2019-2020学年沪教版物理选修3-4同步配套学案：3.3 无线电通信 3.4 电磁波家族 Word版含答案

3．3无线电通信3．4电磁波家族1.了解无线电波的发射过程和振荡器、调制器的作用．(重点)2.了解不同波长的电磁波的传播方式．3.了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理．(重点)4.了解我们生活中的无线电通信．5.知道电磁波谱以及各组成部分，并且掌握不同电磁波的产生机理．6.知道红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的主要作用．(重点)一、无线电波的发射发射电磁波是为了传递信号，将需要传递的信号加载在电磁波上，使电磁波随信号而改变叫做调制，通常有两种方式，一种是使高频振荡的振幅随低频信号而改变叫做调幅，另一种是使高频振荡的频率随低频信号而改变叫做调频．1．振荡器的作用：产生等幅高频信号．2．调制器的作用：把低频信号加载到高频信号上去．二、无线电波的传播无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和直线传播．1．地波：是沿地球的表面空间传播的无线电波．在无线电技术中，通过采用地波的形式传播长波、中波和中短波．2．天波：是靠大气层中电离层之间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．直线传播：是像光束那样沿直线传播的无线电波，这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用直线传播作为传输途径．三、无线电波的接收1．电谐振现象：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，电磁波会使电路中产生最强的电流．与机械振动中的共振现象类似．2．调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要挑选出某一种特定的频率接收的过程．3．调谐电路：能够进行调谐的接收电路．4．检波：从高频载波中把低频信号“检”出来的过程，是调制的逆过程，也叫解调.四、无线电波在我们生活中微波通信、卫星通信和光纤通信为人类交流信息发挥着巨大的作用．随着激光器和光纤的发明，又实现了光纤通信．其特点是能量损耗小、抗干扰能力强．因特网就是利用光纤来交换信息．五、电磁波谱将各种电磁波按波长或频率的大小顺序排列起来，就构成了电磁波谱，通常人们按用途将电磁波谱划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线六个波段．六、电磁波家族成员的特性1．可见光：进入人眼能引起视觉的电磁波叫做可见光．若没有可见光，地球上的生物就难以生存，世界就不会丰富多彩．2．红外线：波长比可见光中的红光的波长长，不能引起人的视觉，是不可见光；所有物体都在不停地辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线越强，波长越短；红外线的主要作用是热效应．3．紫外线：波长比可见光中的紫光波长还短，不能引起人的视觉；主要作用：杀菌消毒．4．X射线(伦琴射线)：波长比紫外线的波长还短，高速电子流射到任何固体上都能产生X射线；作用是用于检查人体内部器官，金属探伤．5．γ射线：是比X射线波长更短的电磁波，它的穿透能力强，能穿过几厘米厚的铅板或3 m厚的混凝土.对调幅、调频、调谐、解调的理解1．无线电波的发射和接收过程2．“调幅”和“调频”都是调制过程(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波．(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波．3．解调是调制的逆过程声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去．将声音、图像信号加载到高频电磁波中的过程就是调制．而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调．4．正确理解调谐的作用世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清．因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台．在无线电技术中利用电谐振达到目的．(多选)下列说法正确的是()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[思路点拨] 解此题应把握两点：(1)电谐振的原理．(2)电磁波的接收过程．[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.[答案]AD(1)电谐振就是电磁振荡中的“共振”．(2)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．1.实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的()解析：选B.振荡器产生高频等幅振荡，话筒里面有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化．当我们对着话筒说话时，空气对它的压力随着声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随声音信号的变化而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化，这就是调制．它不但影响了正半周，也影响了负半周，故选B.电磁波谱及其特性1．电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱．2．电磁波的排列：电磁波是个很大的家族，按波长由长到短包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．3．电磁波的特性及应用电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线波长依次减小频率依次增大主要特性波长较长，易发生衍射所有物体都发射红外线，物体温度越高，辐射越强引起视觉具有较高的能量，能使许多物体发出荧光对生命物质有较强的作用，穿透能力较强具有很高的能量，穿透能力很强主要应用通信、广播及其他信号传输夜视仪器、红外摄影、红外遥感灭菌消毒、促进钙的吸收、仿伪措施检查人体内部器官、检查金属零件内部的缺陷、安全检查治疗某些癌症、探测金属部件内部的缺陷说明波长较长的无线电波和红外线，很容易发生干涉、衍射现象，波长较短的紫外线、X射线、γ射线不容易观察到它们的干涉、衍射现象下列有关电磁波的特性和应用，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γ射线，最容易发生衍射现象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，医学上常用于透视人体，红外线不能，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射，C错误；紫外线和X射线都可以使感光底片感光，D正确.[答案] D电磁波谱看似简单，但里面“玄机”无限.不但要掌握不同电磁波按波长（频率）的排列顺序、特性及应用，还应掌握部分电磁波的波长（频率）界线，如无线电波、红外线、紫外线等.还应了解有些电磁波间没有明显界线而重叠，如紫外线与X射线、X射线与γ射线间，同时还应知道一些电磁波的别名，如X射线也称作伦琴射线.2.（多选）关于电磁波谱，下列说法中正确的是（）A.电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B.红外线、紫外线、可见光是原子的外层电子受激发后产生的C.伦琴射线和γ射线是原子的内层电子受激发后产生的D.红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线解析：选AB.波长越长，波动性越显著，干涉、衍射现象越易发生；从电磁波产生的机理可知，γ射线是原子核受激发后产生的；不论物体温度高低都能辐射红外线，物体的温度越高，它辐射的红外线越强，故正确答案为A、B.无线电波的三种传播方式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，绕过障碍物的本领很差.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天波.我们知道，地球被厚厚的大气包围着.地表50千米到几百千米范围内的大气，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现出不同的特性：对于波长短于10 m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.微波要远距离传播必须在地面上建立中继站.（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v＝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v ＝λf，可判断出波长改变，选项D错误.[答案]BC[随堂检测]1.下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是（）A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快C.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的讯号传递过去解析：选A.调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错.2.下列关于电磁波的特性和应用，说法正确的是（）A.红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用来检查金属内部的缺陷B.在医院常用X射线对病房和手术室进行消毒C.电磁波中频率最大的是γ射线，最不容易用来观察衍射现象D.紫外线和X射线都可以用来检查人体内部的器官解析：选C.X射线有较强的穿透能力，可用来检查金属零件内部的缺陷，红外线不具有此特点，A错误；医院中常用紫外线对病房和手术室进行消毒杀菌，B错误；频率越大，衍射现象越不明显，C正确；紫外线不能用来检查人体内部的器官，D错误.3.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.增大电容器极板间的距离C.增大自感线圈的匝数D.提高供电电压解析：选B.根据题意，为了增大电台辐射能力，必须采用开放电路，提高电磁波的频率，由f＝12πLC 可知，必须使电容C或电感L减小，再根据C∝εSd可知，当增大电容器极板间的距离时，C减小，电磁波的频率f可增大，所以B选项正确.而增大电容器极板的正对面积时，电容C增大，不能实现增大电磁波的频率，A选项错误.又因为电感L与线圈的匝数、面积大小、线圈的长短以及线圈中有无铁芯等因素有关，而增大自感线圈的匝数时，电感L增大，所以C选项错误.由f＝12πLC可知，电磁波的频率与电压无关，D选项错误.4.用一台简易收音机收听某一电台的广播，必须经过的两个过程是（）A.调制和解调B.调谐和检波C.检波和解调D.调频和调幅解析：选B.要想用收音机收听某一电台的广播，需要先通过调谐把所需要的电磁波选择出来，再通过解调（检波）把声音信号从高频电流中还原出来，故选项B正确.[课时作业]一、单项选择题1.下列各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是（）A.γ射线、红外线、紫外线、可见光B.红外线、可见光、紫外线、γ射线C.可见光、红外线、紫外线、γ射线D.紫外线、可见光、红外线、γ射线解析：选B.在电磁波谱中，电磁波的波长从长到短排列顺序依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，由此可判定B正确.2.电视机换台时，实际上是在改变（）A.电视台的发射频率B.电视机的接收频率C.电视台发射的电磁波的波速D.电视机接收的电磁波的波速解析：选B.电视台的发射频率、电磁波的波速等都是电视机所无法改变的，所能改变的只有自身的接收频率.不同的电台会有不同的使用频率，要使自己的电视机与电台的频率一致才能收到电视信号.3.为了使需要传送的信息（如声音、图像等）加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行（）A.调谐B.放大C.调制D.检波解析：选C.声音、图像信号的频率很低，不能直接发射出去，只有高频电磁波才能向外发射，所以要用高频带着低频向外发射，而把低频信号加到高频电磁波上去的过程叫调制，故选C.4.声波和电磁波均可传递信息，且都具有波的共同特征.下列说法正确的是（）A.声波的传播速度小于电磁波的传播速度B.声波和电磁波都能引起鼓膜振动C.电磁波都能被人看见，声波都能被人听见D.二胡演奏发出的是声波，而电子琴演奏发出的是电磁波解析：选A.声波属于机械波，其传播需要介质，传播速度小于电磁波的传播速度；鼓膜的振动是空气的振动带动的；电磁波的传播不需要介质，人耳听不到电磁波；二胡和电子琴发出的都是声波，所以只有选项A正确.5.近年来，无线光通信技术（不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段）在局域网、移动通信等多方面显示出巨大的应用前景.关于红外线和光通信，以下说法中正确的是（）①光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程②光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输③红外线的频率比可见光的频率高④红外线比可见光传播速度大A.①②B.③④C.①③D.②④解析：选A.无线光通信技术是光信号在空气中直接传输各种信息.光纤通信中的光信号是在光纤中传输.不论哪种方式，传输的都是文字、数据、图像等信息.而红外线的频率由电磁波谱可知比可见光的频率低，红外线与可见光在真空中传播速度相同.二、多项选择题6.下列关于电磁波谱各成员的说法正确的是（）A.最容易发生衍射现象的是无线电波B.紫外线有明显的热效应C.X射线穿透能力较强，所以可用来做检查工件D.晴朗的天空看起来是蓝色是光散射的结果解析：选ACD.波长越长越易衍射，故A正确；有明显热效应的是红外线，故B错误；X射线因其穿透能力强常用于人体拍片和检查金属零件缺陷，故C正确；天空的蓝色是由于波长较短的光易被散射，故D正确.7.对红外线的作用及来源正确的叙述有（）A.一切物体都在不停地辐射红外线B.红外线有很强的荧光效应C.红外线最显著的作用是热作用D.红外线容易穿过云雾、烟尘解析：选ACD.一切物体都在不停地辐射红外线，且热物体比冷物体的红外线辐射本领大，A正确.荧光效应是紫外线的特性，红外线没有，红外线的显著的作用是热作用，B错误，C正确.红外线波长较长，衍射能力比较强，D正确.8.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（）A.增大调谐电路中线圈的匝数B.加大电源电压C.减小调谐电路中线圈的匝数D.将线圈中的铁芯取走解析：选CD.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f＝1可知，在C2πLC无法再调节的前提下，可减小电感L，即可通过C、D的操作升高f.9.电视机在室内接收电视台向空中发射的电磁信号时，下列判断正确的是（）A.当电视机在离电视发射塔较近时，用室内天线也可以接收到信号，这是电磁波的衍射现象B.用室内天线接收时，电视机安放在室内不同位置，接收效果不同，这是电磁波在室内反射后产生的干涉现象C.离电视发射塔较远处要用架设室外天线的方法接收信号，这是由于发送电视信号用的是微波，波长短，基本上是直线传播D.有线电视的信号也是通过电磁波传送的解析：选ABC.电磁波绕过障碍物进入室内被电视机天线接收，这是电磁波的衍射现象；室内不同位置由于电磁波在墙壁和其他器物表面反射，然后叠加，形成有的地方加强，有的地方减弱的现象是波的干涉现象；电视信号用微波传送，微波波长短，基本上是沿直线传播，在离发射塔较远处，由于微波不能直接传送到电视机天线，就要架设室外天线来接收信号；故A、B、C选项正确.10.许多光学现象在科学技术上得到了应用，下列对一些应用的解释，正确的是（）A.紫外验钞机是利用紫外线的化学作用B.X光透视利用的是光的干涉现象C.工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强的穿透能力D.红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象解析：选CD.紫外验钞机是利用紫外线照射印刷在钞票上的荧光文字，发出可见光，使这些文字能被肉眼看到，利用了紫外线的荧光效应，A项错误；X射线具有极强的穿透能力，在医学上用它来透视人体，检查病变和骨折情况，B项错误；γ射线具有较强的穿透能力，工业上的金属探伤就是利用的这个原理，C项正确；一切物体都在不停地辐射红外线，红外遥感技术就是利用的这个原理，D项正确.三、非选择题11.图中A为某火箭发射场，B为山区，C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.已知传播无线电广播所用的电磁波波长为550 m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，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__________________________________________________________________________________.解析：从题中知，传播无线电广播所用电磁波波长为550 m，根据波发生明显衍射现象的条件知，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C区，因而不需要转发装置.电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，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C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发.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12.有波长分别为290 m、397 m、566 m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756 kHz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290 m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？解析：（1）根据公式f＝cλ，得f1＝cλ1＝3.0×108290Hz≈1 034 kHz.f2＝cλ2＝3.0×108397Hz≈756 kHz.f3＝cλ3＝3.0×108566Hz≈530 kHz.所以波长为397 m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290 m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以减小电容.答案：（1）波长为397 m的无线电波（2）旋出一些。