1、第第 2 2 节节 电磁波的发射、传播和接收电磁波的发射、传播和接收 第第 3 3 节节 电磁波谱电磁波谱 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责 任 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、调 谐、解调、电谐振在电磁波发 射、接收过程中的作用。 3.能说出电磁波谱的组成，知 道光是电磁波。 能分析电磁 波产生、传 播和接收等 问题。 能通过实验收 集关于电磁波 如何发射与接 收的信息。 了解电磁波的 应用和在科 技、经济、社 会发展中的作 用。 知识点一 电磁波的发射、传播和接收 观图助学 拨打手机、收听广播以及汽车的 GPS 定位都需要电磁波信
2、号，可以说小到生产 生活，大到宇宙探索，我们都离不了电磁波，那我们知道电磁波是如何发射、传 播和接收的吗？ 1电磁波的发射 (1)为了有效地发射电磁波，振蒎电路必须满足两个条件： 振荡频率足够高； 电场、磁场尽可能分布到较大的空间。 (2)开放电路：电容器变成两条长的直导线，一条深入高空成为天线，另一条接 入地下成为地线，形成开放电路。 (3)电磁波的调制：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制。 调幅：使电磁波的振幅随信号改变，频率始终保持不变。 调频：使电磁波的频率随信号而改变。 2电磁波的传播 (1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波，适用于长波、中波和中短波。短波 和微波不宜采用
3、地波的形式传播。 (2)天波：靠大气中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式 传播。 (3)空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波，适合于超短波和微波通信。卫 星中继通信、卫星电视转播等主要以空间波为传播途径。 3电磁波的接收 (1)电谐振现象：电磁波的发射电路与接收电路的振荡频率相同，电磁波使接收 电路中产生最强的电流的现象。 (2)调谐：在各种频率的电磁波中选择某一种特定频率的电磁波接收，选择的过 程称为调谐。调谐的基本原理是电谐振。 (3)调谐电路：能够进行调谐的接收电路。 调谐电路有很多种，其中一种是 LC 调谐电路。它的主要部分由电感线圈 L 和可 变电容器 C 组成。
4、改变电容器接入电路的电容，使 LC 回路的固有频率与要接收 的电磁波的频率相等，就可接收所需要的电磁波了。 思考判断 (1)调制的两种方法是调谐和调频。() (2)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。() (3)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。() 知识点二 电磁波谱 观图助学 如图所示，人们根据电磁波的波长(或频率)将电磁波进行了分类，电磁波的波长 不同，其特点也不同，如医院常用紫光灯进行杀菌消毒，用 X 射线进行胸透， 你知道这是利用了它们的什么特点吗？ 1电磁波谱 (1)定义：电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线等
5、， 把这些电磁波按波长或频率排列起来，就构成了电磁波谱。 (2)电磁波谱中的各种波有一定的波长范围，它们都具有反射、折射、衍射和干 涉的特性；它们在真空中的传播速度均等于光速。 2不同波段电磁波的应用 (1)无线电波的应用 长波：主要用于调幅广播及航海导航。 中波：主要用于调幅广播及通信。 短波：主要用于远距离短波通信及调幅广播。 微波：主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微 波对食物加热。 (2)红外线和紫外线的应用 红外线：具有明显的热效应。利用红外线的这种热效应，制成了红外线烤箱、 红外线炉等；利用红外线还可制成摄影仪、遥感器等。 紫外线：紫外线能使很多物质发出荧
6、光，很容易让底片感光。当适量的紫外线 照射人体时，能促使人体合成维生素 D，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会对 人体造成伤害，应注意防护。紫外线还具有杀菌作用，医院里常常利用紫外线进 行消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪。 (3)X 射线和 射线的应用 X 射线穿透力较强，在医学中常用 X 光照片辅助进行疾病诊断。 射线能量较高，穿透能力很强，对生物的破坏力很大，医学上常用 射线杀 死癌细胞。 思考判断 (1)紫外线有明显的热效应。() (2)X 射线是电磁波，它由速度较高的电子构成。() (3)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。() 电磁波的频率越高，能量越大。 短波和微波的波长过短
7、，绕过障碍物的能力差，所以不宜采用地波的形式传播。 进行调谐时，改变电容器接入电路的电容，使 LC 回路的固有频率与要接收的电 磁波的频率相等。 电磁波中由无线电波、 红外线到 射线， 电磁波的频率逐渐变大， 波长逐渐变小。 雷达 红外测温仪 核心要点 电磁波的发射、传播和接收 问题探究 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
8、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，两框的自感系数接近相等，与莱顿 瓶组成的 LC 振荡电路的固有频率接近相同，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。 探究归纳 1无线电波的发射、传播和接收过程 2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)电谐振就是电磁振荡中的“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。 3电磁波的传播特性 传播形式 适合的波
9、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 经典示例 例 1 (多选)为了增大无线电台向空间辐射无线电波的能力， 对 LC 振荡电路的结 构可采取下列哪些措施( ) 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采取开放电路 解析 要增大无线电台向空间辐射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由 f 1 2 LC知，可减小 L 和 C 以提高 f。要减小 L 可采取减少线圈匝数，向外抽或抽 出铁芯的办法，要减小 C 可采取增大极板
10、间距，减小极板正对面积，减小介电 常数的办法，故选项 B 正确，A、C 错误；开放电路向外辐射能量的能力强，故 D 正确。 答案 BD 针对训练 1 (多选)关于无线电波的发射过程，下列说法中正确的是( ) 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 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， 用开放回路发射； 为了有效地向外发射电磁波，必须把传输信号加到高频电流上，选项 A、C、D 正确；而产生电谐振的过程是在接收电路，选项 B 错误。 答案 ACD 核心要点 各种电磁波的特点及应用 要点归纳 电磁波谱 无线电波 红外线
11、可见光 紫外线 X 射线 射线 频率(Hz) 由左向右，频率变化由小到大 真空中波长 由左向右，波长变化由长到短 特性 波动性强 热作用强 感光 性强 化学作用， 荧光效应 穿透力强 穿透力 最强 用途 通讯、广 播、导航 加热、 遥测、 遥感、红外 摄像、红外 制导 照明、 照相等 日光灯、杀 菌消毒、治 疗皮肤病等 检查、探 测、透视、 治疗 探测、 治疗 经典示例 例 2 在电磁波谱大家族中，可见光谱的红光外侧是红外线，它不能引起人的视 觉，是不可见光，下面关于红外线的说法正确的是( ) A红外烤箱中的红光就是红外线 B可见光比红外线更容易发生衍射 C高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红
12、外线 D红外线比可见光更容易引起固体物质分子共振 解析 红外线是看不见的，所以烤箱中的红光不是红外线，故 A 项错误；红外 线比可见光的波长长，更容易发生衍射，B 项错误；一切物体(包括高温物体和 低温物体)都在辐射红外线，只是物体温度越高，它辐射的红外线就越强，C 项 错误； 红外线的频率比可见光更接近固体物质分子的频率，也就更容易使分子发 生共振，因而红外线热作用显著，故 D 项正确。 答案 D 针对训练 2 (多选)关于紫外线的作用和性质，下列说法正确的是( ) A一切物体都在不停地辐射紫外线 B紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜 C紫外线具有较强的穿透能力，可以
13、穿透人的皮肤，破坏内脏器官 D紫外线具有荧光作用 解析 并不是一切物体都不停地辐射紫外线，所以 A 错误；紫外线穿透能力较 强， 可以穿透细胞膜， 具有杀菌消毒作用， 但并不能穿透人的皮肤破坏内脏器官， 所以 B 正确，C 错误；紫外线能使很多物质发出荧光，具有荧光作用，所以 D 正确。 答案 BD 1(电磁波的发射)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( ) 调谐电路 调制电路 高频振荡电路 开放振荡电路 A B C D 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
14、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。综上所述，B 正确。 答案 B 2(电磁波的传播)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( ) A电磁波频率越高，越易沿地面传播 B电磁波频率越高，越易发生衍射现象 C电磁波在各种介质中传播时波长恒定 D只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍除两极外的世界 各地 解析 电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，且地波在 传播过程中的能量损失随频率的增高而增大，A 错误；随着电磁波频率的增大， 其传播形式跟光相似，越不易发生衍射现象，B 错误；电磁波在各种介质中传播 时，频率不变，
15、但传播速度不同，波长不同，C 错误；由于同步通讯卫星相对于 地面静止在赤道上空 36 000 km 高的地方，用它来作微波中继站，只要有三颗这 样的卫星，就可以把微波信号传遍两极外的世界各地，D 正确。 答案 D 3(电磁波谱)在电磁波谱中，红外线、可见光和 X 射线三个波段的频率大小关 系是( ) A红外线的频率最大，可见光的频率最小 BX 射线频率最大，红外线的频率最小 C可见光的频率最大，红外线的频率最小 DX 射线频率最大，可见光的频率最小 解析 在三波段中，红外线波长最长，X 射线最短，由 cf 知，红外线频率最 小，X 射线频率最大，B 正确。 答案 B 4(电磁波的应用)关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( ) A红外线和 X 射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C电磁波中频率最大的为 射线，最容易用它来观察衍射现象 D紫外线和 X 射线都可以使感光底片感光 解析 X 射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，选项 A 错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项 B 错误；电磁波中频率最大的 为 射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项 C 错误；紫外线和 X 射 线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，选项 D 正确。 答案 D
