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第四章 电磁波及其应用
第四章 电磁波及其应用
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生动
突破疑难·讲练提升
第三节 电磁波的发射和接收 第四节 信息化社会
1.了解无线电广播发射和接收技术中，调制、调幅、调频、调谐、解调的含义．(重点＋难点) 2.了解摄像管的基本结构以及电视广播发射和接收过程．了解移动通信的基本过程及基站的作用．(重点) 3.了解常见传感器及其应用，体会传感器的应用给人们带来的方便．(重点) 4.了解信息的拾取、传递、处理、记录的基础知识及信息时代给人们带来的变革．
, [学生用书P63])
一、无线电波的发射
1．载波
振荡器产生的高频交变电流是用来携带声音、图像等信息的，这个高频电磁波叫做载波．
2．调制
把信息加到载波上就是使载波随信号而改变，这种技术叫调制．使高频载波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅；使高频载波的频率随信号改变的调制方式叫调频．
3．发射
无线电发射机中的振荡器能产生频率很高的交变电流．高频交变电流流经天线时，在空间产生高频率的电磁场．电磁场在空间中的传播，就产生了电磁波，即发射了电磁波．
1．能不能直接发射带有声音、图像等信息的电磁波？
提示：不能．声音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式直接转换成的电信号频率很低，向外传播辐射的本领很弱，无法传播到较远的地方．
二、无线电波的接收
1．调谐
从众多电磁波中把自己需要的电磁波选出来的过程叫调谐．
2．解调
从接收到的高频振荡电流中分离出所携带信号的过程叫解调．
三、电视
1．1927年，英国发明家贝尔德表演了从远处传来的活动图像，标志着电视的诞生．
2．电视的发射系统发射出载有摄像头扫描来的视频电流和声音信号．
3．电视机接收到载有图像和声音信号的电磁波，还原出图像和声音．
四、移动通信
每个移动电话都有一个电磁波发射器同时也有一个电磁波接收器使双方得到信息，当然还要有固定的无线电台转接．
2．两个人在同一地点用手机通话时，信号是直接相互传播的吗？
提示：不是．两个人在同一地点用手机通话时，信号也要通过附近的基站传到总机，总机对信号处理后再传给基站发射出来，由另一手机接收．不过此时两手机共用一个基站．
五、信息的拾取和传感器
1．现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理．
2．传感器：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置，就叫传感器．
六、信息的传递
电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以进行无线传输．光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量信息．
七、信息的处理和数字通信
电信号分为模拟信号和数字信号，数字信号抗干扰能力强，容易加密，便于计算机处理．
八、信息的记录
随着信息存储技术的发展，存储容量迅速增加，信息的存储和读出速度大大提高，信息存储的可靠性也不断增强．我们可以把各种信息大量存储起来，方便地提供给不同需要的人．
九、数字电视
数字电视是利用数字信号传送的高清晰电视，可以给我们带来更清晰的图像，更富临场效果的声音．
十、信息时代
20世纪90年代中期，世界上最大的计算机互联网——因特网出现了爆炸式的发展，信息作为一种重要的资源改变了我们的生活和工作方式．
电视、移动通信[学生用书P64]
1．电视
(1)电视系统主要由摄像机将影像(包括伴音)的光、声音转变为电信号——视频电流．
(2)电视信号的发射
视频电流通过调制，加到高频载波上，然后通过天线把载有图像信号的高频信号发射出去．
在电视发射端，还同时发射伴音信号．
(3)电视信号的接收
在电视接收端，天线收到电磁波后产生感应电流，经过调谐、解调等处理，将得到的图像信号送到显像管，还原成景物的像．
(4)电视节目的发送和接收过程示意图如图所示．
2．移动通信
(1)移动电话机既是一个电磁波发射器，又是一个电磁波接收器，可以拨打电话，也能够接听电话．
(2)手持移动电话的体积很小，发射功率不大，它的天线也很简单，灵敏度不高，因此，它跟其他用户通话要靠较大的固定无线电台转接．
移动通信的过程如图所示．
(1)电视系统主要由摄像机和接收机组成．把图像各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图像至少要有几十万个像素；
(2)我国电视广播标准采用每秒钟传送25帧画面，每帧由625条线组成．
关于电视接收的原理，下列说法中正确的是( )
A．电视接收天线接收到的电磁波中包含有图像信号和伴音信号
B．电视接收天线接收到的电磁波经过处理还原成图像，天线上并不产生感应电流
C．电视接收机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号和伴音信号
D．电视接收机接收到电磁波，经扬声器得到电视节目的伴音信号
[关键提醒] 解答这类题的关键是了解电视机的基本原理．
[解析] 电视机接收到的电磁波是带有图像信号和伴音信号的高频电流，故A项对，B项错；图像信号和伴音信号必须经过处理，才可经显像管和扬声器得到图像和声音，故C、D项错．
[答案] A
几种传感器的工作原理[学生用书P65]
1．温度传感器
温度传感器是用得最多的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．
这种传感器中常用热敏电阻、光敏电阻和双金属片．
(1)热敏电阻：阻值因温度而改变．
(2)光敏电阻：阻值因光照而减小．
(3)双金属片：用两种不同热膨胀系数的金属片贴合而成．温度变化时，两种金属片伸长不一样而发生弯曲．
2．压力传感器
电容器的电容随两极板间距离的变化而变化，据此将电容器一个电极固定，让另一个电极随压力变化而变化，制成压力传感器．
3．红外线传感器
红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息．
利用红外线传感器可实现无接触测量．自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76 μm～1 000 μm的电磁波即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影、卫星遥感、遥测等高科技领域，也被广泛用于日常生活中．自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗、防火报警器等均使用了红外线传感器．
4．生物传感器
生物传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器．生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等．
生物传感器最典型的应用是在医疗卫生行业，医院中各种进行生化分析检验的仪器大多要用到生物传感器．
传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的元件，不同的传感器感受到的信息不同转化成的电学量也不一定相同．
下列说法正确的是( )
A．话筒使用了温度传感器
B．全自动洗衣机的水位控制装置中使用了红外线传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用做温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
[关键提醒] 弄清各种传感器的工作原理和传感器的用途是解答这类题的关键．
[解析] 话筒的作用是将声信号转换为电信号，故A错；洗衣机中的水位控制装置中使用的是压力传感器，故B错；电子秤用的是力传感器，故C对；半导体热敏电阻有两类，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故D错．
[答案] C
(多选)如图是一个自动门红外线传感器安装示意图，下列说法正确的是( )
A．当人进入位置甲时，传感器会启动门
B．当人进入位置乙时，电动门停止运动
C．当人在位置甲、位置乙以外时，门关闭
D．此红外线传感器只能在白天使用
解析：选ABC.人体能发射波长一定的红外线，当人走进传感器控制区域时，传感器就会启动门，由于人体的温度大体恒定，故不管白天、晚上所发射的红外线是一样的，都能使用．
电磁波与运动学综合的应用[学生用书P66]
如果你想利用通过同步卫星转发信号的无线电话与对方通话，你讲完电话后，至少要等多长时间才能听到对方通话？(已知地球质量M＝6.0×1024 kg，地球半径R＝6.4×106 m，万有引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2)
[审题指导] 由v＝得t＝，因电磁波的传播速度c已知，要求解时间t，关键求电磁波所走过的路程s，此路程恰是卫星所在高度的4倍．
[解析] 同步卫星是相对地面静止的卫星，它的运动周期是T＝24 h，设卫星离地面的高度为h，它运动的向心力是地球对它的万有引力，即
G＝m(R＋h)
所以：h＝－R，代入数据，求得：
h＝3.59×107 m，
最短时间通信应是通话人均在同步卫星的正下方，这时，无线电波的传播距离最短，最短距离是：s＝2h，听到对方回话应是4h，所以
t＝＝ s＝0.48 s.
[答案] 0.48 s
eq \a\vs4\al()
电磁波在真空中传播速度是恒定不变的，在实际运用中常用来测量距离，这部分的知识，需要结合运动学的知识进行求解．要注意用电磁波测距时，电磁波所走的路程与所测距离的倍数关系．
[随堂检测] [学生用书P66]
1．把经过调制的高频电流变为信号电流的过程叫( )
A．调幅 B．调频
C．调谐 D．解调
解析：选D.将信号从高频电磁波中取出的过程是解调．
2．如图所示是在济南经十路名士豪庭附近的过街天桥，市民争相体验感应扶梯．与其他过街天桥不同，为了方便老年人、残疾人，该过街天桥首次加设室外感应扶梯．有人乘坐时，扶梯以原有设计速度运行；无人乘坐时，扶梯则自动减速或停止运行．与全天运行的自动扶梯相比，感应扶梯可省电60%.你认为该扶梯之所以能自动控制，最有可能利用的是下列哪种传感器( )
A．温度传感器
B．湿度传感器
C．压力传感器
D．声传感器
解析：选C.根据扶梯有人时运行，无人时会减速或停止的特点分析，最有可能借助于压力传感器来控制．
3．下列关于信息化社会的说法不正确的是( )
A．现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理
B．传感器能代替、补充、延伸人的感觉器官功能
C．日光灯的启动器利用了双金属温度传感器
D．光敏电阻传感器无光照射时电路中电流大，有光照射时电路中电流小
解析：选D.光敏电阻传感器无光照射时电路中电流小，有光照射时电路中电流大，D错，其他选项均正确．
4．如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是( )
A．解调—放大—调谐—显示
B．调谐—放大—解调—显示
C．调谐—解调—放大—显示
D．放大—调谐—解调—显示
解析：选C.电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来，然后解调，取下信号，最后经放大后再传给显像管显像，所以正确的顺序是C.
5．将普通光敏电阻R、数字电流表A、电源E按下图连接．
闭合开关S，当太阳光直接照射光敏电阻R时，电流表示数为I1；当用课本挡住直射到光敏电阻R上的太阳光时，电流表示数为I2；当用黑纸把光敏电阻R完全包裹起来时，电流表示数为I3.则I1________I2________I3(填“＞”“＝”或“＜”)．
解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，光直接照射光敏电阻R时，电阻最小；用黑纸把光敏电阻R完全包裹起来时，电阻最大，故I1最大，I3最小．
答案：＞ ＞
[课时作业] [学生用书P111(单独成册)]
一、单项选择题
1．电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)．这种调制方式称为( )
A．调幅 B．调谐
C．调频 D．解调
解析：选A.将声音信号加在高频载波上，使高频载波振幅随声音信号而变化的方法为调制中的调幅．故选项A正确．
2．下列关于手机的说法正确的是( )
A．手机仅能发射电磁波
B．手机仅能接收电磁波
C．手机既能发射电磁波又能接收电磁波
D．以上说法都不对
解析：选C.手机能发射电磁波，也能接收电磁波．当手机与其他用户通话时，必须需要基站中转，故A、B错误，C正确．
3．电视机换台时，实际上是在改变( )
A．电视台的发射频率
B．电视机的接收频率
C．电视台发射的电磁波的波速
D．电视机接收的电磁波的波速
解析：选B.电视机接收电磁波是利用电磁波的频率不同收看到不同的电视频道，所以是改变电视机的接收频率．
4．传感器已广泛应用在生产、生活中．下列关于传感器的说法正确的是( )
A．冰箱控温系统使用了温度传感器
B．电容式话筒使用了温度传感器
C．日光灯启动器使用了光传感器
D．火警报警器使用了压力传感器
解析：选A.冰箱控温系统使用了温度传感器，A正确；电容式话筒使用了声传感器，B错；日光灯启动器里有一个双金属温度传感器，C错；火警报警器使用了烟雾传感器，D错．
5．自动门、生命探测器、家电遥控系统、防盗防火报警器都使用了( )
A．温度传感器
B．生物传感器
C．红外线传感器
D．压力传感器
解析：选C.自动门、生命探测器、家电遥控系统、防盗防火报警器都利用了红外遥感技术感知物体，故选项C正确．
6．数字信号与模拟信号的不同之处是( )
A．数字信号在大小上不连续，时间上连续，而模拟信号则相反
B．数字信号在大小上连续，时间上不连续，而模拟信号则相反
C．数字信号在大小和时间上均不连续，而模拟信号则相反
D．数字信号在大小和时间上均连续，而模拟信号则相反
解析：选C.数字信号只有点“·”与画“—”，在大小和时间上不连续，而模拟信号是连续的．
7．下列关于电视的工作原理说法中错误的是( )
A．电视信号的发射、接收过程是：景物→电信号→电磁波→电信号→图像
B．摄像机在一秒内要传递24帧画面
C．显像管是将电信号还原成景物的像的关键部件
D．画面更换迅速和视觉暂留现象使人们在荧光屏上看到的是活动影像
解析：选B.电视信号的发射、接收过程是：景物→电信号→电磁波→电信号→图像，故A正确．摄像机在1秒内要传递25帧画面，故B错误．显像管的作用是将电信号还原成景物的像，故C正确．因为画面更换迅速和视觉暂留现象，使人们在屏上看到的是活动影像，故D正确．
8．关于甲、乙两部移动电话之间的通话，下列说法正确的是( )
A．甲、乙发出的信号直接被对方收到
B．甲、乙发出的信号被基站接收到后直接传输到对方
C．只有主叫方发出信号，被叫方不发出信号，只能接收信号
D．甲、乙发出的信号都要由基站接收，送到移动交换中心再由移动交换中心转送到基站，由基站发送到对方
解析：选D.每一部移动电话既是无线电发射台，又是接收台，但它们之间不能直接通话，移动电话跟其他用户的通话要依靠基站，通话过程中，移动台与附近的基站建立联系，再由基站与移动业务交换中心连接，通过基站、移动业务交换中心和中继线转接传输信号，就可以实现任意两个移动用户之间的通信联系，从而构成一个自成体系的移动电话网．
二、多项选择题
9．下列说法中正确的是( )
A．发射图像信号不需要调制过程
B．接收到的图像信号要经过调谐、解调
C．电视信号包括图像信号和伴音信号
D．电视信号中的图像信号和伴音信号的传播速度不同
解析：选BC.发射图像和声音信号都需要调制，A错；电视信号中的图像信号和伴音信号都以无线电波的形式发送，所以传播速度相同，D错．
10．下列关于基站的说法正确的是( )
A．最早建立的通信站称为基站
B．用于转接移动电话的固定无线电台叫做基站
C．基站只是一个固定的天线
D．基站的作用是把较弱的信号放大
解析：选BD.手机的发射信号比较弱，通过基站放大信号并转接，是一个固定无线电台，故选项B、D正确，C错误；最早建立的通信站是烽火台，A选项错误．
11．下列关于数字电视的说法正确的是( )
A．采用数字信号通信抗干扰能力较强，容易加密，便于计算机处理
B．我国古代的“烽火台”发出的信号是模拟信号
C．在数字信号通信中，同一条通信线路不能综合传输声音、图像和各种数据
D．数字电视和模拟电视的功能差别在于数字电视图像的清晰度高，声音更趋于临场效果的声音
解析：选AD.我国古代的“烽火台”发出的是不连续的数字信号，只要你把图像、声音和其他数据转化成数字信号，就可以在同一条通信线路中综合传输．
三、非选择题
12．要完成以下工作，你认为要用什么传感器？
(1)电子秤称量物体的重力；
(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内；
(3)楼道声控灯自动开关的功能是：晚上，有人经过楼道开关自动接通；白天，不管是否有人经过楼道，开关都是断开的．
解析：(1)中是力转化为电信号，所以所用的传感器是压力传感器；(2)中要保持恒温，要用双金属温度传感器；(3)要用声音传感器和光敏电阻传感器．
答案：(1)压力传感器 (2)温度传感器 (3)声音传感器和光敏电阻传感器
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