高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 电磁波的发射、传播和接收课文配套课件ppt

第2节　电磁波的发射、传播和接收

第3节　电磁波谱

 [核心素养·明目标]

知识点一　电磁波的发射、传播和接收

1．电磁波的发射

(1)有效发射条件

①振荡频率足够高。

②电场、磁场尽可能分布到较大的空间。

(2)开放电路：为了满足发射条件，可以减小电容器的极板面积，增大极板间距，使电容器变成两条长直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线。

(3)电磁波的调制：

①定义：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为调制。

②分类：

a．调幅：使电磁波的振幅随信号改变，频率始终保持不变。

b．调频：使电磁波的频率随信号而改变。

2．电磁波的传播

(1)无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波。

(2)传播特点

①地波：沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波。

②天波：靠大气层中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。

③空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信、卫星电视转播等也主要是利用空间波为传输途径。

3．电磁波的接收

(1)电谐振现象：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生电流最强的现象。与机械振动中的共振现象类似。

(2)调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率电磁波，需要选择某一特定的频率接收的过程。

(3)调谐电路

①定义：能够调谐的接收电路。

②应用：调节调谐电路可调电容或电感，改变电路的固有频率，使它与要接收的电台的电磁波的频率相同。

　为什么发射天线做成金属杆状？接收电磁波时，选择特定频率电磁波的原理是什么？

提示：为了有效发射电磁波，形成开放电路。电谐振原理。

1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波。 (√)

(2)地波传播的是短波和微波，且波长越短，传播效果越好。 (×)

(3)解调是从接收到的高频电磁波中“检”出所携带的信号，解调是调制的逆过程。              (√)

知识点二　电磁波谱

1．电磁波谱

电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。电磁波谱中的各种波有一定的波长范围，它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性；它们在真空中的传播速度均等于光速。

2．电磁波的应用

①无线电波的应用

a．特点：不同波段内的无线电波具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近。

b．应用：长波主要用于调幅广播及航海导航；中波主要用于调幅广播及通信；短波主要用于远距离短波通信及调幅广播；微波主要用于调频广播、电视、卫星导航和雷达，微波炉可利用高功率的微波对食物进行加热。

②红外线和紫外线的应用

a．红外线：具有明显的热效应。利用红外线的这种热效应，制成了红外线烤箱、红外线炉等；利用红外线使特制底片感光的性质还可制成红外摄影仪、红外遥感器等。

b．紫外线：紫外线能使很多物质发出荧光，很容易让底片感光。当适量紫外线照射人体时，能使人体合成维生素D，可以预防佝偻病，但过量的紫外线会伤害人体，应注意防护。紫外线还具有杀菌作用，医院里的病房利用紫外线消毒；银行利用紫外线灯鉴别钞票的真伪。

③X射线和γ射线的应用

a．X射线：穿透力较强，在医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断。长期暴露在X射线下，会对人体造成很大伤害。

b．γ射线：从原子核内发出的电磁波，能量较高，穿透力很强，对生物的破坏力很大。医学上常用来杀死癌细胞。

　无线电波、红外线、紫外线、X射线等都是电磁波，但是，无线电波主要应用于通讯，红外线主要应用于遥感、红外摄像和红外制导，紫外线主要应用于杀菌消毒，而X射线主要应用于透视，这是为什么呢？

提示：这是由于不同波段的电磁波表现出不同的特性，性质决定它们的用途。

2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)电磁波波长较短的波能量大，穿透能力强。 (√)

(2)紫外线有明显的热效应。 (×)

3：填空

在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，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。

考点1　电磁波的发射、传播、接收

1．电磁波的发射：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，如图所示。

2．“调幅”和“调频”是调制的区别

(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。如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。

(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。如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。

3．电磁波的接收：天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图像的过程。

4．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。

5．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。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。

检波：调幅波的解调称为检波。

【典例1】　(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，必须是闭合电路

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

思路点拨：解此题关键有两点：

(1)明确有效发射电磁波的条件。

(2)明确电谐振、检波的概念。

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信号中取出来，否则就不能显示。故A错误，B、C、D正确。]

[跟进训练]

1．下列关于无线电广播要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时波长才能不变

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传递过去

D　[声音信号的频率很低，衰减快，不能直接发射，高频电磁波衰减慢、辐射能力强，适合发射，A、C错误，D正确；经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变，故B错误。]

考点2　电磁波的应用

1．各种电磁波的特点及应用

2．电磁波的能量

各种各样的仪器能够探测到许许多多电磁波，所有这些都表明电磁波能够传递能量。

3．对X射线和γ射线的两点说明

(1)不同频率的电磁波在真空或空气中的传播速度相同，而在同一介质中的传播速度并不相同。

(2)X射线与γ射线都具有穿透能力，但γ射线的穿透能力更强。X射线能穿过人体，通常做人体透视；而γ射线可以穿过几厘米厚的铅板，可以做探测金属砂眼的射线。

【典例2】　(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是(　　)

A．X射线对生命物质有较强的作用，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，更容易发生衍射现象的是γ射线

AB　[X射线对生命物质有较强的作用，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，波动性越强，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。]

[跟进训练]

2．关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　)

A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体

B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康

C．电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象

D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光

D　[X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误。]

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(　　)

A．调谐  B．放大  C．调制  D．解调

C　[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。故正确选项为C。]

2．根据电磁波谱选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是(　　)

A．微波、红外线、紫外线

B．γ射线、X射线、紫外线

C．紫外线、可见光、红外线

D．紫外线、X射线、γ射线

B　[红外线与紫外线在电磁波谱中不相邻，更不会频率重叠，A错误；紫外线、可见光、红外线虽相邻，但它们三者间有明确的界线，频率也不相重叠，C错误；在电磁波谱中紫外线、X射线、γ射线有重叠，γ射线波长最短，紫外线波长最长，B正确，D错误。]

3．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

C　[增大LC接收电路的频率，由公式f＝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。]

4．(新情境题，以“隐形飞机”为背景，考查电磁波的应用)我国制造的首款具有“隐身能力”和强大攻击力的第五代作战飞机“歼­20”列装部队后，已经开展编队训练。隐形飞机的原理是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击。

问题：根据你所学的物理知识请解释一下飞机隐形的原理。

[解析]　隐形飞机的原理是在飞机制造过程中使用能吸收雷达电磁波的材料，使反射的雷达电磁波很弱，在雷达屏幕上显示的反射信息很少、很弱，飞机在雷达屏幕上很难被发现。

[答案]　见解析

回归本节知识，自我完成以下问题：

1．为了有效地发射电磁波，振荡电路必须满足哪两个条件？

提示：振荡频率足够高，电场、磁场尽可能分布到较大的空间。

2．无线电波的传播通常有哪几种途径？

提示：地波、天波和空间波。

3．试写出电磁波谱？

提示：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。

无线电通信

在赫兹发现电磁波后的第二年，当有人来信问到利用电磁波进行通信的可能性时，他在回信中竟这样写道：“如果要利用电磁波进行无线通信，那非得有一面和欧洲大陆面积差不多大的巨型反射镜才行。”赫兹顽强的探索精神和卓越的实验才能令人惊叹，但他却没有看到电磁波诱人的应用前景。

1915年，第一条跨越大西洋的无线电通信线路开通了。

1895年，俄罗斯物理学家波波夫(A．C．ΠOΠOB，1859－1906)和意大利青年马可尼(G．Marconi，1874－1937)各自独立地发明了无线电报机。马可尼使他的发明发展为完整的系统，从而成功地实现了商业应用。1897年5月18日，马可尼进行的横跨布里斯托尔海峡的无线电通信取得成功。

由于无线电通信不需要昂贵的地面线路和海底电缆，因而很快受到人们的重视。它首先用于难以铺设线路的海上通信。第一艘装有无线电台的船只是美国的“圣保罗”号邮船。后来，海上无线电通信接二连三地在援救海上遇险船只中发挥作用，从而崭露头角。

1901年，无线电波越过了大西洋，人类首次实现了跨洋无线电通信。两年后，无线电话试验成功。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电广播、电视广播、雷达、微波接力通信、卫星通信……它们使世界的面貌发生了深刻变化。

　无线电通信非常便利高效，在通信过程中需不需要介质？无线电通信保真程度如何？

提示：电磁波可以在真空中传播不需要介质，无线电通信保真程度很好。