4.3電磁波的發射和接收學習目標：1.理解調制、調幅、調頻、調諧、解調的含義 2.掌握電視攝像管的基本結構以及電視廣播發射與接收的過程3.知道移動通信的基本過程和基站的作用 4.知道通信技術的發展對人類文明的促進作用.重點：理解調制、調幅、調頻、調諧、解調的含義難點：掌握電視攝像管的基本結構以及電視廣播發射與接收的過程知道移動通信的基本過程和基站的作用自 主 預 習知識梳理一、電磁場和電磁波1麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(1)變化的磁場能夠在周圍空間產生電場。(2)變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。圖1411圖1411甲變化的磁場在其周圍空間產生電場。圖乙變化的電場在其周圍空間產生磁場。2電磁場變化的電場和變化的磁場交替產生，形成不可分割的統一體，稱為電磁場。3電磁波(1)電磁波的產生：變化的電場和磁場交替產生而形成的電磁場是由近及遠地傳播的，這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波。(2)電磁波的特點：電磁波是橫波，電磁波在空間傳播不需要介質；電磁波的波長、頻率、波速的關系：vf，在真空中，電磁波的速度c3.0108 m/s。(3)電磁波能產生反射、折射、干涉和衍射等現象。二、電磁振蕩1振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性迅速變化的電流。2振蕩電路：能夠產生振蕩電流的電路。最基本的振蕩電路為lc振蕩電路。3電磁振蕩：在lc振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場和磁場周期性相互轉變的過程也就是電場能和磁場能周期性相互轉化的過程。4電磁振蕩的周期與頻率(1)周期：電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間。(2)頻率：1 s內完成周期性變化的次數。振蕩電路里發生無阻尼振蕩時的周期和頻率分別叫做固有周期、固有頻率。(3)周期和頻率公式：t2， f。三、電磁波的發射1要有效地發射電磁波，振蕩電路必須具有兩個特點：(1)要有足夠高的振蕩頻率，頻率越高，發射電磁波的本領越大。(2)應采用開放電路，振蕩電路的電場和磁場必須分散到足夠大的空間。2開放電路：實際的開放電路，線圈的一端用導線與大地相連，這條導線叫做地線，線圈的另一端高高地架在空中，叫做天線。3電磁波的調制：使電磁波隨各種信號而改變的技術叫做調制。調制的方法有兩種，一是調幅，使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變；另一種叫調頻，使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變。四、電磁波的接收1接收原理電磁波在傳播時遇到導體會使導體中產生感應電流，所以導體可用來接收電磁波，這個導體就是接收天線。2電諧振當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相等時，接收電路里產生的震蕩電流最強，這種現象叫做電諧振。3調諧使電路中產生電諧振的過程叫做調諧。4解調使聲音或圖像信號從接收到的感應電流中還原出來，這個過程是調制的逆過程，叫做解調。5無線電波波長大于1_mm(頻率低于300 ghz)的電磁波叫作無線電波。并按波長分成若干個波段，像長波、中波、短波、微波等。每個段所用的設備和技術不同，因此有不同的用途。課堂小練習1自主思考判一判(1)恒定電流周圍產生磁場，磁場又產生電場。()(2)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0108 m/s。()(3)電容器放電完畢，電流最大。()(4)l和c越大，電磁振蕩的頻率越高。()(5)頻率越高，振蕩電路發射電磁波本領越大。()(6)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，出現諧振現象。()(7)要使電視機的屏幕上出現圖像，必須將電視機接收到的無線電信號解調。()2合作探究議一議(1)怎樣才能形成電磁波？提示：變化的電場周圍產生變化的磁場，變化的磁場周圍產生變化的電場，在空間交替變化并傳播出去的電磁場就形成了電磁波。(2)打開收音機的開關，轉動選臺旋鈕，使收音機收不到電臺的廣播，然后開大音量。在收音機附近，將電池盒的兩根引線反復碰撞，你會聽到收音機中發出“喀喀”的響聲。為什么會產生這種現象呢？打開電扇，將它靠近收音機，看看又會怎樣。提示：電磁波是由電磁振蕩產生的，在收音機附近，將電池盒兩引線反復碰觸，變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場產生變化的電場，這樣會發出電磁波，從而導致收音機中發出“喀喀”聲。若將轉動的電扇靠近收音機，因為電扇中電動機內通有交流電，電動機的運行同樣會引起收音機發出“喀喀”聲。(3)1895年，一位年輕的意大利人馬可尼(公元18741937年)發明了無線電通信技術。從此，攜帶了人類信息的電磁波開始在空間自由旅行，人們不必依賴電線，就可以在遙遠的地方互通信息。電視臺發射電視信號為什么要建高聳入云的發射塔呢？圖1412提示：電視信號要有效地發射出去，必須采用高頻開放電路，電視信號所用電磁波的波長比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會被阻擋，所以發射天線要架得高一些。例1：(多選)根據麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場可以產生電場。當產生的電場的電場線如圖1413所示時，可能是()圖1413a向上方向的磁場在增強b向上方向的磁場在減弱c向上方向的磁場先增強，然后反向減弱d向上方向的磁場減弱，然后反向增強思路點撥 在電磁感應現象的規律中，當一個閉合回路中由于通過它的磁通量發生變化時，回路中就有感應電流產生，回路中并沒有電源，電流的產生是由于磁場的變化。麥克斯韋把以上的觀點推廣到不存在閉合電路的情況，即變化的磁場產生電場。判斷電場與磁場變化的關系仍可利用楞次定律，只不過是用電場線方向代替了電流方向。解析向上方向的磁場增強時，感應電流的磁場阻礙原磁場的增強而方向向下，根據安培定則感應電流方向如圖中e的方向所示，選項a正確，b錯誤。同理，當磁場反向即向下的磁場減弱時，也會得到如圖中e的方向，選項c正確，d錯誤。答案ac例2：(多選)在lc振蕩電路中，某時刻電路中的電流方向如圖1416所示，且電流正在減小，則該時刻()圖1416a電容器上極板帶正電，下極板帶負電b電容器上極板帶負電，下極板帶正電c電場能正在向磁場能轉化d磁場能正在向電場能轉化思路點撥(1)由電流減小可知，電容器正在充電。(2)電容器充電過程中，磁場能轉化為電場能。解析電流正在減小，說明是充電過程，是磁場能向電場能的轉化，d項正確，c項錯誤；充電過程電容器上極板帶負電，下極板帶正電，a項錯誤，b項正確。答案bd課堂練習：1關于電磁場理論，以下說法正確的是()a在電場周圍一定會產生磁場b任何變化的電場周圍空間一定會產生變化的磁場c均勻變化的電場會產生變化的磁場d周期性變化的電場會產生周期性變化的磁場解析：選d變化的電場周圍一定產生磁場，但若電場不發生變化，則不能在周圍空間產生磁場，選項a錯誤；均勻變化的電場只能在周圍空間產生穩定的磁場，只有不均勻變化的電場才能在周圍空間產生變化的磁場，選項b、c錯誤；周期性變化的電場(或磁場)在周圍空間產生周期性變化的磁場(或電場)，選項d正確。2(多選)應用麥克斯韋的電磁場理論判斷下列表示電場產生磁場(或磁場產生電場)的關系圖像中，正確的是(每個選項中的上圖表示變化的場，下圖表示變化的場產生的另外的場)()解析：選bca圖中的上圖表示磁場是穩定的，由麥克斯韋的電磁場理論可知周圍空間不會產生電場，選項a錯誤；b圖中的上圖表示均勻變化的電場，會產生穩定的磁場，選項b正確；c圖中的上圖表示振蕩的磁場，它能產生同頻率的振蕩電場，且相位相差/2，選項c正確；d圖的上圖表示振蕩的電場，在其周圍空間產生振蕩的磁場，且相位相差/2，但是下圖中的圖像與上圖相比較，相位相差，故選項d錯誤。3. (多選)如圖1414所示，有一水平放置、內壁光滑、絕緣的真空圓形管，半徑為r，有一帶正電的粒子靜止在管內，整個裝置處于豎直向上的磁場中，要使帶電粒子由靜止開始沿管做圓周運動，所加磁場可能是()圖1414a勻強磁場b均勻增加的磁場c均勻減少的磁場d由于洛倫茲力不做功，不管加什么磁場都不能使帶電粒子運動解析：選bc磁場對靜止的電荷不產生力的作用，但當磁場變化時可產生電場，電場對帶電粒子產生電場力的作用，帶電粒子在電場力作用下可以產生加速度，選項b、c正確。4.如圖1417所示，表示lc振蕩電路某時刻的情況，以下說法正確的是()圖1417a電容器正在充電b電感線圈中的磁場能正在減小c電感線圈中的電流正在減小d此時自感電動勢正在阻礙電流的增加解析：選d根據磁感線的方向可以判斷電流方向是逆時針，再根據電容器極板上帶電的性質可以判斷電容器在放電，a項錯誤；電容器在放電，所以電流在增加，磁場能在增加，自感電動勢正在阻礙電流的增加，b、c項錯誤，d項正確。5如圖1418所示是一個lc振蕩電路中電流的變化圖線，以下說法正確的是()圖1418at1時刻電感線圈兩端電壓最大bt2時刻電容器兩極板間電壓為零ct1時刻電路中只有電場能dt1時刻電容器所帶電荷量為零解析：選d振蕩過程中由于電感和電容的存在，電路不是純電阻電路，故不滿足歐姆定律的適用條件。由it圖像可知t1時刻電流i最大，t2時刻電流i為零，誤認為i與u滿足歐姆定律i，從而錯選a、b項。電流i最大時，說明磁場最強，磁場能最大，電場能為零，電壓、電荷量均為零。6(多選)為了測量儲罐中不導電液體的高度，將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容器c置于儲罐中，電容器可通過開關s與線圈l或電源相連，如圖1419所示。當開關從a撥到b時，由l與c構成的回路中產生的周期t2的振蕩電流。當罐中液面上升時()圖1419a電容器的電容減小b電容器的電容增大clc回路的振蕩頻率減小dlc回路的振蕩頻率增大解析：選bc當罐中的液面上升時，電容器極板間的介電常數變大，由平行板電容器的電容公式知，電容增大，則選項a錯誤，b正確；由lc回路周期公式知，振蕩周期增大，振蕩頻率減小，則選項c正確，d錯誤。7.(多選)關于電磁波的發射和接收，下列說法中正確的是()a為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的b音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發射電磁波c當接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強d要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有檢波過程思路點撥求解本題應把握以下兩點：(1)知道電磁波的發射和接收原理。(2)知道電諧振的原理。解析有效發射電磁波，必須采用開放電路和高頻發射；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來發射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現象，與機械振動中的共振有些相似；電視機顯示圖像時，必須通過檢波過程，把有效的信號從高頻調制信號中取出來，否則就不能顯示，故a錯誤，b、c、d正確。答案bcd作業：1(多選)要提高lc振蕩電路發射電磁波的本領，應該采取的措施是()a增加輻射波的波長b使振蕩電容的正對面積足夠小c盡可能使電場和磁場分散開d增加回路中的電容和電感解析：選bc理論證明，電磁波發射本領(功率)與f成正比，電磁場應盡可能擴散到周圍空間，形成開放電路。f，c，要使f增大，應減小l或c，b、c符合題意。2有一個lc接收電路，原來接收較低頻率的電磁波，現在要想接收較高頻率的電磁波，下列調節正確的是()a增加電源電壓b使用調頻的調制方式c把可動電容器的動片適當旋出一些d在線圈中插入鐵芯解析：選c增大lc接收電路的頻率，由公式f可知應減小電容或電感，a、b項錯；把可動電容器的動片適當旋出一些，減小了電容，符合題目要求，c項正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不合題意，d項錯。3世界各地有許多無線電臺同時廣播，用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音，而不是同時收聽到許多電臺的播音，其原因是()a因為收聽到的電臺離收音機最近b因為收聽到的電臺頻率最高c因為接收到的電臺電磁波能量最強d因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的固有頻率相同，產生了電諧振解析：選d選臺就是調諧過程，使f固f電磁波，在接收電路中產生電諧振，激起的感應電流最強，d正確。4(多選)關于麥克斯韋的電磁理論及其成就，下列說法正確的是()a變化的電場可以產生磁場b變化的磁場可以產生電場c證實了電磁波的存在d預見了真空中電磁波的傳播速度大于光速解析：選ab選項a和b是電磁理論的兩大支柱，所以a和b正確；麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲最早證實了電磁波的存在，c錯誤；麥克斯韋預見了真空中電磁波的傳播速度等于光速，d錯誤。5在lc振蕩電路中，當電容器充電完畢尚未開始放電時，下列說法正確的是()a電容器中的電場最強b電路里的磁場最強c電場能已有一部分轉化成磁場能d磁場能已有一部分轉化成電場能解析：選alc振蕩電路電容器充電完畢，電容器中電場最強，磁場最弱，電場能和磁場能之間還沒有發生轉化，故a正確。6(多選)調諧電路的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺發出的電信號，要收到電信號，應()a增大調諧電路中線圈的匝數b加大電源電壓c減小調諧電路中線圈的匝數d將線圈中的鐵芯取走解析：選cd該題考查實際問題的處理方法。當調諧電路的固有頻率等于電臺發出信號的頻率時，發生電諧振才能收聽到電臺信號。由題意知收不到電信號的原因是調諧電路固有頻率低，由f可知在c無法再調節前提下，可減小電感l，即可通過c、d的操作提高f。7(多選)電磁波與聲波比較()a電磁波的傳播不需要介質，聲波的傳播需要介質b由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大c由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大d電磁波和聲波在介質中的傳播速度，都是由介質決定，與頻率無關解析：選abc選項a、b均與事實相符，所以a、b正確；根據，電磁波波速變小，頻率不變，波長變小；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以選項c正確；電磁波在介質中的速度，與介質有關，也與頻率有關，在同一種介質中，頻率越大，波速越小，所以選項d錯誤。8. (多選)某時刻lc振蕩電路的狀態如圖1所示，則此時刻()圖1a振蕩電流i在減小b振蕩電流i在增大c電場能正在向磁場能轉化d磁場能正在向電場能轉化解析：選ad由電磁振蕩的規律可知，電容器充電過程中，電流逐漸減小，電場能逐漸增大，磁場能逐漸減小，即磁場能正向電場能轉化，故a、d正確。9收音機的調諧電路中線圈的自感系數為l，要想接收波長為的電磁波，應把調諧電路中電容器的電容調至(c為光速)()a.b.c. d.解析：選d接收電磁波必須進行調諧，使接收回路產生電諧振，由產生電諧振的條件f固f電磁波得，解得c，故正確答案為d。10(多選)如圖2所示是一個調諧接收電路，甲、乙、丙為電路中的電流隨時間變化的圖像，則()圖2ai1是l1中的電流圖像bi1是l2中的電流圖像ci2是l2中的電流圖像di3是流過耳機的電流圖像解析：選acdl1中由于電磁感應，產生的感應電動勢的圖像是同甲圖相似的，但是由于l2和d串聯，所以當l2的電壓與d反向時，電路不通，因此這時l2