人教2019选择性必修第二册高二物理备课必备讲义4.3无线电波的发射和接收(原卷版+解析)

第四章电磁振荡与电磁波第3节无线电波的发射和接收【核心素养目标】物理观念知道有效发射电磁波的两个条件.科学思维了解无线电波的特点及传播规律.科学探究了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用．科学态度与责任通过无线电波的发射和接收知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一无线电波的发射【情境导入】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。电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？【知识梳理】1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：(1)要有足够高的，频率越，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，因此采用电路．2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的相连．3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种而改变的技术．调制分为调幅和调频．(1)调幅(AM)：使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制方法．(2)调频(FM)：使高频电磁波的随信号的强弱而变的调制方法．【重难诠释】1．有效发射电磁波的条件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，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去．(2)采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图．2．调制(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.(2)调制的分类①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．【典例精析】例1．实际发射无线电波的过程如图甲所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图乙所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示．则发射出去的电磁波图像应是()知识点二无线电波的接收【情境导入】【知识梳理】1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是．2．电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率时，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．(1)调谐：使接收电路产生的过程．(2)解调：把声音或图像信号从中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．【重难诠释】1．无线电波的接收原理利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．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．【典例精析】例2．调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应()A．加大电源电压B．减小电源电压C．增加谐振线圈的圈数D．减少谐振线圈的圈数【规律方法】调谐电路的调节，要特别注意以下问题1．调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．2．频率公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．知识点三电视广播的发射和接收【知识梳理】1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成信号再进行传播．2．高频电视信号的三种传播方式：地面传输、有线网络传输以及传输．3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号．【典例精析】例3．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．解调针对训练一、单选题1．2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了第三次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波传播需要介质B．交替变化的电磁场传播出去形成电磁波C．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在D．不同频率的电磁波在真空中传播的速度是不同的2．我国的5G通信技术已居世界前列，其使用的电磁波频率比4G更高，在相同时间内能够传输的信息量更大。与4G相比，5G使用的电磁波（）A．波长更长 B．光子能量更大 C．在真空中传播速度更大 D．在真空中传播速度更小3．随着通信技术的更新换代，第5代移动通信技术（简称5G）比4G具有更高的频率和更大的网络容载能力。与4G相比，5G使用的电磁波（）A．光子能量更小 B．衍射现象更明显C．传播速度更大 D．波长更短4．无线电波可以用于广播及其他信号的传输。无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长把无线电波分成长波、中波、短波和微波。以下关于无线电波的说法正确的是（）A．长波的波长长，频率低B．微波的波长短，频率也低C．无论长波、中波、短波和微波，它们在真空中的传播速度均相同D．在真空中长波的传播速度最大5．下列关于电磁波的说法正确的是（）A．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调B．只要有电场和磁场，就能产生电磁波C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦6．下列说法中正确的是（）A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄B．调谐是电磁波发射过程中的一个步骤C．远去的汽车声音越来越小，属于多普勒效应D．超声仪器使用超声波而不用普通声波，是因为超声波不易发生明显衍射7．在无线电广播的接收中，调谐和解调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→解调→音频放大B．解调→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→解调→高频放大D．解调→音频放大→调谐→高频放大8．用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场（左侧）产生的磁场（右侧），或磁场（左侧）产生的电场（右侧）随时间t的变化规律，其中错误的是（）A． B．C． D．9．赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，为无线电技术的发展开拓了道路。下列器件中，既使用了电磁波接收技术，又使用了电磁波发射技术的是（）A．电吹风 B．洗衣机 C．电熨斗 D．手机10．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（）A． B．C． D．11．某款新能源汽车的智能辅助驾驶系统总算力达到1016TOPS（1TOPS代表处理器每秒能进行一万亿次操作），可以处理全车所有高清摄像头、激光雷达、毫米波雷达以及超声波传感器的融合信号。下列不是电磁波的是（

）A．可见光 B．激光 C．毫米波 D．超声波12．5G是指第五代通信技术，采用频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是。5G相比4G技术而言，其数据传输速度提升了数十倍，容量更大，时延大幅度缩短到1毫秒以内，为产业革命提供技术支撑。根据以上内容结合所学知识，判断下列说法正确的是（）A．4G信号是纵波，5G信号是横波B．4G信号和5G信号相遇能发生干涉C．4G信号比5G信号更容易发生衍射D．4G信号比5G信号在真空中的传播速度更小13．关于电磁波的发射和接收，下列说法中不正确的是（）A．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波B．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的C．当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程14．最新车载GPS导航仪通过与导航卫星互相传递信息，确定汽车所处的准确位置，并在电子地图上显示出来（如图所示），为汽车驾驶员导航，下列有关说法正确的是（）A．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢B．导航仪上的移动电话通过电流传递信息C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播D．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息15．2022年3月23日“天宫课堂”第二课在我国空间站开讲。信息从空间站到地面的传输采用（）A．光纤 B．无线电波 C．声音 D．红外线第四章电磁振荡与电磁波第3节无线电波的发射和接收【核心素养目标】物理观念知道有效发射电磁波的两个条件.科学思维了解无线电波的特点及传播规律.科学探究了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用．科学态度与责任通过无线电波的发射和接收知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一无线电波的发射【情境导入】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。电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？【答案】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。【知识梳理】1．要有效地发射电磁波，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，这条导线叫作地线；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，使载波随各种信号而改变的技术．调制分为调幅和调频．(1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法．(2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法．【重难诠释】1．有效发射电磁波的条件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，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去．(2)采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图．2．调制(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.(2)调制的分类①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示．【典例精析】例1．实际发射无线电波的过程如图甲所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图乙所示，人对着话筒说话时产生低频信号如图丙所示．则发射出去的电磁波图像应是()【答案】B【解析】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，即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．故选B.知识点二无线电波的接收【情境导入】【知识梳理】1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．2．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，这种现象叫作电谐振，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．【重难诠释】1．无线电波的接收原理利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流．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．【典例精析】例2．调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应()A．加大电源电压B．减小电源电压C．增加谐振线圈的圈数D．减少谐振线圈的圈数【答案】D【解析】由于f＝eq\f(1,2π\r(LC))，C越小、L越小，f越大．动片旋出，正对面积S减小，C减小，S调到最小，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须使L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误．【规律方法】调谐电路的调节，要特别注意以下问题1．调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．2．频率公式f＝eq\f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．知识点三电视广播的发射和接收【知识梳理】1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播．2．高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输．3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号．【典例精析】例3．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【答案】C【解析】电子调谐是指调节一个振荡电路的频率使它与另一个正在发生振荡的振荡电路(或电磁波)发生谐振，所以C正确，A、B、D错误。针对训练一、单选题1．2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了第三次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波传播需要介质B．交替变化的电磁场传播出去形成电磁波C．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在D．不同频率的电磁波在真空中传播的速度是不同的【答案】B【解析】A．电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，故A错误；B．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而形成电磁波，所以电磁波是交替变化的电磁场传播形成的，故B正确；C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，故C错误；D．不同频率的电磁波在真空中均以光速传播，故D错误。故选B。2．我国的5G通信技术已居世界前列，其使用的电磁波频率比4G更高，在相同时间内能够传输的信息量更大。与4G相比，5G使用的电磁波（）A．波长更长 B．光子能量更大 C．在真空中传播速度更大 D．在真空中传播速度更小【答案】B【解析】A．因5G使用的电磁波频率更高，根据可知，波长更短，故A错误；B．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据E=h可知，5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故B正确；CD．电磁波在真空中的传播速度都是相同的，故C错误，D错误；故选B。3．随着通信技术的更新换代，第5代移动通信技术（简称5G）比4G具有更高的频率和更大的网络容载能力。与4G相比，5G使用的电磁波（）A．光子能量更小 B．衍射现象更明显C．传播速度更大 D．波长更短【答案】D【解析】A．根据光子能量表达式由于5G比4G具有更高的频率，可知5G使用的电磁波光子能量更大，故A错误；C．所有电磁波在真空中的传播速度都相等，均为光速，故C错误；BD．根据由于5G比4G具有更高的频率，可知5G使用的电磁波波长更短，衍射现象比4G不明显，故B错误，D正确。故选D。4．无线电波可以用于广播及其他信号的传输。无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长把无线电波分成长波、中波、短波和微波。以下关于无线电波的说法正确的是（）A．长波的波长长，频率低B．微波的波长短，频率也低C．无论长波、中波、短波和微波，它们在真空中的传播速度均相同D．在真空中长波的传播速度最大【答案】C【解析】AB．长波的波长长、频率低，微波的波长短、频率高，故AB错误；CD．无论长波、中波、短波和微波，它们在真空中的传播速度均相同，等于光速c，故C正确，D错误。故选C。5．下列关于电磁波的说法正确的是（）A．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调B．只要有电场和磁场，就能产生电磁波C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦【答案】D【解析】A．使电磁波随各种信号而改变的技术，叫做调制；将声音信号从电磁波上分离开来叫做解调，故A错误；B．若只有电场和磁场，而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，只有当振荡电流周围会产生周期性变化的电场，周期性变化的电场可以产生同频率的磁场，周期性变化的磁场再产生同频率的电场，从而向远处传播形成电磁波，所以只要有电场和磁场，就能产生电磁波得说法是错误的，故B错误；C．利用紫外线的荧光效应，用紫外线照射时大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，而红外线不具有该效应，用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字不会发出可见光，故C错误；D．麦克斯韦创立了完整的电磁理论并预言了电磁波的存在，在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，故D正确。故选D。6．下列说法中正确的是（）A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄B．调谐是电磁波发射过程中的一个步骤C．远去的汽车声音越来越小，属于多普勒效应D．超声仪器使用超声波而不用普通声波，是因为超声波不易发生明显衍射【答案】D【解析】A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则光的波长变长，根据可得，干涉条纹变宽，故A错误；B．信号经过调制之后再发射，然后由接收电路接收，经过调谐、解调转换为信号，由此可知，调谐不是电磁波发射过程中的步骤，故B错误；C．声音的强弱由声波的振幅决定，多普勒效应是指波源与接收者之间相对运动而改变接收波的频率，故C错误；D．超声波与普通声波相，波长较小，因此超声波更不容易发生衍射，所以超声仪器使用超声波而不使用普通声波，故D正确。故选D。7．在无线电广播的接收中，调谐和解调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→解调→音频放大B．解调→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→解调→高频放大D．解调→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（解调），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，选项A正确，BCD错误。故选A。8．用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场（左侧）产生的磁场（右侧），或磁场（左侧）产生的电场（右侧）随时间t的变化规律，其中错误的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．根据麦克斯韦电磁理论可知，恒定的电场不产生磁场，A正确；B．均匀变化的电场产生恒定的磁场，B正确；C．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，C错误，D正确。故选C。9．赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，为无线电技术的发展开拓了道路。下列器件中，既使用了电磁波接收技术，又使用了电磁波发射技术的是（）A．电吹风 B．洗衣机 C．电熨斗 D．手机【答案】D【解析】A．电吹风是消耗电能产生热能与风能，与电磁波发射与接收无关，故A错误；B．洗衣机是消耗电能产生动能，与电磁波发射与接收无关，故B错误；C．电熨斗是消耗电能产生热能，与电磁波发射与接收无关，故C错误；D．手机同时使用了电磁波接收和发射技术，故D正确。故选D。10．电磁波给人类生活带来日新月异变化的同时，也带来了电磁污染。长期使用如图所示的通信装置，会对人体健康产生影响的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】ABD．选项A、B、D中的图片都是固定电话，只是样式不同，固定电话是利用电现象和声现象之间的联系来工作的，不会对人体健康产生影响；C．选项C中的图片是移动电话，移动电话是利用电磁波来工作的，过量的电磁波会造成电磁辐射，对人体造成伤害。故选C。11．某款新能源汽车的智能辅助驾驶系统总算力达到1016TOPS（1TOPS代表处理器每秒能进行一万亿次操作），可以处理全车所有高清摄像头、激光雷达、毫米波雷达以及超声波传感器的融合信号。下列不是电磁波的是（

）A．可见光 B．激光 C．毫米波 D．超声波【答案】D【解析】AB．光波（可见光、激光）本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3.0×108m/s，AB不符合题意；C．波长为1~10mm的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，C不符合题意；D．超声波是机械波不是电磁波，D符合题意。故选D。12．5G是指第五代通信技术，采用频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是。5G相比4G技术而言，其数据传输速度提升了数十倍，容量更大，时延大幅