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第4章 电磁波与现代通信
电磁波的发展历程
电磁波电磁波的特点
电磁波王国:无线电波、红外线、可见光
紫外线、X射线、y射线
电无线电通信百年回眸
无线电波的发射与接收
波与现一
人类通信的历程
微波通信
代
信息时代
信息高速公路/星通信
光纤通信
移动通信
作用:感受外部信息,并按一定规律转换成电信号
组成:敏感元件、处理电路、辅助电源
传感器
常见温度传感器的工作原理
应用
知识体系·网络构建
宏观把握·理清脉络
》专题归纳整合提升
归纳整合·深度升华本章优化总结
电磁波与现代通信
电磁波的传播与应用
电磁波的传播不需要介质，各种频率的电磁波在真空中的传播速度都相同，在介质中的传播速度与频率有关．电磁波常用于无线电广播、电视的信号发送，还应用于雷达来执行多种任务．理解电磁波的传播原理，将其等效为匀速直线运动是解决此类问题的基础．
目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法不正确的是( )
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0．3 m至1．5 m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
[解析] 据λ＝，电磁波频率在200 MHz至1 000 MHz的范围内，则电磁波的波长范围在0．3 m至1．5 m之间．雷达是利用电磁波的反射原理，电磁波的产生是依据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．
[答案] B
传感器问题
传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．其中基本结构由敏感元件、转换元件组成，我们在解决处理传感器类问题时，应重点理解其敏感元件的作用．针对传感器的原理，我们应从实际问题出发，理解其物理转换过程，理清各物理量间的关系，再结合相关的物理规律，将实际问题转化为物理模型．
如图所示为某种电子秤的原理图，AB为一均匀的滑线电阻器，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直光滑绝缘的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于自由长度时，P1恰好指在A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体的质量，已知弹簧的劲度系数为k，托盘的自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g，求：
(1)托盘上未放物体时，在托盘自重的作用下，P1距A的距离x1．
(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1距A的距离x2．
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间电压的函数关系．
[解析] 托盘移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，R为均匀的滑线电阻，其阻值与长度成正比．
(1)由力平衡可知，m0g＝kx1解得：x1＝．
(2)放上重物重新平衡后有：
m0g＋mg＝kx2，解得：
x2＝．
(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，对部分电路有
U＝IR1，由于＝，其中x为P1、P2间的距离所以
x＝x2－x1＝，解得：m＝U．
[答案] 见解析
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- 3 -章末过关检测(四)
(时间：90分钟，满分：100分)
【物理】说明：
1．本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分．
2．考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔答题．密封线内不准写答案．
第Ⅰ卷(共48分)
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，选错、多选或不答的得0分)
1．我国古代有“千里眼”的神话传说，下列发明具有相似功能的是( )
A．收音机 B．录音机
C．雷达 D．电灯
答案：C
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才能不变
D．经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去
解析：选AD．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对．
3．卫星通信具有的优点是( )
A．覆盖面积大 B．通信距离长
C．不受地理环境限制 D．投资少，见效快
答案：ABCD
4．光纤通信具有的优点是( )
A．频带宽，容量大
B．中继距离长
C．抗干扰性好，保密性强
D．成本低，传输质量高
答案：ABCD
5．日本大地震发生后，在坍塌的废墟中有大量伤员，为了尽快救出他们，需要使用生命探测仪，这种探测仪器主要接收人体发出的( )
A．可见光 B．红外线
C．紫外线 D．声音
解析：选B．任何物体都能发射红外线，温度越高发射的红外线越强，人体比周围的物体温度高，发射的红外线较强．
6．间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标，这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，甚至车队已经离开也瞒不过它．这种遥感照相机所敏感的电磁波属于( )
A．可见光波段 B．红外波段
C．紫外波段 D．X波段
答案：B
7．下列说法正确的是( )
A．电磁波的波长越长，频率越大
B．电磁波的波长越短，频率越大
C．电视卫星传送指的是利用通信卫星作为中继站，实现电视传送的方式
D．传统雷达的工作波长为1 m，属于无线电波中的长波段，雷达的主要功能是发现目标和测定目标的位置
解析：选BC．电磁波的波长与频率成反比，波长越短，频率越大，故A错，B对，利用卫星传输时，卫星起着中继站的作用，C对．传统雷达的工作波长为1 m，属于无线电波的微波段，故D错．
8．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出将湿手烘干．手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．温度改变 B．湿度改变
C．磁场改变 D．电容改变
答案：D
第Ⅱ卷(共52分)
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分．把答案填在题中横线上)
9．补填出传感器的简单结构原理．
答案：原理如下．
10．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________(填“变大”“不变”或“变小”)．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随________变化而改变的特性制成的．
解析：光敏电阻的感光元件，它的阻值随光照强度的增强而减小，它可把光学量变为电阻这一电学量．常用以制造光控开关，热敏电阻对温度反应敏感，它的阻值随温度的升高而减小．
答案：变小 温度
三、计算和解答题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位)
11． (8分)从地球向月球发射电磁波，地球与月球的距离为3．83×105 km，求从发射到接收反向回来的电磁波共需多长时间．
解析：电磁波以光速传播．
设时间为t，则：
t＝＝ s＝2．55 s． (8分)
答案：2．55 s
12．(10分)不同的电视台使用不同的射频范围进行广播，以避免互相干扰．下面的表格是我国电视频道的划分．
我国电视频道的划分
频道号 1 2 …… 6 …… 68
频率范围/MHz 48．5～56．5 56．5～64．5 …… 167～178 …… 950～958
第13频道至第68频道属于微波中的“分米波”，算出第68频道的波长范围，试猜想一下为什么第13频道至第68频道会称为微波中的“分米波”．
解析：根据λ＝得
λ1＝ m＝0．316 m， (4分)
λ2＝ m＝0．313 m． (4分)
由于波长为“分米”范围，所以称为分米波． (2分)
答案：见解析
13．(10分)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)电子秤称量物体的重力所用的传感器是压力传感器． (3分)
(2)恒温孵化器要保持禽蛋的温度在一定范围内，所用的传感器是双金属温度传感器． (3分)
(3)楼道自动开关所用的传感器是声、光控传感器． (4分)
答案：见解析
14．(12分)如果你想通过同步卫星转发的无线电话与对方通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话？(已知地球的质量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)
解析：同步卫星是相对地面静止的卫星，它的运动周期T＝3 600×24 s，设卫星离地面距离为h，它绕地球转动的向心力是地球对它的万有引力，
即G＝m(R＋h)， (4分)
所以h＝－R (2分)
代入数据，算得h＝3．59×107 m． (2分)
最短通信距离是发话人和听话人均在同步卫星的正下方，这时无线电信号传播的最短距离s＝2h，则最短时间
t＝2×＝2× s＝0．48 s． (4分)
答案：0．48 s
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