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第3章电磁波第2节电磁波的发射、传播和接收第3节电磁波的应用及防护第3章电磁波1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理．知道调制、调谐、电谐振、解调(检波)等概念的意义及区别．2.了解无线电波的三种主要传播途径及其特点．3.知道电磁波谱及其组成部分的特点和作用，知道光是电磁波．(重点)4．了解电磁波的应用及对其危害的防护措施．一、电磁波的发射1．发射条件(1)振荡频率；(2)电场、磁场尽可能分布到．2．开放电路为了满足发射条件，可以电容器的极板面积，极板间距，使电容器变成两条长的直导线，一条深入高空成为，另一条接入地下成为，形成开放电路．足够高较大的空间减小增大天线地线3．电磁波的调制把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫做调制，常用的调制方式有和两种．调频调幅1．(1)静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用．()(2)当电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播．()(3)电磁波的传播速度与介质无关．()(4)调制的两种方法是调谐和调频．()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×二、电磁波的传播1．无线电波通常有三种传播途径：、和．2．地波是沿地球表面空间传播的无线电波．在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波．3．天波是靠大气层中的反射传播的无线电波．最适合采用天波的形式传播．4．空间波是像光束那样沿传播的无线电波．这种传播方式适用于和，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径．地波天波空间波电离层短波直线超短波微波通信1．电台发射的电磁波能向无限远处传播吗？提示：不能，因为电磁波在传递信息的同时，也传递能量，当电磁波遇到导体时，会在导体内产生电流而消耗能量．能量损失越多，传播的距离越近．三、电磁波的接收1．电谐振现象当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生电流最强的现象．与机械振动中的现象类似．2．调谐在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一种特定的接收的过程．共振频率3．调谐电路能够进行调谐的接收电路．调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强．固有频率2．你知道收音机是如何进行选台的吗？提示：收音机中的LC调谐电路是由电感线圈和可变电容器组成的，通过调节可变电容器的电容．改变LC电路的固有频率，使得当它的固有频率与某一电磁波的频率相同时，产生电谐振，从而把该频率的电磁波接收下来．四、电磁波谱1．电磁波谱的构成：电磁波包括无线电波、红外线、、紫外线、、γ射线等．2．不同电磁波的特点(1)电磁波谱中的各种波有一定的频率范围，都具有反射、折射、_____和的特性，在真空中的传播速度均等于，都满足c＝λf.(2)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．其中的波长最长，频率最小，______的波长最短，频率最大．(3)电磁波谱中，和γ射线的波长最短，的波长最长．可见光X射线干涉衍射光速红光紫光X射线无线电波2．(1)电磁波只能无线传输．()(2)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成．()(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度．()(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪．()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×五、电磁波的应用1．红外线和紫外线的应用(1)红外线：具有明显的，利用红外线的这种效应，制成了红外烤箱、红外线炉等；利用红外线还可制成夜视仪、遥感器等．(2)紫外线：紫外线能使很多物质发出，很容易让底片感光．当紫外线照射人体时，能使人体合成维生素D，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护．紫外线还具有作用，医院里的病房利用紫外线消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪．热效应荧光杀菌2．无线电波的应用(1)雷达①雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体_____的系统．②雷达的工作原理：电磁波遇到障碍物会被，根据信号的返回时间和方向，判断物体的方位．③雷达的用途：探测目标、导航、预报天气、绘制地图．(2)移动电话①功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己的信息．②特点：需通过无线基站转接实现自由通话．位置反射3．(1)电视信息包括图像信号和声音信号．()(2)雷达是利用超声波进行测定物体位置的．()提示：(1)√(2)×六、电磁污染及防护1．电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染．研究发现，电磁辐射会危害人体健康，波长越短，危害越突出，过量的电磁波辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害．2．电磁波污染的防治从物理学角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护．3．电磁辐射会给人们的生活和生产带来哪些不利影响？提示：电磁辐射的干扰使电视图像不清晰或变形，并伴有噪声，会干扰通信系统，使自动化装置发生故障等．电磁波的发射与接收1．电磁波的发射(1)无线电波发射的开放电路①有效发射电磁波的条件．a．高频电路：理论研究证明了发射电磁波的功率与振荡频率的4次方成正比．频率越高，发射电磁波的本领越大．b．开放电路：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实际应用中的开放电路是由天线与地线和匝数很少的线圈组成的，对应的L、C都很小，以满足电磁波频率高的条件．(2)无线电波的调制信息转化为电信号后，往往由于信号频率低、能量低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上再发射出去，就是调制．相当于把货物搭载到卡车或飞机上．调制的方式又可分为调频和调幅．2．电磁波的接收(1)电谐振：当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中的振荡电流最强，就是电谐振．相当于机械振动中的共振．空中有许多不同频率的电磁波在传播，为了接收到我们需要的电磁波，要调整接收电路的固有频率，使之与我们需要的电磁波的频率相同(产生电谐振)，这就是调谐．(2)解调：从接收到的高频电流中“检出”所携带的信号，相当于把运到目的地的货物从火车、飞机等运载工具上卸载下来，这就是解调．解调是调制的逆过程，又叫检波．(1)电磁波在传递信息的同时，也传递能量．但在传递的过程中能量会不断减小，而信息不变．(2)调谐与电谐振不同，调谐是一个调节过程，电谐振是一种物理现象，也就是电磁振荡中的“共振”．(多选)为了增大无线电台向空间辐射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采取下列哪些措施()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．采取开放电路[解析]要增大无线电台向空间辐射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝12πLC知，可减小L和C以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽或抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距，减小极板正对面积，减小介电常数的办法，故选项B正确，选项A、C错误．开放电路向外辐射能量的能力强，故D正确．[答案]BD对电磁波的理解1．对电磁波的理解(1)电磁波是一种物质，像电场、磁场一样它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式．(2)电磁波具有能量，以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播．(3)电磁波不需要其他介质就能传播．(4)电磁波的能量与频率有关，频率越高，能量越大．(5)电磁波在真空中的传播速度是c＝3.0×108m/s.(6)电磁波能传递信息．2．各种电磁波共性与个性的比较(1)共性①它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义．②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108m/s.③它们的传播都不需要介质．④它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性．⑤都是横波．(2)个性①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长、衍射能力越强可作通讯用途，波长越短穿透能力越强．②同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同．不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小．③应用范围不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒．X射线应用于医学上的X光照片．γ射线用于检查金属部件的缺陷．(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度相同，而在同一介质中的传播速度并不相同．(2)X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力最强，X射线能穿过人体，通常作人体透视，而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以做探测金属砂眼的射线．图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市．发射场正在进行某型号火箭的发射试验．为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________________(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)．这是因为_________________________．[思路点拨]根据电磁波的波长确立电磁波的途径．[解析]从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为550m，根据波发生明显衍射现象的条件，可知该电磁波很容易发生衍射现象，绕过山区而传播到城市所在的C区，因而不需要转发装置．电视信号所用的电磁波波长为0.566m，其波长很短，衍射现象很不明显，几乎沿直线传播，能传播到山顶却不能传播到城市所在的C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发．[答案]见解析1.关于电磁波的传播，下列叙述正确的是()A．电磁波频率越高，越易沿地面传播B．电磁波频率越高，越易发生衍射现象C．电磁波在各种介质中传播时波长恒定D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍除两极外的世界各地解析：选D.电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，且地波在传播过程中的能量损失随频率的增高而增大，A错误．随着电磁波频率的增大，其传播形式跟光相似，越不易发生衍射现象，B错误．电磁波在各种介质中传播时，频率不变，但传播速度不同，波长不同，C错误．由于同步通讯卫星相对于地面静止在赤道上空36000km高的地方，用它来作微波中继站，只要有三颗这样的卫星，就可以把微波信号传遍全世界，D正确．对电磁波谱的理解1．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱，叫做电磁波谱．2．不同电磁波的特点及应用特性用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用、荧光效应日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等X射线穿透力强检查、探测、透视、治疗γ射线穿透力最强探测、治疗3.从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波，其行为遵从共同的规律，都具有反射、折射、衍射和干涉的特征；在真空中传播速度均等于光速．但它们因波长(或频率)不同又表现出不同的特点．在电磁波谱中，红外线、可见光和X射线三个波段的频率大小关系是()A．红外线的频率最大，可见光的频率最小B．X射线频率最大，红外线的频率最小C．可见光的频率最大，红外线的频率最小D．X射线频率最大，可见光的频率最小[思路点拨]解答本题要注意以下两点(1)电磁波在真空中波速相同．(2)三波段中红外线波长最长，X射线波长最短．[解析]在三波段中，红外线波长最长，X射线最短，由c＝λf，红外线频率最小，X射线频率最大，B正确．[答案]B2.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是()A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B．红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C．伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析：选AB.波长越长，波动性越显著，干涉、衍射现象越易发生；从电磁波产生的机理可知，γ射线是原子核受激发后产生的；不论物体温度高低都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强，故正确答案为A、B.典型问题——无线电