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第3节电磁波的发射和接收学习目标素养提炼1.知道有效地发射电磁波的两个条件．知道无线电通信的基本原理.2.能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念．3.能结合生活实际，说出无线电通信在生活中的应用.物理观念：调制、调幅、调频、调谐、解调科学思维：无线电通信的基本原理科学态度与责任：无线电通信在生活中的应用01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、电磁波的发射1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：(1)要有________的振荡频率．频率越高，发射电磁波的本领越大．(2)应采用____________．振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间．2．开放电路在实际的开放电路中，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作________，线圈的另一端高高地架在空中，叫作________．足够高开放电路地线天线3．无线电技术使电磁波随各种信号而改变的技术叫作________．调制的方法有两种：一是调幅，使高频电磁波的________随信号的强弱而改变；另一种叫调频，使高频电磁波的________随信号的强弱而改变．调制振幅频率[判断正误](1)各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，只是辐射的能量所占振荡总能量的比例不同罢了，振荡周期越大，越容易辐射电磁波．()(2)为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率．()(3)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去．()(4)调幅就是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅变化上去．()×√×√二、无线电波的接收1．接收原理：电磁波在传播时遇到________会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收________．2．电谐振：当接收电路的____________跟接收到的电磁波的________相同时，接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振．3．调谐：使接收电路中产生____________的过程叫作调谐．导体天线固有频率频率电谐振4．解调：使声音或图像信号从接收到的____________中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调．5．无线电波：波长大于________(频率低于300GHz)的电磁波叫作无线电波，并按波长分成若干个波段，像长波、中波、短波、微波等．每个波段所用的设备和技术不同，因此有不同的用途．高频电流1mm[思考]“神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系．你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船的测控．要点一电磁波的发射[探究导入]将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上，如图所示．(1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，你看到什么现象了？为什么？(2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后，把手柄靠近感应圈有什么现象？为什么？提示：微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管收到了电磁波．提示：没有装铝管时，微安表头指针不偏转，说明绝缘手柄上的铝管没有收到电磁波．因为发射电磁波要有天线．1．发射电磁波的条件(1)要有足够高的振荡频率．理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大．(2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间．2．电磁波的发射示意图(如图所示)[典例1](多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是()A．增加辐射波的波长B．增加辐射波的频率C．使振荡电容的正对面积足够小D．尽可能使电场和磁场分散开[解析]提高电磁波发射本领(功率)应增大f，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路．f＝12πLC，C＝εrS4πkd，要使f增大，应减小L或C，故正确现象为B、C.[答案]BC[规律总结](1)发射电路须具备以下两个特点，才能有效地向外发射电磁波：①发射频率足够高；②应用开放电路．(2)发射电路的固有频率由电容C和线圈的自感系数L共同决定，f＝12πLC.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．答案：B2．为了把需要传递的信号(图像、声音等)加载到电磁波上发射出去，必须对振荡电流进行________．(选填“调谐”“调制”或“解调”)解析：信息(声音或图像等)转化为电信号后，往往由于信号频率低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上，这就是调制．答案：调制要点二电磁波的接收[探究导入]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．提示：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．1．电磁波的传播特性传播方式适合的波段特点地波沿地球表面空间传播长波、中波、中短波衍射能力较强天波靠大气电离层的反射传播中短波、短波反射能力较强空间波沿直线传播短波、超短波、微波穿透能力较强2.调谐实际上就是从众多电磁波中选出我们所需要的电磁波的过程，解调就是把有用信号从调频电流中取出来的过程．3．无线电波的发射和接收过程如图所示：[典例2](多选)关于无线电波的接收，下列说法正确的是()A．调谐就是把接收到的电磁波的频率调到某一特定的值B．调谐就是使接收电路的固有频率与电磁波的频率相等C．当电磁波的频率与接收电路的固有频率相等时，发生电谐振D．检波就是从天线接收到的众多频率的电磁波中选择出某一特定频率的波[解析]调谐就是使接收电路的固有频率与电磁波频率相等，使之发生电谐振，A错，B、C对．检波是将低频信号从高频信号上分离出来，D错．[答案]BC[方法技巧]相近概念的辨析技巧(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅．(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫作调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程．3．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．答案：D4．有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，其调节方式应把可动电容器的动片适当________一些.解析：增大LC接收电路的频率，由公式f＝12πLC可知应减小电容或电感；把可动电容器的动片适当旋出一些即可．答案：旋出(1)调节方向：由题目给出的情景准确判定出电路的固有频率该调大还是调小．(2)由频率公式f＝12πLC，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．(3)判定电容和电感大小的决定因素，决定电容的因素：极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr；决定电感的因素：线圈匝数、线圈粗细、有无铁芯，这样就可以在(2)的基础上做出最准确的细微调节．科学思维——调谐电路的分析方法(多选)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较高频率的电台发出的电信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法()A．增加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解析：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接收到电台信号．由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由f＝12πLC可知，在C无法再调节的前提下，可减小自感系数L，即可通过选项C、D的操作升高调谐电路的固有频率．答案：CD1．(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是()A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程解析：有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示，B、C、D正确．答案：BCD2．为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行()A．调谐B．放大C．调制D．检波解析：声音、图像信号的频率很低，不能直接发射出去，只有高频电磁波才能向外发射．所以要用高频电磁波携带着低频信号才能向外发射出去．而把低频信号加载到高频电磁波上的过程叫作调制．答案：C3．(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是()A．电磁波频率越高，越容易沿地面传播B．电磁波频率越高，越容易沿直线传播C．电磁波在各种介质中传播波长恒定D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界解析：由c＝λf可判定，电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不易沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，故选项B正确，A错误；电磁波在介质中传播时，频率不变，而传播速度改变，由v＝λf，可判断波长改变，故选项C错误；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36000km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗互成120°的同步卫星，就几乎可覆盖全球，故选项D正确．答案：BD4．收音机中的调谐电路线圈的自感系数为L，要想接收波长是λ的电台信号，应把调谐电路中电容器的电容调至(c为光速)()A.λ2πLcB.12πLcλC.λ22πLc2D.λ24π2Lc2解析：电台信号的频率f＝cλ，则cλ＝12πLC，C＝λ24π2Lc2.答案：D5．如图所示，原线圈频率为f的交流电源，将电感为L的副线圈接一个适当的电容器成为LC振荡电路，这种振荡和机械振动中的________振动相类似，其振荡周期等于________．改变电容器的电容量，当电容等于________时，振荡电流的幅度值可达最大值.解析：变压器的副线圈中感应电流的频率与原线圈中的电流频率相同，类似于机械振动中的受迫振动，其振荡周期为1f，改变电容器的电容量，可以改变LC振荡回路的固有频率，当固有频率与接收信号的频率相等时，发生电谐振，即f＝12πLC，求得C＝14π2f2L.答案：受迫1f14π2f2L