2018-2019版高中物理 第三章 電磁振蕩 電磁波 3 電磁波譜 電磁波的應(yīng)用 4 無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收學(xué)案 教科版選修3-4.doc

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3　電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 4　無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解電磁波各波段的特性和主要作用.2.了解電磁波的應(yīng)用和在科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的作用.3.了解有效地發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件.4.了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)諧、電諧振在電磁波發(fā)射、接收過程中的作用. 一、電磁波譜　電磁波的應(yīng)用 1.電磁波譜：按電磁波的波長(zhǎng)(或頻率)大小的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜. 2.電磁波譜按頻率由小到大的順序排列為：無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線. 3.不同電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用 (1)無(wú)線電波：波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米的電磁波，主要用于通信、廣播及其他信號(hào)傳播. (2)紅外線 ①波長(zhǎng)位于微波和可見光之間的電磁波.波長(zhǎng)范圍在760～106nm. ②應(yīng)用：遙控、加熱、紅外線遙感. (3)紫外線 ①波長(zhǎng)范圍為60～400nm，不能直接引起視覺. ②應(yīng)用：滅菌消毒、防偽、有助于人體合成維生素D. (4)X射線 ①波長(zhǎng)比紫外線還短的電磁波. ②特點(diǎn)：穿透能力很強(qiáng). ③應(yīng)用：可用于檢查工件內(nèi)部、透視人體. (5)γ射線 ①比X射線波長(zhǎng)更短的電磁波，波長(zhǎng)范圍為10－7～10－2nm. ②特點(diǎn)：穿透能力比X射線更強(qiáng). ③應(yīng)用：工業(yè)上進(jìn)行探傷；醫(yī)學(xué)上用來(lái)治療某些疾病. 二、無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收 1.無(wú)線電波的發(fā)射 (1)要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有如下特點(diǎn)： 第一，振蕩電路產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分布到廣大的開放空間中，才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出去. 第二，要有足夠高的振蕩頻率. (2)載波：用來(lái)“運(yùn)載”信號(hào)的高頻等幅波. (3)調(diào)制：把傳遞的信號(hào)“加”到載波上的過程. 分類 2.無(wú)線電波的傳播 (1)地波：沿地球表面空間傳播的無(wú)線電波. 適用于能夠繞過地面障礙物的長(zhǎng)波、中波和中短波. 短波和微波不宜用地波傳播. (2)天波：依靠電離層的反射來(lái)傳播的無(wú)線電波. 適用于不易吸收和穿過電離層而易被電離層反射的短波. 實(shí)驗(yàn)證明：微波易穿過電離層進(jìn)入太空，長(zhǎng)波易被電離層吸收. (3)直線傳播：沿直線傳播的電磁波，叫做空間波或視波.適用于微波. 3.無(wú)線電波的接收 (1)接收原理 電磁波在傳播過程中如果遇到導(dǎo)體，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流.因此空中的導(dǎo)體可以用來(lái)接收電磁波. (2)電磁諧振(電諧振) 當(dāng)振蕩電路的固有頻率跟傳播來(lái)的電磁波的頻率相等時(shí)，電路中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng). (3)調(diào)諧 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程. 調(diào)諧電路：能夠調(diào)諧的接收電路. [即學(xué)即用]　判斷下列說法的正誤. (1)各種電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉和衍射現(xiàn)象的是γ射線.(　　) (2)X射線的穿透本領(lǐng)比γ射線更強(qiáng).(　　) (3)低溫物體不能輻射紅外線.(　　) (4)調(diào)制就是將低頻信號(hào)變成高頻信號(hào)，再放大后直接發(fā)射出去.(　　) (5)當(dāng)處于電諧振時(shí)，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流.(　　) 一、電磁波譜及電磁波的應(yīng)用 [導(dǎo)學(xué)探究]　電磁波在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用相當(dāng)廣泛，請(qǐng)你列舉出下列電磁波的應(yīng)用實(shí)例：無(wú)線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線. 答案　無(wú)線電波：收音機(jī)；微波：電視機(jī)；紅外線：電烤箱；可見光：人可看到的五彩繽紛的世界；紫外線：紫外線消毒燈；X射線：X光透視機(jī)；γ射線：γ射線探傷. [知識(shí)深化]　不同電磁波的特性及應(yīng)用 電磁 波譜 無(wú)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 的波長(zhǎng) 由左向右，波長(zhǎng)變化為由長(zhǎng)到短 特性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱效應(yīng)強(qiáng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用、熒光效應(yīng)強(qiáng) 穿透力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通信、廣播、天體物理研究 遙控、遙測(cè)、加熱、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 日光燈、殺菌、防偽、治療皮膚病等 檢查、探測(cè)、透視、治療 探測(cè)、治療 例1　(多選)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是(　　) A.波長(zhǎng)不同的電磁波在本質(zhì)上完全相同 B.電磁波的波長(zhǎng)若差異太大則會(huì)出現(xiàn)本質(zhì)不同的現(xiàn)象 C.電磁波譜的頻帶很寬 D.電磁波的波長(zhǎng)很短，所以電磁波的頻帶很窄 答案　AC 解析　電磁波譜中的電磁波在本質(zhì)上是完全相同的，只是波長(zhǎng)或頻率不同而已.其中最長(zhǎng)波長(zhǎng)是最短波長(zhǎng)的1021倍以上. 例2　下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運(yùn)用的物理現(xiàn)象，請(qǐng)將相應(yīng)的字母填寫在運(yùn)用這種現(xiàn)象的醫(yī)療器械后面的空格上. (1)X光機(jī)，. (2)紫外線燈，. (3)理療醫(yī)用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好.這里的“神燈”是利用. A.光的全反射 B.紫外線具有很強(qiáng)的熒光作用 C.紫外線具有殺菌消毒作用 D.X射線有很強(qiáng)的貫穿力 E.紅外線具有顯著的熱效應(yīng) F.紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，易發(fā)生衍射 答案　(1)D　(2)C　(3)E 解析　(1)X光機(jī)是用來(lái)透視人體內(nèi)部器官的，因此需要具有較強(qiáng)穿透力的電磁波，但又不能對(duì)人體造成太大的傷害，因此采用了穿透能力比較強(qiáng)又不會(huì)給人體造成太大的傷害的X射線，故選擇D. (2)紫外線燈主要是用來(lái)殺菌的，因此它應(yīng)用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用，故選擇C. (3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進(jìn)局部血液循環(huán)，它利用的是紅外線的熱效應(yīng)，使人體局部受熱，血液循環(huán)加快，故選擇E. 二、無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收 [導(dǎo)學(xué)探究] 1.將兩根鋁管固定在感應(yīng)圈的兩極上，另兩根鋁管接微安表頭并固定在絕緣手柄上，如圖1所示. 圖1 (1)接通感應(yīng)圈電源，把手柄上兩鋁管平行靠近感應(yīng)圈上的兩鋁管，你看到了什么現(xiàn)象？為什么？ (2)當(dāng)把感應(yīng)圈兩極上的鋁管拆掉后，把手柄靠近感應(yīng)圈有什么現(xiàn)象？為什么？ 答案　(1)微安表頭指針偏轉(zhuǎn)，這說明絕緣手柄上的鋁管接收到了電磁波.(2)沒有裝鋁管時(shí)，微安表頭指針不偏轉(zhuǎn)，說明絕緣手柄上的鋁管沒有接收到電磁波.因?yàn)榘l(fā)射電磁波要有天線. 2.按圖2甲，用兩個(gè)萊頓瓶(附矩形發(fā)射框和帶氖泡的矩形接收框)、感應(yīng)圈和直流電源連成電路.如圖乙所示，發(fā)射框上的銅球與萊頓瓶上的銅球相距約1～2cm，氖泡兩端分別接萊頓瓶的內(nèi)壁和外壁金屬箔.感應(yīng)圈高壓加在銅球和萊頓瓶上，使銅球間發(fā)生火花放電.調(diào)節(jié)接收框上的可移動(dòng)的豎直金屬滑動(dòng)桿，使它從最右端慢慢向左移動(dòng)，觀察接收框上的氖泡發(fā)光有什么變化？并說明產(chǎn)生這種變化的原因. 圖2 答案　在滑動(dòng)桿向左滑動(dòng)的過程中，氖泡先變亮后變暗，當(dāng)矩形接收框與發(fā)射框的大小差不多時(shí)氖泡最亮.當(dāng)兩框大小相等時(shí)，兩框的電感接近相等，與萊頓瓶組成的LC振蕩電路的固有頻率接近相同，發(fā)射電路與接收電路發(fā)生電諧振，接收框接收到的信號(hào)最強(qiáng)，所以氖泡最亮. [知識(shí)深化] 1.無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收過程 2.對(duì)概念的理解 (1)“調(diào)幅”和“調(diào)頻”都是調(diào)制過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程. (2)電諧振就是電磁振蕩中的“共振”. (3)調(diào)諧與電諧振不同，電諧振是一個(gè)物理現(xiàn)象，而調(diào)諧則是一個(gè)操作過程. 例3　為了增大無(wú)線電臺(tái)向空間發(fā)射無(wú)線電波的能力，對(duì)LC振蕩電路的結(jié)構(gòu)可采用下列哪些措施(　　) A.增大電容器極板的正對(duì)面積 B.增大電容器極板的間距 C.增大電感線圈的匝數(shù) D.提高供電電壓 答案　B 解析　要增大無(wú)線電波向空間發(fā)射電磁波的能力，必須提高其振蕩頻率，即減小L或減小C，要減小L，可通過減小線圈匝數(shù)、向外抽鐵芯的方法；要減小C，可采用增大板間距、減小極板正對(duì)面積、減小介電常數(shù)的辦法.故B正確. 例4　在如圖3所示的電路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，怎樣才能使回路2與回路1發(fā)生電諧振？發(fā)生電諧振的頻率是多少？ 圖3 答案　改變可變電容器C2的電容，使得C2為50pF　1.78MHz 解析　發(fā)生電諧振時(shí)兩電路的固有頻率相同.為使回路發(fā)生電諧振，可以改變可變電容器C2的電容，使f2＝f1， 即＝ C2＝＝ pF＝50 pF. 發(fā)生電諧振時(shí)的頻率 f1＝≈1.78106 Hz＝1.78 MHz. 1.(電磁波譜)(多選)在電磁波中，波長(zhǎng)按從長(zhǎng)到短排列的是(　　) A.無(wú)線電波、可見光、紅外線 B.無(wú)線電波、可見光、γ射線 C.紅光、黃光、綠光 D.紫外線、X射線、γ射線 答案　BCD 解析　電磁波譜按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短的排列順序依次是無(wú)線電波→紅外線→可見光(紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫)→紫外線→X射線→γ射線，由此可知B、C、D選項(xiàng)正確. 2.(電磁波的特性及應(yīng)用)電磁波在生活中有著廣泛的應(yīng)用.不同波長(zhǎng)的電磁波具有不同的特性，因此也有不同的應(yīng)用.下列器材與其所應(yīng)用的電磁波對(duì)應(yīng)關(guān)系不正確的是(　　) A.雷達(dá)——無(wú)線電波 B.手機(jī)——X射線 C.紫外消毒柜——紫外線 D.遙控器——紅外線 答案　B 解析　雷達(dá)是利用了無(wú)線電波中的微波來(lái)測(cè)距的，故A正確；手機(jī)采用的是無(wú)線電波，X射線對(duì)人體有很大的輻射，不能用于通信，故B錯(cuò)誤；紫外線具有很強(qiáng)的消毒作用，故C正確；紅外線可以用于遙控器，故D正確. 3.(電磁波的發(fā)射)(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射過程，下列說法正確的是(　　) A.必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 B.必須使信號(hào)產(chǎn)生電諧振 C.必須把傳輸信號(hào)加到高頻電流上 D.必須使用開放回路 答案　ACD 解析　在電磁波的發(fā)射過程中，一定要對(duì)低頻輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，把傳輸信號(hào)加到高頻電流上.為了有效地向外發(fā)射電磁波，必須使用開放電路，A、C、D正確.而產(chǎn)生電諧振是在接收過程中，B錯(cuò)誤. 4.(電磁波的接收)一臺(tái)收音機(jī)可接收中波、短波兩個(gè)波段的無(wú)線電波，打開收音機(jī)后蓋，在磁棒上能看到兩組線圈，其中一組是用細(xì)線密繞匝數(shù)多的線圈，另一組是用粗線疏繞匝數(shù)少的線圈，由此可以判斷(　　) A.匝數(shù)多的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波 B.匝數(shù)多的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收短波 C.匝數(shù)少的電感小，使調(diào)諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波 D.匝數(shù)少的電感大，使調(diào)諧電路的固有頻率較大，故用于接收短波 答案　A 解析　根據(jù)匝數(shù)多密繞的線圈電感大、匝數(shù)少疏繞的線圈電感小，可排除B、D選項(xiàng)；根據(jù)T＝2π，電感越大，回路固有頻率越小，可排除C選項(xiàng)；根據(jù)c＝fλ，頻率越小，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，故用細(xì)線密繞匝數(shù)多的線圈可用于接收中波，可知A選項(xiàng)是正確的. 一、選擇題 考點(diǎn)一　電磁波譜 1.一種電磁波入射到半徑為1m的孔上，可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這種波屬于電磁波譜中的(　　) A.可見光B.γ射線C.無(wú)線電波D.紫外線 答案　C 2.在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)三個(gè)波段的頻率大小關(guān)系是(　　) A.紅外線的頻率最大，可見光的頻率最小 B.倫琴射線的頻率最大，紅外線的頻率最小 C.可見光的頻率最大，紅外線的頻率最小 D.倫琴射線的頻率最大，可見光的頻率最小 答案　B 解析　在電磁波譜中，紅外線、可見光和倫琴射線(X射線)按照頻率從大到小的排列順序是：倫琴射線(X射線)、可見光、紅外線. 考點(diǎn)二　電磁波的特性及應(yīng)用 3.(多選)電磁波按波長(zhǎng)大小的順序把它們排列成譜，如圖1所示，由電磁波譜可知(　　) 圖1 A.微波是不可見光 B.紅外線可以滅菌消毒 C.紫外線的波長(zhǎng)比紅外線長(zhǎng) D.X射線能穿透物質(zhì)，可以用來(lái)檢查生物骨骼結(jié)構(gòu) 答案　AD 解析　微波是不可見光，選項(xiàng)A正確；紅外線有熱效應(yīng)，紫外線可以滅菌消毒，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；紫外線的波長(zhǎng)比紅外線短，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；X射線穿透性強(qiáng)，可以用來(lái)檢查生物骨骼結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)D正確. 4.關(guān)于生活中遇到的各種波，下列說法正確的是(　　) A.電磁波可以傳遞信息，聲波不能傳遞信息 B.手機(jī)在通話時(shí)涉及的波既有電磁波又有聲波 C.太陽(yáng)光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同 D.遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)和醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng)相同 答案　B 解析　聲波、電磁波都能傳遞能量和信息，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在手機(jī)通話過程中，既涉及電磁波又涉及聲波，B項(xiàng)正確；可見光屬于電磁波，B超中的超聲波是聲波，波速不同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；紅外線波長(zhǎng)較X射線波長(zhǎng)長(zhǎng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 5.在烤箱中能看見一種淡紅色的光，下列關(guān)于這種光的說法中正確的是(　　) A.是電熱絲發(fā)出的紅外線 B.是電熱絲發(fā)出的紅光 C.主要是利用這種光為食物加熱 D.給食物加熱是利用比這種光波長(zhǎng)更短的電磁波 答案　B 解析　烤箱中看到的淡紅色的光是可見的紅光，起加熱作用的主要是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線，而不是紅光，故正確選項(xiàng)為B. 6.“紅外夜視儀”在夜間也能看清黑暗中的物體，主要是因?yàn)?　　) A.“紅外夜視儀”發(fā)射出強(qiáng)大的紅外線，照射被視物體 B.一切物體均在不停地輻射紅外線 C.一切高溫物體均在不停地輻射紅外線 D.“紅外夜視儀”發(fā)射出γ射線，被視物體受到激發(fā)而放出紅外線 答案　B 解析　所有物體都發(fā)射紅外線，因而“紅外夜視儀”可以看清黑暗中的物體. 7.如圖2所示的容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太陽(yáng)光的照射下，地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，在黑影中放一支溫度計(jì)，可發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)顯示的溫度明顯上升，則由此可判定(　　) 圖2 A.含碘的二硫化碳溶液對(duì)于可見光是透明的 B.含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紫外線是不透明的 C.含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紅外線是透明的 D.含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紅外線是不透明的 答案　C 解析　紫外線具有熒光效應(yīng)，紅外線熱效應(yīng)明顯，可見光有視覺感應(yīng)，地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，說明含碘的二硫化碳溶液對(duì)于可見光是不透明的；溫度計(jì)顯示的溫度明顯上升，紅外線熱效應(yīng)明顯，故說明含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紅外線是透明的.故選C. 考點(diǎn)三　無(wú)線電波的發(fā)射、傳播和接收 8.(多選)關(guān)于無(wú)線電廣播過程，下列說法正確的是(　　) A.話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成音頻信號(hào) B.每個(gè)電臺(tái)都能使用任意頻率發(fā)射電磁波信號(hào) C.接收機(jī)上的天線，直接接收來(lái)自廣播臺(tái)的聲音信號(hào) D.收音機(jī)上的“調(diào)諧”旋鈕起到選臺(tái)的作用 答案　AD 解析　話筒是聲傳感器，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成音頻信號(hào)(低頻電信號(hào))，故A正確；每個(gè)電臺(tái)發(fā)射的電磁波的頻率都是特定的，故B錯(cuò)誤；接收機(jī)上的天線，通過電諧振原理將所需信號(hào)從眾多的電磁波信號(hào)中選出來(lái)，故C錯(cuò)誤；收音機(jī)上的“調(diào)諧”旋鈕通過改變自身頻率，利用電諧振原理將所需信號(hào)從眾多的電磁波信號(hào)中選出來(lái)，起到選臺(tái)的作用，故D正確. 9.世界各地有許多無(wú)線電臺(tái)同時(shí)廣播，用收音機(jī)一次只能收聽到某一電臺(tái)的播音，而不是同時(shí)收聽到許多電臺(tái)的播音，其原因是(　　) A.收聽到的電臺(tái)離收音機(jī)最近 B.收聽到的電臺(tái)頻率最高 C.接收到的電臺(tái)電磁波能量最強(qiáng) D.接收到的電臺(tái)電磁波與收音機(jī)調(diào)諧電路的頻率相同，產(chǎn)生了電諧振 答案　D 解析　選臺(tái)就是調(diào)諧過程，使f固＝f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)，故選D. 10.(多選)如圖3所示，調(diào)諧電路可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到電信號(hào)，可采用以下哪種措施(　　) 圖3 A.增大調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) B.加大電源電壓 C.減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù) D.將線圈中的鐵芯取走 答案　CD 解析　當(dāng)調(diào)諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時(shí)，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺(tái)信號(hào).題圖調(diào)諧電路收不到信號(hào)的原因是調(diào)諧電路的固有頻率低，由f＝知，在C無(wú)法再調(diào)節(jié)的情況下，可減小L以提高f，故選項(xiàng)C、D正確. 11.收音機(jī)中的調(diào)諧電路線圈的電感為L(zhǎng)，要想接收波長(zhǎng)為λ的電臺(tái)信號(hào)，應(yīng)把調(diào)諧電路中電容器的電容調(diào)至(c為光速)(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　由T＝2π，在真空中c＝得，C＝，故選D. 12.(多選)圖4甲為一個(gè)調(diào)諧接收電路，圖乙、丙、丁為電路中的電流隨時(shí)間變化的圖像，則(　　) 圖4 A.i1是L1中的電流圖像 B.i1是L2中的電流圖像 C.i2是L2中的電流圖像 D.i3是流過耳機(jī)的電流圖像 答案　ACD 解析　L1中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的圖像同題圖乙相似，但是由于L2和D串聯(lián)，所以當(dāng)L2的電壓與D反向時(shí)，電路不通，因此這時(shí)L2中沒有電流，所以L2中的電流圖像應(yīng)是題圖丙.高頻部分通過C2，通過耳機(jī)的電流如同題圖丁中的i3，只有低頻的音頻電流，故選項(xiàng)A、C、D正確. 二、非選擇題 13.(電磁波的接收)收音機(jī)調(diào)諧回路中可變電容器旋到電容為100pF時(shí)能收到波長(zhǎng)為300m的電磁波，如果要收到波長(zhǎng)為240m的電磁波，可變電容器的電容要調(diào)為多少？這個(gè)回路的電感為多少？ 答案　64pF　2.510－4H 解析　根據(jù)v＝λf和f＝，有λ＝v2π， 其中v＝3108m/s， 則300＝31082π 240＝31082π 解得：L≈2.510－4H，C′＝64pF.