无线电波的发射和接收电磁波谱（原卷版）

选择性必修二学案

第四章电磁振荡与电磁波

无线电波的发射和接收

电磁波谱

一、新课标要求

1.知道有效发射电磁波的两个条件。

2.知道电磁波的调制、调谐、解调在发射和接收过程中的作用。

3.认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途。

二、科学素养要求

1.物理观念：电磁波谱

2.科学思维：培养归纳总结、分析推理能力。

3.科学探究：通过实验，体验科学探究过程。

4.科学态度与责任：学习科学家的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。

三、教材研习

知识点一无线电波的发射

［情境导学］

移动通信的发射天线如图所示，为什么发射天线做成金属

杆状？

提示：是为了形成开放电路，这样就可以有效地发射电磁

波。

［知识梳理］

1.要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点

⑴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)应采用力嵬电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。

2.开放电路

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段相连。

3.无线电发射技术

(1)载波：携带要传递的信号的高频电磁波。

(2)调制I：使遨遗随各种信号而改变的技术。

(3)调制的分类：

调幅：使高频电磁波的振蜡随信号的强弱而变的调制。

调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制。

［初试小题］

1.判断正误。

(I)振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。

(2)要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。(J)

(3)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。(X)

(4)调制的方法分为调幅和调频。(J)

2.为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对电磁

波进行()

A.调谐B.放大

C.调制D.检波

知识点二无线电波的接收

［情境导学］

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

比较它们有什么不同？

提示：电视仅仅是接妆端，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。

［知识梳理I

1.接收原理

电磁波在传播时遇到导住，会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这

个导体就是接收天线。

2.电谐振

当接收电路的固有鞋跟接收到的电磁波的蟀相同时，接收电路中产生的振荡电流最

强的现象。

3.调谐

使接收电路产生曳1驱的过程。

4.解调

使声音或图像信号从接收到的高频感应电流中还原出来的过程，这个过程是调制的逆过

程。调幅波的解调也叫检波。

5.高频电视信号的传播方式有三种：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。

不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。

［初试小题］

1.判断正误。

(1)制作天线必须用导体。(V)

(2)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(X)

(3)解调是调制的逆过程。(V)

(4)不同传播方式需要使用不同频率范围的电磁波。［J)

2.电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高撅载波

上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种调制方式称为()

A.调频B.调谐

C.调幅D.解调

知识点三电磁波谱

［情境导学］

如图所示的四种用电器分别用的是哪种波段的电磁波？它们各自的特性是什么？

甲:手机乙:测温仪丙:消毒柜丁：医用CT机

提示：甲图中的手机用的是无线电波，无线电波波动性强，可以用来传输信号；乙图中

的测温仪，用的是红外线，因为一切物体都在不停地辐射红外线且热物体的红外辐射比冷物

体的红外辐射强：丙图的消毒柜，是利用紫外线，因为紫外线具有较高的能量，可以利用紫

外线灭菌消毒；丁图是医用的CT机，所用的是X射线，因为X射线的穿透本领强。

［知识梳理］

1.电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。按波长由长

到短依次为无线电波、红外线、到见光、紫外线、X射线、y射线等。

2.不同电磁波的特点及应用

特点用途

无线电波波动性强通信、广播、导航

红外线热作用强加热、遥测、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

了射线穿透力最强探测、治疗

［初试小题］

1.判断正误。

(1)按波长由短到长顺序排列的是紫外线、可见光、红外线。(J)

⑵电磁波的频率越高，它的波长就越长。(X)

(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。(X)

(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(X)

2.［多选］下列说法中符合实际的是()

A.在医院里常用X射线对病房和手术室消毒

B.医院里常用紫外线对病房和手术室消毒

C.在人造地球卫星二对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力

D.在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力

四、要点突破

要点一无线电波的发射和接收

［问题探究］

收音机选台时，如果调谐不准就会出现“串台”现象，这是为什么？

提示：收音机选台时，调至具体频道时调谐器将相对应的频率信号进行调谐，使这一频

率产生的也流达最大，然后揄送给调谐器；如果调谐不准，就可能出现两种不同频率的信号

都会在电路中产生，即出现“串台”现象。

［要点归纳］

1.无线电波的发射和接收过程

调幅

T氤调洲一解调行

互信号豆调制调频T发J射HQH;

2.调幅和调频是调制的两种不同方式

(1)使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短

波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。

(2)使高频电磁波的撅率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电

视中的伴音信号，采用调频波。

3.解调是调制的逆过程

声音、图像等信号的频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频

信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像等信号加载到高频电磁波上的过程就是调制；

而将声音、图像等信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。

4.正确理解调谐的作用

世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通信设备，它«

们不断发射不同频率的电磁波，如果不加选择地全部接L攵下来，那必然是G晨御？1

一片混乱，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需凹

要的选择出来，通常叫选台。如图所示的是调谐接收电路，在无线电技术中是利用电谐振原

理达到该目的的。

［例题I］［多选］下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因说法正确的是（）

A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强

B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快

C.经过调制后的电磁波在空间传播波长不变

D.经过调制后的电磁波在空间传播波长改变

【方法技巧】

相近概念的辨析技巧

（1）调频和调幅：这是调制的两种方式，使高频电磁波的频率随信号的强弱改变的调制

方式叫调频；使高频电磁波的振幅随信号的强弱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作调制；把低频电信号从

高频载波中还原出来叫解调，是调制的逆过程。

［针对训练1

1.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

2.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.因为收听到的电台离收音机最近

B.因为收听到的电台频率最高

C.因为接收到的电台电磁波能量最强

D.因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同，产生了电谐振

3.实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等帕振荡电流如图甲所示，人

对着话筒说话产生低频振荡电流信号如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像

应是图中的（）

要点二无线电波的分类及传播特点

I问题探究］

中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课（如图）。已知天宫一

号轨道半径为6740km,地球半径为6400km,试计算航天员讲课的实

时画面从天宫一号发至地面接收站，最少需要多少时间？

6740—6400

提示：根据运动公式得/=：v=—小—x1031.13X103s

CJX1U

［要点归纳］

1.无线电波

>->1mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。

波段波长频率传播方式主要用途

长波30000-3000米10〜100千赫地波调幅广播、导

中波3000〜200米100-1500千赫地波和天波航

中短波20()〜50米1500-600()千赫调幅广播、电

天波

短波50〜1()米6〜30兆赫报、通信

调频广播、电

米波10-1米30〜300兆赫近似直线传播

视、导航

微

分米波10—1分米300-3000兆赫

波电视、雷达、

厘米波10-1厘米3000-30000兆赫直线传播

导航

亳米波10〜1亳米30000-300000兆赫

2.雷达的原理及应用

（1）雷达的原理

利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。

(2)雷达的构造及特点

一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作

和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。

①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。

②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。

［例题2］一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为Ips,两

次发射的时间间隔为100tis，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所

示，已知图中刻度灰，则障碍物与雷达之间的距离是多大？

【规律方法】

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,根据雷达荧光屏上发射波形和

反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。

(2)根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。

(3)雷达的最大侦察距高应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离

的一半。

［针对训练］

I.I多选］下列关于无线电波的叙述中，正确的是()

A.无线电波是波长从几十千米到几亳米的电磁波

B.无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0X108m/s

C.无线电波不能产生干涉和衍射现象

D.无线甩波由真空进入介质传播时，波长变短

2.|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，越容易沿地面传播

B.电磁波频率越高，越容易沿直线传播

C.电磁波在各种介质中传播的波长恒定

D.可以利用同步卫星传递微波信号

3.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，4是

发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，A3

则敌机距雷达站的距离是多少？-----&-------广

43

03«/X10-s

要点三各种电磁波的特性

［问题探究I

红外线在现代生产生活中有着广泛的应用。请举例说明。

提示：根据红外线的热作用比较强制成热谙仪、红外线夜视仪、红外线体温计等；根据

红外线可以进行摇控制成电视、空调遥控器等。

I要点归纳I

1.共性

⑴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。

(2)都遵循公式它们在真空中的传播速度都是。=3.0X10xnVso

(3)它们的传播都不需要介质。

(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。

2.个性

(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍

射现象，波长越短穿透能力越强。

(2)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。

(3)用途不同：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，丫射线检查金属部件的缺陷等。

［例题3］下面列出的一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字

母填写在运用这种现象的关疗器械后面的空格上。

(1)X光机：O

(2)紫外线灯：o

(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用

A.紫外线具有很强内荧光效应

B.紫外线具有杀菌消毒作用

C.X射线具有较强的贯穿力

D.红外线具有显著的热效应

E.红外线波长较长，易发生衍射

【特别提醒】

电磁波在生产、生活和现代技术等方面应用广泛，联系实际的题较多，要提高自己运用

知识的能力，应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，是如何应

用的，这是解决此题的关键。

［针对训练］

1.［多选1关于电磁波谱，下列说法正确的是()

A.X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变

B.丫射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高

C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是丫射线

2.2011年3月11日，日本发生里氏9.0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建

筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队

在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发

出的（）

A.可见光B.红外线

C.紫外线D.声音

3.|多选］关于真空中波长为0.6pm的红光，下列说法中正确的是（）

A.其在真空中传播速度为3.0X108ws

B.其频率是5X率14Hz

C.在真空中传播10m的距离需要的时间是1.0X105s

D.在10m的距离中（真空）约有1.7X10?个波长

【达标训练】

1.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是（）

A.发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调