新教材2023年秋高中物理第4章电磁振荡与电磁波3.无线电波的发射和接收教师用书含答案新人教版选择性必修第二册

3．无线电波的发射和接收1．了解有效地发射电磁波的两个条件。了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振的概念及其相互关系。能解释无线电波发射、接收的过程。2．了解电视广播的发射与接收的原理与过程。3．领会高频电磁波在无线电波发射与接收中的重要作用。无线电波的发射1．有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的特点(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．电磁波的调制调制在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术分类调幅(AM)使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术调频(FM)使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制技术1895年，一位年轻的意大利人马可尼(公元1874—1937年)发明了无线电通信技术。从此，携带了人类信息的电磁波开始在空间自由旅行，人们不必依赖电线，就可以在遥远的地方互通信息。问题1电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？提示：电视信号要有效地发射出去，必须采用高频开放电路，电视信号所用电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些。问题2为什么发射电磁波必须调制？提示：因为传递的声音、图像等信号频率低，不易直接发射出去。1．发射电路的两个特点(1)发射频率足够高。(2)应用开放电路。2．调制(1)使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制。(2)调制方法调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。3．无线电波的发射由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需要传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。【典例1】(多选)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措施中的()A．减小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．向外抽出铁芯ABD[要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝12πLC知，减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽出铁芯的办法，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A、B、(1)无线电波的发射：由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需要传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。(2)一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号，都采用调幅波；电台的调频广播和电视中的伴音信号，都采用调频波。低频信号类比成货物，高频波类比成运载工具，调制的过程类比成将货物装载到运载工具上。[跟进训练]1．实际发射无线电波的过程如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图乙所示。则发射出去的电磁波图像应是()ABCDB[使电磁波随各种信号而改变的技术，叫作调制。调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，通过改变频率来实现信号加载，由各选项的图形可知，该调制波为调幅波，即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化，故B正确。]无线电波的接收1．原理电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，因此，空中的导体可以用来接收电磁波。2．电谐振与调谐(1)电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象。(2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。3．电视广播的发射和接收摄像管：通过感光器件将景物的光信号转换为电信号。⇓调制和发射⇓天线接收高频信号，调谐，⇓显像管电视接收端，接收到高频电磁波，经过解调处理，将得到的电信号通过显示设备转变为图像信息，伴音信号经解调后送到扬声器。如图是电视信号接收过程示意图。判断下列说法的正误。问题1电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号。 (√)问题2电视接收天线接收到电磁波，天线上并不产生感应电流。 (×)问题3电视机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号。(×)1．电磁波的接收原理(1)电磁波在空间传播时，如果遇到导体，就会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波。(2)当接收电路的固有频率跟接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。2．方法(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。(3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。【典例2】(多选)图甲为一个调谐接收电路，图乙、图丙、图丁为电路中的电流随时间变化的图像，则()A．i1是L1中的电流图像B．i1是L2中的电流图像C．i2是L2中的电流图像D．i3是流过耳机的电流图像ACD[L1中为接收到的携带信号的无线电波，如题图乙所示，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中的电流图像应是题图丙，故A、C正确，B错误；高频部分通过C2，流过耳机的电流为通过解调还原出来的信号，如同题图丁中的i3，只有低频的音频电流，故D正确。]相近概念的辨析技巧(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程。[跟进训练]2．(多选)蓝牙设备使用无线电波连接手机和电脑。蓝牙产品包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。当两台蓝牙设备想要相互交流时，它们需要进行配对，并通过蓝牙耳机发出声音，在接收电路中必须经过下列过程中的()A．调幅 B．调频C．调谐 D．解调CD[接收电路中必须通过调谐接收到载有信号的电磁波，再通过解调得到声音信号，C、D正确。]1．下列关于无线电广播的叙述正确的是()A．发射无线电广播信号必须采用调频方式B．发射无线电广播信号必须进行调谐C．接收无线电广播信号必须进行调制D．接收到无线电广播信号后必须进行解调才能由扬声器播放D[发射无线电广播信号必须经过调制，可以采用调频，也可以采用调幅，A、B错误；接收无线电广播必须经过调谐(即选台)，C错误；无线电波中有高频信号，所以需要经过解调将低频信号检出，才能由扬声器播放，D正确。]2．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的()①调谐电路②调制电路③高频振荡电路④开放振荡电路A．①②③ B．②③④C．①④ D．①②④B[比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路，调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远，而调谐电路是在接收端需要的电路，故②③④正确，B正确。]3．(2022·浙江丽水期中)如图为磁共振无线充电的示意图，当接收电路的固有频率与发射电路线圈产生的磁场振动频率一致的时候，产生磁共振，从而进行能量的传递。该过程类似于无线电发射与接收环节中的()A．调幅B．调频C．调谐D．解调C[在无线电技术中，当接收电路的固有频率跟收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振，使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，磁共振无线充电的过程与调谐过程类似，故C正确。]4．有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是()A．增加电源电压B．使用调频的调制方式C．把可动电容器的动片适当旋出一些D．在线圈中插入铁芯C[由公式f＝12πLC可知，增大LC接收