3.3电磁波谱、电磁波的应用-3.4无线电波的发射、传播和接收 学案（2020年教科版高中物理选修3-4）

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1、3 电磁波谱电磁波谱 电磁波的应用电磁波的应用 4 无线电波的发射无线电波的发射、传播和接收传播和接收 学科素养与目标要求 物理观念：1.了解什么是电磁波谱.2.知道有效地发射电磁波的两个条件.3.了解调制、调幅、 调频、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用. 科学思维：了解不同波长电磁波的特性及其主要用途. 一、电磁波谱 电磁波的应用 1.电磁波谱：按电磁波的波长(或频率)大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱. 2.电磁波谱按频率由小到大的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、 射线. 3.不同电磁波的特点及应用 (1)无线电波：波长从几毫米到几十千米的电磁波，主要用

2、于通信、广播及其他信号传播. (2)红外线 波长位于微波和可见光之间的电磁波.波长范围在 760106 nm. 应用：遥控、加热、红外线遥感. (3)紫外线 波长范围为 60400 nm，不能直接引起视觉. 应用：灭菌消毒、防伪、有助于人体合成维生素 D. (4)X 射线 波长比紫外线还短的电磁波. 特点：穿透能力很强. 应用：可用于检查工件内部、透视人体. (5) 射线 比 X 射线波长更短的电磁波，波长范围为 10 7102 nm. 特点：穿透能力比 X 射线更强. 应用：工业上进行探伤；医学上用来治疗某些疾病. 二、无线电波的发射、传播和接收 1.无线电波的发射 (1)要有效地发射电磁波

3、，振荡电路必须具有如下特点： 第一，振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中，才能有效地把电磁场的能 量传播出去. 第二，要有足够高的振荡频率. (2)载波：用来“运载”信号的高频等幅波. (3)调制：把传递的信号“加”到载波上的过程. 分类 调幅：使高频振荡的振幅随信号而变. 调频：使高频振荡的频率随信号而变. 2.无线电波的传播 (1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波. 适用于能够绕过地面障碍物的长波、中波和中短波. 短波和微波不宜用地波传播. (2)天波：依靠电离层的反射来传播的无线电波. 适用于不易吸收和穿过电离层而易被电离层反射的短波. 实验证明：微波易穿过电离层进入太空

4、，长波易被电离层吸收. (3)直线传播：沿直线传播的电磁波，叫做空间波或视波.适用于微波. 3.无线电波的接收 (1)接收原理 电磁波在传播过程中如果遇到导体， 会在导体中产生感应电流.因此空中的导体可以用来接收 电磁波. (2)电磁谐振(电谐振) 当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时，电路中激起的感应电流最强. (3)调谐 使接收电路产生电谐振的过程. 调谐电路：能够调谐的接收电路. 判断下列说法的正误. (1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是 射线.( ) (2)X 射线的穿透本领比 射线更强.( ) (3)低温物体不能辐射红外线.( ) (4)调制就是将低频信号变成

5、高频信号，再放大后直接发射出去.( ) (5)当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流.( ) 一、电磁波谱及电磁波的应用 电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，请你列举出下列电磁波的应用实例：无线电波、微 波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和 射线. 答案 无线电波：收音机；微波：电视机；红外线：电烤箱；可见光：人可看到的五彩缤纷 的世界；紫外线：紫外线消毒灯；X 射线：X 光透视机； 射线： 射线探伤. 不同电磁波的特性及应用 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 频率 由左向右，频率变化为由小到大 真空中的波长 由左向右，波长变化为由长到短 特

6、性 波动性强 热效应强 感光性强 化学作 用、荧光 效应强 穿透力强 穿透力 最强 用途 通信、广 播、天体 物理研究 遥控、遥 测、加热、 红外摄 像、红外 制导 照明、照 相等 日光灯、 杀菌、防 伪、治疗 皮肤病等 检查、探 测、透视、 治疗 探测、 治疗 例 1 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( ) A.波长不同的电磁波在本质上完全相同 B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象 C.电磁波谱的频带很宽 D.电磁波的波长很短，所以电磁波的频带很窄 答案 AC 解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的， 只是波长或频率不同而已.其中最长波长 是最短波长的 1021倍以上

7、. 例 2 下面列出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 用这种现象的医疗器械后面的空格上. (1)X 光机， ； (2)紫外线灯， ； (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.光的全反射 B.紫外线具有很强的荧光作用 C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X 射线有很强的贯穿力 E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射 答案 (1)D (2)C (3)E 解析 (1)X 光机是用来透视人体内部器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能 对人体造成太大的伤害， 因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太

8、大的伤害的X射线， 故选择 D. (2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌消毒作用而非荧光作用，故选 择 C. (3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使 人体局部受热，血液循环加快，故选择 E. 学科素养 例 2 考查了不同电磁波的特征及应用，体现了“物理观念”的学科素养.又通过 实例，让学生了解物理现象在一些医疗器械中的应用，体现了“科学态度与责任”的学科素 养. 二、无线电波的发射、传播和接收 1.将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上，如图所 示. (1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感

9、应圈上的两铝管，你看到了什么现象？为什 么？ (2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后，把手柄靠近感应圈有什么现象？为什么？ 答案 (1)微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波.(2)没有装铝管时， 微安表头指针不偏转，说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波.因为发射电磁波要有天线. 2.按图甲， 用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、 感应圈和直流电源连成电路. 如图乙所示，发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约 12 cm，氖泡两端分别接莱顿瓶的 内壁和外壁金属箔.感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上， 使铜球间发生火花放电.调节接收框上的 可移动的竖直金属滑动杆，使它从最右端慢

10、慢向左移动，观察接收框上的氖泡发光有什么变 化？并说明产生这种变化的原因. 答案 在滑动杆向左滑动的过程中，氖泡先变亮后变暗，当矩形接收框与发射框的大小差不 多时氖泡最亮.当两框大小相等时， 两框的电感接近相等， 与莱顿瓶组成的LC 振荡电路的固有频 率接近相同，发射电路与接收电路发生电谐振，接收框接收到的信号最强，所以氖泡最亮. 1.无线电波的发射、传播和接收过程 2.对概念的理解 (1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆过程. (2)电谐振就是电磁振荡中的“共振”. (3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程. 例 3 为了增大无线电台向空间发射无线电

11、波的能力，对 LC 振荡电路的结构可采用下列哪 些措施( ) A.增大电容器极板的正对面积 B.增大电容器极板的间距 C.增大电感线圈的匝数 D.提高供电电压 答案 B 解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力， 必须提高其振荡频率， 即减小 L 或减小 C， 要减小 L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法；要减小 C，可采用增大板间距、减小 极板正对面积、减小介电常数的办法.故 B 正确. 例 4 在如图 1 所示的电路中，C1200 pF，L140 H，L2160 H，怎样才能使回路 2 与 回路 1 发生电谐振？发生电谐振的频率是多少？ 图 1 答案 改变可变电容器 C2的电容，使得

12、 C2为 50 pF 1.78 MHz 解析 发生电谐振时两电路的固有频率相同.为使回路发生电谐振，可以改变可变电容器 C2 的电容，使 f2f1， 即 1 2 L2C2 1 2 L1C1 C2L1C1 L2 40200 160 pF50 pF.发生电谐振时的频率 f1 1 2 L1C11.7810 6 Hz1.78 MHz. 1.(电磁波谱)各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是( ) A. 射线、紫外线、可见光、红外线 B. 射线、红外线、紫外线、可见光 C.紫外线、可见光、红外线、 射线 D.红外线、可见光、紫外线、 射线 答案 A 解析 在电磁波谱中，各电磁波按照频率从小到

13、大的排列顺序是：无线电波、红外线、可见 光、紫外线、X 射线、 射线，所以选项 A 正确. 2.(电磁波的特性及应用)电磁波在生活中有着广泛的应用.不同波长的电磁波具有不同的特 性，因此也有不同的应用.下列器材与其所应用的电磁波对应关系不正确的是( ) A.雷达无线电波 B.手机X 射线 C.紫外消毒柜紫外线 D.遥控器红外线 答案 B 解析 雷达是利用了无线电波中的微波来测距的，故 A 正确；手机采用的是无线电波，X 射 线对人体有很大的辐射， 不能用于通信， 故 B 错误； 紫外线具有很强的消毒作用， 故 C 正确； 红外线可以用于遥控器，故 D 正确. 3.(电磁波的发射)(多选)关于电

14、磁波的发射过程，下列说法正确的是( ) A.必须对信号进行调制 B.必须使信号产生电谐振 C.必须把传输信号加到高频电流上 D.必须使用开放电路 答案 ACD 解析 在电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加到高频电流 上.为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D 正确.而产生电谐振是在接收 过程中，B 错误. 4.(电磁波的接收)一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁 棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的 线圈，由此可以判断( ) A.匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 B.匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 C.匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 D.匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 答案 A 解析 根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小，可排除 B、D 选项；根据 T2 LC，电感越大，回路固有频率越小，可排除 C 选项；根据 cf，频率越小，波长越 长，故用细线密绕匝数多的线圈可用于接收中波，可知 A 选项是正确的.