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物 理
选修3-4
·
人教版
新课标导学
第十四章
电磁波
第三节 电磁波的发射和接收
【素养目标定位】
※
了解无线电波的波长范围
※
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
【素养思维脉络】
1
课前预习反馈
2
课内互动探究
3
核心素养提升
4
课内随堂达标
5
课时强化作业
课前预习反馈
电磁波的发射
1．发射电磁波的振荡电路应具备以下特点
(1)要有足够高的频率，频率越高，越容易向外界辐射________。
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到____________的空间，即必须用________电路。
能量
知识点
1
尽可能大
开放
2．调制
(1)使电磁波随____________而改变的技术叫做调制。
(2)调制方法
调幅：使高频电磁波的________随信号的强弱而改变。
调频：使高频电磁波的________随信号的强弱而改变。
3．无线电波的发射
由振荡器(常用LC振荡电路)产生________________，用调制器将需传送的电信号________到振荡电流上，再耦合到一个________电路中激发出无线电波，向四周发射出去。
各种信号
振幅
频率
高频振荡电流
调制
开放
电磁波的接收
1．接收原理
电磁波在传播时遇到________会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收________。
导体
知识点
2
天线
2．通过电谐振来选台
(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波________相同时，接收电路中产生的振荡电流________，这种现象叫电谐振。
(2)调谐：使接收电路发生__________的过程叫调谐。
3．通过解调获取信号
解调：把声音或图象等信号，从高频振荡电流中____________的过程，叫解调。
检波：调幅波的________叫检波。
4．无线电波的接收
天线接收到的所有的电磁波，经________选择出所需要的电磁波，再经________取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程。
频率
最强
电谐振
还原出来
解调
调谐
检波
『判一判』
(1)只要是电磁波信号，都可以直接用LC电路进行发射。
( )
(2)调节电容器的电容就可以使接收的信号增强。
( )
(3)电磁波的传播速度与介质无关。
( )
(4)调制的两种方法是调谐和调频
( )
(5)接收天线必须利用导体材料制作。
( )
(6)利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或图象。
( )
×
×
×
×
×
×
辨析思考
『选一选』
(多选)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，因此需要调谐电路和检波电路，则A、D正确，B、C错误。
AD
『想一想』
如图是手机、无线电话调制示意图，请简述其原理。
答案：振荡器产生高频等幅振荡信号，话筒产生低频信号，如图所示。这两种信号完成调制后，调制信号又通过L2与L1耦合到开放电路发射出去。
课内互动探究
电磁波的发射
我们说话的声音一般只能传几十米，最多只有几百米，而当我们的声音通过无线电广播却可以传几千米以外，甚至传遍全球，为什么？
探究
一
思考讨论
1
提示：我们说话的声音是在空气中传播的声波，能量很低，而且在空气中的损耗很大，传播不太远的距离就损耗殆尽了，而无线电广播中的声音信号是搭载在高频电磁波上的，高频电磁波的能量很高，而且在空气中损耗很小，因而能传播很远的距离。
1．发射电路的两个特点：
①发射频率足够高。
②应用开放电路。
2．调制：
(1)使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。
(2)调制方法：
调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。
调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。
归纳总结
3．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。
4．电磁波的发射方框图
实际发射无线电波的过程如图所示。高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图乙所示。根据以上图象，发射出去的电磁波图象应是选项中哪一个
( )
B
典例
1
典题例析
解题指导：载波不能传递信号，低频信号也不能自己单独发射出去，必须进行调制，将载波与信号加在一起才能发射出去传送信息。
解析：振荡器产生高频等幅振荡，话筒结构是里边有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。当我们对着它说话时，空气对它的压力随着声音而变化，那么它的电阻也就随声音信号而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化，这就是调制。它不但影响了正半周，也影响了负半周，故选B。
1．(多选)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
AC
对点训练
电磁波的接收
我们在城市里可以看见矗立在高楼顶上的天线，它的作用是什么呢？我们应该如何从众多信号中选出我们所需要的信号呢？
提示：天线用以接收空中的电磁波；通过调谐电路选出我们所需要的信号。
探究
二
思考讨论
2
1．接收方式
用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。
2．通过电谐振来选台：
(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的现象，类似于机械振动中的共振。
(2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程。
(3)通过解调获取信号。
解调：把声音或图象等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。
检波：调幅波的解调称为检波。
归纳总结
3．无线电波的接收
天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程。
4．接收电路示意图
(多选)关于无线电波的接收，下列说法中正确的是
( )
A．当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大
B．使接收电路中产生电谐振的过程叫做调谐
C．收音机的接收电路是LC振荡回路
D．从接收到的高频率振荡中“检”出所携带的信号，叫做调谐
解题指导：要理解调制、调谐、检波等概念，并能清楚地区分它们。
解析：接收电路与电磁波发生电谐振时，即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，电路中激起的感应电流最大，选项A正确；根据调谐概念可知，选项B正确，D错误；收音机的接收电路是LC回路，选项C正确。
ABC
典例
2
典题例析
2．(多选)图中(a)为一个调谐接收电路，图(b)、图(c)、图(d)为电路中的电流随时间变化的图象，则
( )
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
解析：L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象同(a)图相似，但是由于L2和二极管D串联，所以当L2的电压与二极管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(b)图。高频部分通过C2，通过耳机的电流如同(c)图中的i3，只有低频的音频电流，故选项A、C、D正确。
ACD
对点训练
核心素养提升
1．无线电波的发射和接收过程
2．电磁波的传播特点
传播形式
适合的波段
特点
地波
沿地球表面空间传播
长波、中波、中短波
衍射能力较强
天波
靠大气电离层的反射传播
中短波、短波
反射能力较强
空间波
沿直线传播
短波、超短波、微波
穿透能力较强
(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是
(
)
A．电磁波频率越高，越宜用地波传播
B．电磁波频率越高，越易沿直线传播
C．短波最适宜以天波形式传播
D．电磁波在各种介质中传播时波长恒定
解析：由υ＝λf可知，电磁波频率越高，波长越短，衍射能力越差，不宜用地波传播，频率高的电磁波跟光的传播相似，沿直线传播，故选项B正确，选项A错误；电离层对短波吸收少反射多，故适宜以天波形式传播，选项C正确；电磁波在不同介质中传播时，由υ＝λf，可判断出波长改变，选项D错误。
案
例
BC
课内随堂达标
课时强化作业第十四章 第三节
沙场点兵·名校真题·实效检测
1．(2020·浙江省台州市书生中学高二下学期检测)许多老人散步时，手里拿着带有天线的收音机，这根天线的主要功能是
( A )
A．接受电磁波
B．发射电磁波
C．放大声音
D．接收声波
解析：收音机的天线是接收空间电磁波的装置，不能接收声波；收音机不能发射电磁波，同时放大声音利用的功放装置；故A正确，BCD错误。
2．(2020·安徽省蚌埠市第五中学高二下学期检测)人们的现代生活越来越离不开电磁波，我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为1
561
MHz；家用微波炉所使用的电磁波频率约为2
450
MHz；家用Wi－Fi所使用的电磁波频率约为5
725
MHz。关于电磁波，下列说法正确的是( B )
A．一定不会产生偏振现象
B．Wi－Fi信号与北斗导航信号叠加时，不能产生明显的干涉现象
C．Wi－Fi信号比微波更容易发生衍射
D．Wi－Fi信号从一个房间穿过墙壁进入另一个房间后，波长变短
解析：电磁波是横波，能产生偏振现象，选项A错误；因为Wi－Fi信号与北斗导航信号的频率不同，所以两波叠加时，不能产生明显的干涉现象，故选项B正确；Wi－Fi信号的频率大波长短，不容易发生衍射现象，选项C错误；Wi－Fi信号在两个房间内的波长相同，选项D错误。
3．(2020·北京市昌平区高二下学期期末)北京时间2019年4月10日21时，在全球七大城市同时发布由“事件视界望远镜”观测到位于室女A星系(M87)中央的超大质量黑洞照片，如图甲所示。宇宙中的天体在不断向外辐射电磁波，人们利用射电望远镜收集来自天体的电磁波进行观测，如图乙所示。天体甲距地球1万光年，M87的黑洞距离地球5
500万光年，假设天体甲和M87的黑洞辐射功率相同，忽略电磁波在传播过程中的损耗，用一架射电望远镜接收到甲发出的电磁波功率为P1，则该望远镜接收到的来自M87的黑洞发出的电磁波功率为( B )
A．P1
B．P1
C．5
500P1
D．5
5002P1
解析：根据图乙可知，电磁波向空间发射，设接受面积为S，接收到的电磁波功率与发射功率关系：P＝S，天体甲和M87的黑洞辐射功率相同，所以接受功率与半径平方成反比，所以来自M87的黑洞发出的电磁波功率为P1，故选项B正确。第十四章 第三节
请同学们认真完成练案[19]
(时间：30分钟 总分：50分)
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．电磁场理论的建立，促进了现代社会的发展，下列应用中，同时使用了电磁波接收和发射技术的电器是( D )
A．微波炉
B．收音机
C．电视机
D．手机
解析：微波炉、收音机、电视机、手机等都要利用电磁波传递信息，但同时使用了电磁波接收和发射技术的电器只有手机，故D正确，A、B、C错误。
2．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的( B )
①调谐电路；②调制电路；③高频振荡电路；④开放振荡电路
A．①②③
B．②③④
C．①④
D．①②④
解析：比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。
3．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( C )
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：电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示，故C正确。
4．下列关于无线电波的叙述正确的是( AD )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中传播速度均为3.0×108
m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项A正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项C错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项B错误；由v＝λf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项D正确。
5．如图所示为调幅振荡电流图象，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段( AB )
A．经调制后
B．经调谐后
C．经检波后
D．耳机中
解析：为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。而图象是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经检波后，调幅振荡电流将被削去一半，而在耳机中只有低频信号电流。
二、非选择题
6．如图甲、乙所示是发射电磁波时常用的信号调制方式，请问这两种调制方式有什么不同？
答案：甲为调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。乙为调频：使高频电磁波的频率随信号而改变。
7．科学技术是一把双刃剑。电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用——电磁污染。频率超过0.1
MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.50
W/m2。若小型无线通讯装置的电磁辐射功率是1
W，那么在距离该通讯装置多少米以外是符合规定的安全区域？(已知球面面积
S＝4πR2)
答案：0.40
解析：设半径为R的圆以外是安全区。
因为＝0.50
W/m2，所以R≈0.40
m。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3～6题为多选题)
1．(2020·北京市大兴区高三上学期期末)无线充电器是指不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上的充电器。无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。所谓能量耦合是指两个或两个以上的电路元件的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。除此之外，无线充电中还涉及到磁场共振原理，以及其他的一些交流感应技术。根据上述描述，下列认识合理的是( B )
A．无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由奥斯特发现的
B．变压器是一种典型的能量耦合应用
C．无线充电器的优点之一是充电过程中没有电能量损失
D．无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是不同的
解析：无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由法拉第发现的，选项A错误；变压器是一种典型的能量耦合应用，选项B正确；采用电磁感应技术实现无线充电的优点是原理简单，适合短距离充电，但需特定的摆放位置才能精确充电，所以在充电过程中有电能量损失，选项C错误；根据电磁感应原理，无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是相同的，选项D错误；故选B。
2．(2020·黑龙江鹤岗一中高二下学期期中)一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，下列选项都描述了该过程，其中顺序正确的是( A )
A．调制—发射—调谐—解调—播放
B．调频—发射—解调—调谐—播放
C．调幅—调谐—发射—解调—播放
D．调频—调谐—发射—解调—播放
解析：一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，首先要进行调制，即把声音信号加到高频电磁波信号上去，然后进行发射；载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭播放；故选A。
3．关于移动电话，下列说法正确的是( BD )
A．随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
B．随身携带的移动电话(手机)内，既有无线电接收装置，又有无线电发射装置
C．两个携带手机的人，可以不通过固定的基地台转接，相互通话
D．无线寻呼机(BP机)内只有无线电接收装置，没有无线电发射装置
解析：由于手机既能听到对方说话，又能说话让对方听到，因而既是发射装置又是接收装置，而寻呼机只能接收外来信号，不能向外发射，因而B、D对，但手机信号必须经过基地台处理转接才能收到，C错。
4．下列说法正确的是( AD )
A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B．当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流
C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了
D．由调谐电路接收的感应电流，再经过检波、放大，通过耳机才可以听到声音
解析：当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波，在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流，要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确答案为A、D。
5．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( CD )
A．增加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
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C无法调节的前提下，可减小电感L，即可通过C、D的操作增大f。
6．各地接收卫星电视讯号的抛物面天线如图所示，天线顶点和焦点的连线(OO′)与水平面间的夹角为仰角α，OO′在水平面上的投影与当地正南方的夹角为偏角β，接收定位于东经105.5°的卫星电视讯号(如CCTV－5)时，OO′连线应指向卫星，则我国各地接收天线的取向情况是(我国自西向东的经度约为73°～135°)( BD )
A．有可能β＝0，α＝90°
B．与卫星经度相同的各地，α随纬度增加而减小
C．经度大于105°的各地，天线是朝南偏东的
D．在几十甚至几百平方千米的范围内，天线取向几乎是相同的
解析：如图所示，α随纬度的增大而减小，我国不在赤道上，α不可能为零，经度大于105°的各地，天线应该朝南偏西，由于地球很大，卫星距地面很高，几十甚至几百平方千米的范围内天线取向几乎是相同的。
二、非选择题
7．某居住地A位于某山脉的一边，山脉的另一边P处建有一无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为400
kHz的中波和400
MHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×108
m/s，求：
(1)该中波和微波的波长各是多少？
(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的？
(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？
答案：(1)750
m 0.75
m (2)衍射 (3)400
kHz接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好。
解析：(1)由λ＝知，λ1＝750
m，λ2＝0.75
m
(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象。
(3)频率为400
kHz的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。
