第四章 3
基础达标练
1．(2024·江苏徐州高二期中)5G网络使用的无线电波通信频率是3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前通信频率在0.3 GHz～3.0 GHz间的特高频段的4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率，如图所示5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。与4G网络相比( )
A．5G信号的波长更长
B．5G信号的传播速度更大
C．5G信号相同时间内能传递更大的信息量
D．5G信号的衍射更明显，因此5G基站搭建更稀疏
答案：C
解析：因5G信号的频率更高，则波长更小，故A错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故B错误；5G信号的带宽更大，并且由于5G信号频率更高，波长更短，故相同时间内传递的信息量比4G信号更大，故C正确；由于5G信号的频率更高，则波长小，其衍射更不明显，因此5G基站搭建更密集，故D错误。
2．(2024·北京通州高三期末)500米口径球面射电望远镜(简称FAST)被称为“中国天眼”，是中国科学院国家天文台的一座射电望远镜，若其工作频率范围是7×107 Hz～3×109 Hz，那么它观测到的电磁波最长波长( )
A．约0.1米 B．约4米
C．约40米 D．约1 000米
答案：B
解析：频率最小的电磁波的波长最长，则最长波长为λ＝＝ m≈4 m，故选B。
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，下列方法正确的是( )
A．增加电源电压
B．使用调频的调制方式
C．把可变电容器的动片适当旋出一些
D．在线圈中插入铁芯
答案：C
解析：要想增大LC电路接收电磁波的频率，由公式f＝可知，应减小电容或电感，A、B错误；把可变电容器的动片适当旋出一些，减小了电容，符合题目要求，C正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不符合题目要求，D错误。
4．已知某LC振荡电路向外发射的电磁波的波长和频率分别为λ、f，当该LC振荡电路中的电容器的电容变为原来的时，该LC振荡电路向外发射的电磁波的波长和频率变为( )
A．λ，4f B．λ，2f
C．2λ，f D．4λ，f
答案：B
解析：由f＝可知，电容C减小到原来的时，振荡频率f增大到原来的2倍；由公式λ＝可知，电磁波速度v不变，其波长λ∝，所以波长减小到原来的，B正确。
5．关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是( )
A．调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别
B．解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程
C．调谐就是将接收电路的振幅调至与载波的振幅相同
D．调谐是将接收电路的固有频率调至与接收的电磁波频率相同
答案：D
解析：调频与调幅都是用高频载波发送信号，但是原理不同，A错误；解调是接收电磁波过程中的步骤，是将低频信号从高频载波中分离出来的过程，B错误；调谐是将接收电路的频率调至与载波的频率相同，C错误，D正确。
6．(多选)如图所示为调幅振荡电流图像，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段( )
A．经调制后 B．经调谐后
C．经检波后 D．耳机中
答案：AB
解析：为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。而图像是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经检波后，调幅振荡电流将被削去一半，而在耳机中只有低频信号电流。
7．如图为磁共振无线充电的示意图，当接收电路的固有频率与发射电路线圈产生的磁场振动频率一致的时候，产生磁共振，从而进行能量的传递。该过程类似于无线电发射与接收环节中的( )
A．调幅 B．调频
C．调谐 D．解调
答案：C
解析：调谐是指调节一个振荡电路的频率使它与另一个正在发生振荡的振荡电路(或电磁波)发生电谐振，所以C正确。
8．一品牌双波段(中、短波段)收音机的接收电路原理简化结构如图所示，通过切换开关S和旋转可变电容器动片来改变LC回路中的电感L和电容C，从而实现接收不同波段的信号。则( )
A．调制是指通过调节L、C，使接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相等
B．接收电路的固有频率与需要接收的电磁波频率不相等时，接收电路将无法接收该电磁波
C．使S接b且动片完全旋入，可接收到波长最短的电磁波
D．使S从b打到a，同时动片旋出，接收到的电磁波频率可能不变
答案：D
解析：调谐是通过调节L、C，使接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相等，A错误；接收电路的固有频率与需要接收的电磁波频率不相等时，该电磁波在接收电路中引起的振荡电流不是最强的，但仍可接收到该电磁波，B错误；频率越大接收到的波长越短，S接b时L小，动片完全旋入时C大，由公式f＝知，接收电路的固有频率可能不变，接收到的电磁波波长可能保持不变且不是最短的；同理，S接a时L大，动片完全旋出时C小，接收电路的固有频率可能不变，接收到的电磁波频率可能不变，C错误，D正确。
9．某雷达工作时，发射电磁波的波长λ＝20 cm，每秒发射的脉冲数n＝5 000个，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs。求电磁波的振荡频率和雷达的最大探测距离。
答案：1.5×109 Hz 30 km
解析：由c＝fλ，可得电磁波的振荡频率f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz。电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播的距离s＝cΔt＝c＝3×108× m＝6×104 m，所以雷达的最大探测距离s′＝＝3×104 m＝30 km。
能力提升练
10．我国近日建成了世界上首个民用极低频大功率电磁波发射台，其探测半径达数千公里，探测深度达十公里，形成了可覆盖我国领土和领海的高信噪比极低频电磁波信号源，为了使需要传递的信息(如声音、图像等)装载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行( )
A．调谐 B．放大
C．调制 D．解调
答案：C
解析：要远距离发送电磁波，必须进行调制，故选C。
11．收音机的调谐电路中线圈的自感系数为L，要想接收波长为λ的电磁波，应把调谐电路中电容器的电容调至(c为光速)( )
A． B．
C． D．
答案：D
解析：接收电磁波必须进行调谐，使接收回路产生电谐振，由产生电谐振的条件f固＝f电磁波得＝，解得C＝，D正确。
12．(多选)各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点的连线(OO′)与水平面间的夹角为仰角α，OO′在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角β，接收定位于东经105.5°的卫星电视讯号(如CCTV－5)时，OO′连线应指向卫星，则我国各地接收天线的取向情况是(我国自西向东的经度约为73°～135°)( )
A．有可能β＝0，α＝90°
B．与卫星经度相同的各地，α随纬度增加而减小
C．经度大于105°的各地，天线是朝南偏东的
D．在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的
答案：BD
解析：如图所示，α随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，α不可能为零，经度大于105°的各地，天线应该朝南偏西，由于地球很大，卫星距地面很高，几十甚至几百平方千米的范围内天线取向几乎是相同的。故B、D正确。
13．某地区有一电台的发射频率为95.8 MHz，某车载调频收音机的LC振荡电路由自感系数为L＝2 μH的线圈和可变电容器构成，可变电容器的最大电容是2 pF，电容器动片完全旋出时，电容变为1.125 pF，则这一LC振荡电路能否接收到该电台的节目？
答案：能接收到该电台的节目
解析：LC振荡电路的周期公式为T＝2π，又f＝，联立可得f＝，电容器动片完全旋出时，正对面积最小，电容器电容最小，对应接收电磁波的频率最大，有fmax＝106.1 MHz；当电容器电容取最大值时，对应接收电磁波的频率最小，有fmin＝79.6 MHz，所以95.8 MHz介于最大频率和最小频率之间，能接收到该电台的节目。
14．某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为400 kHz的中波和400 MHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×108 m/s，求：
(1)该中波和微波的波长各是多少？
(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？
(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？
答案：(1)750 m 0.75 m (2)衍射 (3)400 kHz接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好
解析：(1)由λ＝知，λ1＝750 m，λ2＝0.75 m。
(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象。
(3)频率为400 kHz的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。
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第四章 电磁振荡与电磁波
3．无线电波的发射和接收
目标体系构建
1．了解有效发射电磁波的两个条件。
2．能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念，了解它们在电磁波发射接收过程中的作用。
3．了解电视广播发射和接收的基本原理。
1．物理观念：电谐振、调谐、调制、解调。
2．科学思维：调制与解调中互逆的思想。
3．科学探究：探究调制与解调；探究电谐振发生的本质。
4．科学态度与责任：能应用电磁波的接收原理解释日常生活中的电磁波的调谐、检波问题。
课前预习反馈
知识点 1
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点
第一，要有_________的振荡频率，频率_______，发射电磁波的本领越大。
第二，应采用___________，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间。
2．开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作_______，线圈的另一端与高高地架在空中的_______相连。
无线电波的发射
足够高
越高
开放电路
地线
天线
3．调制：在电磁波发射技术中，使_______随各种信号而改变的技术。
4．调制的方法
(1)调幅：使高频电磁波的_______随信号的强弱而改变；
(2)调频：使高频电磁波的_______随信号的强弱而改变。
『判一判』
(1)只要是电磁波信号，都可以直接用LC电路进行发射。( )
(2)调节电容器的电容就可以使接收的信号增强。( )
(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。( )
×
√
×
×
载波
振幅
频率
知识点 2
1．接收原理：电磁波能使_______中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收_______。
2．电谐振：当接收电路的___________跟接收到的电磁波的______相等时，接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。
3．调谐：使接收电路产生_________的过程叫作调谐。
4．解调：使声音或图像信号从接收到的___________中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调。
5．检波：调幅波的解调。
无线电波的接收
导体
天线
固有频率
频率
电谐振
高频电流
知识点 3
(1)电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为_____信号。
(2)这种电信号通过线路直接传输时失真、损耗严重，需要通过_______将信号调制成高频信号再进行传播。
(3)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___________。
(4)在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过_______处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为_______信息。
电视广播的发射和接收
电
载波
卫星传输
解调
图像
『判一判』
(5)接收天线必须利用导体材料制作。( )
(6)利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或图像。( )
『选一选』
关于电磁波的发射和接收，下列说法中不正确的是( )
A．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
B．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
C．当接收电路的固有频率与接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，必须要有解调过程
√
×
答案：B
解析：音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确，不符合题意；为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是开放的，故B错误，符合题意；当接收电路的固有频率与接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，故C正确，不符合题意；解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确，不符合题意。故选B。
『想一想』
打开收音机，在收音机旁边放置一个正在工作的手机或者电动剃须刀，调节收音机的方位和距离，看看会发生什么情况，并解释其中的原因。
答案：见解析
解析：在收音机旁边放置一个正在工作的手机，调节收音机的方位和距离，会听到刺耳的噪音；将正在工作的电动剃须刀放在收音机旁边也会听到“咔咔”的噪音；原因是手机和电动剃须刀工作时都会发出电磁波，被收音机接收后就会发出声音。
课内互动探究
探究?
电磁波的发射
1．发射电路的两个特点
(1)发射频率足够高。
(2)应用开放电路。
2．调制
(1)使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。
要|点|提|炼
(2)调制方法
调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。
调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。
3．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。
1．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．使电容器两极板的正对面积足够小
C．减小电容器两极板间距
D．增加回路中的电容和电感
答案：B
典|例|剖|析
有效发射电磁波的条件
(1)要有足够高的振荡频率。理论研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与振荡频率密切相关，频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大。
(2)采用开放电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，天线和地线也可组成开放电路，如图所示。
由闭合电路变成开放电路
实际发射无线电波的装置如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡，如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡，如图乙所示，根据这两个图像，可知经过调幅的振荡电流的波形图像应是下列选项中的( )
对点训练
答案：B
解析：高频振荡器产生高频等幅振荡，低频振荡随声音信号而变化，分析可知，把声音信号加到高频等幅振荡电流上后，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，波形图像如选项B中图所示。
探究?
电磁波的接收
1．原理
利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流。
2．方法
(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。
要|点|提|炼
3．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的过程。
4．调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
5．无线电波的发射和接收过程如图所示
2．(多选)如图所示为一个调谐电路，图(a)(b)(c)为电路中的电流随时间变化的图像，则( )
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
典|例|剖|析
解析：由电磁感应可知，L1、L2中产生的感应电流图像都应与(a)图相似，但是由于L2和二极管D串联，所以当L2两端的电压与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，即流过耳机的电流图像应是(c)图。选项A、C、D正确。
(2024·湖北武汉市高二期中)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低频率电台发出的信号，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．将调谐电路线圈中的铁芯抽走
D．减小电源电压
答案：A
对点训练
课堂小结
核心素养提升
移动电话与电磁干扰
在现代生活中，手机已成为人们生活的必需品，深入到千家万户，它所具有的强大功能也已经触及了现代生活的方方面面，你几乎无法想象没有手机陪伴的日子将是怎样的状态。手机全称“移动电话”或“无线电话”。手机要打电话，首先要有信号，这个信号就是指无线信号，还要有固定的无线电台转接，这种固定的电台叫作基地台或者基站，手机通过无线信号与移动网的基站连接，基站再通过线缆与移动网络的其他网元连接。在城市中，移动通信基地台的天线建在高大建筑物上(如图)。
每一部移动电话都是一个无线电台，它可以将用户的声音转变为高频电信号发射到空中，同时又相当于一台收音机，捕捉到空中的电磁波，使用户接收到通话对方发送来的信号，我们知道有许多地方都有禁止使用移动电话的标志(如图)，比如在加油站，为了防止失火，禁止使用移动电话；在起飞的飞机上，接打电话时，手机会发射出电磁高频信号，对正在工作的敏感元件产生“电磁干扰”，使之无法正常工作，影响飞机的飞行，为防止电磁干扰，在飞机上也禁止使用移动电话。
下图为手机信号屏蔽器。手机信号屏蔽器主要针对各类考场、加油站、军事重地等禁止使用手机的场所。手机工作时，是在一定频率范围内，手机和基站通过无线电波联系起来，完成数据和声音的传输。针对这种通讯原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率的底端向高端扫描，在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号，使手机不能与基站建立正常的联系，从而对手机形成干扰。对于手机信号屏蔽器的工作过程，下列说法中正确的是( )
案例
A．手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B．手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的
C．手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内
D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的
答案：D
解析：手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机接收从基站传过来的信号，从而起到屏蔽作用。因此手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的。故A、B、C错误，D正确。
课堂达标检测
一、无线电波的发射
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，波长才能不变
D．经过调制后的高频电磁波才能把我们要传递的信号传递出去
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、D正确；电磁波在空气中以接近光速传播，B错误；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误。
2．(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，可采用的做法是( )
A．增大电容器两极板间的距离
B．减小电容器两极板间的距离
C．减小电容器两极板正对面积
D．在电容器两极板间加入电介质
答案：BD
二、无线电波的接收
3．(2024·江苏盐城高二期末)如图甲所示为
收音机的调谐电路，改变可变电容器C的电容，
进而改变调谐电路的频率。若“调频”后，电
路中的最强的高频电流i随时间t的变化规律为图
乙所示的正弦曲线。下列说法或做法正确的是( )
A．改变电容器C的电容的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同
B．将可变电容器的电容减小，电路将接收到波长更大的电信号
C．在t1～t2时间内，电容器C正在放电
D．电路中电场能随时间变化的周期等于t4
答案：A
4．(多选)关于无线电波的接收，下列说法中正确的是( )
A．当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大
B．使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐
C．收音机的接收电路是LC振荡回路
D．从接收到的高频率振荡电流中“检”出所携带的信号，叫作调谐
答案：ABC
解析：接收电路与电磁波发生电谐振时，即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，电路中激起的感应电流最大，选项A正确；根据调谐概念可知，选项B正确，D错误；收音机的接收电路是LC回路，选项C正确。
三、电视广播的发射与接收
5．一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，下列选项都描述了该过程，其中顺序正确的是( )
A．调制—发射—调谐—解调—播放
B．调频—发射—解调—调谐—播放
C．调幅—调谐—发射—解调—播放
D．调频—调谐—发射—解调—播放
答案：A
解析：一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，首先要进行调制，即把声音信号加到高频电磁波信号上去，然后进行发射；载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭播放，故选A。
