2019-2020学年高中物理 第3章 电磁波 第2节 电磁波的发射、传播和接收 第3节 电磁波的应用及防护学案 鲁科版选修3-4

第2节 电磁波的发射、传播和接收 第3节 电磁波的应用及防护1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理知道调制、调谐、电谐振、解调(检波)等概念的意义及区别2.了解无线电波的三种主要传播途径及其特点3.知道电磁波谱及其组成部分的特点和作用，知道光是电磁波(重点)4了解电磁波的应用及对其危害的防护措施一、电磁波的发射1发射条件(1)振荡频率足够高；(2)电场、磁场尽可能分布到较大的空间2开放电路为了满足发射条件，可以减小电容器的极板面积，增大极板间距，使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叫做调制，常用的调制方式有调频和调幅两种1(1)静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用()(2)当电磁波在空间传播时，电磁能也随着一起传播()(3)电磁波的传播速度与介质无关()(4)调制的两种方法是调谐和调频()提示：(1)(2)(3)(4)二、电磁波的传播1无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波2地波是沿地球表面空间传播的无线电波在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波3天波是靠大气层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4空间波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空间波作为传输途径1电台发射的电磁波能向无限远处传播吗？提示：不能，因为电磁波在传递信息的同时，也传递能量，当电磁波遇到导体时，会在导体内产生电流而消耗能量能量损失越多，传播的距离越近三、电磁波的接收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，接收电路中产生电流最强的现象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，需要选择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调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的固有频率，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强2你知道收音机是如何进行选台的吗？提示：收音机中的lc调谐电路是由电感线圈和可变电容器组成的，通过调节可变电容器的电容改变lc电路的固有频率，使得当它的固有频率与某一电磁波的频率相同时，产生电谐振，从而把该频率的电磁波接收下来四、电磁波谱1电磁波谱的构成：电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线等2不同电磁波的特点(1)电磁波谱中的各种波有一定的频率范围，都具有反射、折射、干涉和衍射的特性，在真空中的传播速度均等于光速，都满足cf.(2)可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫其中红光的波长最长，频率最小，紫光的波长最短，频率最大(3)电磁波谱中，x射线和射线的波长最短，无线电波的波长最长2(1)电磁波只能无线传输()(2)x射线是电磁波，它由速度较高的电子构成()(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度()(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪()提示：(1)(2)(3)(4)五、电磁波的应用1红外线和紫外线的应用(1)红外线：具有明显的热效应，利用红外线的这种效应，制成了红外烤箱、红外线炉等；利用红外线还可制成夜视仪、遥感器等(2)紫外线：紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让底片感光当紫外线照射人体时，能使人体合成维生素d，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房利用紫外线消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪2无线电波的应用(1)雷达雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体位置的系统雷达的工作原理：电磁波遇到障碍物会被反射，根据信号的返回时间和方向，判断物体的方位雷达的用途：探测目标、导航、预报天气、绘制地图(2)移动电话功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己的信息特点：需通过无线基站转接实现自由通话3(1)电视信息包括图像信号和声音信号()(2)雷达是利用超声波进行测定物体位置的()提示：(1)(2)六、电磁污染及防护1电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染研究发现，电磁辐射会危害人体健康，波长越短，危害越突出，过量的电磁波辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害2电磁波污染的防治从物理学角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护3电磁辐射会给人们的生活和生产带来哪些不利影响？提示：电磁辐射的干扰使电视图像不清晰或变形，并伴有噪声，会干扰通信系统，使自动化装置发生故障等电磁波的发射与接收1电磁波的发射(1)无线电波发射的开放电路有效发射电磁波的条件a高频电路：理论研究证明了发射电磁波的功率与振荡频率的4次方成正比频率越高，发射电磁波的本领越大b开放电路：振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去实际应用中的开放电路是由天线与地线和匝数很少的线圈组成的，对应的l、c都很小，以满足电磁波频率高的条件(2)无线电波的调制信息转化为电信号后，往往由于信号频率低、能量低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上再发射出去，就是调制相当于把货物搭载到卡车或飞机上调制的方式又可分为调频和调幅2电磁波的接收(1)电谐振：当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路中的振荡电流最强，就是电谐振相当于机械振动中的共振空中有许多不同频率的电磁波在传播，为了接收到我们需要的电磁波，要调整接收电路的固有频率，使之与我们需要的电磁波的频率相同(产生电谐振)，这就是调谐(2)解调：从接收到的高频电流中“检出”所携带的信号，相当于把运到目的地的货物从火车、飞机等运载工具上卸载下来，这就是解调解调是调制的逆过程，又叫检波(1)电磁波在传递信息的同时，也传递能量但在传递的过程中能量会不断减小，而信息不变(2)调谐与电谐振不同，调谐是一个调节过程，电谐振是一种物理现象，也就是电磁振荡中的“共振”(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，选项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对电磁波的理解1对电磁波的理解(1)电磁波是一种物质，像电场、磁场一样它是客观存在的真实物质，是物质存在的另一种形式(2)电磁波具有能量，以电磁场的形式存在的能量，也就是说电磁场的能量通过电磁波来传播(3)电磁波不需要其他介质就能传播(4)电磁波的能量与频率有关，频率越高，能量越大(5)电磁波在真空中的传播速度是c3.0108 m/s.(6)电磁波能传递信息2各种电磁波共性与个性的比较(1)共性它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义都遵守公式vf，它们在真空中的传播速度都是c3.0108 m/s.它们的传播都不需要介质它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性都是横波(2)个性不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长、衍射能力越强可作通讯用途，波长越短穿透能力越强同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小应用范围不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒x射线应用于医学上的x光照片射线用于检查金属部件的缺陷(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度相同，而在同一介质中的传播速度并不相同(2)x射线与射线都具有穿透能力，但射线的穿透能力最强，x射线能穿过人体，通常作人体透视，而射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以做探测金属砂眼的射线图中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输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_(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)这是因为_思路点拨根据电磁波的波长确立电磁波的途径解析从题中知，传输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，可知该电磁波很容易发生衍射现象，绕过山区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见解析1.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：选d.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，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全世界，d正确对电磁波谱的理解1无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线都是电磁波，按电磁波的波长或频率大小的顺序排列成谱，叫做电磁波谱2不同电磁波的特点及应用特性用途无线电波波动性强通讯、广播、导航红外线热作用强加热、遥感、红外线制导可见光感光性强照明、照相等紫外线化学作用、荧光效应日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等x射线穿透力强检查、探测、透视、治疗射线穿透力最强探测、治疗3.从无线电波到射线都是本质相同的电磁波，其行为遵从共同的规律，都具有反射、折射、衍射和干涉的特征；在真空中传播速度均等于光速但它们因波长(或频率)不同又表现出不同的特点在电磁波谱中，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，可见光的频率最小思路点拨解答本题要注意以下两点(1)电磁波在真空中波速相同(2)三波段中红外线波长最长，x射线波长最短解析在三波段中，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b2.(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，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.典型问题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电磁波在不同介质中传播时波长