高中物理 第3章 電磁場與電磁波 3_3 無線電通信 3_4 電磁波家族教師用書 滬科版選修3-4
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3.3無線電通信3.4電磁波家族學 習 目 標知 識 脈 絡1.了解電磁波的發(fā)射、傳播和接收的基本原理.知道調制、調諧、電諧振、解調(檢波)等概念的意義及區(qū)別.(難點)2.了解無線電波的三種主要傳播途徑及其特點.(重點)3.知道電磁波譜及其組成部分的特點和作用,知道光是一種電磁波.(重點)4.了解電磁波的利用及其危害的防護措施.無 線 電 波 的 發(fā) 射 與 傳 播1.無線電廣播無線電廣播傳遞的是聲音信號,無線電廣播是先將聲音信號轉變成電信號,再將此電信號加載到等幅的高頻信號上,并進行放大,再通過發(fā)射塔發(fā)射出去.圖3312.振蕩器的作用振蕩器的作用是產生等幅高頻信號.低頻音頻信號只有加載到高頻信號上去,形成隨音頻信號而改變的高頻信號、才能通過發(fā)射天線發(fā)射出去.3.調制器的作用(1)調制器的作用就是把低頻信號加載到高頻信號上去.(2)調制方式有調幅和調頻.4.電磁波的傳播(1)無線電波通常有三種傳播途徑:地波、天波和空間波.地波:沿地球表面空間傳播的無線電波.在無線電技術中,通常采用地波的形式傳播長波、中波和中短波.天波:靠大氣層中電離層的反射傳播的無線電波.短波最適合采用天波的形式傳播.空間波:像光束那樣沿直線傳播的無線電波.這種傳播方式適用于超短波和微波通信,此外衛(wèi)星中繼通信,衛(wèi)星電視轉播等也主要是利用空間波作為傳輸途徑.1.攝像管輸出的電信號可以直接通過天線向外發(fā)射.()2.攝像管輸出的電信號必須“加”在高頻振蕩電流上,才能向外發(fā)射.()3.同步衛(wèi)星進行無線電通信只能利用微波.()1.通常情況下如何對電磁波進行調制?【提示】有調幅和調頻兩種:(1)調幅是使高頻振蕩信號的振幅隨低頻信號變化.(2)調頻是使高頻振蕩信號的頻率隨低頻信號變化.2.電磁波的發(fā)射過程為什么要采用調制技術?【提示】像聲音這樣的信號,一般頻率相對較低,而電臺要向外發(fā)射電磁波,要有足夠高的頻率.實驗證明,發(fā)射能量與發(fā)射頻率的4次方成正比,可見只有提高發(fā)射頻率才能提高發(fā)射能量,為此要把這些信號加載到高頻信號上去.就好像人的遠行能力不足,要乘汽車、飛機一樣.這個加載的過程就是調制.1.無線電波的發(fā)射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發(fā)出無線電波,向四周發(fā)射出去.2.電磁波的發(fā)射示意圖(如圖332所示)圖3323.“調幅”和“調頻”都是調制過程(1)高頻振蕩信號的振幅隨低頻信號變化的調制方式叫調幅,一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號采用調幅波.(2)高頻振蕩信號的頻率隨低頻信號變化的調制方式叫調頻,電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號,采用調頻波.1.要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領,應該采取的措施是()A.增加輻射波的波長B.增加輻射波的頻率C.使振蕩電容的正對面積足夠小D.盡可能使電場和磁場分散開E.減小回路中的電容和電感【解析】提高電磁波發(fā)射本領(功率)應增大f,電磁場應盡可能擴散到周圍空間,形成開放電路.f,C,要使f增大,應減小L或C,故正確答案為B、C、E.【答案】BCE2.為了把需要傳遞的信號(圖像、聲音等)加載到電磁波上發(fā)射出去,必須對振蕩電流進行_.(選填“調諧”“調制”或“解調”)【解析】信息(聲音或圖像等)轉化為電信號后,往往由于信號頻率低不能直接用來發(fā)射,需要把要傳遞的電信號“加載”到高頻電磁波上,這就是調制.【答案】調制無線電波的發(fā)射及相關問題1.無線電波的發(fā)射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需要傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發(fā)出無線電波,向四周發(fā)射出去.2.一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號,都采用調幅波;電臺的調頻廣播和電視中的伴音信號,都采用調頻波.低頻信號類比成貨物,高頻波類比成運載工具,調制的過程類比成將貨物裝載到運載工具上.無 線 電 波 的 接 收1.電磁波的接收原理電磁波在傳播過程中如果遇到接收天線導體,會在天線上產生微弱的感應電流.這個感應電流的頻率跟接收的電磁波的頻率相同.2.電諧振現象與調諧(1)電諧振現象:當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產生電流最強的現象.與機械振動中的共振現象類似.(2)調諧:在無線電技術中,對空間存在的各種頻率電磁波,需要選擇某一特定的頻率接收的過程.3.檢波使聲音或圖像信號從調諧電路接收到的高頻振蕩電流中“檢”出來的過程,它是調制的逆過程,也叫做解調.1.無線電波的接收需要經過調諧、高頻放大、檢波、音頻放大的過程.()2.調諧就是使某一頻率的電磁波與接收電路產生電諧振.()3.檢波就是從眾多的電磁波中得到我們所需要的信號.()1.調諧電路能進行調諧的基本原理是什么?【提示】調諧電路能進行調諧的基本原理是電諧振,即讓接收電磁波的頻率和被接收電磁波的頻率相同.2.如何才能從經過調制的電磁波中得到聲音、圖像信號?【提示】要對接收到的調制信號進行解調,去掉高頻成份,只保留聲音、圖像這些低頻信號,即從振蕩電流中“檢”出聲音、圖像信號.1.解調是調制的逆過程聲音、圖像等信號頻率相對較低,不能轉化為電信號直接發(fā)射出去,而要將這些低頻信號加載到高頻電磁波信號上去.將聲音、圖像信號加載到高頻電磁波中的過程就是調制.而將聲音、圖像信號從高頻信號中還原出來的過程就是解調.2.正確理解調諧的作用世界上有許許多多的無線電臺、電視臺及各種無線電信號,如果不加選擇全部接收下來,那必然是一片混亂,分辨不清.因此接收信號時,首先要從各種電磁波中把我們需要的選出來,通常叫選臺.在無線電技術中利用電諧振達到目的.3.關于電磁波的發(fā)射和接收,下列說法中正確的是()A.為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量,電路必須是閉合的B.音頻電流的頻率比較低,不能直接用來發(fā)射電磁波C.當接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時,接收電路產生的振蕩電流最強D.要使電視機的屏幕上有圖像,必須要有檢波過程E.振蕩電路的頻率越高,產生的電磁波在空間傳播越快【解析】有效發(fā)射電磁波,必須采用開放電路和高頻發(fā)射;一般的音頻電流的頻率較低,不能直接用來發(fā)射電磁波;電磁波接收原理是一種叫電諧振的現象,與機械振動中的共振有些相似;電視機顯示圖像時,必須通過檢波過程,把有效的信號從高頻調制信號中取出來,否則就不能顯示,B、C、D正確.【答案】BCD4.有一個LC接收電路,原來接收較低頻率的電磁波,現在要想接收較高頻率的電磁波,其調節(jié)方式應把可動電容器的動片適當_一些.【解析】增大LC接收電路的頻率,由公式f可知應減小電容或電感;把可動電容器的動片適當旋出一些即可.【答案】旋出5.世界各地有許多無線電臺同時廣播,用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音,而不是同時收聽到許多電臺的播音,其原因是因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的固有頻率_,產生了_.【解析】選臺就是調諧過程,使f固f電磁波,在接收電路中產生電諧振,激起的感應電流最強.【答案】相同電諧振相近概念的辨析技巧1.調頻和調幅:這是調制的兩種方式,使電磁波的頻率隨信號改變的調制方式叫調頻;使電磁波的振幅隨信號改變的調制方式叫調幅.2.調制和解調:把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫作調制;把低頻電信號從高頻載波中檢出來叫解調,是調制的逆過程.電 磁 波 家 族1.電磁波譜按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來,就組成了電磁波譜.按波長由長到短依次為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線.2.電磁波家族成員的特性(1)無線電波:波長較長,主要應用于廣播、電視、雷達、微波爐等.(2)紅外線:不能引起人的視覺,熱效應作用較強.波長比可見光長,衍射現象明顯.所有物體都能輻射紅外線,能在云霧、煙塵中傳播得較遠.主要應用于紅外線搖感或紅外高空攝影.(3)可見光:引起人類視覺的部分,萬物生長靠太陽.(4)紫外線:頻率比可見光要高,不能引起人的視覺.化學作用較強,應用于殺菌消毒;還有較強的熒光效應,用來激發(fā)熒光物質發(fā)光.(5)X射線:頻率比紫外線還高,當高速電子流轟擊固體時能發(fā)出X射線,又叫倫琴射線.穿透力較強.用來檢查工業(yè)部件的內部有無裂紋或氣孔,醫(yī)學上用于人體透視.(6)射線:頻率比X射線還要高,穿透能力更強,主要應用它的穿透能力.1.X射線對生命物質有較強的作用,過量的X射線輻射會引起生物體的病變.()2.射線是波長最短的電磁波,它比X射線的頻率還要高.()3.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射.()1.為什么超遠程無線電利用無線電波中的長波波段,而雷達利用微波波段?【提示】根據波的衍射特性,波長越長,越容易繞過障礙物,所以超遠程無線電利用長波波段.微波波長短,傳播時直線性好,雷達正是利用了微波直線傳播性好的特點.2.紅外體溫計不用與人體接觸便可以迅速測量體溫,如圖333所示,你知道它的工作原理嗎?圖333【提示】根據體溫越高,輻射紅外線越強的原理.1.電磁波的共性(1)它們在本質上都是電磁波,它們的行為服從相同的規(guī)律,各波段之間的區(qū)別并沒有絕對的意義.(2)都遵守公式vf,它們在真空中的傳播速度都是c3.0108 m/s.(3)它們的傳播都不需要介質.(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.2.電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同,表現出不同的特性,波長越長越容易產生干涉、衍射現象,波長越短穿透能力越強.(2)同頻率的電磁波,在不同介質中速度不同.不同頻率的電磁波,在同一種介質中傳播時,頻率越大折射率越大,速度越小.(3)產生機理不同無線電波振蕩電路中電子周期性運動產生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發(fā)后產生X射線原子的內層電子受激發(fā)后產生射線原子核受激發(fā)后產生(4)用途不同:無線電波用于通信和廣播,紅外線用于加熱和遙感技術,紫外線用于殺菌消毒,X射線應用于醫(yī)學上的X光照片,射線檢查金屬部件的缺陷等.6.無線電波的中波波長范圍為2003 000 m.求該波段的頻率范圍.【解析】根據頻率公式f得f1 Hz1.5106 Hz,f2 Hz1.0105 Hz,即該波段的頻率范圍為1.01051.5106 Hz.【答案】1.01051.5106 Hz7.下面列出一些醫(yī)療器械的名稱和這些器械運用的物理現象,請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫(yī)療器械后面的空格上.(1)X光機,_.(2)紫外線燈,_.(3)用理療“神燈”照射傷口,可使傷口愈合得較好,這里的“神燈”是利用_.A.光的全反射B.紫外線具有很強的熒光作用C.紫外線具有殺菌消毒作用D.X射線的很強的貫穿力E.紅外線具有顯著的熱效應F.紅外線波長較長,易發(fā)生衍射【解析】(1)X光機是用來透視人的體內器官的,因此需要具有較強穿透力的電磁波,但又不能對人體造成太大的傷害,因此采用了穿透能力比較強又不會給人體造成太大傷害的X射線,選擇D.(2)紫外線燈主要是用來殺菌的,因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光作用,因此選擇C.(3)“神燈”又稱紅外線燈,主要是用于促進局部血液循環(huán),它利用的是紅外線的熱效應,使人體局部受熱,血液循環(huán)加快,因此選擇E.【答案】(1)D(2)C(3)E巧記電磁波譜的性質1.電磁波譜中都是電磁波,在真空中傳播速度相等,都等于光速;2.電磁波譜中都是波,具有波的一切特性.例如,反射、折射、干涉、衍射等;3.由于頻率和波長不同,各自特性又有所不同,波長越長衍射現象越明顯,頻率越高能量越大.- 配套講稿:
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