3.2、3.3 电磁波的发射、传播和接收 电磁波的应用及防护 课件(1)

课件49张PPT。第2节 电磁波的发射、传播和接收
第3节 电磁波的应用及防护1.LC振荡电路的周期公式:__________。
2.要增大LC振荡电路的频率可以_____电感线圈的自感系数，
_____电容器的电容。减小减小一、电磁波的发射
1.有效发射电磁波，必须满足的两个条件：
(1)振荡_____足够高。
(2)振荡电路的_____和_____尽可能分布到较大的空间。
2.方法：
(1)减小电容器的_________。频率磁场电场极板面积(2)增大电容器极板_____，使LC电路形成_________。间距开放电路3.电磁波的调制：
(1)调制：把_____电信号加载到_____等幅振荡电流上。
(2)调制的分类
①调幅：使电磁波的_____随信号改变，频率始终保持不变，如图甲。
②调频：使电磁波的_____随信号改变，如图乙。低频高频振幅频率二、电磁波的传播
无线电波通常有3种传播途径:地波、天波和空间波。中波衍射电离层反射直线三、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，电磁波会使接收电路中产生最强的电流。与机械振动
中的_____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
要选择某一种特定的_____接收的过程。
3.调谐电路：能够进行调谐的接收电路。
4.检波：从高频载波中把音频信号“检”出来的过程，是调制
的_______,也叫解调。 共振频率逆过程四、电磁波谱
1.电磁波谱的构成：电磁波包括无线电波、红外线、_______、
紫外线、______、γ射线等。
2.不同电磁波的特点：
(1)电磁波谱中的各种波有一定的波长范围,都具有反射、折射、
_____和_____的特性,在真空中的传播速度均等于_____,都满足
c=λf。可见光X射线干涉衍射光速(2)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段,颜色依次为___、
橙、黄、绿、蓝、靛、___。其中_____的波长最长,频率最
小,_____的波长最短,频率最大。
(3)电磁波谱中,______和γ射线的波长最短,_________的波
长最长。 红紫红光紫光X射线无线电波五、电磁波的应用
1.各种电磁波的特点及应用对比：低高长短热作用强化学作用导航2.两个具体应用：
(1)雷达
①雷达的概念：一种用来检测飞行器、船只等远距离物体_____
的系统。
②雷达的工作原理
电磁波遇到障碍物会被_____，根据信号的返回时间和方向，判
断物体的方位。
③雷达的用途
探测目标、_____、预报天气、绘制地图等。位置反射导航(2)移动电话
特点：移动电话具有“漫游”功能，使人们能在移动过程中
随时随地进行通话。移动电话通过_________转接实现自由
通话。无线基站【思考辨析】
1.判断正误：
(1)波长较长的电磁波绕过障碍物的能力强。( )
(2)调谐是从高频载波中把音频信号检出来的过程。( )
(3)经过调制后的电磁波在空间传播得更快。( )
(4)紫外线用于加热。( )提示:(1)√。电磁波在真空中以光速传播,波长越长的波,衍射能力越强,即绕过障碍物的能力越强。
(2)×。调谐是从各种频率的电磁波中，选择某一特定频率的过程。
(3)×。经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变。
(4)×。红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒。2.问题思考：
电台发射信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是放到高频信号中发射呢？
提示:因为声音信号频率较低，而电台要向外发射电磁波，要有足够高的频率才能提高发射能量，因此要把频率较低的信号加载到高频信号上去。高频振荡信号就是那些有用的低频信号的载体，而“加载”过程就是“调制”过程。 一、电磁波的发射和接收
1.电磁波的发射——调制：信息转化为电信号后，往往由于信号频率低、能量低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上再发射出去，相当于把货物搭载到火车或飞机上,这就是调制。调制的方式又可分为调频和调幅。2.电磁波的接收：
(1)原理:电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此，利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波。
(2)调谐:空中有许多不同频率的电磁波在传播，为了接收到我们需要的电磁波，要调整接收电路的固有频率，使之与我们需要的电磁波的频率相同(产生电谐振)，这就是调谐。
(3)解调：从接收到的高频电流中“检”出所携带的信号，相当于把运到目的地的货物从火车、飞机等运载工具上卸载下来，这就是解调。解调是调制的逆过程，又叫检波。【学而后思】
调谐与电谐振是否相同？
提示:调谐与电谐振不同,调谐是一个调节过程,电谐振是一种物理现象,也就是电磁振荡中的“共振”。【典例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【解题探究】(1)需要传递的图像、声音信号有什么特点？应如何向外发射？
提示:需要传递的信号频率较低，满足不了电磁波发射的条件，可以把要传递的信号加载到高频电磁波上。
(2)调谐、调制与解调有什么区别？
提示:调谐是调整接收电路的固有频率，使之与我们需要的电磁波的频率相同。调制是把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上。解调是从接收到的高频电流中“检”出所携带的信号。【标准解答】选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。故正确答案为C。【变式训练】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【解析】选B、C、D。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信号中取出来，否则就不能显示。 二、对电磁波的理解
1.对电磁波的理解：
(1)电磁波是一种物质，像电场、磁场一样，它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式。
(2)电磁波具有能量，以电磁场的形式存在，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播。
(3)电磁波不需要其他介质就能传播。
(4)电磁波的能量与频率有关，频率越高，能量越大。
(5)电磁波在真空中的传播速度是c=3.0×108 m/s。
(6)电磁波能传递信息。2.各种电磁波共性与个性的比较：
(1)共性
①在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
②都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×
108 m/s。
③传播都不需要介质。
④都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
⑤都是横波。(2)个性
①不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性。波长越长,衍射能力越强;波长越短,穿透能力越强。
②同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大,折射率越大，速度越小。
③应用范围不同。无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线用于检查金属部件的缺陷。【学而后思】
(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度是否相同,在同一介质中的传播速度是否相同？
提示：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)无线电波和可见光都是电磁波，为什么无线电波很容易绕过障碍物继续传播，而可见光不能绕过障碍物？
提示：无线电波的波长比较长，而可见光的波长很短(4×
10-7～7.7×10-7 m)，无线电波很容易发生明显的衍射现象，而可见光则不易发生明显的衍射现象。【典例2】(2013·咸阳高二检测)电磁波和机械波相比较，下列说法正确的是( )
A.电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质
B.电磁波在任何物质中传播速度相同，机械波波速大小取决于介质
C.机械波有多普勒效应现象，电磁波没有多普勒效应现象
D.电磁波和机械波都是横波【解题探究】(1)_______能在真空中传播，_______不能在真空中传播。
(2)电磁波和机械波都是横波吗？
提示：不是，机械波还可能是纵波。电磁波机械波【标准解答】选A。电磁波能在真空中传播，不需要介质，机械波不能在真空中传播，如声波，A正确；电磁波在不同物质中传播速度不相同，B错误；机械波和电磁波都有多普勒效应现象，C错误；机械波有横波也有纵波，D错误。【变式训练】下列能说明电磁波具有能量的是( )
A.可见光射入人的眼睛，人看到物体
B.放在红外线区域的温度计升温很快
C.收音机调到某个台时，调谐电路发生谐振
D.γ射线具有很强的贯穿能力
【解析】选A、B、C、D。人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A正确；红外线具有热效应，说明红外线具有能量，B正确；发生电谐振时调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波，C正确；γ射线的贯穿能力很强，说明γ射线具有很高的能量，D正确。【变式备选】电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是( )
A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
【解析】选A。在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，所以A项对。 三、电磁波的应用——雷达
1.用途：雷达是利用无线电波来判定物体位置的无线电设备。
2.原理：雷达发出的微波遇到障碍物反射回来，这样可在显示器的荧光屏上呈现发射和接收到的两个尖形波，通过计算可得到障碍物到雷达站的距离，再根据发射微波的方向和仰角，便可判定障碍物的位置了。
3.构造：一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。4.特点：
(1)雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端；
(2)雷达使用的无线电波是直线性能好、反射性能强的微波波段；
(3)雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间短于1 μs，两次发射的时间间隔约为0.1 ms；
(4)障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。
5.应用：探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于预报天气。 【学而后思】
雷达发出的电磁波为什么选用的是微波而不是中波和长波？
提示：因为微波的波长短，传播的直线性好，方向性好，反射性强。而长波、中波的波长长，衍射能力强，而反射能力差。 【典例3】(2013·福州高二检测)某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来。某一时刻雷达发射出一个雷达波脉冲，经过2×10-4 s后收到反射波；再隔0.8 s后再发出一个脉冲波，经过1.98×10-4 s收到反射波，问：
(1)雷达波是超声波还是电磁波？波速为多少？
(2)若雷达波的频率为1.5×1010 Hz，此波的波长为多少？
(3)飞机的飞行速度为多少？【解题探究】(1)雷达波是微波，因此是_______。
(2)求飞机的飞行速度需要知道什么？求解的思路是什么？
提示：需要知道飞行的时间和位移。时间是0.8 s,位移是雷达波两次遇到飞机的距离之差。电磁波【标准解答】(1)雷达波是电磁波，其波速等于光速，
即v=3.0×108 m/s。
(2) =0.02 m
(3) ×3.0×108×2×10-4 m=3×104 m
×3.0×108×1.98×10-4 m
=2.97×104 m
=375 m/s
答案：(1)电磁波 3.0×108 m/s
(2)0.02 m (3)375 m/s【总结提升】雷达测距问题分析方法
(1)雷达测距是应用了电磁波的反射原理。(2)雷达距被测物体的距离计算主要取决于雷达发射的电磁波与接收的反射波之间的时间间隔。(3)问题关键是分析发射波和反射波之间的时间间隔,雷达和物体间的距离等于光速与该段时间间隔乘积的一半。【变式训练】(2013·唐山高二检测)一列电磁波的波长为
30 km，该波从地球传到月球需1.3 s，则在这一距离可排满
多少个波？
【解析】波从地球到月球的传播速度看成光速，则地球到月球
的距离s=vt=ct,波的个数 个=1.3×104个。
答案：1.3×104个【典例】无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来,形成了范围非常广阔的电磁波谱。不同的电磁波产生的机理不同,表现出的特性也不同，因而其用途也不同。下列有关应用中不符合实际的是( )
A.医院里常用红外线对病人进行透视
B.医院里常用紫外线照射病房和手术室消毒
C.用X射线处理医院排放的污水，可杀死各种病原体,保护环境免受污染
D.用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存【标准解答】选A、C。我们主要利用红外线的热效应对食物等加热；利用X射线的穿透性对病人进行透视;利用紫外线进行杀菌消毒;用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存。所以B、D的描述符合实际，A、C的描述不符合实际。对电磁波的理解误区
误区1：误认为机械波和电磁波本质上相同
机械波传播的是一种形式，而电磁波传播的是电磁场，本质上不相同。
误区2：误认为所有的电磁波看不见、摸不着
产生误区的原因为以偏概全，没有分析全面，实际上人的视觉器官能够感受到电磁波，就是我们常说的可见光。【典例】关于机械波和电磁波的比较，下列说法正确的是
( )
A.它们都可以发生反射、折射、干涉、衍射现象
B.机械波和电磁波本质上相同，只是频率不同而已
C.机械波和电磁波都是传播振动的物质
D.机械波的传播一定要有介质，电磁波没有介质也可以传播【解析】通过以下表格进行逐项分析：