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人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收学案设计
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收学案设计，文件包含人教版2019选择性必修第二册新教材同步第四章3无线电波的发射和接收--教师版docx、人教版2019选择性必修第二册新教材同步第四章3无线电波的发射和接收--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共32页， 欢迎下载使用。
1.知道有效地发射电磁波的两个条件。
2.了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用。
科学思维
1.了解电磁波在信息传递中的应用,初步了解电视的应用和原理。
一、无线电波的发射
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路．
2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．
3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术．调制分为调幅和调频．
(1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法．
(2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法．
二、无线电波的接收
1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．
2．电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振．
(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
(2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．
三、电视广播的发射和接收
1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播．
2．高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输．
3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的信号转变为图像信号和伴音信号．
判断下列说法的正误．
(1)各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，振荡周期越大，越容易辐射电磁波．( × )
(2)为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率．( √ )
(3)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．( × )
(4)调幅就是高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变．( √ )
(5)解调就是使声音或图像信号从高频电流中还原出来．( √ )
(6)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线电信号解调. ( √ )
一、无线电波的发射
将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表的表头并固定在绝缘手柄上，如图1所示．
图1
(1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，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)微安表的表头指针偏转，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，微安表的表头指针不偏转，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．
1．有效发射电磁波的条件
要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率．频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去．
(2)采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图2.
图2
2．调制
(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.
(2)调制的分类
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图3所示．
图3
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图4所示．
图4
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。
例1 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力,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.增大自感线圈的匝数D.提高供电电压
答案 B
解析 要增大无线电台向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,由f= 12πLC知,减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽铁芯或抽出铁芯的办法,要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。
针对训练1 (多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施有( )
A.增加电容器极板间距
B.使振荡电容器的正对面积足够小
C.往线圈中插入铁芯
D.增加电路中的电容和电感
答案 AB
解析 理论证明,电磁波发射本领(功率)与f成正比,电磁场应尽可能分散到更大空间,形成开放电路。f=12πLC,C=εrS4πkd,要使f增大,应减小L或C,通过分析,选项A、B正确。
二、无线电波的接收
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。在城市里我们可以看见矗立在高楼顶上的天线,它的作用是什么呢?我们应该如何从众多信号中选出所需要的信号呢?
形形色色的天线
答案 天线用以接收空中的电磁波;通过调谐电路选出所需要的信号。
1．无线电波的接收原理
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)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．
例2 调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由f=12πLC知,C、L越小时,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须减小L,即减少谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确;频率 f与电源电压无关,选项A、B错误。
针对训练2 (多选)关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是( )
A.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
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,必须要有解调过程
答案 BCD
解析 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;电磁波接收原理是电谐振,与机械振动中的共振有些相似;电视机显示图像时,必须通过解调过程,把有效的信号从高频调制信号中还原出来,否则就不能显示。故选项A错误,B、C、D正确。
调谐电路的调节，要特别注意三个方面的问题
(1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．
(2)频率公式f＝eq \f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．
(3)决定电容和电感大小的因素：决定电容大小的因素是极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr；决定电感大小的因素是线圈匝数、线圈粗细、长短、有无铁芯．这样就可以在(2)的基础上做出最准确的细微调节．
三、电视广播的发射和接收
人类历史经历了农业社会、工业社会,现正在步入信息社会。在信息社会,信息作为一种重要的资源和财富,影响着人们的生活,加速了社会的运转。
根据你的了解和理解,你认为信息化社会有哪些特征?
答案 信息化社会具有“四化”——智能化、电子化、全球化、非群体化,而且还有“四性”——综合性、竞争性、渗透性、开放性。
1.电视广播的发射和接收过程
2.雷达的工作原理
雷达利用无线电波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置。根据发射无线电波到接收反射波的时间t,确定障碍物的距离s=ct2,再根据发射无线电波的方向和仰角,确定障碍物的位置。
例3 (多选)下列说法正确的是( )
A.摄像机实际上是将光信号转变为电信号的装置
B.电视机实际上是将电信号转变为光信号的装置
C.由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的图像
D.电视机接收到的画面是连续的
答案 ABC
解析 通过摄像机摄到景物的光信号,再通过特殊装置转变为电信号,在1 s内传递25幅画面;电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号,最后还原为图像和景物,每秒要接收到25幅画面,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们感觉到的便是活动的图像,所以选项A、B、C正确。
针对训练3 电视机的室外天线能把电信号接收下来,是因为( )
A.天线处于变化的电磁场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
B.天线只处于变化的电场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
C.天线只是有选择地接收某电台信号,而其他电视台信号则不接收
D.天线将电磁波传输到电视机内
答案 A
解析 室外天线处于空间变化的电磁场中,天线中产生了感应电流,此电流输送给LC振荡电路,在电路中各电台信号激起的电流均存在,但只有频率与调谐电路频率相等的电磁波对应的电流最强,然后再通过解调处理输入后面电路,故A正确,B、C、D均错误。
1.(电磁波的发射与接收)(多选)关于电磁波的发射与接收,下列说法正确的是( )
A.发射的LC振荡电路是开放的
B.若振荡电路频率较低,则不能发射电磁波
C.调谐是调制的逆过程
D.接收电路也是一个LC振荡电路
答案 ABD
解析 如果LC振荡电路是闭合的,它不能向外发射电磁波,因为发射电磁波需要把振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间中,才能有效地把能量传播出去,所以选项A正确;振荡电路的频率必须足够高,才能发射电磁波,所以选项B正确;解调是调制的逆过程,所以选项C错误;接收是利用LC振荡电路进行的,所以选项D正确。
2.(电磁波的发射)调制的主要作用是( )
A.使高频振荡的振幅或频率随要传播的电信号而改变
B.把需要的电信号从高频振荡中取出来
C.选择要接收的电台
D.发生电谐振
答案 A
解析 调制主要是将有用信号附加到高频振荡的电磁波上。
3.(电磁波的接收)(多选)关于无线电广播的接收,下列说法正确的是( )
A.用调谐器取出的高频电流,通过喇叭即可听到声音
B.接收到的高频电流只有通过解调,才能产生音频电流
C.调谐器的作用就是将音频信号从高频信号中取出
D.通过解调电路的电流,再通过喇叭才能听到声音
答案 BD
解析 本题主要在于区分解调和调谐的概念,解调又叫检波,是把有用信号从高频信号中取出的过程;调谐是使接收电路产生电谐振的过程。
4.(电视广播的接收)关于电视接收的原理,下列说法正确的是( )
A.电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号
B.电视接收天线接收到电磁波,天线上并不产生感应电流
C.电视机接收到电磁波,通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号
D.电视机接收到电磁波,直接经扬声器得到电视节目的伴音信号
答案 A
解析 电视信号中有图像信号和伴音信号,即电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号,A正确;电视接收天线接收到电磁波,引起电磁感应,天线上产生感应电流,B错误;电视机接收到电磁波,然后经过解调还原出图像信号,通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信息,C错误;电视机接收到电磁波,经过解调还原出伴音信号,然后送到扬声器,D错误。
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~9题为多选题)
1.简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A.①②③B.②③④
C.①④D.①②④
答案 B
解析 比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路把需要发射的信号加载在高频电磁波上,信号才能发射出去,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发射得更远。而调谐电路是接收端需要的电路。
2.如果收音机调谐电路是采用改变电容的方式来改变回路固有频率。当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,则电容的最大电容与最小电容之比为( )
A.3∶1B.9∶1
C.1∶3D.1∶9
答案 B
解析 调谐电路固有频率f=12πLC,当接收电磁波的频率为f时,调谐电路发生电谐振,接收电磁波的波长λ=cf=c·2πLC,可见λ与C成正比,因为λmax∶λmin=3∶1,所以Cmax∶Cmin=9∶1,选项B正确。
3.关于电磁波的发射与接收,下列说法正确的是( )
A.调频与调幅都是用高频载波发送信号,原理相同,无本质区别
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.手持移动电话与其他用户通话时,要靠较大的固定的无线电台转送
D.调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同
答案 C
解析 调频与调幅都是用高频载波发送信号,但是原理不同,故A错误;解调是接收电磁波过程中的步骤,是将低频信号从高频载波信号中分离出来的过程,故B错误;手持移动电话与其他用户通话时,要靠较大的固定的无线电台转送,故C正确;调谐是将接收电路的频率调至与电磁波的频率相同,故D错误。
4.当电冰箱的电路接通或断开时,可从附近的收音机中听到“喀喀”的杂音,这是因为( )
A.电路通、断时,发出的声音被收音机所接收
B.电路通、断时,发出的电流被收音机所接收
C.电路通、断时,发出的电磁波被收音机所接收
D.电路通、断时,发出的振荡电流被收音机所接收
答案 C
解析 当电冰箱的电路接通或断开时,会产生一定频率的电磁波,当电磁波被收音机接收到,会放出“喀喀”的杂音,选项C正确。
5.(多选)关于无线电波的发射过程,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.必须使用开放回路
答案 ACD
解析 电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,用开放电路发射;为了有效地向外发射电磁波,必须把传输信号加到高频电流上,选项A、C、D正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,选项B错误。
6.关于电磁波的发射过程,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 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,选项A、C正确。为了有效地向外发射电磁波,必须使用开放电路,选项D正确。而产生电谐振是在接收过程,选项B错误。
7.下图为调幅振荡电流图像,此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段( )
A.经调制后B.经调谐后
C.经解调后D.耳机中
答案 AB
解析 为了把信号传递出去,需要将信号“加”到高频振荡电流上,这就是调制。而题中图像是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化,这叫调幅,是调制的一种。在接收电路中,经过调谐,回路中将出现调幅振荡电流,经解调后,低频信号从高频电流中还原出来,而在耳机中只有低频信号电流,选项A、B正确。
8.(多选)关于调制器的作用,下列说法正确的是( )
A.调制器的作用是把低频声音信号加载到高频信号上去
B.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅上去
C.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的频率上去
D.调制器的作用是将低频声音信号变成高频信号,再放大后直接发射出去
答案 ABC
解析 调制器的作用是把低频声音信号加载到高频振荡信号上去,如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化,则是调幅;如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化,则是调频。由于低频信号不利于直接从天线发射,所以需要将低频信号加载到高频信号上去,选项A、B、C正确,D错误。
9.(多选)(2023山东滨州高二月考)下列说法正确的是( )
A.当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B.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
C.由调谐电路接收的感应电流,再经过耳机就可以听到声音了
D.由调谐电路接收的感应电流,再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音
答案 AD
解析 当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流,要再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音,故A、D正确。
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.用一自感系数为L的线圈和一电容器构成一半导体的调谐电路,要使该调谐电路能接收到波长为λ的无线电波,则电容器的电容应为(已知无线电波在空气中的速度为c)( )
A.λ2πLcB.12πLcλC.λ22πLc2D.λ24π2Lc2
答案 D
解析 由λ=cf可得波长为λ的无线电波的频率f=cλ,故调谐电路的频率也为f,又f=12πLC,所以cλ=12πLC,得C=λ24π2Lc2,故选项D正确。
2.下图为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是( )
A.解调——放大——调谐——显示
B.调谐——放大——解调——显示
C.调谐——解调——放大——显示
D.放大——调谐——解调——显示
答案 C
3.调节收音机的调谐电路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由f=12πLC知,C、L越小时,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到所需高频率,则必须减小L,即减少谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确。频率f与电源电压无关,选项A、B错误。
4.共享单车的车锁内集成了嵌入式芯片、全球卫星导航系统模块和SIM卡等,便于监控单车在路上的具体位置。用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码,即可自动开锁,骑行时手机APP上能实时了解单车的位置;骑行结束关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息。此外,单车能够在骑行过程中为车内电池充电,满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息,下列说法正确的是( )
A.单车和手机之间是利用声波传递信息的
B.单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位确定的
C.单车是直接插电实现充电的
D.由手机APP上的显示信息,可求出骑行的平均速度
答案 B
解析 单车和手机之间是利用电磁波传递信息的,故选项A错误。单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位确定的,故选项B正确。单车在运动过程中通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电,故选项C错误。手机APP上的显示信息包括路程和时间,没有说明具体的位移,故不可以求出骑行的平均速度,故选项D错误。
5.用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要减小电磁波的发射频率,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.减小电容器两极板的正对面积
D.增大电容器两极板的正对面积
答案 BD
解析 由f=12πLC可知,要减小f,就必须增大平行板电容器的电容C或线圈的自感系数L;由C=εrS4πkd可知,要增大C,就必须减小电容器两极板间的距离、增大电容器两极板的正对面积或在电容器两极板间加入电介质,故选项B、D正确。
6.图甲为一个调谐接收电路,图乙为电路中的电流随时间变化的图像,则( )
甲
乙
A.i1是L1中的电流图像B.i1是L2中的电流图像
C.i2是L2中的电流图像D.i3是流过耳机的电流图像
答案 ACD
解析 C1、L1振荡电路通过电谐振会产生调幅电流,即i1,选项A正确,B错误。L2中由于电磁感应,产生的感应电动势的图像是同(a)图相似的,但是由于L2和二极管D串联,所以L2中的电流图像应是i2,选项C正确。通过D的电流,高频成分由C2流过,所以i3是流过耳机的电流图像,选项D正确。
7. 如图所示,线圈L的自感系数为25 mH,电阻为零,电容器C的电容为40 μF,灯泡D的规格是“4 V 2 W”。开关S闭合后,灯泡正常发光,S断开后,LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时,求:
(1)当t=π2×10-3 s时,电容器的右极板带何种电荷;
(2)当t=π×10-3 s时,LC回路中的电流大小。
答案 (1)正电荷 (2)0.5 A
解析 (1)S断开后,LC中产生振荡电流,振荡周期为
T=2πLC=2π25×10-3×40×10-6 s=2π×10-3 s,
则t=π2×10-3 s=T4时,电容器充电完毕,右极板带正电荷。
(2)开关S闭合后,灯泡正常发光时电路中的电流I=PU=24 A=0.5 A,
当t=π×10-3 s=T2时,LC回路中的电流达到反向最大,即I=0.5 A。
8.(2023山东泰安高二月考)在如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,C2为可变电容器,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?
答案 改变可变电容器C2的电容,使得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f2=f1
即12πL2C2=12πL1C1
解得C2=L1C1L2=40×200160 pF=50 pF
发生电谐振时的频率
f1=12πL1C1=1.78×106 Hz=1.78 MHz。
9.LC振荡电路的电容C=556 pF,电感L=1 mH,若能向外发射电磁波,则其周期是多少?电容器极板所带电荷量从最大变为零,经过的最短时间是多少?
答案 4.68×10-6 s 1.17×10-6 s
解析 T=2πLC=2×3.14×1×10-3×556×10-12 s=4.68×10-6 s,LC振荡电路周期即其发射的电磁波的周期,电容器极板上所带电荷量由最大变为零,经过的最短时间为T4,则t=T4=1.17×10-6 s。
10.某高速公路自动测速仪装置如图甲所示,雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波,每次发射时间为1×10-6 s,相邻两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时,在显示屏上呈现一个尖波形;在收到反射回来的无线电波时,在显示屏上呈现第二个尖波形。根据两个波形的距离,可以计算出汽车距雷达的距离,根据自动打下的纸带(如图乙所示),可求出车速。请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式。
答案 v=c(t1-t2)2t
解析 第一次测量时汽车距雷达的距离s1=ct12,第二次测量时汽车距雷达的距离s2=ct22,两次发射时间间隔为t,则汽车车速v=st=s1-s2t=c(t1-t2)2t。
1.知道有效地发射电磁波的两个条件。
2.了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用。
科学思维
1.了解电磁波在信息传递中的应用,初步了解电视的应用和原理。
一、无线电波的发射
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大．
(2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路．
2．实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连．
3．电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术．调制分为调幅和调频．
(1)调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法．
(2)调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法．
二、无线电波的接收
1．接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线．
2．电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振．
(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程．
(2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波．
三、电视广播的发射和接收
1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播．
2．高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输．
3．电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的信号转变为图像信号和伴音信号．
判断下列说法的正误．
(1)各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波，振荡周期越大，越容易辐射电磁波．( × )
(2)为了有效向外辐射电磁波，振荡电路必须采用开放电路，同时提高振荡频率．( √ )
(3)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．( × )
(4)调幅就是高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变．( √ )
(5)解调就是使声音或图像信号从高频电流中还原出来．( √ )
(6)要使电视机的屏幕上出现图像，必须将电视机接收到的无线电信号解调. ( √ )
一、无线电波的发射
将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表的表头并固定在绝缘手柄上，如图1所示．
图1
(1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，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)微安表的表头指针偏转，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，微安表的表头指针不偏转，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．
1．有效发射电磁波的条件
要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：
(1)要有足够高的振荡频率．频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去．
(2)采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图2.
图2
2．调制
(1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变.
(2)调制的分类
①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图3所示．
图3
②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图4所示．
图4
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。
例1 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力,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.增大自感线圈的匝数D.提高供电电压
答案 B
解析 要增大无线电台向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,由f= 12πLC知,减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽铁芯或抽出铁芯的办法,要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。
针对训练1 (多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施有( )
A.增加电容器极板间距
B.使振荡电容器的正对面积足够小
C.往线圈中插入铁芯
D.增加电路中的电容和电感
答案 AB
解析 理论证明,电磁波发射本领(功率)与f成正比,电磁场应尽可能分散到更大空间,形成开放电路。f=12πLC,C=εrS4πkd,要使f增大,应减小L或C,通过分析,选项A、B正确。
二、无线电波的接收
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。在城市里我们可以看见矗立在高楼顶上的天线,它的作用是什么呢?我们应该如何从众多信号中选出所需要的信号呢?
形形色色的天线
答案 天线用以接收空中的电磁波;通过调谐电路选出所需要的信号。
1．无线电波的接收原理
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)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．
例2 调节收音机的调谐回路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由f=12πLC知,C、L越小时,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到高频率f0,则必须减小L,即减少谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确;频率 f与电源电压无关,选项A、B错误。
针对训练2 (多选)关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是( )
A.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
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,必须要有解调过程
答案 BCD
解析 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;电磁波接收原理是电谐振,与机械振动中的共振有些相似;电视机显示图像时,必须通过解调过程,把有效的信号从高频调制信号中还原出来,否则就不能显示。故选项A错误,B、C、D正确。
调谐电路的调节，要特别注意三个方面的问题
(1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小．
(2)频率公式f＝eq \f(1,2π\r(LC))，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小．
(3)决定电容和电感大小的因素：决定电容大小的因素是极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr；决定电感大小的因素是线圈匝数、线圈粗细、长短、有无铁芯．这样就可以在(2)的基础上做出最准确的细微调节．
三、电视广播的发射和接收
人类历史经历了农业社会、工业社会,现正在步入信息社会。在信息社会,信息作为一种重要的资源和财富,影响着人们的生活,加速了社会的运转。
根据你的了解和理解,你认为信息化社会有哪些特征?
答案 信息化社会具有“四化”——智能化、电子化、全球化、非群体化,而且还有“四性”——综合性、竞争性、渗透性、开放性。
1.电视广播的发射和接收过程
2.雷达的工作原理
雷达利用无线电波遇到障碍物的反射现象来测定物体位置。根据发射无线电波到接收反射波的时间t,确定障碍物的距离s=ct2,再根据发射无线电波的方向和仰角,确定障碍物的位置。
例3 (多选)下列说法正确的是( )
A.摄像机实际上是将光信号转变为电信号的装置
B.电视机实际上是将电信号转变为光信号的装置
C.由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的图像
D.电视机接收到的画面是连续的
答案 ABC
解析 通过摄像机摄到景物的光信号,再通过特殊装置转变为电信号,在1 s内传递25幅画面;电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号,最后还原为图像和景物,每秒要接收到25幅画面,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们感觉到的便是活动的图像,所以选项A、B、C正确。
针对训练3 电视机的室外天线能把电信号接收下来,是因为( )
A.天线处于变化的电磁场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
B.天线只处于变化的电场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
C.天线只是有选择地接收某电台信号,而其他电视台信号则不接收
D.天线将电磁波传输到电视机内
答案 A
解析 室外天线处于空间变化的电磁场中,天线中产生了感应电流,此电流输送给LC振荡电路,在电路中各电台信号激起的电流均存在,但只有频率与调谐电路频率相等的电磁波对应的电流最强,然后再通过解调处理输入后面电路,故A正确,B、C、D均错误。
1.(电磁波的发射与接收)(多选)关于电磁波的发射与接收,下列说法正确的是( )
A.发射的LC振荡电路是开放的
B.若振荡电路频率较低,则不能发射电磁波
C.调谐是调制的逆过程
D.接收电路也是一个LC振荡电路
答案 ABD
解析 如果LC振荡电路是闭合的,它不能向外发射电磁波,因为发射电磁波需要把振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间中,才能有效地把能量传播出去,所以选项A正确;振荡电路的频率必须足够高,才能发射电磁波,所以选项B正确;解调是调制的逆过程,所以选项C错误;接收是利用LC振荡电路进行的,所以选项D正确。
2.(电磁波的发射)调制的主要作用是( )
A.使高频振荡的振幅或频率随要传播的电信号而改变
B.把需要的电信号从高频振荡中取出来
C.选择要接收的电台
D.发生电谐振
答案 A
解析 调制主要是将有用信号附加到高频振荡的电磁波上。
3.(电磁波的接收)(多选)关于无线电广播的接收,下列说法正确的是( )
A.用调谐器取出的高频电流,通过喇叭即可听到声音
B.接收到的高频电流只有通过解调,才能产生音频电流
C.调谐器的作用就是将音频信号从高频信号中取出
D.通过解调电路的电流,再通过喇叭才能听到声音
答案 BD
解析 本题主要在于区分解调和调谐的概念,解调又叫检波,是把有用信号从高频信号中取出的过程;调谐是使接收电路产生电谐振的过程。
4.(电视广播的接收)关于电视接收的原理,下列说法正确的是( )
A.电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号
B.电视接收天线接收到电磁波,天线上并不产生感应电流
C.电视机接收到电磁波,通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号
D.电视机接收到电磁波,直接经扬声器得到电视节目的伴音信号
答案 A
解析 电视信号中有图像信号和伴音信号,即电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号,A正确;电视接收天线接收到电磁波,引起电磁感应,天线上产生感应电流,B错误;电视机接收到电磁波,然后经过解调还原出图像信号,通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信息,C错误;电视机接收到电磁波,经过解调还原出伴音信号,然后送到扬声器,D错误。
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~9题为多选题)
1.简单的、比较有效的电磁波的发射装置,至少应具备以下电路中的( )
①调谐电路 ②调制电路 ③高频振荡电路 ④开放振荡电路
A.①②③B.②③④
C.①④D.①②④
答案 B
解析 比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路。调制电路把需要发射的信号加载在高频电磁波上,信号才能发射出去,高频振荡电路能产生高频电磁波,开放振荡电路能把电磁波发射得更远。而调谐电路是接收端需要的电路。
2.如果收音机调谐电路是采用改变电容的方式来改变回路固有频率。当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时,则电容的最大电容与最小电容之比为( )
A.3∶1B.9∶1
C.1∶3D.1∶9
答案 B
解析 调谐电路固有频率f=12πLC,当接收电磁波的频率为f时,调谐电路发生电谐振,接收电磁波的波长λ=cf=c·2πLC,可见λ与C成正比,因为λmax∶λmin=3∶1,所以Cmax∶Cmin=9∶1,选项B正确。
3.关于电磁波的发射与接收,下列说法正确的是( )
A.调频与调幅都是用高频载波发送信号,原理相同,无本质区别
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.手持移动电话与其他用户通话时,要靠较大的固定的无线电台转送
D.调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同
答案 C
解析 调频与调幅都是用高频载波发送信号,但是原理不同,故A错误;解调是接收电磁波过程中的步骤,是将低频信号从高频载波信号中分离出来的过程,故B错误;手持移动电话与其他用户通话时,要靠较大的固定的无线电台转送,故C正确;调谐是将接收电路的频率调至与电磁波的频率相同,故D错误。
4.当电冰箱的电路接通或断开时,可从附近的收音机中听到“喀喀”的杂音,这是因为( )
A.电路通、断时,发出的声音被收音机所接收
B.电路通、断时,发出的电流被收音机所接收
C.电路通、断时,发出的电磁波被收音机所接收
D.电路通、断时,发出的振荡电流被收音机所接收
答案 C
解析 当电冰箱的电路接通或断开时,会产生一定频率的电磁波,当电磁波被收音机接收到,会放出“喀喀”的杂音,选项C正确。
5.(多选)关于无线电波的发射过程,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.必须使用开放回路
答案 ACD
解析 电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,用开放电路发射;为了有效地向外发射电磁波,必须把传输信号加到高频电流上,选项A、C、D正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,选项B错误。
6.关于电磁波的发射过程,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 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,选项A、C正确。为了有效地向外发射电磁波,必须使用开放电路,选项D正确。而产生电谐振是在接收过程,选项B错误。
7.下图为调幅振荡电流图像,此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段( )
A.经调制后B.经调谐后
C.经解调后D.耳机中
答案 AB
解析 为了把信号传递出去,需要将信号“加”到高频振荡电流上,这就是调制。而题中图像是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化,这叫调幅,是调制的一种。在接收电路中,经过调谐,回路中将出现调幅振荡电流,经解调后,低频信号从高频电流中还原出来,而在耳机中只有低频信号电流,选项A、B正确。
8.(多选)关于调制器的作用,下列说法正确的是( )
A.调制器的作用是把低频声音信号加载到高频信号上去
B.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅上去
C.调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的频率上去
D.调制器的作用是将低频声音信号变成高频信号,再放大后直接发射出去
答案 ABC
解析 调制器的作用是把低频声音信号加载到高频振荡信号上去,如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化,则是调幅;如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化,则是调频。由于低频信号不利于直接从天线发射,所以需要将低频信号加载到高频信号上去,选项A、B、C正确,D错误。
9.(多选)(2023山东滨州高二月考)下列说法正确的是( )
A.当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流
B.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
C.由调谐电路接收的感应电流,再经过耳机就可以听到声音了
D.由调谐电路接收的感应电流,再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音
答案 AD
解析 当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流,只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接收的感应电流,要再经过检波、放大,通过耳机才可以听到声音,故A、D正确。
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.用一自感系数为L的线圈和一电容器构成一半导体的调谐电路,要使该调谐电路能接收到波长为λ的无线电波,则电容器的电容应为(已知无线电波在空气中的速度为c)( )
A.λ2πLcB.12πLcλC.λ22πLc2D.λ24π2Lc2
答案 D
解析 由λ=cf可得波长为λ的无线电波的频率f=cλ,故调谐电路的频率也为f,又f=12πLC,所以cλ=12πLC,得C=λ24π2Lc2,故选项D正确。
2.下图为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是( )
A.解调——放大——调谐——显示
B.调谐——放大——解调——显示
C.调谐——解调——放大——显示
D.放大——调谐——解调——显示
答案 C
3.调节收音机的调谐电路时,可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号,为接收到该电台信号,则应( )
A.加大电源电压
B.减小电源电压
C.增加谐振线圈的圈数
D.减少谐振线圈的圈数
答案 D
解析 由f=12πLC知,C、L越小时,f越大。动片旋出,正对面积S减小,C减小,S调到最小,即C最小时,f还未达到所需高频率,则必须减小L,即减少谐振线圈的圈数,选项C错误,D正确。频率f与电源电压无关,选项A、B错误。
4.共享单车的车锁内集成了嵌入式芯片、全球卫星导航系统模块和SIM卡等,便于监控单车在路上的具体位置。用户仅需用手机上的客户端软件(APP)扫描二维码,即可自动开锁,骑行时手机APP上能实时了解单车的位置;骑行结束关锁后APP就显示计时、计价、里程等信息。此外,单车能够在骑行过程中为车内电池充电,满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息,下列说法正确的是( )
A.单车和手机之间是利用声波传递信息的
B.单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位确定的
C.单车是直接插电实现充电的
D.由手机APP上的显示信息,可求出骑行的平均速度
答案 B
解析 单车和手机之间是利用电磁波传递信息的,故选项A错误。单车某个时刻的准确位置信息是借助通信卫星定位确定的,故选项B正确。单车在运动过程中通过电磁感应将机械能转化为电能从而实现充电,故选项C错误。手机APP上的显示信息包括路程和时间,没有说明具体的位移,故不可以求出骑行的平均速度,故选项D错误。
5.用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路,要减小电磁波的发射频率,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.减小电容器两极板的正对面积
D.增大电容器两极板的正对面积
答案 BD
解析 由f=12πLC可知,要减小f,就必须增大平行板电容器的电容C或线圈的自感系数L;由C=εrS4πkd可知,要增大C,就必须减小电容器两极板间的距离、增大电容器两极板的正对面积或在电容器两极板间加入电介质,故选项B、D正确。
6.图甲为一个调谐接收电路,图乙为电路中的电流随时间变化的图像,则( )
甲
乙
A.i1是L1中的电流图像B.i1是L2中的电流图像
C.i2是L2中的电流图像D.i3是流过耳机的电流图像
答案 ACD
解析 C1、L1振荡电路通过电谐振会产生调幅电流,即i1,选项A正确,B错误。L2中由于电磁感应,产生的感应电动势的图像是同(a)图相似的,但是由于L2和二极管D串联,所以L2中的电流图像应是i2,选项C正确。通过D的电流,高频成分由C2流过,所以i3是流过耳机的电流图像,选项D正确。
7. 如图所示,线圈L的自感系数为25 mH,电阻为零,电容器C的电容为40 μF,灯泡D的规格是“4 V 2 W”。开关S闭合后,灯泡正常发光,S断开后,LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时,求:
(1)当t=π2×10-3 s时,电容器的右极板带何种电荷;
(2)当t=π×10-3 s时,LC回路中的电流大小。
答案 (1)正电荷 (2)0.5 A
解析 (1)S断开后,LC中产生振荡电流,振荡周期为
T=2πLC=2π25×10-3×40×10-6 s=2π×10-3 s,
则t=π2×10-3 s=T4时,电容器充电完毕,右极板带正电荷。
(2)开关S闭合后,灯泡正常发光时电路中的电流I=PU=24 A=0.5 A,
当t=π×10-3 s=T2时,LC回路中的电流达到反向最大,即I=0.5 A。
8.(2023山东泰安高二月考)在如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,C2为可变电容器,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?
答案 改变可变电容器C2的电容,使得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f2=f1
即12πL2C2=12πL1C1
解得C2=L1C1L2=40×200160 pF=50 pF
发生电谐振时的频率
f1=12πL1C1=1.78×106 Hz=1.78 MHz。
9.LC振荡电路的电容C=556 pF,电感L=1 mH,若能向外发射电磁波,则其周期是多少?电容器极板所带电荷量从最大变为零,经过的最短时间是多少?
答案 4.68×10-6 s 1.17×10-6 s
解析 T=2πLC=2×3.14×1×10-3×556×10-12 s=4.68×10-6 s,LC振荡电路周期即其发射的电磁波的周期,电容器极板上所带电荷量由最大变为零,经过的最短时间为T4,则t=T4=1.17×10-6 s。
10.某高速公路自动测速仪装置如图甲所示,雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波,每次发射时间为1×10-6 s,相邻两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射无线电波时,在显示屏上呈现一个尖波形;在收到反射回来的无线电波时,在显示屏上呈现第二个尖波形。根据两个波形的距离,可以计算出汽车距雷达的距离,根据自动打下的纸带(如图乙所示),可求出车速。请根据t1、t2、t、c求出汽车车速的表达式。
答案 v=c(t1-t2)2t
解析 第一次测量时汽车距雷达的距离s1=ct12,第二次测量时汽车距雷达的距离s2=ct22,两次发射时间间隔为t,则汽车车速v=st=s1-s2t=c(t1-t2)2t。
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