高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收导学案

3．无线电波的发射和接收

学习目标：1.[物理观念]能说出电磁波的发射、传播和接收的过程。知道无线电通信的基本原理。　2.[物理观念]能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念。　3.[科学态度与责任]能结合生活实际，说出无线电通信在生活中的应用。

一、电磁波的发射

1．发射电磁波的振荡电路的特点

(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．电磁波的调制

二、电磁波的接收

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，空中的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。

三、电视广播的发射和接收过程

摄像管：摄取景物的图像并将其转换为电信号

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1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

 (1)频率越高，振荡电路发射电磁波本领越大。 (√)

(2)电视台发射的电磁波都经过了调制。 (√)

(3)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时，出现谐振现象。 (√)

(4)收音机能够直接接收声波。 (×)

(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。(√)

2．(多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是(　　)

A．增加辐射波的波长

B．增加辐射波的频率

C．使振荡电容的正对面积足够小

D．尽可能使电场和磁场分散开

BC　[提高电磁波辐射本领(功率)应增大f，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，故正确答案为B、C。]

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，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，必须要有检波过程

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调制信号中取出来，否则就不能显示，B、C、D正确。]

1．发射电磁波的条件

(1)要有足够高的振荡频率。理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大。

(2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。

2．电磁波的发射示意图(如图所示)

【例1】　(多选)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．减小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．向外抽出铁芯

ABD　[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＝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。故选A、B、D。]

1．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，用调制器将需要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。

2．一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号，都采用调幅波；电台的调频广播和电视中的伴音信号，都采用调频波。

低频信号类比成货物，高频波类比成运载工具，调制的过程类比成将货物装载到运载工具上。

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        。(选填“调谐”“调制”或“解调”)

[解析]　信息(声音或图像等)转化为电信号后，往往由于信号频率低不能直接用来发射，需要把要传递的电信号“加载”到高频电磁波上，这就是调制。

[答案]　调制

1．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】　(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

AD　[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。]

相近概念的辨析技巧

(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。

(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程。

2．世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率        ，产生了        。

[解析]　选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振，激起的感应电流最强。

[答案]　相同　电谐振

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．①②③　　　　　　　 B．②③④

C．①④   D．①②④

B　[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。调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，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送的更远。而调谐电路是在接收端需要的电路。]

2．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

C　[电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示，故C正确。]

3．关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是(　　)

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

C　[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．手机A的号码为13811111111，手机B的号码为13022222222。当手机A拨打手机B时，能听见B发出响声并且看见B上来电显示A的号码为13811111111。若将手机A置于透明真空罩中，再用手机B拨打手机A，则(　　)

A．能听见A发出响声，但看不到A上显示B的号码

B．能听见A发出响声，也能看到A上显示B的号码13022222222

C．既不能听见A发出响声，也看不到A上显示B的号码

D．不能听见A发出响声，但能看到A上显示B的号码13022222222

D　[声音不能在真空中传播，拨打真空罩中手机不能听到手机铃声；手机接收的是电磁波信号，电磁波能在真空中传播，真空罩中的手机能接收到呼叫信号。故能看到A上显示的B的号码，故D正确，A、B、C错误。故选D。]

5．(多选)下列对无线电广播要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有效地传递出去

AD　[调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能力，频率变大；即辐射本领变强，符合题意；电磁波的波速接近光速，传播速度不变，不符合题意；根据v＝λ·f可知，速度不变的情况下，频率改变，则波长必然改变，不符合题意；要把电磁波有效发射出去，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息有效传递出去，符合题意。]