2024-2025學年新教材高中物理第4章電磁波第2節(jié)電磁波的發(fā)射傳播和接收第3節(jié)電磁波譜學案魯科版選擇性必修2

PAGE8-第2節(jié)電磁波的放射、傳播和接收第3節(jié)電磁波譜學習目標：1.[科學思維]知道電磁波放射的條件及電磁波傳播和接收的原理。2.[物理觀念]知道調制、調幅、調頻、調諧、解調、電諧振等概念。3.[科學看法與責任]相識電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用。閱讀本節(jié)教材，回答第89頁“問題”并梳理必要學問點。教材P89問題提示：電磁波的放射要具備足夠高的振蕩頻率和開放電路，無線電波通常有地波、天波和空間波三種傳播途徑，電磁波的接收則是電諧振現(xiàn)象。一、電磁波的放射1．有效放射條件(1)振蕩頻率足夠高。(2)電場、磁場盡可能分布到較大的空間。2．開放電路：為了滿意放射條件，可以減小電容器的極板面積，增大極板間距，使電容器變成兩條長直導線，一條深化高空成為天線，另一條接入地下成為地線。3．電磁波的調制：(1)定義：把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上稱為調制。(2)分類：①調幅：使電磁波的振幅隨信號的強弱而變更。②調頻：使電磁波的頻率隨信號的強弱而變更。二、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。2．傳播特點(1)地波：沿地球表面空間傳播的無線電波。在無線電技術中，通常采納地波的形式傳播長波、中波和中短波。(2)天波：靠大氣層中電離層的反射傳播的無線電波。短波最適合采納天波的形式傳播。(3)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。三、電磁波的接收1．電諧振現(xiàn)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(chǎn)生電流最強的現(xiàn)象。與機械振動中的共振現(xiàn)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，須要選擇某一特定的頻率接收的過程。3．調諧電路(1)定義：能夠調諧的接收電路。(2)應用：調整調諧電路可調電容或電感，變更電路的固有頻率，使它與要接收的電臺的電磁波的頻率相同。四、電磁波譜1．電磁波譜電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等，把這些電磁波按波長或頻率依次排列起來，就構成了電磁波譜。電磁波譜中的各種波有肯定的波長范圍，它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性；它們在真空中的傳播速度均等于光速。2．電磁波的應用(1)無線電波的應用①特點：不同波段內的無線電波具有不同的傳播特性。頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠；頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近。②應用：長波主要用于調幅廣播及航海導航；中波主要用于調幅廣播及通信；短波主要用于遠距離短波通信及調幅廣播；微波主要用于調頻廣播、電視、衛(wèi)星導航和雷達，微波爐可利用高功率的微波對食物進行加熱。(2)紅外線和紫外線的應用①紅外線：具有明顯的熱效應。利用紅外線的這種熱效應，制成了紅外線烤箱、紅外線爐等；利用紅外線使特制底片感光的性質還可制成紅外攝影儀、紅外遙感器等。②紫外線：紫外線能使很多物質發(fā)出熒光，很簡單讓底片感光。當適量紫外線照耀人體時，能使人體合成維生素D，可以預防佝僂病，但過量的紫外線會損害人體，應留意防護。紫外線還具有殺菌作用，醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒；銀行利用紫外線燈鑒別鈔票的真?zhèn)巍?3)X射線和γ射線的應用①X射線：穿透力較強，在醫(yī)學上常用X光照片協(xié)助進行疾病診斷。長期暴露在X射線下，會對人體造成很大損害。②γ射線：從原子核內發(fā)出的電磁波，能量較高，穿透力很強，對生物的破壞力很大。醫(yī)學上常用來殺死癌細胞。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)振蕩頻率足夠高的開放電路才能放射電磁波。 (√)(2)電磁波波長較長的波貫穿障礙物的實力強。 (×)(3)電磁波波長較短的波能量大，穿透實力強。 (√)(4)可見光是整個電磁波譜中極狹窄的一段，其中紅光波長最長。 (√)(5)紅外線屬于可見光。 (×)(6)紫外線有明顯的熱效應。 (×)2．要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本事，應當實行的措施是()A．減小電容器極板間距B．使振蕩電容器的正對面積足夠大C．盡可能使電場和磁場分散開D．增大回路中的電容和電感C[要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本事，應從兩個方面考慮，一是提高振蕩頻率，二是使電磁場盡可能地分散開，所以C正確；由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，當減小電容器極板間的距離時，C變大，f減小，A錯誤；使電容器正對面積變大，C變大，f變小，B錯誤；增大回路中的L、C，f變小，D錯誤。]3．下列說法中正確的是()A．夏天太陽光把地面曬得發(fā)熱是因為可見光的熱效應在各種電磁波中是最弱的B．醫(yī)院里用X射線進行人體透視，是因為它是各種電磁波中穿透本事最大的C．在熱學中所說的熱輻射就是指紅外線輻射D．醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒，是因其有殺菌作用CD[熱效應最強的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯誤，C正確；穿透本事最強的是γ射線，B錯誤；紫外線具有殺菌作用，D正確。]電磁波的放射、傳播、接收1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元1874～1937年)獨創(chuàng)了無線電通信技術。從今，攜帶了人類信息的電磁波起先在空間自由旅行，人們不必依靠電線，就可以在遙遠的地方互通信息。電視臺放射電視信號為什么要建高聳入云的放射塔呢？提示：電視信號要有效地放射出去，必需采納高頻開放電路，電視信號所用電磁波的波長比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會被阻擋，所以放射天線要架得高一些。1．電磁波的放射：由振蕩器(常用LC振蕩電路)產(chǎn)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，向四周放射出去，如圖所示。2．“調幅”和“調頻”是調制的區(qū)分(1)高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調制方式叫調幅，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納調幅波。如圖所示是調幅的作用，其中甲為聲音信號的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過調幅的變頻振蕩電流的波形。(2)高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調制方式叫調頻，電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號，采納調頻波。如圖所示調頻的作用，其中甲為聲音信號的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過調頻的高頻振蕩電流的波形。3．電磁波的接收：天線接收到的全部的電磁波，經(jīng)調諧選擇出所須要的電磁波，再經(jīng)解調取出攜帶的信號，放大后再還原成聲音或圖像的過程。4．解調是調制的逆過程聲音、圖像等信號頻率相對較低，不能轉化為電信號干脆放射出去，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上的過程就是調制。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。5．正確理解調諧的作用世界上有許很多多的無線電臺、電視臺及各種無線電信號，假如不加選擇全部接收下來，那必定是一片混亂，辨別不清。因此接收信號時，首先要從各種電磁波中把我們須要的選出來，通常叫選臺。在無線電技術中是利用電諧振達到該目的的。檢波：調幅波的解調稱為檢波?！纠?】(多選)關于電磁波的放射和接收，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，必需是閉合電路B．音頻電流的頻率比較低，不能干脆用來放射電磁波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(chǎn)生的振蕩電流最強D．要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程思路點撥：解此題關鍵有兩點(1)明確有效放射電磁波的條件。(2)明確電諧振、檢波的概念。BCD[有效放射電磁波，必需采納開放電路和高頻放射；一般的音頻電流的頻率較低，不能干脆用來放射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機械振動中的共振有些相像；電視機顯示圖像時，必需通過檢波過程，把有效的信號從高頻信號中取出來，否則就不能顯示。故A錯誤，B、C、D正確。]eq\o([跟進訓練])1．下列關于無線電廣播要對電磁波進行調制的緣由說法正確的是()A．經(jīng)過調制后的高頻電磁波向外輻射能量的本事更強B．經(jīng)過調制后的電磁波在空間傳播得更快C．經(jīng)過調制后的電磁波在空間傳播時波長才能不變D．經(jīng)過調制后的高頻電磁波才能把我們要告知對方的信號傳遞過去D[聲音信號的頻率很低，衰減快，不能干脆放射，高頻電磁波衰減慢、輻射實力強，適合放射，A、C錯，D對；經(jīng)過調制后的電磁波在空間傳播的速度不變，故B錯。]電磁波的應用紅外體溫計不用與人體接觸便可以快速測量體溫，如圖所示，你知道它的工作原理嗎？提示：依據(jù)體溫越高，輻射紅外線越強的原理。1．各種電磁波的特點及應用電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線頻率(Hz)由左向右，頻率由小到大(填“大”或“小”)真空中波長由左向右，波長由長到短(填“長”或“短”)特性波動性強熱作用強感光性強化學作用，熒光效應穿透力強穿透力最強用途通訊、廣播、導航加熱、遙測、遙感、紅外攝像、紅外制導照明、照相等日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測、透視、治療探測、治療2.電磁波的能量各種各樣的儀器能夠探測到許很多多電磁波，全部這些都表明電磁波能夠傳遞能量。3．對X射線和γ射線的兩點說明(1)不同頻率的電磁波在真空或空氣中的傳播速度相同，而在同一介質中的傳播速度并不相同。(2)X射線與γ射線都具有穿透實力，但γ射線的穿透實力更強。X射線能穿過人體，通常做人體透視；而γ射線可以穿過幾厘米厚的鉛板，可以做探測金屬砂眼的射線?！纠?】關于電磁波譜，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．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更簡單發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，更簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線AB[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，故A正確；γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長漸漸減小，頻率漸漸增大，而波長越大，波動性越強，越簡單發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更簡單發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯。]eq\o([跟進訓練])2．關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A．紅外線和X射線都有很高的穿透本事，常用于醫(yī)學上透視人體B．過強的紫外線照耀有利于人的皮膚健康C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光D[X射線有很高的穿透本事，常用于醫(yī)學透視人體，紅外線沒有，選項A錯誤；過強的紫外線照耀對人的皮膚有害，選項B錯誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長最短，最不簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象，選項C錯誤。]1．物理觀念：調制、調幅、調頻、調諧、解調、電諧振等概念。2．科學思維：電磁波放射的條件及電磁波傳播和接收的原理。3．科學看法與責任：電磁波各波段的特性及應用。1．為了把須要傳遞的信號(圖像、聲音等)加載到電磁波上放射出去，必需對振蕩電流進行()A．調諧 B．放大C．調制 D．解調C[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干脆用來放射，須要把要傳遞的電信號“加載”到高頻電磁波上，這就是調制。故正確選項為C。]2．依據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率相互交織重疊，且波長依次由短到長排列的是()A．微波、紅外線、紫外線B．γ射線、X射線、紫外線C．紫外線、可見光、紅外線D．紫外線、X射線、γ射線B[紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會頻率重疊，A錯誤；紫外線、可見光、紅外線雖相鄰，但它們三者間有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長最短，紫外線波長最長，B正確，D錯誤。]3．有一個LC接收電路，原來接收較低頻率的電磁波，現(xiàn)在要想接收較高頻率的電磁波，下列調整正確的是()A．增加電源電壓B．運用調頻的調制方式C．把可動電容器的動片適當旋出一些D．在線圈中插入鐵芯C[增大LC接收電路的頻率，由公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知應減小電容或電感，A、B項錯；把可動電容器的動片適當旋出一些，減小了電容，符合題目要求，C項正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不合題意，D項錯。]4．(多選)關于電磁波的接收，下列說法正確的是()A．當處于電諧振時，全部的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應電流B．當處于電諧振時，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應電流C．由調諧電路接收的感應電流，再經(jīng)過耳機就可以聽到聲音了D．由調諧電路接收的感應電流，再經(jīng)過檢波、放大，通過耳機才可以聽到聲音AD[當處于電諧振時，全部的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應電流，只不過頻率跟接收電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應電流最強。由調諧電路接收的感應電流，要再經(jīng)過檢波(也就是調制的逆過程)、放大，通過耳機才可以聽到聲音，故正確答案為A、D。]5．某一戰(zhàn)斗機正以肯定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行，已知雷達放射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5×10－4s。某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖甲所示，t＝173s后雷達向正上方放射和接收的波形如圖乙所示，雷達監(jiān)視相鄰刻線間表示的時間