第14章电磁波第3节电磁波的发射和接收导学案

第14章 电磁波 第3节电磁波的发射和接收导学案
一、电磁波的发射 1. 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路．
2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．
3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术．
调制包括
(1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法．
(2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法．
二、电磁波的接收
1．接收原理：电磁波在传播时遇到导体，会使导体中产生感应电流，导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．
2．电谐振：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，相当于机械振动中的共振．
(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
(2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．
知识点一 电磁波的发射的理解
规律探究：我们说话的声音一般只能传几十米，最多只有几百米，而当我们的声音通过无线电广播却可以传几千米以外，甚至传遍全球，为什么？
例1. 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC 振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A ．增大电容器极板的正对面积
B ．增大电容器极板的间距
C ．增大自感线圈的匝数
D ．提高供电电压
练习1. 实际发射无线电波的过程如图所示。

高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图乙所示。

根据以上图象，发射出去的电磁波图象应是选项中哪一个( )
班级： 姓名：
【小结】：电磁波的发射
1．要想有效地发射电磁波，应增大电磁波的频率，且使电磁场分布到尽可能大的空间，实际应用中常用地线和天线形成敞开的电容器，和线圈组成高频振荡电路．
2．为发射有用信号，需对电磁波进行调制，把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变．其中使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变的调制方法叫做调幅(AM)；使高频振荡电流的频率随调制信号而改变的调制方法叫做调频(FM)．
知识点二电磁波的接收
规律探究：按图甲，用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电路．如图乙所示，发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约1～2 厘米，氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔．感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上，使铜球间发生火花放电．调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆，使它从最右端慢慢向左移动，观察接收框上的氖泡发光有什么变化？并说明产生这种变化的原因．
例2. (多选)图中(a)为一个调谐接收电路，图(b)、图(c)、图(d)为电路中的电流随时间变化的图象，则( )
A ．i 1是L 1中的电流图象
B ．i 1是L 2中的电流图象
C ．i 2是L 2中的电流图象
D ．i 3是流过耳机的电流图象 练习2. 在如图所示的电路中，C 1＝200 pF ，L 1＝40 μH ，L 2＝160 μH ，怎样才能使回路2与回路1发生电谐振？发生电谐振的频率是多少？
【小结】：1．接收方式
用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。

2．通过电谐振来选台：
(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接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的现象，类似于机械振动中的共振。

(2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程。

(3)通过解调获取信号。

解调：把声音或图象等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。

检波：调幅波的解调称为检波。

3．无线电波的接收
天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程。

4．接收电路示意图
【课堂巩固练习】
1．如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是( )
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
2．无线充电器是指不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上的充电器。

无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。

所谓能量耦合是指两个或两个以上的电路元件的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

除此之外，无线充电中还涉及到磁场共振原理，以及其他的一些交流感应技术。

根据上述描述，
(C) i 2
下列认识合理的是()
A．无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由奥斯特发现的
B．变压器是一种典型的能量耦合应用
C．无线充电器的优点之一是充电过程中没有电能量损失
D．无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是不同的
3．北京时间2019年4月10日21时，在全球七大城市同时发布由“事件视界望远镜”观测到位于室女A 星系(M87)中央的超大质量黑洞照片，如图甲所示。

宇宙中的天体在不断向外辐射电磁波，人们利用射电望远镜收集来自天体的电磁波进行观测，如图乙所示。

天体甲距地球1万光年，M87的黑洞距离地球5 500万光年，假设天体甲和M87的黑洞辐射功率相同，忽略电磁波在传播过程中的损耗，用一架射电望远镜接收到甲发出的电磁波功率为P1，则该望远镜接收到的来自M87的黑洞发出的电磁波功率为()
A.1
5 500P1
B．1
5 5002P1
C．5 500P1
D．5 5002P1
第14章电磁波第3节电磁波的发射和接收课后练习
1．世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是()
A．因为收听到的电台离收音机最近
B．因为收听到的电台频率最高
C．因为接收到的电台电磁波能量最强
D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振
2．一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，下列选项都描述了该过程，其中顺序正确的是()
A．调制—发射—调谐—解调—播放
B．调频—发射—解调—调谐—播放
C．调幅—调谐—发射—解调—播放
D．调频—调谐—发射—解调—播放
3．（多选）关于移动电话，下列说法正确的是()
A．随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
B．随身携带的移动电话(手机)内，既有无线电接收装置，又有无线电发射装置
班级：姓名：
C．两个携带手机的人，可以不通过固定的基地台转接，相互通话
D．无线寻呼机(BP机)内只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
4．（多选）下列说法正确的是()
A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B．当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流
C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了
D．由调谐电路接收的感应电流，再经过检波、放大，通过耳机才可以听到声音
5．（多选）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( )
A．增多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
7．某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，
如图所示。

该发射站可发送频率为400 kHz的中波和400 MHz的微波，已知
无线电波在空气中的传播速度都为3×108 m/s，求：
(1)该中波和微波的波长各是多少？
(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？
(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？
第14章电磁波第3节电磁波的发射和接收导学案答案
知识点一电磁波的发射的理解
规律探究：我们说话的声音是在空气中传播的声波，能量很低，而且在空气中的损耗很大，传播不太远的距离就损耗殆尽了，而无线电广播中的声音信号是搭载在高频电磁波上的，高频电磁波的能量很高，而且在空气中损耗很小，因而能传播很远的距离。

例1.答案B
解析要增大无线电波向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，即减小L或减小C，要减小L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法；要减小C，可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法．故B正确．
练习1. B 振荡器产生高频等幅振荡，话筒结构是里边有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。

当我们对着它说话时，空气对它的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随声音信号而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，这就是调制。

它不但影响了正半周，也影响了负半周，故选B。

知识点二电磁波的接收
规律探究：滑动杆向左滑动的过程中，氖泡先变亮后变暗，当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖泡最亮．当两框大小相等时，两框的自感系数接近相等，与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率接近相同，发射电路与接收电路发生电谐振，接收框接收到的信号最强，所以氖泡最亮．
例2.ACD 解析：L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象同(a)图相似，但是由于L2和二极管D串
联，所以当L 2的电压与二极管D 反向时，电路不通，因此这时L 2没有电流，所以L 2中的电流图象应是(b)图。

高频部分通过C 2，通过耳机的电流如同(c)图中的i 3，只有低频的音频电流，故选项A 、C 、D 正确。

练习2. 答案 改变可变电容器C 2的电容，使得C 2为50 pF 1.78 MHz
解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同．为使回路发生电谐振，可以改变可变电容器C 2，使f 2＝f 1， 即12πL 2C 2＝12πL 1C 1
C 2＝L 1C 1L 2＝40×200160
pF ＝50 pF. 发生电谐振时的频率
f 1＝12πL 1C 1
≈1.78×106 Hz ＝1.78 MHz 【课堂巩固练习】
1. C 解析：电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示，故C 正确。

2. B 解析：无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由法拉第发现的，选项A 错误；变压器是一种典型的能量耦合应用，选项B 正确；采用电磁感应技术实现无线充电的优点是原理简单，适合短距离充电，但需特定的摆放位置才能精确充电，所以在充电过程中有电能量损失，选项C 错误；根据电磁感应原理，无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是相同的，选项D 错误；故选B 。

3. B 解析：根据图乙可知，电磁波向空间发射，设接受面积为S ，接收到的电磁波功率与发射功率关系：
P ＝P 发4πr
2S ，天体甲和M87的黑洞辐射功率相同，所以接受功率与半径平方成反比，所以来自M87的黑洞发出的电磁波功率为15 5002P 1
，故选项B 正确。

第3节电磁波的发射和接收 课后练习
1. D 解析：选台就是调谐过程，使f 固＝f 电磁波，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强。

2. A 解析：一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，首先要进行调制，即把声音信号加到高频电磁波信号上去，然后进行发射；载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭播放；故选A 。

3. BD 解析：由于手机既能听到对方说话，又能说话让对方听到，因而既是发射装置又是接收装置，而寻呼机只能接收外来信号，不能向外发射，因而B 、D 对，但手机信号必须经过基地台处理转接才能收到，C 错。

4. AD 解析：当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波，在接收电路中激发的感应电流最强。

由调谐电路接收的感应电流，要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确答案为A 、D 。

5. CD 解析：影响电感L 的因素有线圈匝数、粗细、长短及有无铁芯等，而对铁芯和匝数分析的题目较多。

当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频率时，发生电谐振才能收听到电台信号。

由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由以上分析可知在C 无法调节的前提下，可减小电感L ，即可通过C 、D 的操作增大f 。

6. 答案：(1)750 m 0.75 m (2)衍射 (3)400 kHz 接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好。

解析：(1)由λ＝c f
知，λ1＝750 m ，λ2＝0.75 m (2)无线电波绕过山脉到达A 处，发生了衍射现象。

(3)频率为400 kHz 的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。