3 电磁波的发射和接收
[学习目标] 1.能说出电磁波的发射、传播和接收的过程．知道无线电通信的基本原理．(重点)2.能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念．(难点)3.能结合生活实际，说出无线电通信在生活中的应用．
一、电磁波的发射
1．发射电磁波的振荡电路的特点
(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，因此采用开放电路．
2．电磁波的调制
调制
在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术
分类
调幅
(AM)
使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术
调频
(FM)
使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制技术
二、电磁波的接收
1．原理
电磁波在传播过程中如果遇到导体，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．
2．电谐振与调谐
(1)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的现象．
(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
3．解调
使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程，它是调制的逆过程．
4．无线电波
技术上把波长大于1 mm的电磁波称做无线电波，并按波长把无线电波分为若干波段：长波、中波、中短波、短波、微波．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)频率越高，振荡电路发射电磁波本领越大． (√)
(2)电视台发射的电磁波都经过了调制． (√)
(3)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时，出现谐振现象． (√)
(4)收音机能够直接接收声波． (×)
(5)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线电信号解调． (√)
2．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．增加辐射波的频率
C．使振荡电容的正对面积足够小
D．尽可能使电场和磁场分散开
E．减小回路中的电容和电感
BCE [提高电磁波发射本领(功率)应增大f，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路．f＝，C＝，要使f增大，应减小L或C，故正确答案为B、C、E.]
3．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，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
E．振荡电路的频率越高，产生的电磁波在空间传播越快
BCD [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调制信号中取出来，否则就不能显示，B、C、D正确．]
电磁波的发射
1．发射电磁波的条件
(1)要有足够高的振荡频率．理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间．
2．电磁波的发射示意图(如图所示)
【例1】 为子增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A．减小电容器极板的正对面积
B．增大电容器极板的间距
C．增大自感线圈的匝数
D．向外抽出铁芯
E．提高供电电压
ABD [要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝知，减小L和C可以提高f.要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法．故选ABD.]
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．
2．一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号，都采用调幅波；电台的调频广播和电视中的伴音信号，都采用调频波．
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．
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________．(填“调谐”“调制”或“解调”)
[解析] 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．
[答案] 调制
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．
(3)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．
【例2】 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
D [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，S调到最小，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须调节L减小，即减少谐振线圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误．]
相近概念的辨析技巧
(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅．
(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程．
2．世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率________，产生了________．
[解析] 选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振，激起的感应电流最强．
[答案] 相同 电谐振
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.有效地发射电磁波的两个条件．
2．调制、调幅、调频在电磁波发射过程中的作用．
3．调谐、解调、电谐振在电磁波接收过程中的作用.
课件29张PPT。第十四章 电磁波3 电磁波的发射和接收足够高 越高 开放 振幅 频率 感应电流 固有频率 频率 电谐振 调制 大于1 mm 长波 中波 微波 √
√
√
×
√电磁波的发射电磁波的接收 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十八)
(限时40分钟)
[基础达标练]
1．当代人类的生活和电磁波紧密相关，关于电磁波，下列说法正确的是( )
A．只要把带电体和永磁体放在一起，就会在周围空间产生电磁波
B．电磁波在传播过程中，随介质的变化其波速是变化的
C．电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
D．微波炉内所产生的微波不是电磁波，而是波长很短的机械波
E．电磁波在传播过程中其频率是不变的
BCE [变化的磁场、电场才能产生电磁波，A错误；电磁波的传播速度与介质有关，而频率与介质无关，B、E正确；电磁波能够携带信号，用于通讯、广播等，C正确；微波炉内的微波是波长较短的电磁波，D错误．]
2．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．必须使用开放电路
E．必须使用闭合电路
ACD [电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，并加到高频电流上．为了有效地向外发射，必须使电路开放，A、C、D正确，E错误；而产生电谐振的过程是在接收电路，B不正确．]
3．关于无线电波的传播，下列叙述正确的是( )
A．频率越高，越易沿地面传播
B．频率越高，越接近直线传播
C．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流
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
E．调制的两种方法是调谐和调频
BCD [由c＝λf可判定：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正确，A错误；无线电波遇到导体，会在导体内产生同频率的振荡电流，C正确；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36 000 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；调制的两种方法是调幅和调频，E错误．]
4．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________调谐电路中线圈的匝数或将线圈中的________取走．
[解析] 影响电感L的因素有线圈匝数、粗细、长短及有无铁芯等，而对铁芯和匝数分析的题目较多．当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频率时，发生电谐振才能收听到电台信号．由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由以上分析可知在电容C无法调节的前提下，可减小电感L.
[答案] 减小 铁芯
5．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，接收过程的顺序应是________→高频放大→________→音频放大．
[解析] 接收过程的顺序为调谐、高频放大、检波、音频放大．
[答案] 调谐 检波
6．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为天线处在变化的电磁场中，天线中产生________，相当于电源，通过馈线输送给________电路．
[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进入后面的电路．
[答案] 感应电流 LC
7．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)多少？
[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＝.
[答案]
8．一个LC电路中的电感L＝3.6×10－3H，电容C＝14 400 pF，求它所发射的电磁波的波长．
[解析] LC电路的振荡频率为：f＝，所以它所发射的电磁波的波长为：λ＝＝2πc＝2×π×3×108×m＝13 564.8 m.
[答案] 13 564.8 m
[能力提升练]
9．如图所示是一个调谐接收电路，甲、乙、丙为电路中的电流随时间变化的图象，则( )
甲 乙 丙
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
E．i3是L2中的图象
ACD [L1中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象是同甲图相似的，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中的电流图象应是乙图中的i2.高频部分通过C2，通过耳机的电流如同丙图中的i3，只有低频的音频电流，故选项A、C、D正确．]
10.如图所示，原线圈频率为f的交流电源，将电感为L的副线圈接一个适当的电容器成为LC振荡电路，这种振荡和机械振动中的________振动相类似，其振荡周期等于________．改变电容器的电容量，当电容等于________时，振荡电流的幅度值可达最大值．
[解析] 变压器的副线圈中感应电流的频率与原线圈中的电流频率相同，类似于机械振动中的受迫振动，其振荡周期为，改变电容器的电容量，可以改变LC振荡回路的固有频率，当固有频率与接收信号的频率相等时，发生电谐振，即f＝，求得C＝.
[答案] 受迫
11．LC振荡电路电容器的电容为3×10－5 μF，线圈的自感系数为3 mH，它与开放电路耦合后，求：
(1)发射出去的电磁波的频率是多大？
(2)发射出去的电磁波的波长是多大？
[解析] LC振荡电路与开放电路耦合后，振荡电路中产生的高频振荡电流通过两个电路线圈间的互感作用，使开放电路中也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射，所以发射出电磁波的频率就等于LC振荡电路中电磁振荡的频率．
(1)发射出去的电磁波的频率
f＝＝ Hz＝530 kHz.
(2)发射出去的电磁波的波长
λ＝＝ m＝566 m.
[答案] (1)530 kHz (2)566 m
12．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激起的感应电流最强？
(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？
[解析] (1)根据公式f＝得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激起的感应电流最强．
(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，因此应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些．
[答案] 见解析
