1、3 电磁波的发射和接收电磁波的发射和接收 4 电磁波与信息化社会电磁波与信息化社会 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道有效地发射电磁波的两个条件.2.了解调制、调幅、调频、解调、电谐振在 电磁波发射、接收过程中的作用 科学态度与责任：了解电磁波的应用和其在科技、经济、社会发展中的作用 一、电磁波的发射 1. 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： (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实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线；线圈的另一 端与高高地架在空中的
2、天线相连 3电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术 调制包括 (1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法 (2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法 二、电磁波的接收 1 接收原理： 电磁波在传播时遇到导体， 会使导体中产生感应电流， 导体可用来接收电磁波， 这个导体就是接收天线 2电谐振：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，相当于机械振动中的共振 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程 (2)解调：把声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程调幅波的解调也叫检波 三、电磁波与信息
3、化社会 1电磁波的传输：电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输电磁波的 频率越高，相同时间内传递的信息量越大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 2电磁波的应用实例 (1)电视：摄像管摄取景物的图象并将其转换为电信号用信号电流调制高频电流，通过天线 把带有信号的电磁波发射出去电视接收机收到高频信号以后，经调谐、解调，将得到的图 象信号送到显像管伴音信号经解调后送到扬声器 (2)雷达：利用无线电波来测定物体位置的无线电设备 工作原理：利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性工作 (3)移动电话：每一部移动电话既是一个无线电台，将用户的声音转变为高频电信号发射到空
4、中；又相当于一台收音机，接收信息 (4)因特网 判断下列说法的正误 (1)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去( ) (2)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( ) (3)解调就是使声音或图象信号从高频电流中还原出来( ) (4)雷达是通过接收障碍物发出的电磁波来确定物体位置的( ) 一、电磁波的发射 将两根铝管固定在感应圈的两极上， 另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上， 如图所示 (1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，你看到了什么现象？为什 么？ (2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后，把手柄靠近感应圈有什么现象？为什么？
5、答案 (1)微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波(2)没有装铝管时， 微安表头指针不偏转， 说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波 因为发射电磁波要有天线 (1)要想有效地发射电磁波，应增大电磁波的频率，且使电磁场分布到尽可能大的空间，实际 应用中常用地线和天线形成敞开的电容器，和线圈组成高频振荡电路 (2)为发射有用信号，需对电磁波进行调制，把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上， 使电磁波随各种信号而改变其中使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变的调制方法叫做 调幅(AM)；使高频振荡电流的频率随调制信号而改变的调制方法叫做调频(FM) 例 1 为了增大无线电台向空间发射无
6、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增大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提高供电电压 答案 B 解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力， 必须提高其振荡频率， 即减小 L 或减小 C， 要减小 L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法；要减小 C，可采用增大板间距、减小 极板正对面积、减小介电常数的办法，故 B 正确 二、电磁波的接收 按图甲，用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电 路如图乙所示，发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约 12 厘米，氖泡两端分别接莱 顿瓶的内壁和外壁金属箔感
7、应圈高压加在铜球和莱顿瓶上，使铜球间发生火花放电调节 接收框上的可移动的竖直金属滑动杆，使它从最右端慢慢向左移动，观察接收框上的氖泡发 光有什么变化？并说明产生这种变化的原因 答案 滑动杆向左滑动的过程中，氖泡先变亮后变暗，当矩形接收框与发射框的大小差不多 时氖泡最亮当两框大小相等时，两框的自感系数近似相等，与莱顿瓶组成的 LC 振荡电路 的固有频率近似相同，发射电路与接收电路发生电谐振，接收框接收到的信号最强，所以氖 泡最亮 (1)调谐实际上就是从众多电磁波中选出我们所需要的电磁波的过程，解调就是把有用信号从 高频电流中还原出来的过程 (2)无线电波的发射和接收过程如图 1 所示： 图 1
8、例 2 电台将播音员的声音转换成如图 2 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( ) 图 2 A调频 B调谐 C调幅 D解调 答案 C 解析 使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即 通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变电磁波的频率来实现信 号加载由题意可知高频载波的振幅随电信号改变，故为调幅，故选 C. 例 3 在如图 3 所示的电路中，C1200 pF，L140 H，L2160 H，怎样才能使回路 2 与 回路 1 发生电谐振？发生电谐振的频率是多少？ 图 3
9、答案 改变可变电容器 C2的电容，使得 C2为 50 pF 1.78 MHz 解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同 为使回路发生电谐振， 可以改变可变电容器 C2， 使 f2f1， 即 1 2 L2C2 1 2 L1C1 C2L1C1 L2 40200 160 pF50 pF. 发生电谐振时的频率 f1 1 2 L1C11.7810 6 Hz1.78 MHz. 对概念的理解： (1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆过程 (2)电谐振相当于机械振动中的“共振” (3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程 三、 电磁波与信息化社会 无线电视、雷达和手机都是
10、通过电磁波传递信息的，请你从它们自身是否是发射端或接收端 进行比较，它们有什么不同？ 答案 无线电视仅仅是接收端，它接收来自电视台的无线电信号；雷达自身发射信号，遇到 障碍物反射回来，通过接收反射波来确定物体的位置，因此雷达既是发射端又是接收端手 机接收来自基站的信号，同时它又向基站发射信号，它既是接收端也是发射端 雷达侦察问题的解决方法 (1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速 c，由波速、波长和频率三者间的关系 可求得频率 (2)根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必 须在下一个发射波发出前到达雷达接收器 (3)雷达的最大侦察距离应等于电磁
11、波在雷达发射相邻两个脉冲的间隔时间内传播距离的一 半 例 4 (多选)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到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 答案 ACD 解析 由公式 vf 可得， min v fmax 3108 1 000106 m0.3 m， max v fmin 3108 200106 m1.5 m， A 正确；电磁波是
12、由周期性变化的电场或磁场产生的，B 错误；由雷达的工作原理可知，C 正确；波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D 正确 学科素养 例 4 考查了雷达的相关知识，在题目中，串联了相关物理概念和规律，锻炼了 从物理学视角对客观事物的内在规律及相互联系认识的能力，体现了“物理观念”与“科学 思维”的学科素养. 1(电磁波的发射)(多选)关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是( ) A必须对信号进行调制 B必须使信号产生电谐振 C必须把传输信号加到高频电流上 D必须使用开放回路 答案 ACD 解析 电磁波的发射过程中， 一定要对低频输入信号进行调制， 把传输信号加到高频电流上， 为了有效
13、地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D 正确而产生电谐振是在接收过 程，B 错误 2(电磁波的接收)一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在 磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少 的线圈，由此可以判断( ) A匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 B匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 C匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 D匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 答案 A 解析 根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小，可排除
14、B、D 选项；根据 T2 LC，电感越大，回路固有频率越小，可排除 C 选项；根据 cf，频率越小，波长越 长，可知 A 选项是正确的 3(电磁波与信息化社会)(多选)雷达是利用无线电波来探测目标方向和距离的一种装置，雷 达的天线犹如喊话筒， 能使电脉冲的能量集中向某一方向发射； 接收机的作用则与人耳相仿， 用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波测速雷达主要是利用多普勒效应，可由回波的频 率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度以下说法正确的是( ) A雷达发射的是不连续的电磁波 B雷达用的是微波波段的无线电波 C目标离雷达天线而去时，反射信号频率将高于发射信号频率 D目标向雷达天线靠近时，反射信
15、号频率将高于发射信号频率 答案 ABD 解析 雷达发射的是不连续的电磁波，采用微波进行发射根据多普勒效应，当目标离雷达 天线而去时反射信号频率低于发射信号频率，当目标向雷达天线靠近时反射信号频率高于发 射信号频率，故选项 A、B、D 对，选项 C 错 4(电磁波与信息化社会)(多选)2016 年底以来，共享单车风靡全国各大城市，如图 4 所示， 单车的车锁内集成了嵌入式芯片、 GPS 模块和 SIM 卡等， 便于监控单车在路上的具体位置 用 户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码，即可自动开锁，骑行时手机 APP 上能实时 了解单车的位置；骑行结束关锁后 APP 就显示计时、计价、里程
16、等信息此外，单车能够在 骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电根据以上信息，下列说 法正确的是( ) 图 4 A单车和手机之间是利用声波传递信息的 B单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位确定的 C单车是利用电磁感应原理实现充电的 D由手机 APP 上的显示信息，可求出骑行的平均速度 答案 BC 解析 单车和手机之间没有电路连接，是利用电磁波传递信息的，A 错误；单车某个时刻的 准确位置信息是借助通信卫星定位确定的，B 正确；单车在运动过程中通过电磁感应将机械 能转化为电能，从而实现充电，C 正确；手机 APP 上的里程表示路程，而平均速度为位移与 时间的比值，只知道路程不知道位移，无法求出骑行的平均速度，D 错误.
