新教材高中物理第四章电磁振荡与电磁波3无线电波的发射和接收导学案新人教版选择性必修第二册

．无线电波的放射和接收1．知道有效地放射电磁波的振荡电路必需具有的两个特点。2.了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波放射、接收过程中的作用。一、无线电波的放射1．有效地放射电磁波的振荡电路必需具有的两个特点(1)要有eq\o(□,\s\up2(01))足够高的振荡频率，频率越高，放射电磁波的本事越大。(2)振荡电路的电场和磁场必需分散到尽可能大的空间。使电场和磁场扩展到电容器外部的振荡电路叫作eq\o(□,\s\up2(02))开放电路。2．电磁波信号的放射技术(1)载波：为了利用电磁波传递信号，就要让高频的电磁波随着被传递的信号而eq\o(□,\s\up2(03))变更，这种用来携带信号的高频电磁波叫作载波。(2)调制：在电磁波放射技术中，使载波随各种信号而变更的技术叫作eq\o(□,\s\up2(04))调制。调制的方法有两种：①调幅：使高频电磁波的eq\o(□,\s\up2(05))振幅随信号的强弱而变；②调频：使高频电磁波的eq\o(□,\s\up2(06))频率随信号的强弱而变。二、无线电波的接收1．接收原理：电磁波能使eq\o(□,\s\up2(01))导体中产生感应电流，所以空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收eq\o(□,\s\up2(02))天线。2．电谐振：当接收电路的eq\o(□,\s\up2(03))固有频率跟收到的电磁波的eq\o(□,\s\up2(04))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。3．调谐：把接收电路产生eq\o(□,\s\up2(05))电谐振的过程叫作调谐。4．解调：把声音或图像信号从接收到的eq\o(□,\s\up2(06))高频电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调。调谐波的解调也叫eq\o(□,\s\up2(07))检波。三、电视广播的放射和接收1．信号采集：电视广播信号是一种eq\o(□,\s\up2(01))无线电信号。在现代电视放射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为eq\o(□,\s\up2(02))电信号。2．信号调制：为了使信号远距离传播，须要通过载波将信号调制成eq\o(□,\s\up2(03))高频信号再进行传播。3．信号传播：目前，高频电视信号的传播方式主要有三种：地面无线电传输、eq\o(□,\s\up2(04))有线网络传输、卫星传输。不同的传播方式运用不同频率范围的电磁波，实行不同的调制方式。4．信号接收处理：在电视接收端，接收到eq\o(□,\s\up2(05))高频电磁波信号以后，将图像信号经过解调处理，送到eq\o(□,\s\up2(06))显示设备转变为图像信息，将伴音信号经解调后送到eq\o(□,\s\up2(07))扬声器。判一判(1)制作天线必需用导体。()(2)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。()(3)解调是调制的逆过程。()(4)电谐振相当于机械振动中的共振。()(5)高频电视信号的几种传播方式实行相同的调制方式。()提示：(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×想一想开放电路是如何形成的？提示：在LC振荡电路中减小电容器两极板正对面积，增大极板间距，使电容器变成两条长的直线，一条直立在高空成为天线，另一条接入地下成为地线，使电场完全暴露在空中，形成开放电路。课堂任务无线电波的放射和接收细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：如图甲所示的一般LC振荡电路中，电场和磁场的分布有什么特点？提示：在一般的LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。活动2：如图甲电路在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内相互转化，辐射出去的能量很少，乙与甲相比，哪个电路能更有效地放射电磁波呢？乙与丙相比呢？提示：乙与甲相比，乙电路电场分布更广，所以乙能更有效地放射电磁波。乙与丙相比，丙的电场分布更广，磁场分布也广，所以丙比乙能更有效地放射电磁波。活动3：探讨表明，振荡电路向外辐射能量的本事，与振荡频率有关。结合以上活动，应从哪些方面提高振荡电路放射电磁波的本事？提示：振荡频率，以及电场和磁场的分布空间。活动4：依据电磁感应现象，考虑如何接收电磁波信号？提示：变更的磁场会使导体中产生感应电流，所以放置一个闭合导体电路，当有电磁波经过时，变更的磁场会在导体电路中产生变更的感应电流，这样就可以接收到电磁波信号。1．无线电波的放射(1)有效放射电磁波的条件要有效地向外放射电磁波，振荡电路必需具有的两个特点：①要有足够高的振荡频率。频率越高，振荡电路放射电磁波的本事越大，假如是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地放射出去。②振荡电路的电场和磁场必需分散到尽可能大的空间。即采纳开放电路，如下图。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。无线电波就是由这样的开放电路有效地放射出去。(2)调制①调制：在电磁波放射过程中，使载波随各种信号而变更的技术。②调制的分类a．调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变更的调制技术，如图所示。b．调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变更的调制技术，如图所示。(3)无线电波的放射由振荡器(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，向四周放射出去。2．无线电波的接收(1)无线电波的接收原理①电磁波在空间传播时，假如遇到导体，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)无线电波的接收处理过程接收电路如图所示。①调谐：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。使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。调整可调电容器的电容变更电路的固有频率，使它跟要接收的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路中激起较强的感应电流，于是就选出了这个电台。②解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫作解调。它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫检波。3．电视广播的放射和接收电视广播的放射和接收过程例(多选)关于电磁波的放射和接收，下列说法中正确的是()A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必需是闭合的B．音频电流的频率比较低，不能干脆用来放射电磁波C．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(1)无线电波的放射应当采纳怎样的电路？提示：应当采纳开放电路。(2)电视机是怎样接收电视信号的？提示：由电视天线接收电磁波，经调谐、解调后得到所需信号。[规范解答]要有效地放射电磁波，必需采纳开放电路和高频放射；音频电流的频率比较低，不能干脆用来放射电磁波，故A错误，B正确。当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，C正确。电视机显示图像时，必需经过解调过程，把有效的信号从高频调制信号中取出来，否则就不能显示，D正确。[完备答案]BCD规律点拨无线电波的放射和接收过程eq\a\vs4\al([变式训练])(多选)为了有效地把能量以电磁波的形式放射到尽可能大的空间，除了运用开放电路，还可以()A．增大电容器极板间的距离B．减小电容器极板的正对面积C．减小线圈的匝数D．采纳低频振荡电流答案ABC解析实行开放电路和提高放射频率是提高电磁波放射实力的两种有效方法；由f＝eq\f(1,2π\r(LC))、C＝eq\f(εrS,4πkd)以及电感L由线圈的大小、形态、匝数及有无铁芯确定可知，A、B、C正确。1．(无线电波的接收)关于电视的接收的原理，下列说法正确的是()A．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B．电视接收天线接收到电磁波，天线上并不产生感应电流C．电视机接收到电磁波，通过显示器显示电视节目的伴音信号D．电视机接收到电磁波，干脆经扬声器得到电视节目的伴音信号答案A解析电视信号中有图像信号和伴音信号，即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，A正确；电视接收天线接收到电磁波，引起电磁感应，使天线上产生感应电流，B错误；电视机接收到电磁波后，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号，C错误；电视机接收到的电磁波，除了载有图像信号外，还有伴音信号。伴音信号经解调后送到扬声器得到电视节目的伴音信号，D错误。2．(无线电波的放射)上海人民广播电台放射一种电磁波的频率为990kHz，中心人民广播电台放射一种电磁波的频率是15.58MHz，两广播电台放射的电磁波相比，以下分析正确的是()A．两广播电台放射的电磁波，波速相同，但上海人民广播电台的波长较长B．中心人民广播电台的波速大，两者的波长相等C．中心人民广播电台的波速大，上海人民广播电台的波长较长D．两广播电台放射的电磁波，波速相同，中心人民广播电台的波长较长答案A解析因为不同频率的电磁波在空气中的传播速度都相同，B、C错误；依据c＝λf，由于波速都相同，所以波长与频率是成反比的，上海人民广播电台的电磁波频率小于中心人民广播电台电磁波的频率，则上海人民广播电台的波长比中心人民广播电台的波长长，A正确，D错误。3．(无线电波的接收)转换电视频道，选择自己喜爱的电视节目，称为()A．调幅B．调频C．调制D．调谐答案D解析我们选择电视节目时，将接收电路的频率调到跟须要接收的某个频率的电磁波的频率相同，即使接收电路产生电谐振，这个过程为调谐，D正确。4．(电视广播的放射和接收)下列关于电视广播的放射和接收，说法不正确的是()A．放射电视广播信号必需采纳调频方式B．放射电视广播信号必需进行调制C．接收电视广播信号必需进行调谐D．接收到电视广播信号必需进行解调才能由扬声器播放答案A解析放射电视广播信号可以采纳调频方式，也可以采纳调幅方式，A错误；放射电视广播信号必需进行调制，B正确；接收电视广播信号必需进行调谐以进行选台，C正确；接收到电视广播信号必需进行解调还原出低频信号，才能由扬声器播放，D正确。此题选择不正确的，故选A。5．(调制)如图甲所示，对讲机是深山探险爱好者必备的通讯工具，不运用时高频振荡器产生的高频等幅振荡如图乙所示，在正常运用的过程中，即探险家对话筒喊话时产生的低频振荡如图丙所示。依据以上信息可知，该对讲机放射的无线电波应为()答案B解析为了把声音信号有效地放射出去，须要对信号进行调制，一种调制方式是：使振荡电流的振幅随着声音信号的强弱而变更，这就是调幅；另一种调制方式是：使振荡电流的频率随信号的强弱而变更，这就是调频。调制不但影响振荡电流的正半周，也影响振荡电流的负半周。综上分析，只有B正确。6.(调制和解调)(多选)如图所示为调幅振荡电流图像，此电流存在于电磁波放射和接收中的哪些阶段()A．经调制后B．经调谐后C．经解调后D．耳机中答案AB解析为了把信号传递出去，须要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。而题中图像表示高频振荡电流的振幅随信号而变更，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经解调后，低频信号从高频电流中还原出来，而在耳机中只有低频信号电流，A、B正确，C、D错误。7．(综合)用一自感系数为L的线圈和一电容器构成一调谐电路。要使该调谐电路能接收到波长为λ的无线电波，则该电容器的电容应为(已知无线电波在空气中的速度为c)()A.eq\f(λ,2πLc) B.eq\f(1,2π\r(Lcλ))C.eq\f(λ2,2πLc2) D.eq\f(λ2,4π2Lc2)答案D解析由λ＝eq\f(c,f)可得波长为λ的无线电波的频率f＝eq\f(c,λ)，故调谐电路的频率也应为f，又因为f＝eq\f(1,2π\r(LC))，所以eq\f(c,λ)＝eq\f(1,2π\r(LC))，解得C＝eq\f(λ2,4π2Lc2)，故D正确。8．(电谐振)在如图所示的电路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，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？答案变更可变电容器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。为使两回路发生电谐振，可以变更可变电容器的电容，使f2＝f1，即eq\f(1,2π\r(L2C2))＝eq\f(1,2π\r(L1C1))解得C2＝eq\f(L1C1,L2)＝eq\f(40×200,160)pF＝50pF。发生电谐振时的频率f1＝eq\f(1,2π\r(L1C1))≈1.78×106Hz＝1.78MHz。9．(综合)(多选)如图为一个调谐接收电路，a、b、c为电路中的电流随时间变更的图像，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答案ACD解析C1、L1振荡电路通过电谐振会产生调幅电流，即i1，A正确，B错误；L2中由于电磁感应，产生的感应电动势的图像同a图相像，但是由于L2和二极管D串联，所以L2中的电流图像应是i2，C正确；通过D的电流，高频成分由C2流过，所以i3是流过耳机的电流图像，D正确。10．(综合)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采纳下列何种方法()A．增加调谐电路中线圈的匝数B．加大电源电压C．更换一个电容较小的可变电容器D．减小电源电压答案A解析接收不到较低频率电台发出的信号是由于调谐电路频率较高，依据f＝eq\f(1,2π\r(LC))，可采纳的方法有增大线圈自感系数，或增大电容器的电容，A正确。11．(综合)(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要减小电磁波的放射频率，可采纳的做法是()A．减小电容器两极板间的距离B．减小电容器两极板的正对面积C．增大电容器两极板的正对面积D．在电容器两极板间加入电介质答案ACD解析由f＝eq\f(1,2π\r(LC))可知，要减小f，就必需增大平行板电容器的电容C或线圈的自感系数L；由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，要增大C，就必需减小电容器两极板间的距离、增大电容器两极板的正对面积或在电容器两极板间加入电介质，故A、C、D正确。12.(综合)如图所示的电路中，变压器的原线圈连接在频率为f的沟通电源上，电感为L的副线圈接一个适当的电容器成为LC振荡电路，这种振荡电路和机械振动中的________振动相类似，其振荡周期等于________。变更电容器的电容，当电容等于________时，振荡电流最强。答案受迫eq\f(1,f)eq\f(1,4π2f2L)解析变压器的副线圈中感应电流的频率与原线圈中的电流频率相同，类似于机械振