高中物理第3章电磁场与电磁波3.docx
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高中物理第3章电磁场与电磁波3
2019高中物理第3章电磁场与电磁波3
3.4 电磁波家族
[学习目标]1.了解无线电波的发射、传播和接收过程.2.知道调制、调幅、调频、调谐、检波等概念.3.了解电磁波谱的组成及其各波段的主要特征和主要作用．
1．无线电广播信号的发射过程：
首先把要传递的声音信号转变成电信号并通过音频放大器进行放大，成为被加载的低频信号（填“高”或“低”），然后将此低频音频信号通过调制器加载到由振荡器产生的等幅的高频信号上，成为随音频信号而改变的高频信号，再通过高频放大器进行放大，最后通过发射塔发射出去．
2．无线电波主要有地波传播、天波传播和直线传播三种方式．中、长波的波长较长，能绕过地球表面上的一般障碍物，即能够沿着地球表面进行传播，因此采用地波传播；短波和部分中波的波长较短，难以绕过地球表面上的一般障碍物，但能够在地面与电离层之间来回反射进行传播，因此采用天波传播；而微波的波长更短，并且能够穿透电离层，只能从发射天线直接传播到接收天线，因此采用直线传播．
3．电磁波是一个大家族，把各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就组成了电磁波谱．若按波长由大到小的顺序排列划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线六个波段.
一、无线电波的发射
[导学探究]
1．广播电台的播音是声音信号，这种信号是怎样发射出去的呢？
答案 先将声音信号转变成电信号，再将此电信号加载到高频信号上，并进行放大，再通过发射塔发射出去．
2．你知道无线电波的传播方式有哪些吗？
答案 地波、天波和直线传播等．
[知识深化]
1．无线电波的发射
（1）无线电广播信号的发射过程
（2）振荡器的作用：
产生等幅高频信号
（3）无线电波的调制
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
分
类
调幅
（AM）
使高频电磁波的振幅随低频信号的强弱而变化的调制技术
调频
（FM）
使高频电磁波的频率随低频信号的强弱而变化的调制技术
2.无线电波的传播方式
无线电波的传播方式与其自身的波长或频率有关，主要有地波传播、天波传播和直线传播三种方式．
[延伸思考]
电台在发射声音信号时，为什么不直接将声音信号转变为电信号直接发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？
答案 电台向外发射电磁波，要有足够高的频率，而声音信号频率较低，直接把其转变为电信号后，发射能力较低，而把它加载到高频信号中后就提高了发射能力．
例1 （多选）下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是（ ）
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
答案 AD
解析 调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中传播速度不变，B错；由v＝λf知，波长与波速和传播频率有关，C错，D对．
例2 （多选）关于无线电波的传播，下列说法正确的是（ ）
A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处
B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流
C．波长越短的电磁波，越接近直线传播
D．移动电话是利用无线电波进行通信的
答案 BCD
解析 无线电波在传播过程中，遇到障碍物就会被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流（同频率的振荡电流），故A错、B正确．波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段．故C、D正确．
二、无线电波的接收
[导学探究] 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．
[知识深化]
1．无线电波的接收原理：
电磁波在空间的传播过程中如果遇到导体，就会使导体中产生感应电流，因此，空间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的现象．
（2）调谐：
使接收电路产生电谐振的过程．它使我们从诸多电磁波中挑选出某一频率的电磁波．
3．检波：
从接收到的高频振荡信号中“检”出所承载的低频信号的过程．
例3 （多选）关于电磁波的接收，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
答案 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.
三、电磁波谱
[导学探究] 电磁波是一个大家庭，在生产、生活中有广泛的应用，你能举一些应用电磁波的例子吗？
答案 红外线摄影、红外线体温计、利用紫外线工作的验钞机、微波炉利用微波加热食物、电视信号的传播、医学上的透视……
[知识深化] 不同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
由左向右，频率变化为由小到大
真空中
波长
由左向右，波长变化为由长到短
特性
波动
性强
热效
应强
感光
性强
化学作用，
荧光效应强
穿透
力强
穿透
力最强
用途
通信广播、
电视、雷达、
导航
红外遥感、
遥测、加热、
红外摄像、
红外制导
照明、照相等
日光灯、杀
菌、防伪、治
疗皮肤病等
检查、探测、透视、
治疗
探测、
治疗
例4 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射线的很强的穿透力
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光机是用来透视人体内部器官的，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的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的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，故选择E.
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
答案 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．红外线、紫外线、无线电波、可见光、γ射线、伦琴射线按波长由大到小的排列顺序是（ ）
A．无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线
B．红外线、可见光、紫外线、无线电波、γ射线、伦琴射线
C．γ射线、伦琴射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波
D．紫外线、红外线，γ射线、伦琴射线、无线电波、可见光
答案 A
3．（多选）下列关于电磁波谱中各电磁波的应用情况，说法正确的是（ ）
A．红外线的波长比可见光长，可以用来杀菌消毒
B．紫外线的波长比可见光短，可以用来杀菌消毒
C．红外线的波长比可见光长，可以用来测温摄影
D．紫外线的波长比可见光短，可以用来测温摄影
答案 BC
课时作业
选择题
1．（多选）关于无线电波的发射过程，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
答案 ACD
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．
2．（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
答案 BCD
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．故A错误，B、C、D正确．
3．（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，越易沿地面传播
B．电磁波频率越高，越易沿直线传播
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
答案 BD
解析 该题考查无线电波的用途和特点．
由c＝λf可判定：
电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不宜沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，故B对，A错；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，C错；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空3600km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗，就能覆盖全球，D正确．
4．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为（ ）
A．天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC回路
B．天线处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC回路
C．天线只是有选择地接收某电视台的信号，而其他电视台信号则不接收
D．天线将电磁波传输到电视机内
答案 A
解析 根据无线电波的接收原理，可知A正确．
5．转换电视频道，选择电视节目，称为（ ）
A．调谐B．调制
C．调频D．调幅
答案 A
解析 转换频道是为了使电视的接收电路的频率与某电台的频率相同，产生电谐振，故为调谐．
6．（多选）在电磁波谱中，下列说法正确的是（ ）
A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限
B．γ射线的频率一定大于X射线的频率
C．X射线的波长有可能等于紫外线波长
D．可见光波长一定比无线电波的短
答案 CD
解析 X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故C、D选项正确．
7．下列说法中正确的是（ ）
A．各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线
B．红外线有显著的热效应，紫外线有显著的化学作用
C．X射线的穿透本领比γ射线更强
D．低温物体不能辐射红外线
答案 B
解析 干涉和衍射现象是光的波动性的体现，波长越长，越容易产生，而γ射线波长最短，故A选项错误；频率越高，穿透本领越强，故C选项错误；一切物体都能辐射红外线，故D选项错误，正确选项为B.
8．在LC振荡电路的电容器两极板距离减小后与某一外来电磁波发生电谐振，那么LC振荡电路原来的周期T1与外来的电磁波的周期T2的关系是（ ）
A．T1>T2B．T1C．T1＝T2D．都有可能
答案 B
解析 由T＝2π和C＝可知，当d减小时，T增大．则T19．（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
答案 CD
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f＝可知，在C无法再调节的前提下，可减小电感L，即可通过C、D的操作升高f.
10．（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（ ）
A．波长不同的电磁波在本质上完全相同
B．电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象
C．电磁波谱的波段很宽
D．电磁波的波长很短，所以电磁波谱的波段很窄
答案 AC
解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长或频率不同而已．其中波长最长的波跟波长最短的波之间频率相差近1020倍．
11．时间2003年10月29日14时13分，太阳风暴袭击地球，太阳日冕抛射出的大量带电粒子流击中地球磁场，产生了强磁暴．当时，不少地方出现了绚丽多彩的极光，美国北部一些电网出现了电流急冲现象．太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星，而且会破坏臭氧层．臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中（ ）
A．波长较短的可见光B．波长较长的可见光
C．波长较短的紫外线D．波长较长的红外线
答案 C
解析 臭氧层的主要作用就是吸收由太阳射向地球的紫外线，从而有效地对地球上的动植物起保护作用．作为人类，保护臭氧层就是保护我们自己．故正确选项是C.
12．（多选）图1中（a）为一个调谐接收电路，图（b）、（c）、（d）为电路中的电流随时间变化的图像，则（ ）
图1
A．i1是L1中的电流图像
B．i1是L2中的电流图像
C．i2是L2中的电流图像
D．i3是流过耳机的电流图像
答案 ACD
解析 i1是检波前的高频调幅电流，i2是检波后的单向脉冲电流，i3是流过耳机的音频电流．
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