2 电磁场与电磁波
3 无线电波的发射和接收
[学习目标]
1.知道电磁场的概念及产生的原理(重点)。
2.知道有效发射电磁波的两个条件。
3.了解无线电波的特点及传播规律。
4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用(重点)。
一、电磁场
1.变化的磁场产生电场
(1)实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生____________。
(2)麦克斯韦的见解:电路里能产生感应电流,是因为变化的________产生了电场,电场促使导体中的自由电荷做定向运动。
(3)实质:变化的________产生了电场。
2.变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设,既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生______。
3.变化的电场和磁场总是________________,形成一个不可分割的统一的____________。
例1 关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
对麦克斯韦电磁场理论的理解
针对训练 1 (2023·南京第二十九中学校考)用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧),或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律,其中错误的是( )
二、电磁波
如图所示的实验装置,当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时,导线环上两小球间也会产生电火花,这是为什么?这个实验证实了什么?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1.电磁波的产生:变化的________和________交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。
2.电磁波的特点
(1)电磁波是______,在传播方向上的任一点,E和B彼此______且均与传播方向________。如图所示。
(2)电磁波的传播____________介质,在真空中电磁波的传播速度跟光速相同,即v真空=c=3.0×108 m/s。
(3)电磁波具有波的共性,能产生________、________、反射、折射和________等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。
(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为____________。
(5)________通过实验证实了电磁波的存在。
例2 (2023·泰州市高二期中)关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.光不是电磁波
B.只要有电场和磁场,就可以产生电磁波
C.电磁波需要有介质才能传播
D.真空中,电磁波的传播速度与光速相同
例3 下列关于机械波与电磁波的说法中,不正确的是( )
A.机械波和电磁波本质上是一致的
B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关,而且与电磁波的频率有关
C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波
D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
三、无线电波的发射
1.有效发射电磁波的条件
要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:
(1)要有____________的振荡频率。频率越________,振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号,要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。
(2)采用________电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图。
(3)实际应用中的开放电路,线圈的一端用导线与________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______相连。
2.调制
(1)概念:把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上,使载波随各种____________而改变。
(2)调制的分类
①调幅(AM):使高频电磁波的________随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。
②调频(FM):使高频电磁波的________随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。
例4 实际发射无线电波的过程如图甲所示,高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图乙所示,人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示。则发射出去的电磁波图像应是( )
四、无线电波的接收
1.接收原理:电磁波在传播时如果遇到______,会使导体中产生感应电流,空中的导体可以用来接收电磁波,这个导体就是________________。
2.接收方法
(1)调谐:使接收电路产生电谐振的过程。
电谐振:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率________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________。
(2)解调:把声音或图像信号从________________中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。
3.电视广播的发射和接收
(1)电视广播信号是一种无线电信号,实际传播中需要通过载波将信号调制成______信号再进行传播。
(2)高频电视信号的三种传播方式:地面____________传输、有线网络传输以及________传输。
(3)电视信号的接收:电视机接收到的高频电磁波信号经过________将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。
例5 调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
调谐电路的调节,要特别注意以下问题:
(1)调节方向:由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。
(2)频率公式f=,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。
针对训练2 在如图所示的LC振荡电路中,已知线圈的电感不变,电容器为可调电容器,开始时电容器的电容为C0,要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为( )
A.4C0 B.2C0 C.C0 D.C0
2 电磁场与电磁波
3 无线电波的发射和接收
[学习目标] 1.知道电磁场的概念及产生的原理(重点)。2.知道有效发射电磁波的两个条件。3.了解无线电波的特点及传播规律。4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用(重点)。
一、电磁场
1.变化的磁场产生电场
(1)实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生感应电流。
(2)麦克斯韦的见解:电路里能产生感应电流,是因为变化的磁场产生了电场,电场促使导体中的自由电荷做定向运动。
(3)实质:变化的磁场产生了电场。
2.变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设,既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生磁场。
3.变化的电场和磁场总是相互联系,形成一个不可分割的统一的电磁场。
例1 关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )
A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
答案 D
解析 根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场,故D正确。
对麦克斯韦电磁场理论的理解
针对训练 1 (2023·南京第二十九中学校考)用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧),或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律,其中错误的是( )
答案 C
解析 恒定的电场不产生磁场,选项A正确;均匀变化的电场产生恒定的磁场,选项B正确;周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场,产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比,对于正弦曲线,t=0时,磁场的磁感应强度的变化率最大,故产生的电场的电场强度最大,选项C错误,D正确。
二、电磁波
如图所示的实验装置,当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时,导线环上两小球间也会产生电火花,这是为什么?这个实验证实了什么?
答案 当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场,这种变化的电磁场传播到导线环时,在导线环中激发出感应电动势,使导线环上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。
1.电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。
2.电磁波的特点
(1)电磁波是横波,在传播方向上的任一点,E和B彼此垂直且均与传播方向垂直。如图所示。
(2)电磁波的传播不需要介质,在真空中电磁波的传播速度跟光速相同,即v真空=c=3.0×108 m/s。
(3)电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射、反射、折射和偏振等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。
(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c=λf。
(5)赫兹通过实验证实了电磁波的存在。
例2 (2023·泰州市高二期中)关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.光不是电磁波
B.只要有电场和磁场,就可以产生电磁波
C.电磁波需要有介质才能传播
D.真空中,电磁波的传播速度与光速相同
答案 D
解析 光是电磁波,A错误;只有周期性变化的电场或磁场,才能产生电磁波,B错误;电磁波可以在真空中传播,C错误;真空中,电磁波的传播速度与光速相同,D正确。
例3 下列关于机械波与电磁波的说法中,不正确的是( )
A.机械波和电磁波本质上是一致的
B.机械波的波速只与介质有关,而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关,而且与电磁波的频率有关
C.机械波可能是纵波,而电磁波必定是横波
D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
答案 A
解析 机械波由振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生;机械波是能量波,传播需要介质,速度由介质决定;电磁波是物质波,波速由介质和自身的频率共同决定;机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,故选项A错误,B、C、D正确。
三、无线电波的发射
1.有效发射电磁波的条件
要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有的两个特点:
(1)要有足够高的振荡频率。频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号,要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。
(2)采用开放电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图。
(3)实际应用中的开放电路,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。
2.调制
(1)概念:把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上,使载波随各种信号而改变。
(2)调制的分类
①调幅(AM):使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。
②调频(FM):使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。
例4 实际发射无线电波的过程如图甲所示,高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图乙所示,人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示。则发射出去的电磁波图像应是( )
答案 B
解析 由题知该调制波为调幅波,即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化,故选B。
四、无线电波的接收
1.接收原理:电磁波在传播时如果遇到导体,会使导体中产生感应电流,空中的导体可以用来接收电磁波,这个导体就是接收天线。
2.接收方法
(1)调谐:使接收电路产生电谐振的过程。
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。
(2)解调:把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。
3.电视广播的发射和接收
(1)电视广播信号是一种无线电信号,实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。
(2)高频电视信号的三种传播方式:地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。
(3)电视信号的接收:电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。
例5 调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由于f=,C越小、L越小,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,f增大,S调到最小时,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须使L减小,即减少谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确;频率f与电源电压无关,选项A、B错误。
调谐电路的调节,要特别注意以下问题:
(1)调节方向:由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。
(2)频率公式f=,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。
针对训练2 在如图所示的LC振荡电路中,已知线圈的电感不变,电容器为可调电容器,开始时电容器的电容为C0,要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为( )
A.4C0 B.2C0 C.C0 D.C0
答案 D
解析 由题意,固有频率变为原来的2倍,由f=知,L不变,只有C=C0时符合要求,D正确。