4.2電磁波譜 3.3電磁波的發射和接收學習目標：1.掌握波長、頻率和波速的關系.知道電磁波在真空中的傳播速度c3.00108 m/s.2.知道電磁波譜由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線組成，能夠知道各自的特點與重要應用.3.了解電磁波具有能量.了解太陽輻射大部分能量集中的波長范圍.4.了解尋找地外文明的主要歷史和當前的進展，激發學生探索地外未知生命的熱情，增加求知欲.5.理解要接收傳遞的信號，必須經過調諧和解調過程，調諧過程是選擇信號的過程，解調過程是分離有用信號的過程。重點：掌握波長、頻率和波速的關系.難點：知道電磁波譜由無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線組成，能夠知道各自的特點與重要應用.預習導學：電磁波譜電磁波的應用自讀教材1電磁波譜按波長(或頻率)的順序把所有電磁波排列起來，稱之為電磁波譜。按照波長從長到短依次排列為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線。2不同電磁波的比較波長、頻率特點應用無線電波波長大于可見光許多自然過程也輻射無線電波廣播和通訊，天體衛星研究紅外線所有物體都會發射紅外線，熱物體的紅外線輻射比冷物體強紅外線攝影紅外線遙感可見光復色光波長(紅)(紫) 頻率沒有大氣，天空藍色短波散射，傍晚陽光紅色短波吸收紫外線能量較高滅菌消毒促進人體對鈣的吸收，利用熒光效應防偽x射線對生命物質有較強作用，過量會引起病變，穿透本領強檢查人體內部器官、零件內部缺陷射線能量很高，破壞生命物質治療疾病探測金屬部件內部缺陷解疑難1電磁波的共性(1)它們在本質上都是電磁波，它們的行為服從相同的規律，各波段之間的區別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式vf，它們在真空中的傳播速度都是c3.0108 m/s。(3)它們的傳播都不需要介質。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同，表現出不同的特性，波長越長越容易產生干涉、衍射現象，波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波，在不同介質中速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。(3)產生機理不同：無線電波振蕩電路中電子周期性運動產生紅外線、可見光和紫外線原子的外層電子受激發后產生x射線原子的內層電子受激發后產生射線原子核受激發后產生自檢 電磁波包含了射線、紅外線、紫外線、無線電波等，按波長由長到短的排列順序是()a無線電波、紅外線、紫外線、射線b紅外線、無線電波、射線、紫外線c射線、紅外線、紫外線、無線電波d紫外線、無線電波、射線、紅外線解析：選a在電磁波家族中，按波長由長到短分別為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線等，所以a項對。電磁波的發射和接收自讀教材1無線電波的發射(1)有效地向外發射電磁波，振蕩電路必須具有的特點：采用開放電路：用開放電路可以使振蕩電路的電磁場盡可能地分散到大的空間。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)載波：用來“運載”信號的高頻等幅波。(3)調制：定義：把傳遞的信號“加”到載波上的過程。分類：調幅：使高頻振蕩的振幅隨信號的強弱而改變的技術。調頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變的調制技術。2無線電波的傳播(1)傳播途徑：無線電波通常有3種傳播途徑：地波、天波和空間波。(2)傳播途徑對比：途徑傳播形式適合波段主要特點地波沿地球表面空間傳播長波、中波、中短波衍射能力較強，但能量損失較多天波靠大氣中電離層的反射傳播短波反射能力較強，但不夠穩定空間波像光束那樣沿直線傳播超短波和微波穿透能力較強但傳播距離受限制3無線電波的接收(1)接收原理：電磁波在傳播過程中如果遇到導體，會在導體中感應出振蕩電流。(2)電諧振：當振蕩電路的固有頻率跟傳播來的電磁波的頻率相等時，接收電路中產生的振蕩電流最強的現象，叫電磁諧振，也叫電諧振。(3)調諧：定義：使接收電路產生電諧振的過程。調諧電路：能夠調諧的接收電路。解疑難1無線電波的發射和接收過程2“調幅”和“調頻”都是調制過程(1)高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調制方式叫調幅，一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號采用調幅波。(2)高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調制方式叫調頻，電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號，采用調頻波。3解調是調制的逆過程聲音、圖像等信號頻率相對較低，不能轉化為電信號直接發射出去，而要將這些低頻信號加載到高頻電磁波信號上去。將聲音、圖像信號加載到高頻電磁波中的過程就是調制。而將聲音、圖像信號從高頻信號中還原出來的過程就是解調。4調諧的作用世界上有許許多多的無線電臺、電視臺及各種無線電信號，如果不加選擇全部接收下來，那必然是一片混亂，分辨不清。因此接收信號時，首先要從各種電磁波中把我們需要的選出來，通常叫選臺。在無線電技術中利用電諧振達到目的。自檢 下列說法正確的是 ()a用帶有天線和地線的開放電路，就可將電磁波發射出去b電磁波的傳播方式只有兩種：天波和地波c發射圖像信號不需要調制過程d使發射信號振幅隨高頻信號而改變叫調幅解析：選a典題例析1下列有關電磁波的特性和應用，說法正確的是 () a紅外線和x射線都有很高的穿透本領，常用于醫學上透視人體 b過強的紫外線照射有利于人的皮膚健康 c電磁波中頻率最大的為射線，最容易發生衍射現象 d紫外線和x射線都可以使感光底片感光解析： x射線有很高的穿透本領，醫學上常用于透視人體，紅外線不能，a錯誤；過強的紫外線照射對人的皮膚有害，b錯誤；電磁波中頻率最大的為射線，其波長最短，最不容易發生衍射，c錯誤；紫外線和x射線都可以使感光底片感光，d正確。答案：d探規尋律(1)不同的電磁波波長和頻率不同，所呈現的特性及用途也不相同。(2)記清電磁波譜中各種電磁波的排列順序，同時還要了解有的電磁波沒有明顯界線而重疊。跟蹤演練關于電磁波譜，下列說法中正確的是()a電磁波中最容易表現出干涉、衍射現象的是無線電波b紅外線、紫外線、可見光是原子的外層電子受激發后產生的c倫琴射線和射線是原子的內層電子受激發后產生的d紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線解析：選ab波長越長的無線電波波動性越顯著，干涉、衍射現象易發生；從電磁波產生的機理可知射線是原子核受激發后產生的；不論物體溫度高低如何，都能輻射紅外線，物體的溫度越高，它輻射的紅外線越強。選項a、b正確。2某一戰斗機正以一定的速度朝雷達的正上方水平勻速飛行，已知雷達發射相鄰兩次電磁波之間的時間間隔為5104 s，某時刻在雷達熒光屏上顯示的波形如圖331(a)所示，t173 s后雷達向正上方發射和接收的波形如圖331(b)所示，雷達監視相鄰刻線間表示的時間間隔為104 s，電磁波的傳播速度為c3108 m/s，則該戰斗機的飛行速度大約為多少？圖331思路點撥解答本題時應注意以下兩點：(1)飛機與雷達的位置關系；(2)飛機與雷達的距離與飛機位移的關系。解析：由題意知熒光屏相鄰刻線間的時間間隔t0104 s，(a)圖發射波和接收波的時間間隔t14104 s，(b)圖時間間隔t21104 s，所以第一次飛機位置距雷達的距離為s1c6.0104 m，第二次飛機在雷達正上方，所以飛機高度hc1.5104 m，所以173 s內飛機飛行的水平距離為s5.8104 m，所以v335 m/s。答案：335 m/s探規尋律雷達偵察問題的解決方法：電磁波在空中的傳播可認為等于真空中的光速c，由波速、波長和頻率三者間的關系可求得頻率。根據雷達熒光屏上發射波形和反射波形間的間隔，即可求得偵察距離，為此反射波必須在下一個發射波發出前到達雷達接收器。可見，雷達的最大偵察距離應等于電磁波在雷達發射相鄰兩個脈沖的間隔時間內傳播距離的一半。(1)當反射波形與發射波形對應的時間間隔等于發射脈沖的時間間隔時，雷達的偵察距離最大，xc。(2)要增大雷達的最大偵察距離，必須相應地延長發射脈沖的時間間隔，即減少每秒發射的脈沖數。(3)因電磁波在傳播過程中不可避免地要損失能量，因此要提高雷達的偵察能力，增大最大偵察距離，最根本的還在于提高雷達的發射功率。跟蹤演練對于雷達指示器的熒光屏上出現的尖形波如圖332所示，下列說法正確的是() 圖332兩個尖形波都是雷達向目標發射的無線電波形成的兩個尖形波都是雷達收到反射回來的無線電波形成的第一個尖形波是雷達向目標發射的無線電波形成的第二個尖形波是雷達收到反射回來的無線電波形成的abc d解析：選c第一個尖形波振幅大能量大，是發射的無線電波形成的，第二個尖形波振幅小，能量小，是反射回來的無線電波形成的，故c正確。典題例析3如圖333所示，是一個調諧接收電路，(a)、(b)、(c)為電路中的電流隨時間變化的圖像，則()圖333ai1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思路點撥解答本題時應注意以下四點：(1)電諧振的原理；(2)電磁感應；(3)電磁波的接收過程；(4)晶體二極管的作用。解析：l1中由于電磁感應，產生的感應電動勢的圖像是同(a)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沒有電流，所以l2中的電流圖像應是(b)圖。高頻部分通過c2，通過耳機的電流如同(c)圖中的i3，只有低頻的音頻電流，故選項a、c、d正確。答案：acd探規尋律(1)l1和c1組成的回路為調諧電路，其作用是選出攜帶所需信號的電磁波。(2)l2、c2和d構成檢波回路，其作用是去掉高頻信號，選出所需的低頻信號。跟蹤演練實際發射無線電波如圖所示，高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩如圖334甲所示，人對話筒說話產生低頻振蕩如圖乙所示，根據這兩個圖像，發射出去的電磁波圖像應是圖335中的()圖334圖335解析：選b振蕩器產生高頻等幅振蕩，話筒結構是里邊有碳膜電阻，它的阻值隨壓力變化而變化。當我們對著它說話時，空氣對它的壓力隨著聲音而變化，那么它的電阻也就隨聲音信號而變化，振蕩電流的振幅也就隨著聲音信號而變化，這就是調制。它不但影響了正半周，也影響了負半周。課堂練習1下列關于無線電波的敘述正確的是()a無線電波是波長從幾十千米到幾毫米的電磁波b無線電波在任何介質中傳播速度均為3.0108 m/sc無線電波不能產生干涉和衍射現象d無線電波由真空進入介質傳播時，波長變短解析：選ad無線電波的波長是從幾十千米到幾毫米的電磁波，故選項a正確；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故選項c錯誤；無線電波由真空進入介質時，波速變小，故選項b錯誤；由vf知，頻率不變，波速變小，波長變短，故選項d正確。2現代軍事行動中，士兵都配戴“紅外夜視儀”，在夜間也能清楚地看清目標，主要是因為()a“紅外夜視儀”發射出強大的紅外線，照射被視物體b一切物體均在不停地輻射紅外線c一切高溫物體均在不停地輻射紅外線d“紅外夜視儀”發射出射線，被射物體受到激發而發出紅外線解析：選b一切物體都在不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出來的紅外線不同，采用紅外線接收器，可以清楚地分辨出物體的形狀、大小和位置，不受白天和夜晚的影響，確認出目標可以采取有效的行動，故b符合題意。3簡單的、比較有效的電磁波的發射裝置，至少應具備以下電路中的()調諧電路；調制電路；高頻振蕩電路；開放振蕩電路abc d解析：選b比較有效的發射電磁波的裝置應該有調制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調制電路是把需要發射的信號裝載在高頻電磁波上才能發射出去，高頻振蕩電路能產生高頻電磁波，開放振蕩電路能把電磁波發送的更遠。而調諧電路是在接收端需要的電路。4在無線電波廣播的接收中，調諧和檢波是兩個必須經歷的過程，下列關于接收過程的順序，正確的是()a調諧高頻放大檢波音頻放大b檢波高頻放大調諧音頻放大c調諧音頻放大檢波高頻放大d檢波音頻放大調諧高頻放大解析：選a在無線電波的接收中，首先要選擇出所需要的電磁波調諧，然后經高頻放大后，再將音頻信號提取出來檢波，最后再進行音頻放大，故a正確。課下作業1關于電磁波譜，下列說法正確的是()a波長不同的電磁波在本質上完全相同b電磁波的波長若差異太大則會出現本質不同的現象c電磁波譜的頻帶很寬d電磁波的波長很短，所以電磁波譜的頻帶很窄解析：選ac電磁波譜中的電磁波在本質上是完全相同的，只是波長或頻率不同而已，故a、c正確。2電磁波包括的范圍很廣，產生的機理有所不同，下列說法正確的是()a紅外線、可見光、紫外線、x射線是原子外層電子受激發而產生的bx射線是原子核受激發而產生的c射線是原子核受激發而產生的d無線電波是自由電子在振蕩電路中的周期性運動而產生的解析：選cdx射線是原子內層電子運動發生變化時產生的，a、b錯誤；射線是原子核受激發而產生的，c正確；無線電波是自由電子在振蕩電路中的周期性運動而產生的，d正確。3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增加調諧電路中線圈的匝數b加大電源電壓c減少調諧電路中線圈的匝數d將線圈中的鐵芯取走解析：選cd4如圖1所示為調幅振蕩電流圖像，此電流存在于電磁波發射和接收的哪些階段()圖1a經調制后b經調諧后c經檢波后 d耳機中解析：選ab為了把信號傳遞出去，需要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調制。調制的方法之一是使高頻振蕩電流的振幅隨信號而變化，成為調幅振蕩電流，這就是調幅。在接收電路中，經過調諧，回路中將出現調幅振蕩電流，經檢波后，調幅振蕩電流將波“切”去一半，得到單向脈沖電流，而在耳機中只有隨信號變化的音頻電流。5地球大氣中的水汽(h2o)，二氧化碳(co2)能強烈吸收某些波長范圍的紅外輻射，圖2為水和二氧化碳對某一波段不同波長電磁波的吸收情況，由圖可知，在該波段紅外遙感大致能夠接收到的波長范圍為()圖2a2.53.5 m b44.5 mc57 m d813 m解析：選d由圖像可知，813 m波段的紅外線，h2o和co2幾乎均不吸收，故選d，a、b、c錯誤。6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