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高中物理第14章3电磁波的发射和接收学案新人教版选修343 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＝12πLC ，C＝εr S4πkd，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(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＝12πLC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＝12πLC，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.。
第十四章电磁波
本章概览
三维目标
掌握电磁振荡、电磁场和电磁波的概念以及电磁波的发射和接收等知识；知道电磁波和其他波一样都具有波的共性；提高学生分析事物共性和特性的能力.
通过对麦克斯韦电磁场理论的了解，认识电磁场在空间传播形成电磁波，学会用电磁波在真空中的传播速度公式v=λf解决有关问题.
通过对电磁波振荡原理的学习，认识电磁振荡在实际生活中的应用，学会用公式T=2πLC解一些关于电磁振荡的有关问题.
通过对电磁波谱的进一步认识和学习，知道日常生活中电磁波的应用，学会对生活中简单现象进行客观合理的解释，培养科学探究的精神.
知识网络。
3 电磁波的发射和接收温故知新新知预习1.无线电波的发射利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变，使无线电波随各种信号而改变叫___________，常用的调制方法有___________和___________两种，使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变叫___________，经过调制后发射出去的无线电波叫___________.使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变叫___________，经过调频以后发射出去的无线电波叫调频波.发射电磁波的振荡电路，需满足：（1）要有足够高的___________.（2）要使振荡电路的___________分散到尽可能大的空间，形成开放电路.2.无线电波的接收（1）当接收电路的固有频率跟接收的无线电波的频率_______________时，激起的振荡电流_______________，这就是______________现象.（2）使接收电路产生电谐振的过程叫做___________，能够调谐的电路叫____________电路.收音机的调谐电路，是通过调节___________来改变电路的频率而实现调谐的.（3）从高频振荡电流中“检”出所携带的低频信号电流的过程叫做___________.知识回顾同学们在日常生活中经常接触到收音机、电视机、手机等电子器材.收音机要放出声音、电视机要出现图像和声音，它们都需要使用无线电波.无线电波实际上是一种波长较长的电磁波，它具有电磁波的一切特性.但与机械波又有区别.最大的区别是电磁波既可以在真空中传播，又可以在介质中传播，这些是学习电磁波的发射和接收的基础.由于电磁波的发射和接收比较抽象，所以在学习过程中一定要注意理论联系实际.同时，还必须掌握电磁波的发射和接收的过程及能有效地发射和接收电磁波时，振荡电路必须具备的特点.我们可以观察收音机接收电路，可以看到,它调谐回路是由线圈和可变电容器构成的，据LC 振荡回路的周期公式LC T π2=知，只要改变L 或C ，就可改变LC 回路的周期，使之与信号方发出的信号频率相同，发生类似机械振动中的共振，这是接收电路的接收端原理,接收到的信号以高频电流形式在电路中运动，我们可结合学过的电容器和二极管等知识把需要的信号“检”出来，以备放大使用.。
高中物理第十四章电磁波3 电磁波的发射和接收素材新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十四章电磁波3 电磁波的发射和接收素材新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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3．电磁波的发射和接收19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人的科学技术，提出了电磁波学说.20多年后，德国科学家赫兹通过实验,证明了电磁波的存在。
什么是电磁波呢?从电工学电磁感应现象知道，在电磁场里,磁场的任何变化会产生电场，电场的任何变化也会产生磁场.交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播，这种在空间以—定速度传播的交变电磁场,就称为电磁波。
无线电技术中使用的这一段电磁波称为无线电波。
无线电波的传播理论分析和实验都表明无线电波是横波，即电场和磁场的方向都与波的传播方向垂直。
而且电场强度与磁场强度的方向也总是相互垂直的。
无线电波在空间传播时,必然要受到大气层的影响,尤其以电离层的影响最为显著。
电离层是由于从太阳及其他星体发出的放射性辐射进入大气层，使大气层被电离而形成的。
电离层内含有自由电子是影响无线电波的主要因素。
电离层对无线电波的主要影响是使传播方向由电子密度较大区域向密度较小区域弯曲，即发生电波折射.这种影响随波段的不同而不相同。
波长越长,折射越显著。
30MHz以下的波被折回地面；30MHz以上的波,则穿透电离层。
另外,电波受电离层的另-影响是能量被吸收而衰减。
电离程度越大，衰减越大；波长越长，衰减亦越大。
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电磁波的发射和接收我夯基我达标1.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到某较低频率电台发出的信号,要收到该电台的信号，可采用下列办法中的( ）A 。
增加调谐电路中线圈的匝数 B.加大电源电压C 。
在线圈两端并联一个较小的电容器D 。
减小电源电压思路解析：由题中条件可知，要接收到较低频率的信号，则应使调谐电路的频率减小，由f=LC π21和电容公式C=kdS πε4可以知，加大调谐电路中的线圈匝数，可以增大L,减小f ，故A 选项对，在线圈两端并联一个更小的电容,从而使C 更大,故f 减小，C 选项对，故A 、C 正确。
答案:AC2.一台无线电接收机，当它接收频率为535 kHz 的信号时,调谐电路里电容器的电容是270 pF 。
如果调谐电路的线圈电感不变，要接收频率为1 605 kHz 的信号时，调谐电路里电容器的电容应改变为( )A 。
30 pF B.90 pF C.150 pF D 。
710 pF思路解析:根据调谐电路的频率公式f=LC π21，在线圈的电感L 不变时， 1221C C f f =，则C 2=212221)1605535(=C f f ×270 pF=30 pF. 答案：A3。
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3．电磁波的发射和接收1．知道什么样的电磁振荡和电路有利于向外发射电磁波。
2．了解利用电磁波传递信号要对电磁波进行调制，调制方法有两种：调幅和调频。
知道什么是调制、什么是调幅和调频.3．知道接收需要的电磁波要进行调谐，知道还原信号还要进行解调，了解什么是调谐和解调.电磁波已经与我们的生活、生产密不可分.当你走在路上或坐在汽车里，手持移动电话向千里之外的亲友发送问候，讲述你的学习、生活、见闻的时候，当你从电话屏幕中见到亲友的时候，你想过这声音和影像是怎样传送的吗?提示:在电磁波中加载上声音、图像等信号，电磁波就相当于一个运载工具，把这些信息传播出去。
电磁波必须通过发射塔（天线)才能走进千家万户。
接收端还要把接收到的信息进行还原,这样才能得到我们想要的信息.1．电磁波的发射(1）要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：第一，要有________的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。
第二,应采用________，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间.（2)开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做______，线圈的另一端高高地架在空中,叫做______.（3)无线电技术：使电磁波随各种信号而改变的技术叫做______。
拓展延伸
疑难突破
无线电波的发射和接收过程中为什么要分别进行调制和解调
电台发射信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是放到高频信号中发射呢？因为像声音这样的信号，一般频率相对较低，而电台要向外发射电磁波，要有足够高的频率.实验证明，发射能量与发射频率的四次方成正比，可见只有提高发射频率才能提高发射能量，为此要把频率较低的信号加载到高频信号上去，就好像人的远行能力有限，所以乘汽车、飞机一样.因此，高频振荡信号就是那些有用的低频信号的载体，而这“加载”的过程就是物理上所说的“调制”过程.
既然有用的信号是加载到高频信号上的，当接收到电磁波后，为了卸下有用的信号，就必须通过解调，把有用的信号“检”出来.
思考发现
1.由于低频信号能量较小，无法远距离传播，只能将低频信号加载到高频电磁波上，让高能量的高频信号载着低频信号在空间传播，这就是为什么要调制的根本原因，分清调制的方法，既可以进行调频又可以进行调幅，注意二者的区别与联系.
2.调制、调幅、调频和解调是几个易混淆的概念，学习过程中要注意区分，了解无线电发射和接收的过程是正确理解这几个概念的基础.。
自我小测1一个LC 振荡电路，当可变电容器的电容为C 时，发射的电磁波波长为λ1，当可变电容器的电容为C ′＝2C 时，发射的电磁波波长为λ2，则波长之比λ1λ2为( ) A ．1∶2 B ．2∶1C ．1∶ 2 D.2∶12(2009济宁模块测评)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信号，要收到电信号，应( )A ．增大调谐电路中线圈的匝数B ．减少调谐电路中线圈的匝数C ．将线圈中的铁芯取走D ．加大电源电压3如图甲所示为某一无线电波终端接收电路，图乙、丙、丁分别为电路中的电流随时间变化的图象，则下列说法正确的是( )A ．i 1是L 1中的电流图象B ．i 1是L 2中的电流图象C ．i 2是L 2中的电流图象D ．i 3是流过耳机的电流图象4在LC 振荡电路中，已知C ＝100 pF ，要发射波长为30 m 的电磁波，电感线圈的电感量为__________。
5一个LC 振荡电路，可变电容器的变化范围是4～9 pF ，线圈电感的变化范围是0.1～4 mH ，则它所发射的电磁波的频率变化范围是__________。
6收音机正在收听700 kHz 的电台播音，现需改收1 400 kHz 的电台，应调节调谐回路的可变电容器，使其电容量变为原来的__________。
7一个收音机的接收频率范围是535 kHz～1 605 kHz，调谐电路中可变电容器的动片完全旋进时的电容量为360 pF，则它完全旋出时的电容量为__________。
8“小灵通”是一种移动通讯工具，它环保、经济。
如图所示是随处可见的安装于某楼顶的“小灵通”发射接收信号的装置，其中AB、CD为绝缘支架。
AE、BG、CF、DM为四根等长的银白色的金属杆。
ON为普通金属杆且比AE长许多，并由较粗的金属线RP直接连接到楼顶边缘的钢筋上，则ON所起的是__________的作用；__________________是接收、发射电磁波的天线。
自主广场
我夯基我达标
1.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到某较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列办法中的（ )
A.增加调谐电路中线圈的匝数
B.加大电源电压
C.在线圈两端并联一个较小的电容器
D.减小电源电压
思路解析：由题中条件可知，要接收到较低频率的信号，则应使调谐电路的频率减小，由f=LC π21
和电容公式C=kd
S πε4可以知，加大调谐电路中的线圈匝数，可以增大L ，减小f ，故A 选项对，在线圈两端并联一个更小的电容，从而使C 更大，故f 减小，C 选项对，故A 、C 正确.
答案：AC
2.一台无线电接收机，当它接收频率为535 kHz 的信号时，调谐电路里电容器的电容是270 pF.如果调谐电路的线圈电感不变，要接收频率为1 605 kHz 的信号时，调谐电路里电容器的电容应改变为（ )
A.30 pF
B.90 pF
C.150 pF
D.710 pF
思路解析：根据调谐电路的频率公式f=LC π21
，在线圈的电感L 不变时，
1221C C f f =,则C 2=2122
21)1605535(=C f f ×270 pF=30 pF. 答案：A
3.发射无线电波的装置如图14-3-1所示，其中L 1相连的导体a 叫___________，导体b 叫做__________________，L 2的作用是
_______________.
图14-3-1
答案：天线 地线 将高频振荡电路产生的振荡电流耦合到L 2中，在开放的空间激发出无线电波向外发射
4.山西广播电台发射“中波”段某套节目的讯号、家用微波炉中的微波、VCD 机中的激光（可见光）、人体透视用的X 光，都是电磁波，它们的频率分别为f 1、f 2、f 3、f 4，则（ )
A.f 1> f 2> f 3>f 4
B.f 1< f 2< f 3< f 4
C.f 1< f 2< f 3> f 4
D.f 1>f 2< f 3< f 4
思路解析：电磁波范围很广，由于波长不同，特性不同，可按波长由大到小依次排序如下：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线.由此可知B 选项正确. 答案：B
5.(2006广东高考)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
于雷达和电磁波说法正确的是（ )
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
思路解析：电磁波在真空中的传播速度等于光速，由c=λf ，可求得波长范围，A 选项正确.恒定不变的电场或磁场不能产生变化的磁场与电场，从而形成电磁波，故B 选项错误.依据2s=c·t,我们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，C 选项正确.波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强，故D 选项正确.
答案：ACD
我综合我发展
6.某发射机中的LC 振荡电路的电容器电容为300 pF ，线圈的自感系数为0.3 mH ，由它产生的电磁振荡向空间发射的电磁波波长是多少？
思路解析：根据T=2πLC 可以求得T ，f=t 1，由于电磁波的波速c=3.0×108 m/s ，波长λ=f v 可求得： T=2πLC =2×3.14×12410300103--⨯⨯⨯s=1.88×10-6 s
λ=cT=3.0×108 m/s×1.88×10-6 s=564 m.
答案：564 m
7.无线电波的传播速度是c ，测出从发射无线电波到接收到反射回来的无线电波的时间t ，就可以确定障碍物距雷达的距离，在卫星追踪探测中，雷达发射的电磁波从发射到接收到的时间差为0.24 s ，那么此卫星距我们的距离为__________________m.
思路解析：根据s=vt,可以得
s=vt=3.0×108×21×0.24 m=3.6×107 m
由于电磁波从发射到接收它来回走过了两个s ，时间0.24 s 也是2s 的时间，所以在计算此题时要对时间乘以2
1. 答案：3.6×107
8.图14-3-2是接收无线电波的简易收音机电路图.已知L 和C ，当C 调至C 0时，
图14-3-2
（1）指出哪些元件组成了调谐电路，周期是多少？
（2）这时该电路能收到的无线电波波长λ是多少？
（3）元件D 、C 1起什么作用？
思路解析：（1）线圈和可变电容组成了LC 调谐电路.这时周期T=2π0LC .
（2）谐振时f 波=f 固，又c=λf ，故λ=c/f=cT=c×2π0LC =2πc 0LC .
（3）D 是检波元件，作用是从经过调制的高频振荡电流中取出调制信号.C 1的作用是让高频成分基本上从此通过，剩下音频电流通过耳机.
9.某电台发射的电磁波频率是72 MHz ，其波长是多少？如果某接收机的LC 调谐电路的线圈自感系数L=2.0×10-6 H ，要收到该电台的节目，调谐电路的电容应是多少？
思路解析：根据电磁振荡周期公式T=2πLC 和公式λ=c/f 可以得： λ=68
1072103⨯⨯=f c m≈4.17 m 根据f=LC
π21,f 2=LC 241π C=266222)
1072(10214.34141⨯⨯⨯⨯⨯=-Lf πF=2.45×10-12 F≈2.45 pF. 答案：4.17 m 2.45 pF
10.如图14-3-3所示是20世纪90年代初期，科学家发明的一种设立在太空的一个太阳能卫星电站，它可一天24 h 发电，且不受天气、昼夜、气候的影响，它用太阳能收集板收集到太阳能，再通过微波发射机将能量换成微波传送到地面接收站，地面接收站再把微波能还原成电能.卫星电站最佳位置是1 100 km 的赤道上空，太阳能收集板的硅片每片面积为4 cm 上标2，可提供电能50 MW ，巨大的收集板电池面积为5 000 km 上标2，其发电功率是多少？
图14-3-3
思路解析：P=0
S S ×50 MW=410500010⨯×50 MW=6.25×1014 MW. 答案：6.25×1014 MW。
