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4.3無(wú)線電波的發(fā)射和接收

課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)

1.知道有效發(fā)射電磁波的

兩個(gè)條件.

2.了解無(wú)線電波的特點(diǎn)及物理觀念:了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振的概念及其相互關(guān)

傳播規(guī)律.系。

3.了解調(diào)制(調(diào)幅、調(diào)頻)、科學(xué)思維:能解釋無(wú)線電波發(fā)射、接收的過(guò)程。

電諧振、調(diào)諧、解調(diào)在電科學(xué)探究:了解電視廣播的發(fā)射與接收的原理與過(guò)程。

磁波發(fā)射、接收過(guò)程中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:領(lǐng)會(huì)高頻電磁波在無(wú)線電發(fā)射與接收中的重要作用。

作用.

(一)課前研讀課本,梳理基礎(chǔ)知識(shí):

一、無(wú)線電波的發(fā)射

1.要有效地發(fā)射電磁波,振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn):

(1)要有足夠高的振蕩頻率,頻率越高,發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大.

(2)振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間,因此采用開放電路.

2.實(shí)際應(yīng)用中的開放電路,線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連,這條導(dǎo)線叫作地線;線圈的另一端與高高地架

在空中的天線相連.

3.電磁波的調(diào)制:在電磁波發(fā)射技術(shù)中,使載波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù).調(diào)制分為調(diào)幅和調(diào)頻.

(1)調(diào)幅(AM):使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方法.

(2)調(diào)頻(FM):使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方法.

二、無(wú)線電波的接收

1.接收原理:電磁波在傳播時(shí)如果遇到導(dǎo)體,會(huì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,空中的導(dǎo)體可以用來(lái)接收電磁波,

這個(gè)導(dǎo)體就是接收天線.

2.電諧振:當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng),這種

現(xiàn)象叫作電諧振,相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振.

(1)調(diào)諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程.

(2)解調(diào):把聲音或圖像信號(hào)從高頻電流中還原出來(lái)的過(guò)程.調(diào)幅波的解調(diào)也叫檢波.

三、電視廣播的發(fā)射和接收

1.電視廣播信號(hào)是一種無(wú)線電信號(hào),實(shí)際傳播中需要通過(guò)載波將信號(hào)調(diào)制成高頻信號(hào)再進(jìn)行傳播.

2.高頻電視信號(hào)的三種傳播方式:地面無(wú)線電傳輸、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸以及衛(wèi)星傳輸.

3.電視信號(hào)的接收:電視機(jī)接收到的高頻電磁波信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)將得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信號(hào)和伴音信號(hào).

【題型一】無(wú)線電波的發(fā)射

1.有效發(fā)射電磁波的條件

要有效地向外發(fā)射電磁波,振蕩電路必須具有的兩個(gè)特點(diǎn):

(1)要有足夠高的振蕩頻率.頻率越高,振蕩電路發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大,如果是低頻信號(hào),要用高頻信號(hào)

運(yùn)載才能將其更有效地發(fā)射出去.

(2)采用開放電路.采用開放電路可以使振蕩電路的電磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間,如圖.

2.調(diào)制

(1)概念:把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上,使載波隨各種信號(hào)而改變.

(2)調(diào)制的分類

①調(diào)幅:使高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示.

②調(diào)頻:使高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變的調(diào)制技術(shù),如圖所示.

【典型例題1】實(shí)際發(fā)射無(wú)線電波的過(guò)程如圖甲所示,高頻振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩如圖乙所示,人對(duì)著話

筒說(shuō)話時(shí)產(chǎn)生低頻信號(hào)如圖丙所示.則發(fā)射出去的電磁波圖像應(yīng)是()

【答案】B

【解析】使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù),叫作調(diào)制.調(diào)制共有兩種方式:一種是調(diào)幅,即通過(guò)改變

電磁波的振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)加載;另一種是調(diào)頻,即通過(guò)改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)加載,由各選項(xiàng)的圖形可知,

該調(diào)制波為調(diào)幅波,即發(fā)射信號(hào)的振幅隨聲音信號(hào)振幅的變化而變化.故選B.

【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】1886年,赫茲做了如圖所示實(shí)驗(yàn),關(guān)于該實(shí)驗(yàn),以下說(shuō)法正確的是()

A.實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在

B.實(shí)驗(yàn)證實(shí)了法拉第的電磁場(chǎng)理論

C.實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明電磁波是一種縱波

D.在真空環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),仍能觀察到明顯的火花放電

【答案】A

【解析】ABC.該實(shí)驗(yàn)是赫茲用來(lái)發(fā)射和接收電磁波的實(shí)驗(yàn),不能說(shuō)明電磁波是橫波還是縱波。之后進(jìn)行了

一系列實(shí)驗(yàn)觀察到電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象,測(cè)出了電磁波在真空中的速度等于光

速證明了電磁波與光的統(tǒng)一性,才證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。故A正確;BC錯(cuò)誤;

D.實(shí)驗(yàn)中火花放電是空氣被擊穿的現(xiàn)象,在真空環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不能觀察到明顯的火花放電。故D錯(cuò)誤。

故選A。

【題型二】無(wú)線電波的接收

1.無(wú)線電波的接收原理

利用電磁感應(yīng)在接收電路產(chǎn)生和電磁波同頻率的電流.

2.方法

(1)利用調(diào)諧產(chǎn)生電諧振,使接收電路的感應(yīng)電流最強(qiáng).

(2)利用解調(diào)把接收電路中的有用信號(hào)分離出來(lái).

(3)調(diào)諧和解調(diào)的區(qū)別:調(diào)諧就是一個(gè)選臺(tái)的過(guò)程,即選攜帶有用信號(hào)的高頻振蕩電流,在接收電路中產(chǎn)生

最強(qiáng)的感應(yīng)電流的過(guò)程;解調(diào)是將高頻電流中攜帶的有用信號(hào)分離出來(lái)的過(guò)程.

【典型例題2】如圖甲所示為收音機(jī)的調(diào)諧電路,改變可變電容器C的電容,進(jìn)而改變調(diào)諧電路的頻率。若

“調(diào)頻”后,電路中的最強(qiáng)的高頻電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律為圖乙所示的正弦曲線。下列說(shuō)法或做法正確的

是()

A.改變電容器C的電容的目的是使調(diào)諧電路的固有頻率跟接收的電磁波頻率相同

B.將可變電容器的電容減小,電路將接收到波長(zhǎng)更大的電信號(hào)

C.在t1~t2時(shí)間內(nèi),電容器C正在放電

D.電路中電場(chǎng)能隨時(shí)間變化的周期等于t4

【答案】A

【解析】A.改變電容器C的電容目的是達(dá)到共振,即使調(diào)諧電路的固有頻率跟接收的電磁波頻率相同,故

A正確;

B.根據(jù)

1

f

2LC

將可變電容器的電容減小,固有頻率會(huì)增加,根據(jù)公式

v

f

可知,頻率越大,波長(zhǎng)越小,所以將可變電容器的電容減小后,將接收到波長(zhǎng)更小的電信號(hào),故B錯(cuò)誤;

C.在t1~t2時(shí)間內(nèi),電路中電流在減小,電容器在充電,故C錯(cuò)誤;

1

D.一個(gè)周期電容器充放電兩次,所以電路中的電場(chǎng)能隨時(shí)間變化的周期等于t,故D錯(cuò)誤。

24

故選A。

【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】“小蜜蜂”是老師上課常用的擴(kuò)音設(shè)備,隨著無(wú)線電技術(shù)的應(yīng)用,很多老師用上了藍(lán)牙“小蜜

蜂”(藍(lán)牙是利用電磁波來(lái)傳遞信息的),麥克風(fēng)與擴(kuò)音器不用導(dǎo)線連接,老師拿著麥克風(fēng)在教室中間說(shuō)話,

放在講臺(tái)上的擴(kuò)音器就能傳出老師的聲音。下列說(shuō)法正確的是()

A.“小蜜蜂”只能接收到來(lái)自麥克風(fēng)的信號(hào)

B.“小蜜蜂”接收電磁波時(shí),通過(guò)解調(diào)來(lái)使接收電路中出現(xiàn)電諧振現(xiàn)象

C.麥克風(fēng)中只要有變化的電場(chǎng),就一定能發(fā)出電磁波信號(hào)

D.麥克風(fēng)回路可通過(guò)增大發(fā)射電磁波的頻率來(lái)提高發(fā)射電磁波的本領(lǐng)

【答案】D

【解析】A.因?yàn)樗{(lán)牙屬于電磁波,周圍空間存在其他電磁波信號(hào),所以“小蜜蜂”不只接收到了來(lái)自麥克風(fēng)

的信號(hào),故A錯(cuò)誤;

B.“小蜜蜂”接收電磁波時(shí),需要接收電磁波的LC振蕩電路的固有頻率與電磁波的頻率相同,從而發(fā)生電諧

振現(xiàn)象,這個(gè)過(guò)程叫做調(diào)諧,故B錯(cuò)誤;

C.均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),不能產(chǎn)生電磁波信號(hào),故C錯(cuò)誤;

D.電磁波的能量與頻率有關(guān),麥克風(fēng)回路可通過(guò)增大發(fā)射電磁波的頻率來(lái)提高發(fā)射電磁波的本領(lǐng),故D正

確。

故選D。

【基礎(chǔ)強(qiáng)化】

1.2023年8月,華為隆重推出可直接撥打衛(wèi)星電話的Mate60手機(jī),強(qiáng)力回?fù)袅嗣绹?guó)封鎖中國(guó)高端芯片的

企圖。Mate60手機(jī)信號(hào)上傳到衛(wèi)星接收器的速度約為()

A.4105m/sB.4104m/sC.3108m/sD.3107m/s

【答案】C

【解析】Mate60手機(jī)信號(hào)是以電磁波上傳到衛(wèi)星接收器,速度接近是光速c3108m/s,故選C。

2.關(guān)于電磁波,下列說(shuō)法正確的是()

A.麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在,法拉第最先用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在

B.周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā),形成電磁波

C.在真空中,頻率越高的電磁波傳播速度越大

D.利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸

【答案】B

【解析】A.麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在,赫茲最先用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,A錯(cuò)誤;

B.根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā),形成電磁波,B正確;

C.真空中電磁波的傳播速度均為3.0108m/s,C錯(cuò)誤;

D.電磁波可以通過(guò)光纖傳輸,D錯(cuò)誤。

故選B。

3.下圖是中國(guó)載人航天工程辦公室官方發(fā)布的神舟十四號(hào)乘組航天員在軌拍攝的攝影作品之一,這些作品

是通過(guò)電磁波傳輸?shù)降孛娼邮照?,下列關(guān)于電磁波說(shuō)法正確的()

A.長(zhǎng)波、中波、短波可以用于廣播及其他信號(hào)的傳輸

B.除可見光外,我們看不到其他電磁波,所以電磁波不具有能量

C.空間站離地面高約400km,圖片從空間站傳回地面最少需要0.013s

D.麥克斯韋預(yù)言并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波,為無(wú)線電技術(shù)發(fā)展開拓了道路

【答案】A

【解析】A.長(zhǎng)波、中波、短波可以用于廣播及其他信號(hào)的傳輸,故A正確;

B.除可見光外,我們看不到其他電磁波,但所有電磁波均具有能量,故B錯(cuò)誤;

C.空間站離地面高約400km,圖片從空間站傳回地面最少需要的時(shí)間為

400103

ts0.0013s

3108

故C錯(cuò)誤;

D.麥克斯韋預(yù)言了電磁波,赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在,故D錯(cuò)誤。

故選A。

4.我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁波頻率約1561MHz,家用WiFi的電磁波頻率約5725MHz。則()

A.這兩種電磁波不會(huì)產(chǎn)生偏振現(xiàn)象

B.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁波更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象

C.家用WiFi的電磁波穿墻壁進(jìn)入另一個(gè)房間時(shí)頻率會(huì)減小

D.家用WiFi與北斗導(dǎo)航的電磁波疊加時(shí)將會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象

【答案】B

【解析】A.電磁波是橫波,可以產(chǎn)生偏振現(xiàn)象,這兩種電磁波都會(huì)產(chǎn)生偏振現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;

B..家用微波爐加熱食物所使用的電磁波頻率約2450MHz,家用WiFi所使用的電磁波頻率約5725MHz,根

據(jù)cf可知,家用WiFi的波長(zhǎng)更短,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的電磁波更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,故B正確;

C.電磁波頻率由波源決定,從一個(gè)房間穿越墻壁進(jìn)入另一個(gè)房間時(shí)其頻率不變,故C錯(cuò)誤;

D.家用WiFi所使用的電磁波與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的電磁波頻率不同,不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤。

故選B。

5.關(guān)于機(jī)械波和電磁波,下列說(shuō)法正確的是()

A.機(jī)械波都是橫波,電磁波都是縱波B.機(jī)械波和電磁波都可以在真空中傳播

C.機(jī)械波和電磁波都可以傳遞信息和能量D.機(jī)械波能發(fā)生衍射現(xiàn)象,電磁波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象

【答案】C

【解析】A.電磁波都是橫波,而機(jī)械波可以是橫波也可以是縱波,故A錯(cuò)誤;

B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),則機(jī)械波不能在真空中傳播,故B錯(cuò)誤;

C.電磁波和機(jī)械波的傳播過(guò)程中都可以傳遞信息和能量,故C正確;

D.衍射是波特有的現(xiàn)象,不論是機(jī)械波還是電磁波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤。

故選C。

6.關(guān)于無(wú)線電波的發(fā)射和接收,下列說(shuō)法正確的是()

A.無(wú)線電波發(fā)射時(shí),應(yīng)使信號(hào)產(chǎn)生電諧振

B.天線在接收到電磁波時(shí),天線上不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流

C.要使電視機(jī)的屏上有圖像,必須要有解調(diào)過(guò)程

D.音頻信號(hào)在發(fā)射時(shí),調(diào)頻是調(diào)制的唯一方法

【答案】C

【解析】A.無(wú)線電波發(fā)射時(shí),應(yīng)對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻或調(diào)幅,然后通過(guò)開放電路發(fā)射,A錯(cuò)誤;

B.天線在接收到電磁波時(shí),天線上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,B錯(cuò)誤;

C.要使電視機(jī)的屏上有圖像,必須要有解調(diào)過(guò)程,C正確;

D.音頻信號(hào)在發(fā)射時(shí),有調(diào)頻和調(diào)幅兩種調(diào)制方法,D錯(cuò)誤。

故選C。

【素養(yǎng)提升】

7.(多選)黑匣子是分析飛機(jī)事故的重要裝置。如圖甲所示為搜索黑匣子的原理圖,黑匣子以一定的頻率

自動(dòng)發(fā)出信號(hào),搜索人員利用探測(cè)儀查找黑匣子發(fā)出的電磁波信號(hào)就能確定黑匣子的位置。若某時(shí)刻黑匣

子中電磁波發(fā)射電路中的LC電磁振蕩電路如圖乙所示。則下列關(guān)于LC電磁振蕩電路的說(shuō)法中正確的是()

A.該時(shí)刻電容器的電荷量正在增加

B.該時(shí)刻線圈的自感電動(dòng)勢(shì)正在減少

C.若減小發(fā)射端線圈的自感系數(shù)L,則發(fā)射電磁波的頻率增大

D.若減小發(fā)射端線圈的自感系數(shù)L,為了更好的接收到黑匣子發(fā)出的電磁波信號(hào),則可在接收端減小可

調(diào)電容器兩極板間的距離

【答案】AC

【解析】AB.由圖示磁場(chǎng)及安培定則可知,電路電流沿逆時(shí)針?lè)较?,電容器下板帶正電,上板帶?fù)電,電

容器正處在充電狀態(tài),電荷量正在增加,自感電動(dòng)勢(shì)正在增加,故A正確,B錯(cuò)誤;

1

C.若減小發(fā)射端線圈的自感系數(shù)L,由f則發(fā)射的電磁波頻率變大,故C正確;

2LC

D.若減小發(fā)射端線圈的自感系數(shù)L,則發(fā)射的電磁波頻率變大,為了更好的接收到黑匣子發(fā)出的電磁波信

S

號(hào),接收端頻率變大,可調(diào)電容器使電容減小,由C可知應(yīng)增大可調(diào)電容器兩極板間的距離,故D

4kd

錯(cuò)誤。

故選AC。

8.(多選)電磁波的發(fā)射、傳播及接收過(guò)程如圖所示,下列說(shuō)法正確的是()

A.信號(hào)源發(fā)射出的電磁波是由自由電子周期運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的

B.電磁波發(fā)射裝置主要由振蕩器和開放電路兩部分組成。振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻振蕩電流和對(duì)開放

電路供給能量

C.能直接穿過(guò)電離層,以空間波的形式進(jìn)行直線傳播是短波,這種直線傳播受大氣的干擾小、能量損

失少、信號(hào)強(qiáng)

D.調(diào)節(jié)頻道主要是在調(diào)節(jié)LC電路中的電容C,改變其固有頻率而產(chǎn)生“電諧振”現(xiàn)象

【答案】ABD

【解析】A.信號(hào)源發(fā)射出的電磁波是由自由電子周期運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的;故A正確;

B.電磁波發(fā)射裝置主要由振蕩器和開放電路兩部分組成。振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻振蕩電流和對(duì)開放電路

供給能量,故B正確;

C.能直接穿過(guò)電離層,以空間波的形式進(jìn)行直線傳播是微波,這種直線傳播受大氣的干擾小、能量損失少、

信號(hào)強(qiáng),故C錯(cuò)誤;

D.調(diào)節(jié)頻道主要是在調(diào)節(jié)LC電路中的電容C,改變其固有頻率而產(chǎn)生“電諧振”現(xiàn)象,故D正確。

故選ABD。

9.(多選)關(guān)于無(wú)線電波的傳播,下列敘述正確的是()

A.頻率越高,越適合沿地面?zhèn)鞑?/p>

B.頻率越高,越接近直線傳播

C.無(wú)線電波遇到導(dǎo)體,就可以在導(dǎo)體中激起同頻率的振蕩電流

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(hào)傳遍全世界

【答案】BCD

【解析】

AB.由cf可知,頻率越高,波長(zhǎng)越短,衍射性越差,不宜沿地面?zhèn)鞑ィ浇咏本€傳播,故A錯(cuò)誤,B

正確;

C.無(wú)線電波遇到導(dǎo)體,會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生同頻率的振蕩電流,故C正確;

D.由于同步衛(wèi)星相對(duì)地面靜止在赤道上空36000km高的地方,用它作微波中繼站,只要有三顆互成120的

同步衛(wèi)星,就能覆蓋全球,故D正確。

故選BCD。

10.(多選)關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收,下列說(shuō)法中正確的是()

A.音頻電流的頻率比較低,不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波

B.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

C.當(dāng)接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時(shí),接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)

D.要使電視機(jī)的屏幕上有圖像,必須要有解調(diào)過(guò)程

【答案】ACD

【解析】A.音頻電流的頻率比較低,需放大后搭載到高頻電磁波上,故A正確;

B.為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量,必須是開放電路,故B錯(cuò)誤;

C.當(dāng)接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時(shí),產(chǎn)生電諧振,所以接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最

強(qiáng),故C正確;

D.解調(diào)就是從調(diào)頻或調(diào)幅的高頻信號(hào)中把音頻、視頻等調(diào)制信號(hào)分離出來(lái)的過(guò)程,要使電視機(jī)的屏幕上有

圖像,必須要有解調(diào)過(guò)程,故D正確。

故選ACD。

11.(多選)第五代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱5G)是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、

減少延遲、大規(guī)模設(shè)備連接等。與4G相比,5G使用的電磁波頻率更高。下列說(shuō)法中正確的是()

A.4G比5G使用的電磁波發(fā)生衍射現(xiàn)象更明顯

B.5G和4G使用的電磁波在真空中的傳播速度相同

C.5G和4G使用的電磁波都可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象

D.在真空中5G使用的電磁波波長(zhǎng)比4G的長(zhǎng)

【答案】A

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