《滬科物理選修3-4《無線電通信 電磁波家族》》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《滬科物理選修3-4《無線電通信 電磁波家族》（58頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

歡迎進入物理課堂 3 3無線電通信3 4電磁波家族 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 3 4 課前自主學案 課標定位 課標定位 學習目標 1 了解無線電波的發(fā)射過程和振蕩器 調制器的作用 2 了解不同波長的電磁波的傳播方式 3 了解調諧 檢波及無線電波的接收的基本原理 4 了解我們生活中的無線電通信 5 知道電磁波譜以及各組成部分 并且掌握不同電磁波的產生機理 6 知道紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線的主要作用 重點難點 無線電波的發(fā)射和接收 課前自主學案 一 無線電波的發(fā)射發(fā)射電磁波是為了傳遞信號 將需要傳遞的信號加載在電磁波上 使電磁波隨信號而改變叫做 通常有兩種方式 一種是使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫做 另一種是使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫做 1 振蕩器的作用 產生 信號 2 調制器的作用 把低頻信號加載到高頻信號上去 調制 調幅 調頻 等幅高頻 二 電磁波的傳播無線電波通常有三種傳播途徑 地波 和 1 地波 是沿 的表面空間傳播的無線電波 在無線電技術中 通過采用地波的形式傳播長波 中波和中短波 2 天波 是靠大氣層中 的反射傳播的無線電波 短波最適合采用天波的形式傳播 天波 空間波 地球 電離層之間 3 空間波 是像光束那樣沿 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 三 電磁波的接收1 電諧振現(xiàn)像 當接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時 電磁波會使電路中產生最強的電流 與機械振動中的 現(xiàn)像類似 直線 共振 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 某一種特定的頻率接收的過程 3 調諧電路 能夠進行調諧的接收電路 4 檢波 從高頻載波中把音頻信號 檢 出來的過程 是調制的逆過程 也叫解調 挑選出 四 無線電波在我們生活中微波通信 通信和 通信為人類交流信息發(fā)揮著巨大的作用 隨著 和 的發(fā)明 又實現(xiàn)了光纖通信 其特點是 因特網就是利用 來交互信息 衛(wèi)星 光纖 激光器 光纖 能量損耗小 抗干擾能力強 光纖 五 電磁波譜將各種電磁波按 或頻率的大小順序排列起來 就構成了電磁波譜 通常人們按 將電磁波譜劃分為無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線六個波段 六 電磁波家族成員的特性1 可見光 進入人眼能引起 的電磁波叫做可見光 若沒有可見光 地球上的生物就難以生存 世界就不會豐富多彩 波長 用途 視覺 2 紅外線 波長比可見光中的紅光的波長長 不能引起人的視覺 是不可見光 所有物體都在不停地輻射紅外線 且溫度越高 輻射的紅外線越 波長越 紅外線的主要作用是 3 紫外線 波長比可見光中的紫光波長還短 不能引起人的視覺 主要作用 強 短 熱效應 殺菌消毒 4 X射線 倫琴射線 波長比紫外線的波長還 高速電子流射到任何固體上都能產生X射線 作用是用于檢查人體內部器官 金屬探傷 5 射線 是比X射線波長更短的電磁波 它的穿透能力強 能穿過幾厘米厚的鋁板或3m厚的混凝土 短 核心要點突破 一 有效向外發(fā)射電磁波振蕩電路必須具有的特點1 要有足夠高的頻率 發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比 如果是低頻信號 要用高頻信號運載才能更有效地發(fā)射出去 2 采用開放電路 使振蕩電路的電磁場必須盡可能地分散到大的空間 天線和地線也可組成開放電路如圖3 3 1所示 由閉合電路變成開放電路圖3 3 1 二 電磁波的發(fā)射與調制在電磁波發(fā)射技術中 使電磁波隨各種信號而改變的技術叫做調制 調制的裝置見圖3 3 2所示 圖3 3 2 1 調幅 使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫調幅 調幅的作用見圖3 3 3 甲 聲音信號的波形 乙 高頻等幅振蕩電流的波形 丙 經過調幅的高頻振蕩電流的波形 圖3 3 3 2 調頻 使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫調頻 調頻的作用見圖3 3 4所示 甲 聲音信號的波形 乙 高頻等幅振蕩信號的波形 丙 經過調頻的高頻振蕩電流的波形 圖3 3 4 3 電磁波的發(fā)射方框圖 如圖3 3 5所示 圖3 3 5 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 下列對無線電廣播要對電磁波進行調制的原因的說法正確的是 A 經過調制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領更強B 經過調制后的電磁波在空間傳播得更快C 經過調制后的電磁波在空間傳播波長才能不變D 經過調制后的高頻電磁波才能把我們要告知對方的訊號傳遞過去 解析 選A 調制是把要發(fā)射的信號 加 到高頻等幅振蕩上去 頻率越高 傳播信息能力越強 A對 電磁波在空氣中以接近光速傳播 B錯 由v f 知波長與波速和傳播頻率有關 C錯 三 無線電波的接收1 電諧振 當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時 接收電路中產生的振蕩電流最強 這種現(xiàn)象叫電諧振 2 調諧 使接收電路產生電諧振的過程叫調諧 能夠調諧的接收電路叫調諧電路 調諧的方法一般是改變電路的L或C 3 檢波 從接收到的高頻振蕩中 檢 出所攜帶的波 叫檢波 檢波是調諧的逆過程 也叫解調 檢波電路及作用見圖3 3 6 甲 檢波前的高頻調幅電流 乙 檢波后的單向脈動電流 丙 流過耳機的音頻電流 檢波電路檢波作用圖3 3 6 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 圖3 3 7甲為一個調諧接收電路 a b c 為電路中的電流隨時間變化的圖像 則 A i1是L1中的電流圖像B i1是L2中的電流圖像C i2是L2中的電流圖像D i3是流過耳機的電流圖像 圖3 3 7 解析 選ACD L2中由于電磁感應 產生的感應電動勢的圖像是同 a 圖相似的 但是由于L2和D串聯(lián) 所以當L2的電壓與D反向時 電路不通 因此這時L2沒有電流 所以L2中的電流應選 b 圖 故應選A C D 四 電磁波的傳播特性無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波 它們的波長在幾毫米到幾十千米之間 無線電波在沿地球表面 大氣層中傳播時 由于不同波長的電磁波衍射和波被吸收的情況各不相同 不同波長的電磁波在傳播方式上也各不相同 無線電波主要的傳播方式有 地波傳播 天波傳播和直線傳播三種 1 地波傳播 沿地球表面空間傳播的無線電波 圖3 3 8 如圖3 3 8所示 由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物 只有能繞過這些障礙物的無線電波 才能被各處的接收機所接收到 根據(jù)波的衍射特性 當波長大于或相當于障礙物的尺寸時 就可以繞到障礙物的后面 地面上的障礙物一般都不是很大 長波能很好地繞過它們 中波和中短波也能較好地繞過 短波和微波由于波長短 繞過障礙物的本領很差 這種傳播方式對長波 中波和中短波比較適宜 對短波和微波而言 被吸收損耗的能量較多 并且它們的衍射本領較差 故不適宜 2 天波傳播 依靠大氣層中的電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波 我們知道 地球被厚厚的大氣包圍著 地表50千米到幾百千米范圍內的大氣 由于太陽光的照射使大氣中的一部分氣體分子發(fā)生電離 這層大氣就叫做電離層 電離層對于不同波長的電磁波表示出不同的特性 對于波長短于10m的微波 電離層能讓它穿過 飛向宇宙 對于長波 電離層基本把它吸收 對于中波 中短波 短波 波長越短 電離層對它吸收得越少而反射得越多 因此短波最適宜以天波的形式傳播 3 直線傳播 微波又叫超短波 它既不能以地波的形式傳播 易被吸收 又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播 能穿透 微波只能像光那樣 沿直線傳播 這種沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 關于電磁波的傳播 下列敘述正確的是 A 電磁波頻率越高 越易沿地面?zhèn)鞑 電磁波頻率越高 越易沿直線傳播C 電磁波在各種介質中傳播波長恒定D 只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波 就可把信號傳播到全世界 解析 選BD 電磁波頻率越高 波長就越短 繞過地面障礙物的本領就越差 且地波在傳播過程中的能量損失隨頻率的增高而增大 A錯 隨著電磁波頻率的增大 粒子性越來越明顯 其傳播形式跟光相似 沿直線傳播 B正確 電磁波在各種介質中傳播時 頻率不變 但傳播速度不等 波長不同 C錯 由于同步通訊衛(wèi)星相對于地面靜止在赤道上空36000km高的地方用它來作微波中繼站 只要有三顆這樣的衛(wèi)星 就可以把微波信號傳播到全世界 D正確 五 電磁波譜無線電波 紅外線 可見光 紫外線 倫琴射線 射線合起來 構成了范圍非常廣闊的電磁波譜 可見光只是其中很窄的一個波段 由于它們都是本質上相同的電磁波 所以它們的行為都服從共同的規(guī)律 但另一方面 由于它們的頻率不同而又表現(xiàn)出不同的特性 例如 波長較長的無線電波 很容易表現(xiàn)出干涉 衍射現(xiàn)像 但對波長越來越短的可見光 紫外線 倫琴射線 射線 要觀察到它們的干涉 衍射現(xiàn)像就越來越困難了 六 電磁波家族成員的特性1 無線電波波長大于1mm頻率小于300GHz的電磁波是無線電波 無線電波可用于通信和廣播 許多自然過程也輻射無線電波 天文學家用射電望遠鏡接收天體輻射的無線電波 進行天體物理研究 2 紅外線可見光譜的紅光外側是紅外線 紅外線的波長比紅光的波長還長 不是可見光 不能引起人的視覺 對紅外線強調以下幾點 1 英國物理學家赫謝爾于1800年首先發(fā)現(xiàn)了紅外線 2 產生 一切物體 不管大小 也無論是否有生命 凡是由分子 原子等微粒構成的物體都在不停地輻射紅外線 物體溫度越高 輻射紅外線的本領越強 紅外輻射是熱傳遞的方式之一 3 作用 紅外線遙感 勘測地熱 尋找水源 人體檢查等 紅外線遙控 家用電器配套的遙控器發(fā)出紅外線脈沖信號 受控機器就會按指令改變工作狀態(tài) 加熱物體 紅外線很容易使物體的溫度升高 如市場上的 遠紅外烤箱 這是因為 紅外線的顯著作用就是熱作用 其原因是紅外線的頻率比可見光更接近固體物質分子的固有頻率 因此更容易引起分子的共振 所以紅外線的電磁場的能量更容易轉變?yōu)槲矬w的內能 3 可見光 1 波長在700nm到400nm之間 進入人眼能引起視覺的電磁波叫可見光 2 不同顏色的可見光波長見下表 3 波長較短的光比波長較長的光更容易被散射 因此天空看起來是藍色的 大氣對波長較短的光吸收也比較強 所以傍晚的陽光比較紅 4 可見光是由原子或分子內電子的躍遷產生的 4 紫外線可見光光譜中的紫光外側是紫外線 紫外線也是不可見光 其波長比紫光還短 波長范圍為5 400nm之間 1 發(fā)現(xiàn) 德國物理學家里特于1801年首先發(fā)現(xiàn)了紫外線 2 產生 一切高溫物體發(fā)出的光中都含有紫外線 有的儀器是專門發(fā)射紫外線的 可以進行防偽檢測 3 作用 促使人體合成維生素D 但不能過多照射 能殺死多種細菌 具有消毒功能 紫外線的顯著特征是化學作用 使熒光粉發(fā)光 即熒光效應 5 X射線 1 發(fā)現(xiàn) 1895年德國物理學家倫琴在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)的 其波長比紫外線還短 2 產生 高速的電子流射到任何固體上都能產生這種射線 人們從這種射線的衍射現(xiàn)象得知它是一種波長很短的電磁波 3 顯著作用 有較強的穿透能力 但X射線穿透物質的本領跟被穿透的物質的密度有關 4 應用 用于透視人體 檢查金屬部件的質量等 5 倫琴射線管 如圖3 3 9所示 圖3 3 9 6 射線 1 產生 是從放射性元素的原子核中放射出來 2 特點 射線是波長最短的電磁輻射 具有很高的能量 3 應用 射線能破壞生命物質 可應用于醫(yī)學上 射線的穿透能力很強 能穿過幾厘米厚的鉛板 可用于探測金屬部件的缺陷 即時應用 即時突破 小試牛刀 4 下列關于電磁波譜各成員說法正確的是 A 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波B 紫外線有明顯的熱效應C X射線穿透能力較強 所以可用來做檢查工作D 晴朗的天空看起來是藍色是光散射的結果 解析 選ACD 波長越長越易衍射 故A正確 有明顯熱效應的是紅外線 故B錯誤 X射線因其穿透能力常用于人體拍片和檢查金屬零件缺陷 故C正確 天空的藍色是由于波長較短的光易被散射 故D正確 課堂互動講練 為了增大無線電臺向空間輻射無線電波的能力 對LC振蕩電路結構 可采用下列哪些措施 A 增大電容器極板的正對面積B 增大電容器極板間的距離C 增大自感線圈的匝數(shù)D 提高供電電壓 答案 B 變式訓練1下列對電磁波的發(fā)射技術中調制的理解正確的是 A 使發(fā)射的信號振幅隨高頻振蕩信號而改變叫調幅B 使高頻振蕩信號振幅隨發(fā)射的信號的改變叫調幅C 使發(fā)射的信號頻率隨高頻振蕩信號而改變叫調頻D 使高頻振蕩信號的頻率隨發(fā)射的信號而改變叫調頻解析 選BD 由調頻和調幅定義可知應選BD 答案 B 變式訓練2一臺收音機 把它的調諧電路中的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出 仍然收不到某一較高頻率的電臺信號 要想收到該電臺信號 應該 填 增大 或者 減小 電感線圈的匝數(shù) 答案 減小 關于電磁波譜 下列說法中正確的是 A 電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉 衍射現(xiàn)象的是無線電波B 紅外線 紫外線 可見光是原子的外層電子受激發(fā)后產生的C 倫琴射線和 射線是原子的內層電子受激發(fā)后產生的D 紅外線的顯著作用是熱作用 溫度較低的物體不能輻射紅外線 自主解答 波長越長的無線電波波動性越顯著 干涉 衍射現(xiàn)象易發(fā)生 從電磁波產生的機理可知 射線是原子核受激發(fā)后產生的 不論物體溫度高低如何都能輻射紅外線 物體的溫度越高 它輻射的紅外線越強 答案 AB 方法總結 知道各種電磁波的產生機理 特性 應用 是解決此題的關鍵 本章本節(jié)的很多知識點同學們務必強化識記 同時也應注重理解 變式訓練3關于電磁波譜的下列說法中正確的是 A 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B 射線是波長最短的電磁波 它比X射線的頻率還要高C 紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D 在電磁波譜中 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是 射線 解析 選AB 由課本內容知 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 射線是波長最短的電磁波 它比X射線的頻率還要高 A B正確 在電磁波譜中從無線電波到 射線 波長逐漸減小 頻率逐漸增大 而波長越大 波動性越強 越容易發(fā)生干涉 衍射現(xiàn)象 因此紫光應比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象 無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 故C D不對 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全