高中物理 第3章 電磁振蕩 電磁波 3 電磁波譜 電磁波的應用 4 無線電波的發(fā)射、傳播和接收教師用書 教科版選修3-4

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3．電磁波譜　電磁波的應用 4．無線電波的發(fā)射、傳播和接收 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道電磁波譜以及各組成部分． 2．知道無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的主要作用．(重點、難點) 3．知道什么樣的電磁振蕩電路有利于向外發(fā)射電磁波．(重點) 4．了解無線電波的調(diào)制和發(fā)射過程的簡單概念，了解調(diào)諧、解調(diào)及無線電波接收的基本原理．(難點) 電磁波譜、電磁波的應用 1．電磁波譜 (1)電磁波譜 按電磁波的波長大小的順序排列成的波譜． (2)構(gòu)成 電磁波譜包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等． 2．幾種電磁波的特點及應用 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 γ射線 頻率 由左向右，頻率變化為：由小到大 真空中波長 由左向右，波長變化為：由大到小 特性 波動性強 熱效應 感光性強 化學作用、熒光效應、殺菌 穿透力強 穿透力最強 用途 通訊、廣播、電視 紅外遙測、紅外攝像、紅外制導 照明、照相等 日光燈、殺菌、治療皮膚病等 檢查、探測、透視、治療 探測、治療 1．適當?shù)淖贤饩€照射有利于人的身體健康．(√) 2．醫(yī)學上用來做人體透視的是紅外線．() 1．為什么超遠程無線電利用無線電波中的長波波段，而雷達利用微波波段？ 【提示】　根據(jù)波的衍射特性，波長越長，越容易繞過障礙物，所以超遠程無線電利用長波波段．微波波長短，傳播時直線性好，雷達正是利用了微波直線傳播性好的特點． 2.紅外體溫計不用與人體接觸便可以迅速測量體溫，如圖331所示，你知道它的工作原理嗎？ 圖331 【提示】　根據(jù)體溫越高，輻射紅外線越強的原理． 1．對電磁波的理解 (1)電磁波是一種物質(zhì)，像電場、磁場一樣它是客觀存在的真實物質(zhì)，是一種物質(zhì)存在的另一種形式． (2)電磁波具有能量，以電磁場的形式存在的能量，也就是說電磁場的能量通過電磁波來傳播． (3)電磁波不需要其他介質(zhì)就能傳播． (4)電磁波能量與頻率有關，頻率越高，能量越大． (5)電磁波在真空中的傳播速度是c＝3.0108 m/s. (6)電磁波能傳遞信息． 2．各種電磁波共性與個性的比較 (1)共性 ①它們在本質(zhì)上都是電磁波，它們的行為服從相同的規(guī)律，各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義． ②都遵守公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度是c＝3.0108 m/s. ③它們的傳播都不需要介質(zhì)． ④它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性． (2)個性 ①不同電磁波的頻率或波長不同，表現(xiàn)出不同的特性，波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，波長越短穿透能力越強． ②同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中速度不同．不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越?。? ③應用范圍不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術，紫外線用于殺菌消毒．X射線應用于醫(yī)學上的X光照片．γ射線檢查金屬部件的缺陷． ④不同電磁波的產(chǎn)生機理不同．無線電波是由LC回路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的，紅外線、可見光和紫外線是由原子的外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，X射線是由原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，γ射線是由原子核受到激發(fā)產(chǎn)生的． 1．關于電磁波譜，下列說法中正確的是(　　) A．X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變 B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高 C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射 D．在電磁波譜中，更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線 E．紅外線容易穿透云霧煙塵 【解析】　X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，故A正確；γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長越大，波動性越強，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯；紅外線波長比可見光長，更容易發(fā)生衍射、易穿透云霧煙塵，E正確． 【答案】　ABE 2．某防空雷達發(fā)射的電磁波頻率為f＝3103 MHz，屏幕上尖形波顯示，從發(fā)射到接收經(jīng)歷時間Δt＝0.4 ms，那么被監(jiān)視的目標到雷達的距離為________ km.該雷達發(fā)出的電磁波的波長為________ m. 【解析】　s＝cΔt＝1.2105 m＝120 km，這是電磁波往返的路程，所以目標到雷達的距離為60 km.由c＝λf可得λ＝0.1 m. 【答案】　60　0.1 雷達偵察問題的解決方法 1．電磁波在空中的傳播速度可認為等于真空中的光速c，根據(jù)雷達熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時間間隔，可求得偵察距離． 2．根據(jù)發(fā)射無線電波的方向和仰角，確定被偵察物體的位置． 3．雷達的最大偵察距離應等于電磁波在雷達發(fā)射相鄰兩個脈沖的時間間隔內(nèi)傳播距離的一半． 無線電波的發(fā)射、傳播和接收 1．無線電波的發(fā)射 (1)有效發(fā)射無線電波的條件 ①振蕩電路產(chǎn)生的電場和磁場必須分布到廣大的開放空間中，即采用開放電路． ②要有足夠高的振蕩頻率，研究表明頻率越高，振蕩電路向外發(fā)射電磁波的本領越大． (2)調(diào)制 ①載波：用來“運載”信號的高頻等幅波． ②調(diào)制：把傳遞的信號“加”到載波上的過程． 常用的調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種． a．調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號而變． b．調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而變． 2．無線電波的傳播與接收 (1)地波：沿地球表面空間傳播的無線電波． (2)天波：依靠電離層的反射來傳播的無線電波． (3)直線傳播：沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波． (4)電磁波的接收 ①原理：電磁波在傳播過程中如果遇到導體，會使導體中產(chǎn)生感應電流．因此，空中的導體可以用來接收電磁波． ②電諧振與調(diào)諧 a．電諧振：當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的感應電流最強的現(xiàn)象．它與機械振動中的共振類似． b．調(diào)諧：使接收電路中產(chǎn)生電諧振的過程．通常說的選臺即為調(diào)諧過程．調(diào)諧的基本原理就是電諧振． 1．頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領越大．(√) 2．電視臺可以直接向外發(fā)射聲音信號．() 3．電視臺發(fā)射的電磁波都經(jīng)過了調(diào)制．(√) 1．怎樣才能形成開放電路？ 【提示】　在振蕩電路中，使電容器變成兩條長的直導線，一條深入高空成為天線，另一條接入地下成為地線，形成開放電路． 2．電視中的伴音信號是怎樣從電視臺發(fā)射出去的？ 【提示】　通過“調(diào)頻”的方法發(fā)射． 3．要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領，應該采取的措施是(　　) A．增加輻射波的波長 B．增加輻射波的頻率 C．使振蕩電容的正對面積足夠小 D．盡可能使電場和磁場分散開 E．減小回路中的電容和電感 【解析】　提高電磁波發(fā)射本領(功率)應增大f，電磁場應盡可能擴散到周圍空間，形成開放電路．f＝，C＝，要使f增大，應減小L或C，故正確答案為B、C、E. 【答案】　BCE 4．為了把需要傳遞的信號(圖像、聲音等)加載到電磁波上發(fā)射出去，必須對振蕩電流進行________．(填“調(diào)諧”“調(diào)制”或“解調(diào)”) 【解析】　信息(聲音或圖像等)轉(zhuǎn)化為電信號后，往往由于信號頻率低不能直接用來發(fā)射，需要把要傳遞的電信號“加載”到高頻電磁波上，這就是調(diào)制． 【答案】　調(diào)制 無線電波的發(fā)射及相關問題 1．無線電波的發(fā)射：由振蕩器(常用LC振蕩電路)產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào)制器將需要傳送的電信號調(diào)制到振蕩電流上，再耦合到一個開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射出去． 2．一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號，都采用調(diào)幅波；電臺的調(diào)頻廣播和電視中的伴音信號，都采用調(diào)頻波． 低頻信號類比成貨物，高頻波類比成運載工具，調(diào)制的過程類比成將貨物裝載到運載工具上．