據(jù)v＝λf和f＝，有λ＝v2π， 其中v＝3108m/s， 則300＝31082π 240＝31082π 解得：L≈2.510－4H，C′＝64pF.