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课后实践导练课前新知导学课堂疑难导析
电磁波 马可尼 波波夫 电磁波 振荡频率 频率 电场 磁场 振幅 频率 大 波长 长波 中波 中短波 短波 微波 反射 地球表面 直线 相同 最强 低能信号 解调 调制
第三节电磁波的发射、传播和接收
1．(4分)磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况，如图所示，其中能产生电场的有________图所示的磁场，能产生持续电磁波的有________图所示的磁场．
【解析】 椐麦克斯韦的电磁场理论，可以做如下判断：A图的磁场是恒定的，不能产生新的电场，更不能产生电磁波；B图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，不能产生向外扩展的电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图所示磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，能产生电磁波．
【答案】 BCD BD
2．(3分)所有电磁波在真空中传播时，具有的相同物理量是( )
A．频率 B．波长 C．能量 D．波速
【解析】 不同电磁波在真空中传播时，只有速度相同，即为光速．
【答案】 D
3．(3分)甲坐在人民大会堂台前60 m处听报告，乙坐在家里离电视机5 m处听电视传播，已知乙所在处与人民大会堂相距1 000 km，不考虑其他因素，则(空气中声速为340 m/s)( )
A．甲先听到声音 B．乙先听到声音
C．甲、乙同时听到 D．不能确定
【解析】 声音传到甲所需时间为t1＝＝0.176 s，传到乙时需时间为t2＝＋＝0.018 s.
【答案】 B
课 标
导 思
1.知道赫兹实验以及它的重大意义.
2.知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波.
3.了解无线电波的发射过程和调制的简单概念，了解无线电波的传播过程和波段划分，了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理.
学生P36
一、模仿赫兹实验
1．赫兹利用图3－3－1所示的实验装置，证实了电磁波的存在．
图3－3－1
2．无线电报的发明
1894年意大利的马可尼、俄国的波波夫发明了无线电报，揭开了无线电通信的新篇章．
3．无线电波
在无线电技术中使用的电磁波．
二、电磁波的发射
1．能有效地发射电磁波的振荡电路必须具备的两个条件
(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，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．
2．调制
(1)定义：在发射电磁波前，将需要传输的信息转换成电信号“加载”在高频振荡电流上，这个过程叫调制．
(2)方式
①调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随低频传输信号的变化而变化．
②调频(FM)；使高频电磁波的频率随低频传输信号的变化而变化．
三、电磁波的传播
1．无线电波波段
根据波长或频率，可将无线电波分为几个波段，即长波、中波、中短波、短波和微波．
2．三种传播方式
(1)天波传播：利用大气中的电离层的反射来传播无线电波的方式．(2)地波传播：地球表面传播无线电波的方式．(3)空间波；沿直线传播无线电波的方式．
四、无线电波的接收
1．调谐
当接收电路的固有频率被调到与需要接收的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这个过程叫做调谐．
2．检波
从高频振荡电流中“检”出它所携带的低能信号电流的过程．检波又叫解调，是调制的逆过程．
学生P37
一、对电磁波发射的理解
1．发射电路的特点
因要使电磁波发射得更远，必须使电磁波的能量足够大且能量辐射更容易．而单位时间内辐射出去的能量与频率的四次方成正比，因此辐射的电磁波的频率必须足够高，振荡电路也必须采用开放电路．
2．对开放电路的理解
为更有效的发射电磁波，必须采用开放电路，而开放电路一般由天线、地线和匝数很少的线圈组成，对应的L、C都很小，正好满足电磁波频率足够高的条件．
3．调制的作用
调制就是使电磁波成为声音、图像信号的载体，能够利用电磁波传递信号．这样既满足了频率高，发射本领大的条件，又传递了信息．一般来说，对应波段不同，用途不同，选用的调制方式也不相同．
【特别提醒】 ?1?一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视机中的图像信号，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.
二、无线电波的传播方式及其理解
1．天波，波长越长，越不容易穿透电离层即越容易被电离层反射，但同时也容易被电离层吸收．
2．地波，无线电波的波长越长，越容易绕过地面的障碍物．
3．空间波，由于地球是一个近似的球体，无线电波沿直线传播的距离不大，一般只有几十千米，需要设立许多中继站，不断地接收、放大，再传到下一站，一站一站地把信号传送到远方．
三、无线电波的接收
1．原理
由于电磁感应，在接收电路产生和电磁波频率相同的振荡电流．
2．调谐电路的频率
f＝.一般情况下，通过调节可变电容器的电容C，就可实现调谐电路的频率和需接收的电磁波的频率相等，实现电谐振．
【特别提醒】 ①电谐振就是电磁振荡中的“共振”现象；②调谐与电谐振是两个不同的概念，调谐是一个过程，而电谐振是一种物理现象.
一、电磁波的发射问题
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．增大电容器极板间距
B．使振荡电容器两极板的正对面积足够大
C．尽可能使电场和磁场分散开
D．增加回路中的电容和电感
【导析】 电磁波的发射本领大小与振荡电路的振荡频率有关，振荡频率越高，发射电磁波的本领越大．
【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＝可知，当增大电容器极板间的距离时，C变小，f增大，A正确；使电容器两极板正对面积变大，C变大，f变小，B错误；增大回路中的L、C，f变小，D也错误．故选A、C.
【答案】 AC
熟记f＝、C＝和v＝λf是分析或计算电磁振荡和电磁波频率(周期)、波长的基础.
1．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
【解析】 该题考查电磁波的发射过程．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．为了有效地向外发射电磁波，必须使电路开放，A、C、D正确．而产生电谐振的过程是在接收电路，B不正确．
【答案】 ACD
二、有关电磁波的传播问题
关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )
A．电磁波频率越高，越易沿地面传播
B．电磁波频率越高，越易沿直线传播
C．电磁波在各种介质中传播波长恒定
D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界
【导析】 根据各种电磁波的特性分析．
【解析】 该题考查无线电波的用途和特点．
由c＝λf可判定：电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不宜沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，故B对A错；电磁波在介质中传播时，频率不变，而传播速度改变，由v＝λf，可判断波长改变，C错；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空3 600 km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗，就能覆盖全球，D正确．
【答案】 BD
记住波长越长衍射能力越强，波在各种介质中传播时频率不变，传播速度公式v＝λf是解题关键.
2．图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市．发射场正在进行某型号火箭的发射试验．为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550 m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看到火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________(填“无线电广播信号”或“电视信号”)，这是因为________．
图3－3－2
【解析】 从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为550 m根据波发生明显衍射现象的条件，知该电磁波很容易发生衍射现象，绕过山坡而传播到城市所在的C区，因而不需要转发装置．电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，其波长很短，衍射现象很不明显，几乎沿直线传播，能传播到山顶却不能传播到城市所在的C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发．
【答案】 电视信号 电视信号波长短，沿直线传播，受山坡阻挡，不易衍射
三、无线电波的接收
调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，要收到电信号，应( )
A．增大调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．将线圈中的铁芯取走
【导析】 可变电容器的动片完全旋出时，C最小，调谐电路的频率最大．
【解析】 当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时，发生电谐振才能较好地收到电台信号，本题中收不到信号的原因是调谐电路的最大固有频率偏低，由f＝知在C无法再调节的情况下，可减小L以提高f，故C、D正确．
【答案】 CD
有关调谐电路的调节问题，要特别注意三个方面的问题：(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的调节，是该调大还是调小．(3)决定电容和电感大小的因素：决定电容的因素：极板正对面积S、极板间距d、介电常数ε；决定电感的因素：线圈匝数、线圈粗细、有无铁芯，这样就可以在(2)基础上做出最准确的细微调节.
1．为了有效地把磁场的能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了用敞露空间的电路，还有行之有效的办法是( )
A．增大电容器极板间的距离
B．减小电容器极板的面积
C．减小线圈的匝数
D．采用低频振荡电流
【解析】 实行开放电路和提高辐射频率是发射电磁波的两种有效方法．由f＝、C＝可知，A、B、C选项正确．
【答案】 ABC
2．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不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
【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对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错D对．
【答案】 AD
3．一台最简单的收音机，除了接收天线和扬声器外，至少还必须具备下列哪几个单元电路( )
A．调谐电路 B．调制电路
C．振荡电路 D．检波电路
【解析】 简单的收音机是电磁波的接收装置，因此需要有调谐电路和检波电路．
【答案】 AD
4．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，电容器的最大电容量与最小电容量之比为( )
A．3∶1 B．9∶1 C．1∶3 D．1∶9
【解析】 由v＝λf、f＝可知，λ2与C成正比，所以B正确．
【答案】 B
自我小测
1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某较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列办法中的( )
A．增加调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．在线圈两端并联一个较小的电容器
D．减小电源电压
2一个LC接收回路，若要从接收较高频率的电磁波到接收较低频率的电磁波，下列调节正确的是…( )
A．增加谐振线圈的匝数
B．在线圈中插入磁芯
C．降低电源电压
D．把可变电容器的动片适当旋进些
3一台最简单的收音机，除了接收天线和扬声器外，至少还必须具备下列哪几个单元电路( )
A．调谐电路 B．调制电路
C．振荡电路 D．检波电路
4一台无线电接收机，当它接收频率为535 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是270 pF.如果调谐电路的线圈电感不变，要接收频率为1 605 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容应改变为( )
A．30 pF B．90 pF C．150 pF D．710 pF
5图3－3－3为一个调谐接收电路，图3－3－4(a)(b)(c)为电路中的电流随时间变化的图象，则( )
图3－3－3
图3－3－4
A．i1是L1中的电流图象
B．i1是L2中的电流图象
C．i2是L2中的电流图象
D．i3是流过耳机的电流图象
6发射无线电波的装置如图3－3－5所示，其中与L1相连的导体a叫________，导体b叫做________，L1的作用是________________________________________________________
________________________________________________________________________.
图3－3－5
7无线电广播的中波段波长的范围是187～560 m，为了避免邻近电台的干扰，两个电台的频率范围至少应差104 Hz，则在此波段中最多能容纳的电台数约为多少？
8某发射机中的LC振荡电路的电容器电容为300 pF，线圈的自感系数为0.3 mH，由它产生的电磁振荡向空间发射的电磁波波长是多少？
9如图3－3－6是接收无线电波的简易收音机电路图．已知L和C，当将C调至C0时，
图3－3－6
(1)指出哪些元件组成了调谐电路，周期是多少？
(2)这时该电路能收到的无线电波波长λ是多少？
(3)元件D、C1起什么作用？
10收音机接收无线电电波的波长范围是577～182 m，可变电容器的动片完全旋出时的电容是39 pF，求：
(1)该收音机接收的电磁波的频率范围；
(2)该收音机LC回路中的电容器的动片全部旋入时的电容为多大？
11某电台发射的电磁波频率是72 MHz，其波长是多少？如果某接收机的LC调谐电路的线圈自感系数L＝2.0×10－6 H，要收到该电台的节目，调谐电路的电容应是多少？
参考答案
1解析：由题中条件可知，要接收到较低频率的信号，则应使调谐电路的频率减小，由f＝可知A、C正确．
答案：AC
2解析：LC接收回路的频率f＝，与加在其上的电压无关，C错．线圈的匝数越多，插有铁芯或磁芯，L就越大，谐振频率越低，选项A、B正确．当可变电容器的动片旋进时，正对面积增大，电容增大，也使谐振频率降低，选项D正确．
答案：ABD
3解析：最简单的收音机应用调谐和检波．
答案：AD
4解析：根据调谐电路的频率公式：
f＝，在线圈的电感L不变时，
＝，
则C2＝C1＝()2×270 pF＝30 pF.
答案：A
5解析：L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象是同(a)图相似的，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没有电流，所以L2中的电流应选(b)图．
答案：ACD
6解析：在发射无线电波时要选择开放电路才能够发射出去，理解其中的原理是解题的关键．
答案：天线 地线 将高频振荡电路产生的振荡电流耦合到L1中，在开放的空间中激发出无线电波向外发射
7解析：根据v＝λf可以有f＝得
f1＝ Hz＝1.6×106 Hz
f2＝ Hz＝5.36×105 Hz
f1－f2＝1.6×106 Hz－5.36×105 Hz＝1.064×106 Hz＝106.4×104 Hz.
所以在此波段中最多能容纳的电台数约为106台．
答案：106台
8解析：T＝2π
＝2×3.14× s
＝1.88×10－6 s.
又因为λ＝cT＝3.0×108 m/s×1.88×10－6 s
＝564 m
答案：564 m
9解析：(1)线圈和可变电容组成了LC调谐电路．这时周期T＝2π.
(2)谐振时f波＝f固，又c＝fλ，
故λ＝＝cT＝c×2π＝2πc.
(3)D是检波元件，作用是从经过调制的高频振荡电流中取出调制信号，C1的作用是让高频成分基本上从此通过，剩下音频电流通过耳机．
答案：(1)线圈、可变电容 2π
(2)2πc (3)见解析
10解析：(1)因为电磁波的波长范围是
182 m≤λ≤577 m，
由f＝知 Hz≤f≤ Hz，
即电磁波的频率范围是：
5．20×105 Hz～1.65×106 Hz.
(2)当电容器的动片完全旋出时电容最小，LC回路的频率最高，设为f1，动片完全旋入时，电容器的电容最大，LC回路中的频率最低，设为f2，由f＝，得＝，
解得C2＝()2C1＝()2×39 pF≈393 pF，由电磁波的波长范围可计算出电磁波的频率范围，由f＝可求出电容器的电容．
答案：(1)5.20×105～1.65×106 Hz (2)393 pF
11解析：因为c＝fλ，
所以λ＝＝ m≈4.17 m，
因为f＝，
所以C＝
＝ F
＝2.45×10－12 F≈2.45 pF.
答案：2.45 pF
