1、第2节电磁波的发射、传播和接收第3节电磁波谱学习目标：1.科学思维知道电磁波发射的条件及电磁波传播和接收的原理。2.物理观念知道调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念。3.科学态度与责任认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特性和主要作用。阅读本节教材，回答第89页“问题”并梳理必要知识点。教材P89问题提示：电磁波的发射要具备足够高的振荡频率和开放电路，无线电波通常有地波、天波和空间波三种传播途径，电磁波的接收则是电谐振现象。一、电磁波的发射1有效发射条件(1)振荡频率足够高。(2)电场、磁场尽可能分布到较大的空间。2开放电路：为了满足发射条件，可以减小电容器的极板面积，增大极板间距，使电容器
2、变成两条长直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线。3电磁波的调制：(1)定义：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制。(2)分类：调幅：使电磁波的振幅随信号的强弱而改变。调频：使电磁波的频率随信号的强弱而改变。二、电磁波的传播1无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波。2传播特点(1)地波：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。(2)天波：靠大气层中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。(3)空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信，卫星电视转播等
3、也主要是利用空间波作为传输途径。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。与机械振动中的共振现象类似。2调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一特定的频率接收的过程。3调谐电路(1)定义：能够调谐的接收电路。(2)应用：调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的固有频率，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同。四、电磁波谱1电磁波谱电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。电磁波谱中的各种波有一定的波长范围，它们都具有反射、折射、衍射和干涉
4、的特性；它们在真空中的传播速度均等于光速。2电磁波的应用(1)无线电波的应用特点：不同波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近。应用：长波主要用于调幅广播及航海导航；中波主要用于调幅广播及通信；短波主要用于远距离短波通信及调幅广播；微波主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物进行加热。(2)红外线和紫外线的应用红外线：具有明显的热效应。利用红外线的这种热效应，制成了红外线烤箱、红外线炉等；利用红外线使特制底片感光的性质还可制成红外摄影仪、红外遥感器等。紫外线：紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让
5、底片感光。当适量紫外线照射人体时，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。紫外线还具有杀菌作用，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。(3)X射线和射线的应用X射线：穿透力较强，在医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断。长期暴露在X射线下，会对人体造成很大伤害。射线：从原子核内发出的电磁波，能量较高，穿透力很强，对生物的破坏力很大。医学上常用来杀死癌细胞。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波。()(2)电磁波波长较长的波贯穿障碍物的能力强。()(3)电磁波波长较短的波能量大，穿透能力强。()(
6、4)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，其中红光波长最长。()(5)红外线属于可见光。()(6)紫外线有明显的热效应。()2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减小电容器极板间距B使振荡电容器的正对面积足够大C尽可能使电场和磁场分散开D增大回路中的电容和电感C要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应从两个方面考虑，一是提高振荡频率，二是使电磁场尽可能地分散开，所以C正确；由f可知，当减小电容器极板间的距离时，C变大，f减小，A错误；使电容器正对面积变大，C变大，f变小，B错误；增大回路中的L、C，f变小，D错误。3下列说法中正确的是()A夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光
7、的热效应在各种电磁波中是最弱的B医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的C在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射D医院里的病房利用紫外线消毒，是因其有杀菌作用CD热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，A错误，C正确；穿透本领最强的是射线，B错误；紫外线具有杀菌作用，D正确。 电磁波的发射、传播、接收1895年，一位年轻的意大利人马可尼(公元18741937年)发明了无线电通信技术。从此，携带了人类信息的电磁波开始在空间自由旅行，人们不必依赖电线，就可以在遥远的地方互通信息。电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？提示：电视信号要有效地发射出去，必须采用高频开放
8、电路，电视信号所用电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些。1电磁波的发射：由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去，如图所示。2“调幅”和“调频”是调制的区别(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播
9、和电视中的伴音信号，采用调频波。如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。3电磁波的接收：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像的过程。4解调是调制的逆过程声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。5正确理解调谐的作用世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一
10、片混乱，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。检波：调幅波的解调称为检波。【例1】(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，必须是闭合电路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，必须要有检波过程思路点拨：解此题关键有两点(1)明确有效发射电磁波的条件。(2)明确电谐振、检波的概念。BCD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
11、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信号中取出来，否则就不能显示。故A错误，B、C、D正确。1下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是()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时波长才能不变D经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去D声音信号的频率很低，衰减快，不能直接发射，高频电磁波衰减慢、辐射能力强，适合发射，A、C错，D对；经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变，故B错。电磁波的应用
12、红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图所示，你知道它的工作原理吗？提示：根据体温越高，辐射红外线越强的原理。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对X射线和射线的两点说
13、明(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射线与射线都具有穿透能力，但射线的穿透能力更强。X射线能穿过人体，通常做人体透视；而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。【例2】关于电磁波谱，下列说法中正确的是()AX射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变B射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高C紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射D在电磁波谱中，更容易发生衍射现象的是射线ABX射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确；射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B
14、正确；在电磁波谱中从无线电波到射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错。2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DX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射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误
15、。1物理观念：调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念。2科学思维：电磁波发射的条件及电磁波传播和接收的原理。3科学态度与责任：电磁波各波段的特性及应用。1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()A调谐B放大C调制D解调C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。故正确选项为C。2根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是()A微波、红外线、紫外线B射线、X射线、紫外线C紫外线、可见光、红外线D紫外线、X射线、射线B红外线与紫外
16、线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误；紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误；在电磁波谱中紫外线、X射线、射线有重叠，射线波长最短，紫外线波长最长，B正确，D错误。3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，下列调节正确的是()A增加电源电压B使用调频的调制方式C把可动电容器的动片适当旋出一些D在线圈中插入铁芯C增大LC接收电路的频率，由公式f可知应减小电容或电感，A、B项错；把可动电容器的动片适当旋出一些，减小了电容，符合题目要求，C项正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D项错。4(多选)关于电磁波的
17、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AD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，只不过频率跟接收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某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5104 s。某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图甲所示，t173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为104 s，电磁波的传播速度为c3108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？甲乙解析由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0104 s，甲图发射波和接收波的时间间隔t14104 s，乙图时间间隔t21104 s，所以第一次飞机位置距雷达的距离为s1c6.0104 m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度hc1.5104 m，所以173 s内飞机飞行的水平距离为s5.8104 m，所以v335 m/s。答案335 m/s