人教版选修34 第十四章 34 电磁波的发射和接收 电磁波与信息化社会 学案.doc

3电磁波的发射和接收4电磁波与信息化社会学习目标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.了解电磁波的应用和在科技、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：把声音或图像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像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，将得到的图像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中；又相当于一台收音机，接收信息(4)因特网即学即用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像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、电磁波的发射导学探究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1所示图1(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？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知识深化电磁波的发射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、电磁波的接收导学探究按图2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图2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，所以氖泡最亮知识深化电磁波的接收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3所示：图3例2在如图4所示的电路中，c1200pf，l140h，l2160h，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4答案改变可变电容器c2的电容，使得c2为50pf1.78mhz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c2 pf50 pf.发生电谐振时的频率f11.78106 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导学探究无线电视、雷达和手机都是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来看，它们有什么不同？答案电视仅仅是接收端，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知识深化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3(多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200mhz至1000mhz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0.3m至1.5m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 m0.3 m，max m1.5 m，a正确；电磁波是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正确例4某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5104 s，某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图5甲所示，t173s后雷达向正上方发射和接收的波形如图乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为104s，电磁波的传播速度为c3108m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？图5答案335m/s解析由题意知荧光屏相邻刻线间表示的时间间隔t0104s，题图甲发射波和接收波的时间间隔t14104s，题图乙时间间隔t21104s，所以第一次战斗机距雷达的距离为s1c6.0104m，第二次战斗机在雷达正上方，所以战斗机的高度hc1.5104m，故173s内战斗机飞行的水平距离为s5.8104m，所以v335m/s.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b、d选项；根据t2，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原理，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6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6a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错误考点一电磁波的发射1(多选)关于调制的作用，下列说法正确的是()a调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去b调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的振幅上去c调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波的频率上去d调制的作用是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去答案abc2为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载到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检波答案c解析声音、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，所以要用高频电磁波携带着低频信号才能向外发射出去，而把低频信号加到高频电磁波上去的过程叫调制考点二电磁波的接收3在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是()a调谐高频放大检波音频放大b检波高频放大调谐音频放大c调谐音频放大检波高频放大d检波音频放大调谐高频放大答案a解析调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，a对4世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是()a收听到的电台离收音机最近b收听到的电台频率最高c接收到的电台电磁波能量最强d接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振答案d解析选台就是调谐过程，使f固f电磁波，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强图15(多选)如图1所示，调谐电路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减少调谐电路中线圈的匝数d将线圈中的铁芯取走答案cd解析当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时，发生电谐振才能较好地收到电台信号题图调谐电路收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低，由f知，在c无法再调节的情况下，可减小l以提高f，故选项c、d正确6收音机中的调谐电路线圈的自感系数为l，要想接收波长为的电台信号，应把调谐电路中电容器的电容调至(c为光速)()a.b.c.d.答案d解析由t2，在真空中c得，c，故选d.7(多选)图2甲为一个调谐接收电路，图乙、丙、丁为电路中的电流随时间变化的图象，则()图2ai1是l1中的电流图象bi1是l2中的电流图象ci2是l2中的电流图象di3是流过耳机的电流图象答案acd解析l1中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象同题图乙相似，但是由于l2和d串联，所以当l2的电压与d反向时，电路不通，因此这时l2没有电流，所以l2中的电流图象应是题图丙高频部分通过c2，通过耳机的电流如同题图丁中的i3，