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3.无线电波的发射和接收
第四章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波。
2.了解利用电磁波传递信号要对电磁波进行调制,调制方法有两种:调幅和调频。知道什么是调制,什么是调幅和调频。
3.知道接收需要的电磁波要进行调谐,知道还原信号还要进行解调,了解什么是调谐和解调及无线电波接收的基本原理。
4.了解电视广播的发射和接收。
素 养 阐 释
1.通过对无线电波的发射和接收的学习,掌握载波、调制、调幅、调频、调谐、解调和检波等基本概念,形成物理观念。
2.通过对无线电波、电视广播的发射过程和接收过程的学习,掌握其基本原理,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、无线电波的发射
1.有效发射电磁波的条件是什么
提示:(1)要有足够高的振荡频率。频率越高,振荡电路向外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,即采用开放电路。
2.载波:用来携带信号的高频电磁波。
3.调制:在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。
4.常用的调制方法是什么
提示:常用的调制方法有调幅和调频两种。调幅是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。调频是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。
二、无线电波的接收
1.原理:电磁波在传播时如果遇到导体,会使导体中产生感应电流。因此,空中的导体可以用来接收电磁波,这就是接收天线。
2.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,这种现象叫作电谐振,相当于机械振动中的共振。
3.调谐:使接收电路产生电谐振的过程。通常说的选台即为调谐过程。
4.解调是调制的逆过程,调幅波的解调也叫检波。
三、电视广播的发射和接收
高频电视信号的传播方式主要有三种,即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)频率越高,振荡电路发射电磁波本领越大。( )
(2)电视台可以直接向外发射声音信号。( )
(3)电视台发射的电磁波都经过了调制。( )
√
×
√
2.怎样才能形成开放电路
提示:线圈的一端用导线与大地相连,这条导线叫作地线;线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。
3.在发射电磁波时为什么要对电磁波进行调制
提示:声音、图像信号的频率很低,不能直接发射出去,只有把声音、图像的低频信号加到高频电磁波上才能向外发射,高频电磁波带着低频信号向外发射,电磁波随着各种信号而改变。同时,用不同的频率的载波发射信号,也便于接收机的调谐接收。
4.电视中的伴音信号是怎样从电视台发射出去的
提示:通过“调频”的方法发射。
合作探究·释疑解惑
知识点
无线电波的发射与接收
【问题引领】
如今在我们周围空间充满了各种频率不同、传递信息各异的电磁波,你知道这些电磁波是如何发射出去的吗 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
提示:由巨大的开放电路发射出去。“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。
【归纳提升】
1.有效地发射电磁波的两个条件
(1)高频电路:理论研究证明,发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比,频率越高,发射电磁波的本领就越大,所以采用高频电路。
(2)开放电路:振荡电路中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。实际的开放电路由天线、线圈和地线组成,天线相当于电容器的一个极板,大地是另一个极板。这样做有两个好处,一是满足开放的条件,让电场和磁场尽可能地分散到更大的空间;二是电容器的电容非常小,可以产生高频率。
2.对调制、调幅、调频、调谐、解调等概念的理解
(1)无线电波的发射和接收过程。
(2)不同电磁波采用不同的调制方式。
①一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。
②电台的立体声广播和电视中的伴音信号采用调频波。
(3)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。
(4)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像。
(1)电谐振就是电磁振荡中的“共振”。
(2)调谐与电谐振不同,电谐振是一个物理现象,而调谐则是一个操作过程。
【典型例题】
【例题】 (多选)关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是( )
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,故A错误;一般的音频电流的频率较低,不能直接用来发射电磁波,故B正确;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,故C正确;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D正确。
无线电波的发射及相关问题
1.无线电波的发射:由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流,用调制器将需要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。
2.低频信号类比成货物,高频波类比成运载工具,调制的过程类比成将货物装载到运载工具上。
【变式训练】 为了让电磁波传递信号,可以:
(1)使高频电磁振荡的振幅随信号而改变,此过程叫( )
(2)使高频电磁振荡的频率随信号而改变,此过程叫( )
A.解调 B.调幅 C.调谐 D.调频
答案:(1)B (2)D
解析:将电信号“加”到高频电磁波上的过程,称为调制。调制分为调幅(使高频电磁振荡的振幅随信号而改变)与调频(使高频电磁振荡的频率随信号而改变)两种。由题目可知,第(1)过程叫调幅,第(2)过程叫调频。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(有效发射电磁波的条件)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.使电容器的正对面积足够小
C.减小电容器两极板间的距离
D.增加回路中的电容和电感
答案:B
2.(电磁波的发射)(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。
3.(电磁波的接收)(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,再经过解调、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,要再经过解调(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。
4.(电视信号的发射)(多选)关于电视信号的发射,下列说法正确的是( )
A.摄像管输出的电信号可以直接通过天线向外发射
B.摄像管输出的电信号必须“加”在高频等幅振荡电流上,才能向外发射
C.伴音信号和图像信号是同步向外发射的
D.电视台发射的是带有信号的高频电磁波
答案:BCD
解析:图像信号和伴音信号经调制后才能发射,调制后的图像信号和伴音信号被高频电磁波“携带”同步发射,故正确选项为B、C、D。
本 课 结 束3.无线电波的发射和接收
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.转换电视频道,选择自己喜欢的电视节目,这个过程称为 ( )
A.调幅 B.调频
C.调制 D.调谐
答案:D
解析:选择电视频道是调整谐振电路的频率与待选定频道信号的频率一致,从而产生电谐振,这是调谐的过程。
2.简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A.①②③ B.②③④
C.①④ D.①②④
答案:B
解析:比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发送得更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。
3.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电路
B.天线只处于变化的电场中,天线中产生感应电流,相当于电源,通过馈线输送给LC电路
C.天线只是有选择地接收某电台信号,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:室外天线处于空间变化的电磁场中,天线中产生了感应电流,此电流通过馈线输送给LC电路;此电流中空间各电台信号激起的电流均存在,但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强,然后再通过解调处理输入后面电路,故A正确,B、C、D均错误。
4.下图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
答案:C
解析:电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来,然后解调,取下信号,最后经放大后再传给显像管显像,所以正确的顺序是C。
5.(2020云南玉溪联考)电磁波在空气中的传播速度为v,北京交通广播电台发射的电磁波的频率为f,电磁波的波长为( )
A.vf B. C. D.
答案:D
解析:根据速度、频率和波长之间的关系,有v=λf,所以λ=,故A、B、C错误,D正确。
6.在无线电波发射和接收的过程中,为了如下目的,各采用的技术措施是什么 可供选择的答案有:
A.调制 B.开放电路 C.检波 D.调谐
(1)为了向外界更多、更有效地发射电磁波,采用( )
(2)为了把某种信号传递出去,采用( )
(3)为了接收某种频率的电磁波,采用( )
(4)为了从高频振荡电流中分离得到信号,采用( )
答案:(1)B (2)A (3)D (4)C
解析:采用开放电路一方面使电场和磁场敞开,另一方面使LC电路的振荡频率提高,从而有利于电磁波的发送;发射信号需要将信号加到载波上,使载波随传输信号的变化而变化,这个过程是调制过程;信号接收首先要调谐信号,然后检波,分离信号。本题考查电磁波的发射和接收,提高学生的理解和辨析能力,培养科学思维。
7.一列在真空中传播的电磁波的频率f=2×108 Hz,这列波的波长是多少
答案:1.5 m
解析:由c=λf可得λ= m=1.5 m。
二、能力提升
1.(多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应采取的措施是( )
A.增大电容器极板间距
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.使振荡电路形成开放电路
答案:ACD
解析: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=、C=可知,当增大电容器极板间的距离时,C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B错误;使振荡电路形成开放电路有利于电磁波的发射,D正确。本题考查有效发射电磁波的条件,提高学生的理解和应用能力,培养科学思维。
2.(多选)右图为收音机接收电磁波的电路,由线圈L1与可变电容器C1组成,它相当于一个LC振荡电路。当各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后,会在L1中不同程度地产生感应电流(振荡电流)。当可变电容调至某一值(选台)使其振荡频率恰好与某广播电台发射频率相同时,仅可接收该台广播节目。若要改为接收另一广播电台(高于上一电台频率)的节目,可采取的措施是( )
A.增加电容器电容C
B.减小电容器电容C
C.减少磁棒上线圈匝数
D.将磁棒从线圈中抽出部分
答案:BCD
解析:当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振,即接收到该台。要使接收的电台电磁波频率升高,由f=知,当L和C减小时,频率f增大,故B、C、D正确。
3.如果收音机调谐电路中是采用改变电容的方式来改变回路固有频率的,当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,电容器的最大电容与最小电容之比为( )
A.3∶1 B.9∶1 C.1∶3 D.1∶9
答案:B
解析:根据v=λf及f=,则。
甲
4.(多选)(2020山东省实验中学模拟)图甲为一个调谐电路,图乙(a)、(b)、(c)为电路中的电流随时间变化的图像,则 ( )
乙
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:由于电磁感应,L2中产生的感应电流图像同(a)图相似,但是由于L2和D串联,所以当L2的电压与D反向时,电路不通,因此这时L2中的电流图像应是(b)图;耳机接收到的信号应是解调后的信号。选项A、C、D正确。
5.中波广播的波长范围约为187~500 m,为了避免邻近电台的干扰,两相邻电台的频率至少相差10 kHz,在此波段内,最多能容纳的电台数为多少
答案:100个
解析:根据公式f=可知,187~500 m对应的频率范围是6×105~1.6×106 Hz,电台个数n==100。
6.有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线,当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时:
(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波,应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些
答案:(1)397 m
(2)旋出一些
解析:本题考查对公式f=的理解和应用能力,考查无线电波的接收的知识,意在提高学生理论联系实际的应用能力,培养科学思维。(1)根据公式f=,设波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波的频率分别为f1、f2、f3,则有
f1= Hz=1 034 kHz
f2= Hz=756 kHz
f3= Hz=530 kHz
所以波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,即减小可变电容器的电容,因此,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
