新教材适用2023_2024学年高中物理第4章电磁振荡与电磁波3无线电波的发射和接收课件新人教版选择性必修第二册

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第四章　电磁振荡与电磁波3．无线电波的发射和接收目标体系构建1．了解有效发射电磁波的两个条件。2．能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念，了解它们在电磁波发射接收过程中的作用。3．了解电视广播发射和接收的基本原理。1．物理观念：电谐振、调谐、调制、解调。2．科学思维：调制与解调中互逆的思想。3．科学探究：探究调制与解调；探究电谐振发生的本质。4．科学态度与责任：能应用电磁波的接收原理解释日常生活中的电磁波的调谐、检波问题。课前预习反馈 1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点第一，要有_________的振荡频率，频率_______，发射电磁波的本领越大。第二，应采用___________，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间。2．开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作_______，线圈的另一端与高高地架在空中的_______相连。足够高越高开放电路地线天线3．调制：在电磁波发射技术中，使_______随各种信号而改变的技术。4．调制的方法(1)调幅：使高频电磁波的_______随信号的强弱而改变；(2)调频：使高频电磁波的_______随信号的强弱而改变。载波振幅频率『判一判』(1)只要是电磁波信号，都可以直接用LC电路进行发射。( )(2)调节电容器的电容就可以使接收的信号增强。( )(3)电磁波的传播速度与介质无关。( )(4)调制的两种方法是调谐和调频。( )×√××1．接收原理：电磁波能使_______中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收_______。2．电谐振：当接收电路的__________跟接收到的电磁波的_______相等时，接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。3．调谐：使接收电路产生_________的过程叫作调谐。4．解调：使声音或图像信号从接收到的___________中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调。5．检波：调幅波的解调。导体 天线固有频率频率电谐振高频电流(1)电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为_____信号。(2)这种电信号通过线路直接传输时失真、损耗严重，需要通过_______将信号调制成高频信号再进行传播。(3)高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及___________。(4)在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过_______处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为_______信息。电载波卫星传输解调图像『判一判』(5)接收天线必须利用导体材料制作。( )(6)利用接收天线接收到的信号可以直接还原成声音或图像。( )『选一选』关于电磁波的发射和接收，下列说法中不正确的是( )A．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波B．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的C．当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程√×B解析：音频电流的频率比较低，需放大后搭载到高频电磁波上，故A正确，不符合题意；为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故B错误，符合题意；当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，故C正确，不符合题意；解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程，要使电视机的屏幕上有图像，必须要有解调过程，故D正确，不符合题意。故选B。『想一想』打开收音机，在收音机旁边放置一个正在工作的手机或者电动剃须刀，调节收音机的方位和距离，看看会发生什么情况，并解释其中的原因。解析：在收音机旁边放置一个正在工作的手机，调节收音机的方位和距离，会听到刺耳的噪音；将正在工作的电动剃须刀放在收音机旁边也会听到“咔咔”的噪音；原因是手机和电动剃须刀工作时都会发出电磁波，被收音机接收后就会发出声音。课内互动探究探究电磁波的发射我们说话的声音一般只能传几十米，最多只有几百米，而当我们的声音通过无线电广播却可以传几千米以外，甚至传遍全球，为什么？情|境|导|入提示：我们说话的声音是在空气中传播的声波，能量很低，而且在空气中的损耗很大，传播不太远的距离就损耗殆尽了，而无线电广播中的声音信号是搭载在高频电磁波上的，高频电磁波的能量很高，而且在空气中损耗很小，因而能传播很远的距离。1．发射电路的两个特点①发射频率足够高。②应用开放电路。2．调制(1)使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制。(2)调制方法调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。要|点|提|炼3．无线电波的发射由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去。 (多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是( )A．增大电容器极板间距B．使振荡电容器的正对面积足够大C．尽可能使电场和磁场向外部空间分散开D．增加回路中的电容和电感典|例|剖|析AC有效发射电磁波的条件(1)要有足够高的振荡频率。理论研究证明，振荡电路向外界辐射能量的本领与振荡频率密切相关，频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大。(2)采用开放电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，天线和地线也可组成开放电路，如图所示。由闭合电路变成开放电路 (多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是( )A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快C．经过调制后的电磁波在空间传播，波长才能不变D．经过调制后的高频电磁波才能把我们要传递的信号传递出去解析：调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡上去，频率越高，传播信息能力越强，A、D正确；电磁波在空气中以接近光速传播，B错误；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误。AD探究电磁波的接收在一些村庄中，我们经常看见放置于屋顶上各种形状的天线，它的作用是什么呢？应该如何从众多信号中选出我们所需要的信号呢？情|境|导|入提示：天线用以接收空中的电磁波；通过调谐电路选出我们所需要的信号。1．原理利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流。2．方法(1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。3．无线电波的接收：天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图像的过程。要|点|提|炼4．调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。5．无线电波的发射和接收过程如图所示 (多选)关于无线电波的接收，下列说法中正确的是( )A．当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大B．使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐C．收音机的接收电路是LC振荡回路D．从接收到的高频率振荡电流中“检”出所携带的信号，叫作调谐典|例|剖|析 ABC思路引导：要理解调制、调谐、检波等概念，并能清楚地区分它们。解析：接收电路与电磁波发生电谐振时，即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，电路中激起的感应电流最大，选项A正确；根据调谐概念可知，选项B正确，D错误；收音机的接收电路是LC回路，选项C正确。需要传送的电信号必须经过调制才能向外发射，接收到的电磁波必须经过解调才能还原。 (2023·湖北武汉市高二期中)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法( )A．增加调谐电路中线圈的匝数B．加大电源电压C．将调谐电路线圈中的铁芯抽走D．减小电源电压 A课堂小结核心素养提升移动电话与电磁干扰在现代生活中，手机已成为人们生活的必需品，深入到千家万户，它所具有的强大功能也已经触及了现代生活的方方面面，你几乎无法想象没有手机陪伴的日子将是怎样的状态。手机全称“移动电话”或“无线电话”。手机要打电话，首先要有信号，这个信号就是指无线信号，还要有固定的无线电台转接，这种固定的电台叫作基地台或者基站，手机通过无线信号与移动网的基站连接，基站再通过线缆与移动网络的其他网元连接。在城市中，移动通信基地台的天线建在高大建筑物上(如图)。每一部移动电话都是一个无线电台，它可以将用户的声音转变为高频电信号发射到空中，同时又相当于一台收音机，捕捉到空中的电磁波，使用户接收到通话对方发送来的信号，我们知道有许多地方都有禁止使用移动电话的标志(如图)，比如在加油站，为了防止失火，禁止使用移动电话；在起飞的飞机上，接打电话时，手机会发射出电磁高频信号，对正在工作的敏感元件产生“电磁干扰”，使之无法正常工作，影响飞机的飞行，为防止电磁干扰，在飞机上也禁止使用移动电话。 下图为手机信号屏蔽器。手机信号屏蔽器主要针对各类考场、加油站、军事重地等禁止使用手机的场所。手机工作时，是在一定频率范围内，手机和基站通过无线电波联系起来，完成数据和声音的传输。针对这种通讯原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率的底端向高端扫描，在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号，使手机不能与基站建立正常的联系，从而对手机形成干扰。对于手机信号屏蔽器的工作过程，下列说法中正确的是( )DA．手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的B．手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的C．手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的解析：手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机从基站传过来的信号，从而起到屏蔽作用。因此手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的。故A、B、C错误，D正确。课堂达标检测一、无线电波的发射1．(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，可采用的做法是( )A．增大电容器两极板间的距离B．减小电容器两极板间的距离C．减小电容器两极板正对面积D．在电容器两极板间加入电介质BD2．(2023·江苏徐州高二期中)5G网络使用的无线电波通信频率是3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比目前通信频率在0.3 GHz～3.0 GHz间的特高频段的4G网络拥有更大的带宽和更快的传输速率，如图所示5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。与4G网络相比( )A．5G信号的波长更长B．5G信号的传播速度更大C．5G信号相同时间内能传递更大的信息量D．5G信号的衍射更明显，因此5G基站搭建更稀疏C解析：因5G信号的频率更高，则波长更小，故A错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故B错误；5G信号的带宽更大，并且由于5G信号频率更高，波长更短，故相同时间内传递的信息量比4G更大，故C正确；由于5G信号的频率更高，则波长小，其衍射更不明显，因此5G基站搭建更密集，故D错误。3．(2022·山西太原五中高二阶段练习)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是( )A．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调谐B．发射电磁波的LC振荡电路，由闭合电路变成开放电路才能有效地把电磁波发射出去C．接收电磁波时，通过调制来使接收电路中出现电谐振现象D．接收电磁波时，通过解调使接收电路中产生的振荡电流最强 B解析：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制，A错误；发射电磁波的LC振荡电路，由闭合电路变成开放电路才能有效地把电磁波发射出去，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去，B正确；接收电磁波时，通过调谐来使接收电路中出现电谐振现象。当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，发生电谐振，接收电路中产生的振荡电流最强。将信号从电磁波上下载下来的过程称为解调，又称为检波，C、D错误。4．(2022·湖南高二期中)“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备，随着无线电技术的应用，很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波)，麦克风与扩音器不用导线连接，老师拿着麦克风在教室中间说话，放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是( )A．“小蜜蜂”直接接收到了来自麦克风的声波信号B．为了将信号发射出去，先要进行解调C．“小蜜蜂”接收电磁波时，要使接收电路中出现电谐振现象，称为调谐D．载波频率越高，经调制后发射出来的电磁波传播的越快C解析：无线麦克风含有一个无线电发射装置，可以把声音信号转化成电磁波信号，再发射出去，故A错误；为了将信号发射出去，需要把声音信号加到高频电磁波中，这个过程叫调制，故B错误；“小蜜蜂”接收电磁波时，需要使接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同，从而发生电谐振，这个过程叫调谐，故C正确；在空气中电磁波传播速度接近光速，而在真空中任何频率电磁波的速度都等于光速，故D错误。三、电视广播的发射与接收5．一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，下列选项都描述了该过程，其中顺序正确的是( )A．调制—发射—调谐—解调—播放B．调频—发射—解调—调谐—播放C．调幅—调谐—发射—解调—播放D．调频—调谐—发射—解调—播放 A解析：一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，首先要进行调制，即把声音信号加到高频电磁波信号上去，然后进行发射；载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭播放；故选A。