高中物理人教版 (新课标)选修34 电磁波与信息化社会学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修34 电磁波与信息化社会学案，共4页。学案主要包含了例4－1，例4－2，例5－1，例5－2等内容，欢迎下载使用。

4 电磁波与信息化社会





1．无线电波的发射


(1)有效地向外发射电磁波时，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能分散到尽可能大的空间，因此，要采用开放电路。


(2)电磁波的调制


电台发射的信号，如声音信号，为什么,不直接将声音信号转化为电信号直接发射,出去，而是加载到高频信号中发射呢？


因为声音信号频率较低，而电台向外发射电磁波，要有足够高的频率。实验证明，只有提高发射频率才能提高发射能量，为此要把频率较低的信号加载到高频信号上去。高频振荡信号就是那些有用的低频信号的载体，而“加载”的过程就是“调制”过程。


【例1】下列说法正确的是( )


A．用带有天线和地线的开放电路，就可将电磁波发射出去


B.电磁波的传播方式只有两种：天波和地波


C．发射图像信号不需要调制过程


D．使发射信号振幅随高频信号而改变叫调幅


解析：


答案：A


2．无线电波的接收


(1)原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，因此，导体可以用来接收电磁波。


(2)电谐振与调谐


①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的现象。


②调谐：使接收电路产生电谐振的过程。


(3)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程，它是调制的逆过程，调幅波的解调也叫检波。


(4)无线电波


技术上把波长大于1 mm的电磁波称做无线电波，并按波长把无线电波分为若干波段：长波、中波、中短波、短波、微波。


为什么超远程无线电利用无线电波中,的长波波段，而雷达利用微波波段？


根据波的衍射特性，波长越长，越容易绕过障碍物，所以超远程无线电利用长波波段。微波波长短，传播时直线性好。雷达正是利用了微波直线传播性好的特点


【例2】调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号。要收到电信号，应( )


A．增加谐电路中线圈的匝数


B．加大电源电压


C．减少调谐电路中线圈的匝数


D．将线圈中的铁芯取走


解析：


eq \x(\a\al(改变电容接收,不到较高频率,的信号))→eq \x(\a\al(调谐电路,固有频率,较低))→eq \x(f＝\f(1,2π\r(LC)))eq \(――→,\s\up7(增大f))eq \x(减小L)


答案：CD


3．电磁波与信息化社会


(1)电磁波的传输：可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可实现无线传输。电磁波的频率越高，相同时间内传递的信息量越大。


(2)电磁波的应用实例


①电视广播的发射和接收过程


eq \x(摄像管：摄取景物的图像并将其转换为电信号)


⇓


eq \x(调制和发射)


⇓


eq \x(天线接收高频信号，调谐，解调)


⇓


eq \x(显像管：还原出与摄像管屏上相同的图像)


②雷达的工作原理


雷达利用微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＝eq \f(ct,2)，再根据发射无线电波的方向和仰角，可以确定障碍物的位置。


③移动电话、因特网也是利用电磁波来传输信息的。


【例3】无线电广播的发射原理是：由振荡器产生______，用话筒把声音转化成________，然后把________都输入调制器，使________随着________而改变，把这样的________送到发射天线，发出的电磁波就带有声音信号。


解析：电磁波传递声音信号，首先要把声音信号通过话筒变为低频信号再通过调制器进行调制，加到电磁波上，并把它通过天线发射到天空中。


答案：高频信号 低频信号 它们 高频信号的振幅或频率 低频信号的改变 调制信号





4．对调制、调幅、调频、调谐、解调过程的对比理解


(1)无线电波的发射和接收过程


eq \(――→,\s\up7(信号))eq \x(调制\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(调幅,调频)))eq \(――→,\s\up7(发射))eq \(――→,\s\up7(接收))调谐―→解调eq \(――→,\s\up7(信号))


(2)“调幅”和“调频”都是调制过程


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。


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。


(3)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。


(4)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。在无线电技术中利用电谐振达到该目的。


释疑点：区分调谐与电谐振


(1)电谐振就是电磁振荡中的“共振”。


(2)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。


5．电磁波的传播特性


无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，主要的传播方式有：地波传播、天波传播和直线传播三种。


谈重点：接收机接收范围的确定


在给定范围的物理量中，如波长或频率的范围，要注意两个物理量之间的对应关系，不能盲目认为一个量最大，另一个量也最大，要进行公式的推导，得到物理量之间的函数关系再判断确定。


【例4－1】关于电磁波的接收，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(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确答案为A、D。


答案：AD


【例4－2】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


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。


答案：ABC


【例5－1】关于无线电波的传播，下列说法正确的是( )


A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处


B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流


C．波长越短的电磁波，越接近直线传播


D．移动电话是利用无线电波进行通信的


解析：


答案：BCD


【例5－2】关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )


A．电磁波频率越高，越易沿地面传播


B．电磁波频率越高，越易沿直线传播


C．电磁波在各种媒质中传播波长恒定


D．只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传播到全世界


解析：


答案：BD





6．走近科学、了解雷达


(1)雷达的原理


利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。


(2)构造及特点


一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。


①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端；


②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段；


③雷达发射的是不连续的无线电波，即脉冲，每次发射时间短于1 μs，两次发射的时间间隔约为0.1 ms；


④障碍物的距离等情况都由显示器直接显示出来。


(3)应用


探测飞机、导弹等军事目标；可以用于导航；天文学上研究星体；在气象上可以用于探测台风、雷雨、乌云。


【例6】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。





解析：第一次测量时汽车距雷达的距离


s1＝eq \f(ct1,2)，


第二次测量时汽车距雷达的距离


s2＝eq \f(ct2,2)，两次发射时间间隔为t，则汽车车速


v＝eq \f(s,t)＝eq \f(s1－s2,t)＝eq \f(ct1－t2,2t)


答案：v＝eq \f(ct1－t2,2t)








调制
在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术
分类
调幅(AM)
使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化的调制技术
调频(FM)
使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化的调制技术
选项
剖析
结论
A
没有强调有效发射电磁波，开放电路能发射出去
√
B
电磁波有三种传播方式：天波、地波和直线传播
×
C
图像、声音信号频率一般比较低，很难直接发射出去，需调制
×
D
使高频信号振幅随信号的强弱而改变叫调幅
×
传播形式
适合的波段
特点
地波
沿地球表面空间传播
长波、中波、中短波
衍射能力较强
天波
靠大气中电离层的反射传播
短波
反射能力较强
空间波
沿直线传播
超短波和微波
穿透能力较强
A
×
无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，故A错、B正确。
B
√
C
√
波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，故C、D正确。
D
√
A
×
电磁波频率越高，波长就越短，绕过地面障碍物的本领就越差，且地波的波长越短，越容易被地面吸收，故A错
B
√
随着电磁波频率的增大，粒子性越来越明显，其传播形式跟光相似，沿直线传播，故B正确
C
×
电磁波在各种介质中传播时，频率不变，但传播速度不等，波长不同，故C错
D
√
由于同步通信卫星相对于地面静止在赤道上空36 000 km高的地方，用它来做微波中继站，只要有三颗这样的卫星，就可以把微波信号传播到全世界，故D正确