高中物理选修3-4精品学案：14.3-14.5电磁波的发射和接收电磁波与信息化社会电磁波谱

[目标定位] 1.知道有效发射电磁波的条件，知道调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念.2.了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用.3.认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特性和主要作用．
一、电磁波的发射和接收
1．电磁波的发射
(1)要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：
第一，要有足够高的振荡频率．频率越高，发射电磁波的本领越大．
第二，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去．
(2)调制
①定义：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术．
②分类⎩⎨⎧ 调幅(AM )：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术调频(FM )：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制技术
2．电磁波的接收 (1)原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，因此，空中的导体可以用来接收电磁波．
(2)电谐振与调谐
①电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这个现象叫做电谐振．
②调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
(3)解调：使声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程，它是调制的逆过程．调幅波的解调也叫检波．
(4)无线电波
技术上把波长大于1 mm的电磁波称做无线电波，并按波长把无线电波分为若干波段：长波、中波、中短波、短波、微波．
【深度思考】
在我们周围弥漫着各种电台、电视台及无线电设备发出的电磁波，我们若想收听某一电台的广播时，需要调节收音机的旋钮选台，你知道“选台”的作用吗？[答案]“选台”是为了使想收听的某一电台发射的电磁波的频率与收音机的接收电路的固有频率相同．
【例1】(多选)关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是()
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放回路
[解析]电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，用开放电路发射．为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确．而产生电谐振是在接收过程，B错误．
[答案]ACD
【例2】如图1所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是()
图1
A．解调——放大——调谐——显示
B．调谐——放大——解调——显示
C．调谐——解调——放大——显示
D．放大——调谐——解调——显示
[答案] C
1．电磁波的发射和接收过程
2．对概念的理解
(1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆
过程．
(2)电谐振就是机械振动中的“共振”．
(3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调
谐则是一个操作过程．
二、电磁波与信息化社会
1．电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输．电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大．
2．电视
摄像管：摄取景物的图象并将其转换为电信号
⇓
调制和发射
⇓
天线接收高频信号，调谐，解调
⇓
显像管：还原出与摄像管屏上相同的图象
3．雷达
(1)雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备．
(2)雷达既是电磁波的发射端，又是电磁波的接收端．
(3)原理：雷达用直线性好的微波定位．无线电波的传播速度是c，测出从发射无
线电波到接收反射波的时间t，就可以确定障碍物的距离L＝ct
2.实际上，障碍物
的距离等数据由电子电路自动计算并在荧光屏上显示．
4．移动电话
(1)每一部移动电话都是一个无线电台，同时又相当于一台收音机．
(2)移动电话的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高．因此，它与其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接．这种固定的电台叫做基地台或基站．
【例3】(多选)雷达是利用无线电波的回波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波．测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度．以下说法正确的是()
A．雷达发射的是不连续的电磁波
B．雷达用的是微波波段的无线电波
C．目标离雷达天线而去时，反射信号频率将高于发射信号频率
D．目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率
[解析]雷达发射的是不连续的电磁波，采用微波进行发射．根据多普勒效应，当目标离雷达天线而去时反射信号频率低于发射信号频率，当目标向雷达天线靠近时反射信号频率高于发射信号频率，故选项A、B、D对，选项C错．
[答案]ABD
三、电磁波谱
1．各种电磁波的特点及应用
电磁波谱无线电波
红外线可见光紫外线X射线γ射线
频率(Hz)由左向右，频率由小到大(填“大”或“小”) 真空中波
长
由左向右，波长由长到短(填“长”或“短”)
特性波动性强热作用强感光性强化学作
用，荧光
效应
穿透力
强
穿透力
最强
用途通讯、广播、
导航
加热、遥
测、遥感、
红外摄像、
红外制导
照明、照相
等
日光灯、
杀菌消
毒、治疗
皮肤病
等
检查、探
测、透
视、治疗
探测、治
疗
2．电磁波的能量
各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，所有这些都表明电磁波能够传递能量．
3．太阳辐射
太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，在眼睛最敏感的黄绿光附近，辐射的能量最强．
【例4】关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是()
A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C．电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象
D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光
[解析]X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，选项A 错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误．
[答案] D
1．(电磁波的发射和接收)(多选)如图2所示为调幅振荡电流图象，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段()
图2
A．经调制后B．经调谐后
C．经检波后D．耳机中
[答案]AB
2．(多选)如图3所示，调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，要收到电信号，应()
图3
A．增大调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．将线圈中的铁芯取走
[答案]CD
[解析]当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时，发生电谐振才能较好地收到电台信号．本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低，由f＝
1
知，在C无法再调节的情况下，可减小L以提高f，故选项C、D正确．2πLC
3．(电磁波与信息化社会)关于雷达的特点，下列说法正确的是()
A．雷达所用无线电波的波长比短波更长
B．雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标
C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离
D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用
[答案] C
[解析]雷达是利用无线电波的反射来工作的，因此它利用的无线电波处于微波段，目的是为了增加反射，减少衍射．雷达大约每隔0.1 ms发射时间短于1 μs 的脉冲信号，根据屏上显示的发射信号和接收到的反射信号可以直接读出障碍物的距离．
4．(电磁波的特点及应用)下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．
(1)X光机，________.
(2)紫外线灯，________.
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________．
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线的很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热效应
F．红外线波长较长，易发生衍射
[答案](1)D(2)C(3)E
[解析](1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，故选择D.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选择C.
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E.。