高中人教版 (新课标)3 电磁波的发射和接收学案设计

3．电磁波的发射和接收

1．知道什么样的电磁振荡和电路有利于向外发射电磁波。

2．了解利用电磁波传递信号要对电磁波进行调制，调制方法有两种：调幅和调频。知道什么是调制、什么是调幅和调频。

3．知道接收需要的电磁波要进行调谐，知道还原信号还要进行解调，了解什么是调谐和解调。

电磁波已经与我们的生活、生产密不可分。当你走在路上或坐在汽车里，手持移动电话向千里之外的亲友发送问候，讲述你的学习、生活、见闻的时候，当你从电话屏幕中见到亲友的时候，你想过这声音和影像是怎样传送的吗？

提示：在电磁波中加载上声音、图像等信号，电磁波就相当于一个运载工具，把这些信息传播出去。电磁波必须通过发射塔(天线)才能走进千家万户。接收端还要把接收到的信息进行还原，这样才能得到我们想要的信息。

1．电磁波的发射

(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，频率越高，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，这条导线叫做______，线圈的另一端高高地架在空中，叫做______。

(3)无线电技术：使电磁波随各种信号而改变的技术叫做______。调制的方法有两种，一是调幅，使高频电磁波的______随信号的强弱而改变；另一种叫调频，使高频电磁波的______随信号的强弱而改变。

思考：电视发射塔为什么要建得很高？

2．无线电波的接收

(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，这种现象叫做电谐振。

(3)调谐：使电路中产生______的过程叫做调谐。

(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，叫做解调。

(5)无线电波：波长大于______(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波，并按波长分成若干个波段，像长波、中波、短波、微波等。不同波段所用的设备和技术不同，因此有不同的用途。

答案：1．(1)足够高　开放电路　(2)地线　天线　(3)调制　振幅　频率

思考

提示：这样做是为了使振荡电路的电场和磁场可以分散到足够大的空间，使无线电波发射得较远。

2．(1)导体　天线　(2)固有频率　频率　(3)电谐振　(4)高频电流　(5)1 mm

一、有效地发射电磁波的两个条件

1．高频电路：理论研究证明了发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比，频率越高，发射电磁波的本领就越大，所以采用高频电路。

2．开放电路：振荡电路中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。实际的开放电路由天线、线圈和地线组成，天线相当于电容器的一个极板，大地是另一个极板，这样做有两个好处，一是满足开放的条件，让电场和磁场尽可能地分散到更大的空间，二是电容器的电容非常小，可以产生高频率。

当振荡电路变成开放电路时，由于匝数减少，则自感系数L减小。由于正对面积减小，距离增大，电容器的电容减小。由f＝可知，频率增大，故辐射本领增强。

二、对电谐振及其作用的理解

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(类似于机械振动中的共振)达到目的。

使接收电路中产生电谐振的过程叫调谐，能够调谐的接收电路叫调谐电路。如图所示，调节电容器的电容，当该LC振荡电路的固有频率与某电台的频率相同时，这个电台的电磁波在电路中激起的感应电流最强，这样就选出了这个电台。收音机一般是通过改变电容来调谐，而电视机一般通过改变电感来调谐。

三、无线电波的分类

λ>1 mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。

无线电波是无线电技术中使用的电磁波，其波长范围从几毫米到几十千米，按波长分成若干个波段，各个波段有其不同的主要用途。

类型一  理解有效发射电磁波的条件

【例1】 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．增加辐射波的波长

B．使振荡电容器的正对面积足够小

C．尽可能使电场和磁场分散开

D．增加电路中的电容和电感

解析：理论证明，电磁波发射本领(功率)与f成正比，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路。f＝，C＝，要使f增大，应减小L或C，通过选择，只有B项符合题意。

答案：B

题后反思：只要熟练掌握有效发射电磁波的条件和振荡频率的表达式，该题便可以解决。

类型二  电磁波接收端的有关计算

【例2】 一台收音机的接收频率范围从f1＝2.2 MHz到f2＝22 MHz。设这台收音机能接收的相应波长范围从λ1到λ2，调谐电容器的相应电容变化范围从C1到C2。那么波长之比为多少？电容之比为多少？

解析：波长公式：λ＝，因电磁波的波速等于光速，由此可知波长与频率成反比，所以＝＝＝。

再根据电磁振荡公式：f＝，收音机接收电路中的L是固定的，所以频率跟电容器的电容平方根成反比，即＝，整理可得：＝＝。

答案：10∶1　100∶1

题后反思：(1)LC振荡电路是最简单的电磁振荡电路，也是无线电技术中最常见的振荡电路，所以要熟记它的周期和频率公式。

(2)调谐电路与发射无线电波的电路都是开放的LC电路，但前者电路的固有频率是可变的，后者电路的固有频率是固定的。

1为了让电磁波传递信号，可以：

(1)使高频电磁振荡的振幅随信号而改变，此过程叫(　　)。

(2)使高频电磁振荡的频率随信号而改变，此过程叫(　　)。

A．检波　　　　　　　 B．调幅

C．调谐      D．调频

2关于无线电波，下列说法中正确的是(　　)。

A．无线电波包含的波长宽度是很广的

B．无线电波与电磁波是有一定区别的

C．无线电波不可以在真空中传播

D．无线电波与我们的生产和生活有极其紧密的联系

3利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号的变化而变化。使无线电波随各种信号而改变叫________，常用的方法有________和________，其中使振荡的振幅随信号而改变叫________，使振荡的频率随信号而改变叫________。

4图中A为某火箭发射场，B为山区，C为城市。发射场正在进行某型号火箭的发射试验。为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550 m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)。这是因为___________ ______________________________________________________________________________。

答案：1．(1)B　(2)D　使电信号“加”到高频电磁波上的过程，称为调制。调制分为调幅(使高频电磁振荡的振幅随信号而改变)与调频(使高频电磁振荡的频率随信号而改变)两种。由题问可知，第(1)过程叫调幅，第(2)过程叫调频。

2．AD　无线电波是电磁波的一部分，波长范围较大，3×104～1×10－3 m，可以在真空中传播。在某种意义上，可以说现代人的生产和生活离不开无线电波。

3．答案：调制　调频　调幅　调幅　调频

4．解析：从题中知，传输无线电广播所用电磁波波长为550 m，根据发生明显衍射现象的条件，已知该电磁波很容易发生衍射现象，绕过山坡而传播到城市所在的C区，因而不需要转发装置。电视信号所用的电磁波波长为0.566 m，其波长很短，衍射现象很不明显，几乎沿直线传播，能传播到山顶却不能传播到城市所在的C区，要想使信号传到C区，必须通过建在山顶的转发站来转发。

答案：电视信号　电视信号波长短，沿直线传播，受山坡阻挡，不易衍射