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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学案设计
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收学案设计，共12页。
1．知道有效发射电磁波的两个条件。
2．知道电磁波的调制、调谐、解调在发射和接收过程中的作用。
3．认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途。
知识点一 无线电波的发射
[情境导学]
移动通信的发射天线如图所示，为什么发射天线做成金属杆状？
提示：是为了形成开放电路，这样就可以有效地发射电磁波。
[知识梳理]
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点
(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)应采用开放电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。
2．开放电路
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．无线电发射技术
(1)载波：携带要传递的信号的高频电磁波。
(2)调制：使载波随各种信号而改变的技术。
(3)调制的分类：
调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制。
调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。(√)
(2)要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。(√)
(3)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去。(×)
(4)调制的方法分为调幅和调频。(√)
2．为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对电磁波进行( )
A．调谐 B．放大
C．调制D．检波
解析：选C 把要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射出去的过程叫作调制，故只有C正确；A、B、D三项应是电磁波接收端需进行的过程。
知识点二 无线电波的接收
[情境导学]
电视、雷达和手机都是通过电磁波传递信息的，请你从它们自身是否是发射端或接收端比较它们有什么不同？
提示：电视仅仅是接收端，它接收来自电视台的无线电信号。雷达自身发射信号，遇到障碍物反射回来，通过接收反射波来确定物体的位置，因此雷达既是发射端又是接收端。手机接收来自基站的信号，同时它又向基站发射信号，它既是接收端也是发射端。
[知识梳理]
1．接收原理
电磁波在传播时遇到导体，会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。
2．电谐振
当接收电路的固有频率跟接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。
3．调谐
使接收电路产生电谐振的过程。
4．解调
使声音或图像信号从接收到的高频感应电流中还原出来的过程，这个过程是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
5．高频电视信号的传播方式有三种：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)制作天线必须用导体。(√)
(2)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(×)
(3)解调是调制的逆过程。(√)
(4)不同传播方式需要使用不同频率范围的电磁波。(√)
2．电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种调制方式称为( )
A．调频 B．调谐
C．调幅 D．解调
解析：选C 使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变高频电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变高频电磁波的频率来实现信号加载。由题意可知，是高频载波的振幅随电信号改变，故为调幅，选C。
知识点三 电磁波谱
[情境导学]
如图所示的四种用电器分别用的是哪种波段的电磁波？它们各自的特性是什么？
提示：甲图中的手机用的是无线电波，无线电波波动性强，可以用来传输信号；乙图中的测温仪，用的是红外线，因为一切物体都在不停地辐射红外线且热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强；丙图的消毒柜，是利用紫外线，因为紫外线具有较高的能量，可以利用紫外线灭菌消毒；丁图是医用的CT机，所用的是X射线，因为X射线的穿透本领强。
[知识梳理]
1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
2．不同电磁波的特点及应用
[初试小题]
1．判断正误。
(1)按波长由短到长顺序排列的是紫外线、可见光、红外线。(√)
(2)电磁波的频率越高，它的波长就越长。(×)
(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。(×)
(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(×)
2．[多选]下列说法中符合实际的是( )
A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
解析：选BD 紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以B、D正确。
[问题探究]
收音机选台时，如果调谐不准就会出现“串台”现象，这是为什么？
提示：收音机选台时，调至具体频道时调谐器将相对应的频率信号进行调谐，使这一频率产生的电流达最大，然后输送给调谐器；如果调谐不准，就可能出现两种不同频率的信号都会在电路中产生，即出现“串台”现象。
[要点归纳]
1．无线电波的发射和接收过程
2．调幅和调频是调制的两种不同方式
(1)使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)使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、图像等信号的频率相对较低，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、图像等信号加载到高频电磁波上的过程就是调制；而将声音、图像等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、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断发射不同频率的电磁波，如果不加选择地全部接收下来，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择出来，通常叫选台。如图所示的是调谐接收电路，在无线电技术中是利用电谐振原理达到该目的的。
[例题1] [多选]下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因说法正确的是( )
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不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
[解析] 调制是把低频信号加载到高频电磁波上增强发射能力，频率变大，辐射本领更强，A正确；电磁波在空气中以接近光速传播，所以传播速度不变，B错误；由λ＝eq \f(v,f)，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确。
[答案] AD
相近概念的辨析技巧
(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使高频电磁波的频率随信号的强弱改变的调制方式叫调频；使高频电磁波的振幅随信号的强弱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作调制；把低频电信号从高频载波中还原出来叫解调，是调制的逆过程。
[针对训练]
1．有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是( )
A．增加电源电压
B．使用调频的调制方式
C．把可动电容器的动片适当旋出一些
D．在线圈中插入铁芯
解析：选C 增大LC接收电路的频率，由公式f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知应减小电容或电感，A、B项错误；把可动电容器的动片适当旋出一些，减小了电容，符合题目要求，C项正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D项错误。
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( )
A．因为收听到的电台离收音机最近
B．因为收听到的电台频率最高
C．因为接收到的电台电磁波能量最强
D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同，产生了电谐振
解析：选D 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，D正确。
3．实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡电流信号如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的( )
解析：选B 高频振荡器产生高频等幅振荡电流，话筒里面有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。当我们对着话筒说话时，空气对它的压力随着声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随声音信号的变化而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化，这就是调制。它不但影响了正半周，也影响了负半周，故选B。
[问题探究]
中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课(如图)。已知天宫一号轨道半径为6 740 km，地球半径为6 400 km，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号发至地面接收站，最少需要多少时间？
提示：根据运动公式得t＝eq \f(x,c)＝eq \f(6 740－6 400,3×108)×103 s≈1．13×10－3 s
[要点归纳]
1．无线电波
λ＞1 mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。
2．雷达的原理及应用
(1)雷达的原理
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
(2)雷达的构造及特点
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。
[例题2] 一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图中刻度ab＝bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？
[思路点拨] 应用ab段为无线电波发射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离。
[解析] 图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab＝bc可知，无线电波从发射到返回所用时间为50 μs。
设雷达离障碍物的距离为x，无线电波来回时间为t，波速为c，由2x＝ct得x＝eq \f(ct,2)＝eq \f(3.0×108×50×10－6,2) m＝7．5×103 m。
[答案] 7．5×103 m
雷达侦察问题的解决方法
(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。
(2)根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。
(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。
[针对训练]
1．[多选]下列关于无线电波的叙述中，正确的是( )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3．0×108 m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：选AD 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A项正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3．0×108 m/s，B项错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C项错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq \f(v,f)可知波长变短，D项正确。
2．[多选]关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )
A．电磁波频率越高，越容易沿地面传播
B．电磁波频率越高，越容易沿直线传播
C．电磁波在各种介质中传播的波长恒定
D．可以利用同步卫星传递微波信号
解析：选BD 由c＝λf可判定，电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，越容易沿直线传播，B正确，A错误；电磁波在介质中传播时，频率不变，而传播速度改变，由λ＝eq \f(v,f)可知波长改变，C错误；同步卫星相对地面静止在赤道上空36 000 km高的地方，用它作微波中继站，传递微波信号，D正确。
3．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是多少？
解析：由题图知两波形相差3×10－3 s，即敌机与雷达站距离为x＝vt＝3×108×eq \f(1,2)×3×10－3 m＝4．5×105 m。
答案：4．5×105 m
[问题探究]
红外线在现代生产生活中有着广泛的应用。请举例说明。
提示：根据红外线的热作用比较强制成热谱仪、红外线夜视仪、红外线体温计等；根据红外线可以进行摇控制成电视、空调遥控器等。
[要点归纳]
1．共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3．0×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2．个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。
(3)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
[例题3] 下面列出的一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机：________。
(2)紫外线灯：________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。
A．紫外线具有很强的荧光效应
B．紫外线具有杀菌消毒作用
C．X射线具有较强的贯穿力
D．红外线具有显著的热效应
E．红外线波长较长，易发生衍射
[解析] (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，采用了X射线，因此选择C。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光效应，因此选择B。
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择D。
[答案] (1)C (2)B (3)D
电磁波在生产、生活和现代技术等方面应用广泛，联系实际的题较多，要提高自己运用知识的能力，应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，是如何应用的，这是解决此题的关键。
[针对训练]
1．[多选]关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
解析：选AB X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确。γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确。在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
2．2011年3月11日，日本发生里氏9．0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的( )
A．可见光 B．红外线
C．紫外线D．声音
解析：选B 不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同来寻找被困者，B正确。
3．[多选]关于真空中波长为0.6 μm的红光，下列说法中正确的是( )
A．其在真空中传播速度为3．0×108 m/s
B．其频率是5×1014 Hz
C．在真空中传播10 m的距离需要的时间是1．0×10－5 s
D．在10 m的距离中(真空)约有1．7×107个波长
解析：选ABD 各种电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故A项正确；由题意知λ＝0.6 μm＝0.6×10－6 m，根据公式c＝λf得，f＝eq \f(c,λ)＝5×1014Hz，B项正确；传播10 m所需的时间t＝eq \f(x,v)＝3．3×10－8 s，C项错误；10 m中的波长个数为n＝eq \f(x,λ)≈1．7×107个，D项正确。
1．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
A．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调
B．电视机的遥控器发射紫外线
C．电磁波中频率最大的为γ射线，用它最容易观察到衍射现象
D．雷达使用微波是因为微波波长较短能沿直线传播
解析：选D 发射无线电波时，需要对电磁波进行调制，而接收时需要解调，故A错误；电视机的遥控器发射红外线，故B错误；γ射线波长最小，所以最不容易观察到衍射现象，故C错误；雷达使用微波是因为雷达使用的微波波长较短能沿直线传播，D正确。
2．古代也采用过“无线”通信的方式，如在烽火台利用火光传递信息，利用打鼓传出声音传递信号等。关于声音与光，下列说法正确的是( )
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
解析：选C 声音属于机械波，光属于电磁波，故选C。
3．[多选]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．必须使用开放回路
解析：选ACD 在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，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确。而产生电谐振是在接收过程中，B错误。
4．一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈，由此可以判断( )
A．匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
B．匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
C．匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
D．匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
解析：选A 根据密绕匝数多的线圈电感大、疏绕匝数少的线圈电感小，B、D选项错误；根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，电感越大，回路固有频率越小，C选项错误；根据λ＝eq \f(c,f)可知，频率越小，波长越长，A选项正确。
5．[多选]在电磁波的发射过程中，用一平行板电容器C和一个线圈L组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，下列调节正确的是( )
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯
C．把电容器的动片适当旋出一些
D．把电容器的动片适当旋进一些
解析：选BD 要增大发射电磁波的波长，根据λ＝eq \f(c,f)，可知需要减小频率。根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))，可知要减小频率可以增加自感系数或电容。要增加电容，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)，可
知可以减小极板的距离、增加正对面积、插入电介质；要增加自感系数，可以增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯。故A、C错误，B、D正确。
6．有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时：
(1)哪种波长的无线电波在收音机中激起的感应电流最强？
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？
解析：(1)根据公式f＝eq \f(c,λ)得f1＝eq \f(c,λ1)＝eq \f(3.0×108,290)Hz≈1 034 kHz，f2＝eq \f(c,λ2)＝eq \f(3.0×108,397)Hz≈756 kHz，f3＝eq \f(c,λ3)＝eq \f(3.0×108,566)Hz≈530 kHz。所以波长为397 m的无线电波在收音机中激起的感应电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，因此应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
答案：见解析
特点
用途
无线电波
波动性强
通信、广播、导航
红外线
热作用强
加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光
感光性强
照明、照相等
紫外线
化学作用荧光效应
杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线
穿透力强
检查、探测、透视、治疗
γ射线
穿透力最强
探测、治疗
无线电波的发射和接收
无线电波的分类及传播特点
波段
波长
频率
传播方式
主要用途
长波
30 000～3 000米
10～100 千赫
地波
调幅广播、导航
中波
3 000～200米
100～1 500千赫
地波和天波
中短波
200～50米
1 500～6 000千赫
天波
调幅广播、电报、通信
短波
50～10米
6～30兆赫
微波
米波
10～1米
30～300兆赫
近似直线传播
调频广播、电视、导航
分米波
10～1分米
300～3 000兆赫
直线传播
电视、雷达、导航
厘米波
10～1厘米
3 000～30 000兆赫
毫米波
10～1毫米
30 000～300 000兆赫
各种电磁波的特性
1．知道有效发射电磁波的两个条件。
2．知道电磁波的调制、调谐、解调在发射和接收过程中的作用。
3．认识电磁波谱，了解电磁波各波段的特点及主要用途。
知识点一 无线电波的发射
[情境导学]
移动通信的发射天线如图所示，为什么发射天线做成金属杆状？
提示：是为了形成开放电路，这样就可以有效地发射电磁波。
[知识梳理]
1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点
(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)应采用开放电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。
2．开放电路
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．无线电发射技术
(1)载波：携带要传递的信号的高频电磁波。
(2)调制：使载波随各种信号而改变的技术。
(3)调制的分类：
调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制。
调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。(√)
(2)要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。(√)
(3)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去。(×)
(4)调制的方法分为调幅和调频。(√)
2．为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对电磁波进行( )
A．调谐 B．放大
C．调制D．检波
解析：选C 把要传递的信息(如声音、图像等)加载到电磁波上发射出去的过程叫作调制，故只有C正确；A、B、D三项应是电磁波接收端需进行的过程。
知识点二 无线电波的接收
[情境导学]
电视、雷达和手机都是通过电磁波传递信息的，请你从它们自身是否是发射端或接收端比较它们有什么不同？
提示：电视仅仅是接收端，它接收来自电视台的无线电信号。雷达自身发射信号，遇到障碍物反射回来，通过接收反射波来确定物体的位置，因此雷达既是发射端又是接收端。手机接收来自基站的信号，同时它又向基站发射信号，它既是接收端也是发射端。
[知识梳理]
1．接收原理
电磁波在传播时遇到导体，会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。
2．电谐振
当接收电路的固有频率跟接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。
3．调谐
使接收电路产生电谐振的过程。
4．解调
使声音或图像信号从接收到的高频感应电流中还原出来的过程，这个过程是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。
5．高频电视信号的传播方式有三种：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。
[初试小题]
1．判断正误。
(1)制作天线必须用导体。(√)
(2)只有接收电路发生电谐振时，接收电路中才有振荡电流。(×)
(3)解调是调制的逆过程。(√)
(4)不同传播方式需要使用不同频率范围的电磁波。(√)
2．电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种调制方式称为( )
A．调频 B．调谐
C．调幅 D．解调
解析：选C 使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变高频电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变高频电磁波的频率来实现信号加载。由题意可知，是高频载波的振幅随电信号改变，故为调幅，选C。
知识点三 电磁波谱
[情境导学]
如图所示的四种用电器分别用的是哪种波段的电磁波？它们各自的特性是什么？
提示：甲图中的手机用的是无线电波，无线电波波动性强，可以用来传输信号；乙图中的测温仪，用的是红外线，因为一切物体都在不停地辐射红外线且热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强；丙图的消毒柜，是利用紫外线，因为紫外线具有较高的能量，可以利用紫外线灭菌消毒；丁图是医用的CT机，所用的是X射线，因为X射线的穿透本领强。
[知识梳理]
1．电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱。按波长由长到短依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。
2．不同电磁波的特点及应用
[初试小题]
1．判断正误。
(1)按波长由短到长顺序排列的是紫外线、可见光、红外线。(√)
(2)电磁波的频率越高，它的波长就越长。(×)
(3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。(×)
(4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(×)
2．[多选]下列说法中符合实际的是( )
A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒
B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒
C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力
D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
解析：选BD 紫外线具有杀菌、消毒的作用，X射线穿透能力较强，因此医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，用X射线透视人体；在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用射线的衍射能力较强，容易透过云雾烟尘，因而用波长较长的红外线，所以B、D正确。
[问题探究]
收音机选台时，如果调谐不准就会出现“串台”现象，这是为什么？
提示：收音机选台时，调至具体频道时调谐器将相对应的频率信号进行调谐，使这一频率产生的电流达最大，然后输送给调谐器；如果调谐不准，就可能出现两种不同频率的信号都会在电路中产生，即出现“串台”现象。
[要点归纳]
1．无线电波的发射和接收过程
2．调幅和调频是调制的两种不同方式
(1)使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)使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、图像等信号的频率相对较低，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、图像等信号加载到高频电磁波上的过程就是调制；而将声音、图像等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、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断发射不同频率的电磁波，如果不加选择地全部接收下来，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择出来，通常叫选台。如图所示的是调谐接收电路，在无线电技术中是利用电谐振原理达到该目的的。
[例题1] [多选]下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因说法正确的是( )
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不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
[解析] 调制是把低频信号加载到高频电磁波上增强发射能力，频率变大，辐射本领更强，A正确；电磁波在空气中以接近光速传播，所以传播速度不变，B错误；由λ＝eq \f(v,f)，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确。
[答案] AD
相近概念的辨析技巧
(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使高频电磁波的频率随信号的强弱改变的调制方式叫调频；使高频电磁波的振幅随信号的强弱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作调制；把低频电信号从高频载波中还原出来叫解调，是调制的逆过程。
[针对训练]
1．有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是( )
A．增加电源电压
B．使用调频的调制方式
C．把可动电容器的动片适当旋出一些
D．在线圈中插入铁芯
解析：选C 增大LC接收电路的频率，由公式f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知应减小电容或电感，A、B项错误；把可动电容器的动片适当旋出一些，减小了电容，符合题目要求，C项正确；在线圈中插入铁芯，增大了电感，不合题意，D项错误。
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( )
A．因为收听到的电台离收音机最近
B．因为收听到的电台频率最高
C．因为接收到的电台电磁波能量最强
D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同，产生了电谐振
解析：选D 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，D正确。
3．实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡电流信号如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的( )
解析：选B 高频振荡器产生高频等幅振荡电流，话筒里面有碳膜电阻，它的阻值随压力变化而变化。当我们对着话筒说话时，空气对它的压力随着声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随声音信号的变化而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化，这就是调制。它不但影响了正半周，也影响了负半周，故选B。
[问题探究]
中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课(如图)。已知天宫一号轨道半径为6 740 km，地球半径为6 400 km，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号发至地面接收站，最少需要多少时间？
提示：根据运动公式得t＝eq \f(x,c)＝eq \f(6 740－6 400,3×108)×103 s≈1．13×10－3 s
[要点归纳]
1．无线电波
λ＞1 mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。
2．雷达的原理及应用
(1)雷达的原理
利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。
(2)雷达的构造及特点
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。
[例题2] 一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图中刻度ab＝bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？
[思路点拨] 应用ab段为无线电波发射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离。
[解析] 图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab＝bc可知，无线电波从发射到返回所用时间为50 μs。
设雷达离障碍物的距离为x，无线电波来回时间为t，波速为c，由2x＝ct得x＝eq \f(ct,2)＝eq \f(3.0×108×50×10－6,2) m＝7．5×103 m。
[答案] 7．5×103 m
雷达侦察问题的解决方法
(1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。
(2)根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。
(3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。
[针对训练]
1．[多选]下列关于无线电波的叙述中，正确的是( )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3．0×108 m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：选AD 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A项正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3．0×108 m/s，B项错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C项错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq \f(v,f)可知波长变短，D项正确。
2．[多选]关于电磁波的传播，下列叙述正确的是( )
A．电磁波频率越高，越容易沿地面传播
B．电磁波频率越高，越容易沿直线传播
C．电磁波在各种介质中传播的波长恒定
D．可以利用同步卫星传递微波信号
解析：选BD 由c＝λf可判定，电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，越容易沿直线传播，B正确，A错误；电磁波在介质中传播时，频率不变，而传播速度改变，由λ＝eq \f(v,f)可知波长改变，C错误；同步卫星相对地面静止在赤道上空36 000 km高的地方，用它作微波中继站，传递微波信号，D正确。
3．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是多少？
解析：由题图知两波形相差3×10－3 s，即敌机与雷达站距离为x＝vt＝3×108×eq \f(1,2)×3×10－3 m＝4．5×105 m。
答案：4．5×105 m
[问题探究]
红外线在现代生产生活中有着广泛的应用。请举例说明。
提示：根据红外线的热作用比较强制成热谱仪、红外线夜视仪、红外线体温计等；根据红外线可以进行摇控制成电视、空调遥控器等。
[要点归纳]
1．共性
(1)它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义。
(2)都遵循公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3．0×108 m/s。
(3)它们的传播都不需要介质。
(4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。
2．个性
(1)不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强。
(2)同频率的电磁波，在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。
(3)用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，γ射线检查金属部件的缺陷等。
[例题3] 下面列出的一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机：________。
(2)紫外线灯：________。
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________。
A．紫外线具有很强的荧光效应
B．紫外线具有杀菌消毒作用
C．X射线具有较强的贯穿力
D．红外线具有显著的热效应
E．红外线波长较长，易发生衍射
[解析] (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，采用了X射线，因此选择C。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光效应，因此选择B。
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择D。
[答案] (1)C (2)B (3)D
电磁波在生产、生活和现代技术等方面应用广泛，联系实际的题较多，要提高自己运用知识的能力，应该留心自然中、生活中、现代技术中应用了什么物理现象和规律，是如何应用的，这是解决此题的关键。
[针对训练]
1．[多选]关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变
B．γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高
C．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
D．在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是γ射线
解析：选AB X射线对生命物质有较强的穿透作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确。γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故B正确。在电磁波谱中从无线电波到γ射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，而波长越大，越容易发生干涉、衍射现象，因此紫光比紫外线更容易发生干涉和衍射现象，无线电波最容易发生衍射现象，故C、D错误。
2．2011年3月11日，日本发生里氏9．0级地震，地震和地震引发的海啸造成大量建筑物倒塌。为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，我国及时派出了救援队。救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的( )
A．可见光 B．红外线
C．紫外线D．声音
解析：选B 不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同来寻找被困者，B正确。
3．[多选]关于真空中波长为0.6 μm的红光，下列说法中正确的是( )
A．其在真空中传播速度为3．0×108 m/s
B．其频率是5×1014 Hz
C．在真空中传播10 m的距离需要的时间是1．0×10－5 s
D．在10 m的距离中(真空)约有1．7×107个波长
解析：选ABD 各种电磁波在真空中的传播速度都等于光速，故A项正确；由题意知λ＝0.6 μm＝0.6×10－6 m，根据公式c＝λf得，f＝eq \f(c,λ)＝5×1014Hz，B项正确；传播10 m所需的时间t＝eq \f(x,v)＝3．3×10－8 s，C项错误；10 m中的波长个数为n＝eq \f(x,λ)≈1．7×107个，D项正确。
1．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是( )
A．发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调
B．电视机的遥控器发射紫外线
C．电磁波中频率最大的为γ射线，用它最容易观察到衍射现象
D．雷达使用微波是因为微波波长较短能沿直线传播
解析：选D 发射无线电波时，需要对电磁波进行调制，而接收时需要解调，故A错误；电视机的遥控器发射红外线，故B错误；γ射线波长最小，所以最不容易观察到衍射现象，故C错误；雷达使用微波是因为雷达使用的微波波长较短能沿直线传播，D正确。
2．古代也采用过“无线”通信的方式，如在烽火台利用火光传递信息，利用打鼓传出声音传递信号等。关于声音与光，下列说法正确的是( )
A．声音和光都是机械波
B．声音和光都是电磁波
C．声音是机械波，光是电磁波
D．声音是电磁波，光是机械波
解析：选C 声音属于机械波，光属于电磁波，故选C。
3．[多选]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．必须使用开放回路
解析：选ACD 在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，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确。而产生电谐振是在接收过程中，B错误。
4．一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖，在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一组是用粗线疏绕匝数少的线圈，由此可以判断( )
A．匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
B．匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
C．匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波
D．匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波
解析：选A 根据密绕匝数多的线圈电感大、疏绕匝数少的线圈电感小，B、D选项错误；根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，电感越大，回路固有频率越小，C选项错误；根据λ＝eq \f(c,f)可知，频率越小，波长越长，A选项正确。
5．[多选]在电磁波的发射过程中，用一平行板电容器C和一个线圈L组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，下列调节正确的是( )
A．增大电容器两极板间的距离
B．增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯
C．把电容器的动片适当旋出一些
D．把电容器的动片适当旋进一些
解析：选BD 要增大发射电磁波的波长，根据λ＝eq \f(c,f)，可知需要减小频率。根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))，可知要减小频率可以增加自感系数或电容。要增加电容，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)，可
知可以减小极板的距离、增加正对面积、插入电介质；要增加自感系数，可以增大线圈的匝数，在线圈中加铁芯。故A、C错误，B、D正确。
6．有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时：
(1)哪种波长的无线电波在收音机中激起的感应电流最强？
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些，还是旋出一些？
解析：(1)根据公式f＝eq \f(c,λ)得f1＝eq \f(c,λ1)＝eq \f(3.0×108,290)Hz≈1 034 kHz，f2＝eq \f(c,λ2)＝eq \f(3.0×108,397)Hz≈756 kHz，f3＝eq \f(c,λ3)＝eq \f(3.0×108,566)Hz≈530 kHz。所以波长为397 m的无线电波在收音机中激起的感应电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，因此应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
答案：见解析
特点
用途
无线电波
波动性强
通信、广播、导航
红外线
热作用强
加热、遥测、遥感、红外线制导
可见光
感光性强
照明、照相等
紫外线
化学作用荧光效应
杀菌消毒、治疗皮肤病等
X射线
穿透力强
检查、探测、透视、治疗
γ射线
穿透力最强
探测、治疗
无线电波的发射和接收
无线电波的分类及传播特点
波段
波长
频率
传播方式
主要用途
长波
30 000～3 000米
10～100 千赫
地波
调幅广播、导航
中波
3 000～200米
100～1 500千赫
地波和天波
中短波
200～50米
1 500～6 000千赫
天波
调幅广播、电报、通信
短波
50～10米
6～30兆赫
微波
米波
10～1米
30～300兆赫
近似直线传播
调频广播、电视、导航
分米波
10～1分米
300～3 000兆赫
直线传播
电视、雷达、导航
厘米波
10～1厘米
3 000～30 000兆赫
毫米波
10～1毫米
30 000～300 000兆赫
各种电磁波的特性
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