25-26学年物理(人教版)选择性必修二课件：4.2、4.3电磁场与电磁波

第3节　无线电波的发射和接收第四章　电磁振荡与电磁波第2节　电磁场与电磁波1.知道电磁场的概念及产生的原理。2.知道有效发射电磁波的两个条件。3.了解无线电波的特点及传播规律。4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用。学习目标知识点1知识点二　无线电波的发射和接收知识点一　电磁场与电磁波知识点一　电磁场与电磁波一、电磁场1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生__________。感应电流(2)麦克斯韦的见解:电路里能产生感应电流,是因为变化的______产生了电场,电场促使导体中的自由电荷做定向运动。(3)实质:变化的______产生了电场。磁场磁场2.变化的电场产生磁场麦克斯韦假设:既然变化的磁场能产生电场,那么变化的电场也会在空间产生______,跟闭合电路是否存在无关。3.变化的电场和磁场总是__________,形成一个不可分割的统一的________。磁场相互联系电磁场二、电磁波1.电磁波的产生:变化的______和______交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。2.电磁波的特点(1)电磁波是______,在传播方向上的任一点,E和B彼此______且均与传播方向______。如图所示。电场磁场横波垂直垂直(2)电磁波的传播________介质,在真空中电磁波的传播速度跟光速相同,即v真空=c=3.0×108 m/s。(3)电磁波具有波的共性,能产生______、______、反射、折射和______等现象,电磁波也是传播能量的一种形式。(4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为__________。(5)______ 通过实验证实了电磁波的存在。不需要干涉衍射偏振c=λf赫兹【思考】如图所示的实验装置,当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时,导线环上两小球间也会产生电火花,这是为什么?这个实验证实了什么?提示　当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场,这种变化的电磁场以电磁波的形式传播到导线环时,在导线环中激发出感应电动势,使导线环上两小球间也产生电火花,说明导线环接收了电磁波,这个实验证实了电磁波的存在。例1 (多选)关于电磁场的理论,下列说法中正确的是(　　)A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D.振荡电场在周围空间产生同样频率的振荡磁场解析　变化的电场产生磁场有两层含义:①均匀变化的电场产生恒定的磁场。②非均匀变化的电场产生变化的磁场。振荡的电场产生同频率的振荡磁场。均匀变化的磁场产生恒定的电场,故B、D正确,A、C错误。BD总结提升　对麦克斯韦电磁场理论的理解例2 (2025·重庆渝中期中)关于电磁振荡和电磁波,下列说法正确的是(　　)A.电磁波和机械波的传播都需要介质B.如图甲所示的磁场能产生电磁波C.红外线的衍射能力比X射线的衍射能力弱D.图乙所示的电磁振荡电路,电容器刚要放电时,线圈中的电流最大B解析　电磁波的传播不需要介质,机械波的传播需要介质,故A错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,正弦式交变磁场能够产生同频率的正弦式交变电场,正弦式交变电场能够产生同频率的正弦式交变磁场,交变磁场与交变电场交替产生,形成电磁波,可知,如图甲所示的磁场能产生电磁波,故B正确;红外线的波长大于X射线的波长,则红外线的衍射能力比X射线的衍射能力强,故C错误;电容器刚要放电时,电场能最大,磁场能最小,则线圈中的电流最小,故D错误。B训练1 (2025·山东潍坊高二期中)现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘,下列陈述中符合事实的是(　　)A.麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在B.真空中电磁波的传播速度等于光速C.电磁波传播过程中,电场和磁场独立存在、没有关联D.把手机放在抽成真空的玻璃盒中,手机将接收不到信号解析　麦克斯韦首先预言电磁波,而赫兹用实验证实了电磁波的存在,故A错误;在真空中电磁波的传播速度等于真空中的光速,故B正确;电磁波是变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播产生的。所以变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的电磁场,故C错误;电磁波在真空中也能传播,把手机放在抽成真空的玻璃盒中,手机能接收到电磁波的信号,故D错误。知识点二　无线电波的发射和接收一、无线电波的发射1.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________的振荡频率。频率越____,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______电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间,如图所示。足够高高开放2.开放电路实际应用中的开放电路,线圈的一端用导线与______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______相连。大地天线3.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______而改变。(2)调制的分类 ①调幅(AM):使高频电磁波的______随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。信号振幅②调频(FM):使高频电磁波的______随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。 频率二、无线电波的接收1.接收原理:电磁波在传播时如果遇到______,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__________。2.接收方法(1)电谐振:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率______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______。(2)调谐:使接收电路产生电谐振的过程。(3)解调:把声音或图像信号从__________中还原出来的过程,这个过程也是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。导体接收天线相同共振高频电流3.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______信号再进行传播。(2)高频电视信号的三种传播方式:地面________传输、有线网络传输以及______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______将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。高频无线电卫星解调【思考】 1.如图,我们调节旋钮改变的是什么?调节的目的是什么?提示　调节旋钮改变的是可变电容器的电容,可以改变调谐电路的频率,使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同,这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流,这样就选出了这个电台。2.判断正误(1)只要是电磁波信号,都可以直接用LC振荡电路进行发射。( )(2)频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大。( )(3)要有效地发射电磁波,振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。( )(4)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时,出现电谐振现象。( )(5)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。( )√×√√√AD例3 (多选)下列关于无线电广播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的波长不变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有效地传递出去解析　调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能力,也就是把含有信息的低频信号加载到高频电磁波上,频率变大,即辐射能量的本领变强,易于向外发射,A正确;电磁波在空气中的波速接近光速,传播速度不变,B错误;根据v=λf可知,传播速度不变,频率改变,则波长必然改变,C错误;要把电磁波有效地发射出去,必须有足够高的频率,经过调制之后的波具有较高频率,从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去,D正确。随堂对点自测2B1.(电磁场与电磁波)(2025·江苏徐州期中)关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是(　　)A.任何磁场都能激发电场B.变化的电场能激发磁场C.电磁波传播时需要介质D.电磁波是纵波,能产生偏振现象解析　只有变化的磁场才能激发电场,故A错误;变化的电场能激发磁场,故B正确;电磁波传播不需要介质,故C错误;电磁波是横波,能产生偏振现象,故D错误。ABC C3.(无线电波的接收)如图所示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——显示解析　电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示,故C正确。课后巩固训练3D题组一　电磁场与电磁波1.(教材P88A组T1改编)下列四图表示原磁场或电场以及可能产生的电场或磁场,根据麦克斯韦电磁场理论判断,下列说法正确的是(　　)基础对点练A.图1可能产生图3B.图2可能产生图3C.图4可能产生图1D.图3可能产生图2解析　麦克斯韦电磁场理论表明,均匀变化的电场产生恒定不变的磁场,均匀变化的磁场产生恒定的电场,题图3可能产生题图2,D正确。BC2.(多选)应用麦克斯韦电磁场理论判断下列表示电场产生磁场(或磁场产生电场)的关系图像中(每个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场产生的另外的场)正确的是(　　)解析　A图中的上图磁场是稳定的,由麦克斯韦电磁场理论可知,其周围空间不会产生电场,故A错误;B图中的上图是均匀变化的电场,应该产生稳定的磁场,下图的磁场是稳定的,故B正确;C图中的上图是周期性变化的磁场,它能产生同频率周期性变化的电场,当磁感应强度的变化率最大时,感应电场最强,故C正确;D图的上图是周期性变化的电场,在其周围空间产生周期性变化的磁场,当电场强度的变化率最大时,感应磁场应最强,故D错误。A3.(2025·山东淄博高二期中)下列说法错误的是(　　)A.根据麦克斯韦的电磁场理论,在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场B.发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路C.机械波和电磁波都能发生干涉和衍射现象D.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播解析　根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场;均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,故A错误;发射电磁波的两个重要条件是采用高频和开放性LC电路,故B正确;机械波和电磁波,都属于波,都能发生干涉和衍射现象,故C正确;机械波是机械振动在介质中的传播过程,必须依赖于介质,没有介质不能形成机械波;电磁波传播的是电磁场,而电磁场本身就是一种物质,不需要借助其他物质来传播,所以电磁波可以在真空中传播,故D正确。D题组二　无线电波的发射和接收4.(2025·河北邯郸高二期中)关于无线电波的发射和接收,下列说法正确的是(　　)A.无线电波发射时,应使信号产生电谐振B.天线在接收到电磁波时,天线上不会产生感应电流C.音频信号在发射时,调频是调制的唯一方法D.要使电视机的屏上有图像,必须要有解调过程解析　接收电路的固有频率与收到电磁波的频率相同时,才会产生电谐振,A错误;当电磁波到达天线时,由于电磁感应,天线中会产生相同频率的感应电流,B错误;调制的方法有调幅和调频,C错误;把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程称为调解,要使电视机的屏上有图像,必须要有解调过程,D正确。AD5.(多选)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,只不过频率跟接收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(也就是调制的逆过程)、放大,通过耳机才可以听到声音,故A、D正确,B、C错误。B6.(2025·江苏南通阶段检测)无线电广播系统方框图如图所示,下列关于a、b装置说法正确的是(　　)A.a是调制、b是调谐B.a是调制、b是解调C.a是调谐、b是解调D.a是调谐、b是调制解析　在无线电广播中,人们先将声音信号转换为电信号,然后将这些信号由高频电磁波带着向周围空间传播,可知a是调制。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,可知b是解调,故B正确。D7.在如图所示的LC振荡电路中,已知线圈的电感不变,电容器为可调电容器,开始时电容器的电容为C0,要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为(　　)