物理选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收课堂检测

这是一份物理选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收课堂检测，共10页。
[核心素养·明目标]
知识点一 电磁波的发射、传播和接收
1.电磁波的发射
(1)有效发射条件
①振荡频率足够高。
②电场、磁场尽可能分布到较大的空间。
(2)开放电路：为了满足发射条件，可以减小电容器的极板面积，增大极板间距，使电容器变成两条长直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线。
(3)电磁波的调制：
①定义：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制。
②分类：
a.调幅：使电磁波的振幅随信号改变，频率始终保持不变。
b.调频：使电磁波的频率随信号而改变。
2.电磁波的传播
(1)无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波。
(2)传播特点
①地波：沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波。
②天波：靠大气层中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。
③空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信、卫星电视转播等也主要是利用空间波为传输途径。
3.电磁波的接收
(1)电谐振现象：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生电流最强的现象。与机械振动中的共振现象类似。
(2)调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一特定的频率接收的过程。
(3)调谐电路
①定义：能够调谐的接收电路。
②应用：调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的固有频率，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同。
知识点二 知识点二 电磁波谱
情景导学：
(1)天空为什么是蓝的？
(2)为什么傍晚的阳光比较红？
答案提示：(1)因为大气把阳光向四面八方散射，而波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射，再加上空气分子对紫光吸收能力比较强和人的眼睛对紫光不太敏感，所以天空看起来是蓝色的。
(2)大气对波长较短的光吸收较强，傍晚的阳光在穿过厚厚的大气层时，蓝光、紫光等大部分被吸收掉了，剩下红光、橙光透过大气层射入我们的眼睛，所以傍晚的阳光比较红。
1.电磁波谱
电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。电磁波谱中的各种波有一定的波长范围，它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性；它们在真空中的传播速度均等于光速。
2.电磁波的应用
①无线电波的应用
a.特点：不同波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近。
b.应用：长波主要用于调幅广播及航海导航；中波主要用于调幅广播及通信；短波主要用于远距离短波通信及调幅广播；微波主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物进行加热。
②红外线和紫外线的应用
a.红外线：具有明显的热效应。利用红外线的这种热效应，制成了红外线烤箱、红外线炉等；利用红外线使特制底片感光的性质还可制成红外摄影仪、红外遥感器等。
b.紫外线：紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让底片感光。当适量紫外线照射人体时，能使人体合成维生素D，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护。紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房利用紫外线消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪。
③X射线和γ射线的应用
a.X射线：穿透力较强，在医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断。长期暴露在X射线下，会对人体造成很大伤害。
b.γ射线：从原子核内发出的电磁波，能量较高，穿透力很强，对生物的破坏力很大。医学上常用来杀死癌细胞。
易错易混点1.对电磁波的发射、传播和接收的理解
易错易混点辨析：
1.电磁波的发射：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，如图所示。
2.“调幅”和“调频”是调制的区别
(1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。
(2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。
3.电磁波的接收：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。
4.解调是调制的逆过程
声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。
5.正确理解调谐的作用
世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清。因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。
检波：调幅波的解调称为检波。
例1.关于电磁波的发射与接收，下列说法正确的是( )
A.调频与调幅都是用载波发送信号，原理完全相同
B.解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程
C.调谐就是将接收电路的振幅调至与载波的振幅相同
D.由调谐电路接收的感应电流，再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音
解析：选D。调频改变的是载波的频率，调幅改变的是载波的振幅，两者原理并不完全相同，选项A错误；解调是接收电磁波过程中的步骤，选项B错误；调谐是将接收电路的固有频率调至与要接收的电磁波的频率相同，选项C错误；由调谐电路接收的感应电流，要再经过解调(调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，选项D正确。
例2.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.增加辐射波的波长 B.使电容器两极板的正对面积足够小
C.减小电容器两极板间距 D.增加回路中的电容和电感
解析：选B。提高电磁波发射本领(功率)应增大频率f，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路。由f＝eq \f(1,2π\r(LC))，C＝eq \f(εrS,4πkd)知，要使f增大，应减小L与C的积，只有B符合题意。
例3.(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是( )
A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路
B.音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
C.当接收电路的固有频率与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，必须要有检波过程
思路点拨：解此题关键有两点：
(1)明确有效发射电磁波的条件。
(2)明确电谐振、检波的概念。
解析：选BCD。有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频信号中取出来，否则就不能显示。故A错误，B、C、D正确。
例4.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是( )
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时波长才能不变
D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去
解析：选D。声音信号的频率很低，衰减快，不能直接发射，高频电磁波衰减慢、辐射能力强，适合发射，A、C错误，D正确；经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变，故B错误。
易错易混点2.对电磁波谱的理解及应用
易错易混点辨析：
1.电磁波谱及介绍
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱。如图所示是按波长由长到短(频率由低到高)的顺序排列的。
2.各种电磁波的共性
(1)在本质上都是电磁波，遵循相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，在真空中的传播速度都是c＝3×108 m/s。
(3)传播都不需要介质。
(4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
3.电磁波的个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波，在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大，速度越小。
4.各种电磁波的特点及应用
5.电磁波的能量
各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，所有这些都表明电磁波能够传递能量。
6.对X射线和γ射线的两点说明
(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度相同，而在同一介质中的传播速度并不相同。
(2)X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力更强。X射线能穿过人体，通常做人体透视；而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以做探测金属砂眼的射线。
例5.(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )
A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D.在电磁波谱中，更容易发生衍射现象的是γ射线
解析：选AB。X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确；γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确；在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，波动性越强，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
例6.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
A.红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体
B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康
C.电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象
D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光
解析：选D。X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误。
例7.下列电磁波，其衍射能力由强到弱的顺序排列正确的是( )
A.红外线、可见光、紫外线、γ射线
B.γ射线、可见光、红外线、无线电波
C.可见光、红外线、X射线、γ射线
D.γ射线、紫外线、可见光、红外线
解析：选A。波长越长，衍射能力越强，故按衍射能力由强到弱的顺序排列是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，故A正确。
例8.(多选)电磁波在生活中得到了广泛的应用，关于电磁波的某些特性，下列说法正确的是( )
A.夜视仪利用了红外线波长较长的特性
B.胸透利用了X射线具有穿透性的特性
C.伽马手术刀治疗癌症利用了γ射线穿透力强、能量高的特性
D.医用紫外灭菌灯利用了紫外线的消毒特性
解析：选BD。夜视仪又叫红外线夜视仪，是利用红外线的热效应来工作的，选项A错误；胸透利用了X射线具有穿透性的特性，选项B正确；伽马手术刀治疗癌症除了利用γ射线穿透力强、能量高的特性外，更多的是利用癌细胞对射线的耐受能力弱，在射线照射下，癌细胞比健康细胞破坏得更快，选项C错误；医用紫外灭菌灯利用了紫外线的消毒特性，选项D正确。
例9.关于物理知识在科技和生活中的应用，下列各图对应的说法正确的是( )
A.图甲中行李安检仪采用α射线来透视安检物品
B.图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的衍射造成的
C.图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的
D.图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的化学作用
解析：选C。图甲中行李安检仪采用X射线来透视安检物品，A错误；图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的干涉造成的，B错误；图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的，C正确；图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的荧光作用，D错误。
针对训练
1.为了把需要传递的信号(图像、声音等)加载到电磁波上发射出去，必须对振荡电流进行( )
A.调谐 B.放大 C.调制 D.解调
2.根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是( )
A.微波、红外线、紫外线 B.γ射线、X射线、紫外线
C.紫外线、可见光、红外线 D.紫外线、X射线、γ射线
3.有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是( )
A.增加电源电压 B.使用调频的调制方式
C.把可动电容器的动片适当旋出一些 D.在线圈中插入铁芯
4.(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )
A.电磁波频率越高，越宜用地波传播
B.电磁波频率越高，越易沿直线传播
C.短波适宜以天波形式传播
D.电磁波在各种介质中传播时波长恒定
5.(多选)关于无线电波的发射过程，下列说法中正确的是( )
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.必须使用开放回路
6.电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱，如图所示，由电磁波谱可知( )
A.微波是不可见光 B.红外线可以灭菌消毒
C.紫外线的波长比红外线长
D.X射线能在磁场中偏转，穿透力较强，可用来进行人体透视
7.(电磁波的应用)(多选)关于如下现象的表述正确的是( )
A.甲图中是利用紫外线进行防伪识别 B.乙图中利用γ射线照射人体进行透视
C.丙图中夜视系统是利用红外线
D.丁图中蝙蝠和雷达分别利用超声波与电磁波的多普勒效应定位
8.下列有关电磁波的说法正确的是( )
A.麦克斯韦最早通过实验证实了电磁波的存在 B.周期性变化的电场可以产生周期性变化的磁场
C.电磁波在所有介质中的传播速度均为3×108 m/s D.微波炉主要利用电磁波中的红光加热食物
9.在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率高低关系是( )
A.红外线的频率最高，可见光的频率最低 B.伦琴射线的频率最高，红外线的频率最低
C.可见光的频率最高，红外线的频率最低 D.伦琴射线的频率最高，可见光的频率最低
10.关于电磁波及其应用，下列说法正确的是( )
A.变化的磁场不能产生电场 B.电视机接收的既有声音信号，还有图像信号
C.可见光不是电磁波 D.电磁波没有能量
11.根据防控疫情需要，学校要密切监测师生员工的健康状态，落实晨午检制度，每日两次监测体温，如图所示的体温枪可以探测并转化下列哪种电磁波( )
A.无线电波 B.红外线
C.紫外线 D.X射线
12.某肺炎病人拍摄的CT胸片如图所示，病毒感染处的密度与其他部分不同，片中显示为白斑。拍摄CT片，利用穿透能力与密度有关的是( )
A.无线电波 B.红外线
C.X射线 D.紫外线
核心素养
学习目标
物理观念
知道调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念。
科学思维
知道电磁波发射的条件及电磁波传播和接收的原理。
科学探究
用电磁波各波段特点，讨论总结其在生活中的实际应用与防护。
科学态度与责任
认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特性和主要作用，感悟科学技术的对生活和生产的影响。
电磁波谱
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
频率(Hz)
由左向右，频率由小到大
真空中波长
由左向右，波长由长到短
特性
波动性强
热作用强
感光性强
化学作用，荧光效应
穿透力强
穿透力最强
用途
通信、广播、导航
加热、遥测、遥感、红外摄像、红外制导
照明、照相等
日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等
检查、探测、透视、治疗
探测、治疗