14.3电磁波的发射和接收-人教版高中物理选修3-4教案

14.3电磁波的发射和接收
【学习目标】
1．知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波．
2．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念，了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理．
3．了解无线电波的波长范围．
4．了解电视、雷达和移动电话的基本原理以及因特网．
5．知道电磁波谱以及各组成部分．
知识回顾：
1.
我们的手机能接受怎样接收信息？
答：通过天线接收信息
2.
我们手机能接收信息能发射信息吗？
答；能
3.
那么我们要打电话需要手机有怎样的装置？
答：发射装置和接收电磁波的装置
要点三、电磁波的发射和接收
1．若要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具有的特点
（1）要有足够高的频率：发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比．如果是低频信号，要用高频信号运载才能更有效地发射出去．
（2）采用开放电路，使振荡电路的电磁场必须尽可能地分散到大的空间．天线和地线也可组成开放电路．
在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制．调制的装置如图所示．
2．电磁波的发射与调制
（1）调幅：使高频振荡的振幅随信号而改变叫调幅．
调幅作用如图所示．
甲：声音信号的波形．
乙：高频等幅振荡电流的波形．
丙：经过调幅的高频振荡电流的波形．
（2）调频：使高频振荡的频率随信号而改变叫调频．
调频的作用如图所示．
甲：声音信号的波形．
乙：高频等幅振荡信号的波形．
丙：经过调频的高频振荡电流的波形．
（3）电磁波的发射方框图．
3．无线电波的接收
（1）电谐振：当接收电路的固有频率跟接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，这种现象叫电谐振．
（2）调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．调谐的方法一般是改变电路的或．
（3）检波：从接收到高频振荡中“检”出所携带的波，叫检波．检波是调谐的逆过程，也叫解调．检波电路如图．
检波作用，如图．
甲：检波前的高频调幅电流，乙：检波后的单向脉动电流，丙：流过耳机的音频电流．
4．无线电波的分类
毫米的电磁波叫无线电波．无线电波可以分成若干波段．
波段
波长
频率
传播方式
主要用途
长波
米
千赫
地波
超远程无线电通讯和导航
中波
米
千赫
地波和天波
无线电广播和电报通讯
中短波
米
千赫
短波
米
兆赫
天波
微波
米波
米
兆赫
近似直线传播
无线电广播、电视、导航
分米波
分米
兆赫
直线传播
电视、雷达、导航
厘米波
厘米
兆赫
毫米波
毫米
兆赫
5．电磁波的传播特性
无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，它们的波长在几毫米到几十千米之间．无线电波在沿地球表面、大气层中传播时，由于不同波长的电磁波衍射和波被吸收的情况各不相同，不同波长的电磁波在传播方式上也各不相同．无线电波主要的传播方式有：地波传播、天波传播和直线传播三种．
（1）地波传播：沿地球表面空间传播的无线电波．
如图所示，由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波，才能被各处的接收机所接收到，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，就可以绕到障碍物的后面．地面上的障碍物一般都不是很大，长波能很好地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过．短波和微波由于波长短，绕过障碍物体的本领很差．
这种传播方式对长波、中波和中短波比较适宜，对短波和微波而言，被吸收损耗的能量较多，并且它们的衍射本领较差，故不适宜．
（2）天波传播：依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫做天波．
我们知道，地球被厚厚的大气包围着．地表千米到几百千米内的大气，由于太阳光的照射使大气中的一部分气体分子发生电离，这层大气就叫做电离层．
电离层对于不同波长的电磁波表示出不同的特性：对于波长短于的微波，电离层能让它穿过，飞向宇宙；对于长波，电离层基本把它吸收；对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多，因此短波最适宜以天波的形式传播．
（3）直线传播：微波又叫超短波，它既不能以地波的形式传播（易被吸收），又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播（能穿透），微波只能像光那样，沿直线传播．这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波．
例题1.如图所示为某人收音机的接收电路，其电感为，为了接收波长为的电磁波，其电容器应调到________．
【思路点拨】当接收电路中的振荡电路的固有频率与波长为的电磁波的频率相同时，即达到电谐振。
【答案】
【解析】该电磁波的频率为．
那么该电路的固有频率也应调到，由电磁振荡的频率公式得：，代入数据得：．
【总结升华】要接收到波长为的电磁波，就应使接收电路产生电谐振，即通过调谐电路，调节电容器的电容，当接收电路中的振荡电路的固有频率与波长为的电磁波的频率相同时，即达到电谐振，就选定了所要选的电台．
课堂练习一：
有波长分别为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时．
（1）哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强？
（2）如果想接收到波长为的无线电波，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？
【答案】见解析
【解析】（1）根据公式，得
．
．
．
所以波长为的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强．
（2）要接收波长为的无线电波，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．
【总结升华】收音机的调谐电路，通过改变可变电容器的电容来改变调谐电路的频率，使它跟我们要接收的电磁波的频率相同。由于电谐振现象，只有这个频率的电磁波才在调谐电路中激起较强的感应电流，而其他频率的电磁波激起的感应电流都非常弱．
课堂练习二：
图中为某火箭发射场，为山区，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，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，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________．
【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
【解析】从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为，根据发生明显衍射现象的条件，已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区，因而不需要转发装置．电视信号所用的电磁波波长为，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区，要想使信号传到区，必须通过建在山顶的转发站来转发．
【总结升华】有的同学认为，我国的火箭发射基地多在西部山区，其海拔在几千米以上，比要大得多，衍射现象也应很难发生．但这种认识是错误的．在题中，山的高度不是海拔高度，而是山顶离火箭发射场的高度，其值一般也只在几十米与几百米之间．