高中物理 第3章 电磁波 第2节 电磁波的发射、传播和接收 第3节 电磁波的应用及防护教师用书 鲁科版选修3-4

第2节电磁波的发射、传播和接收第3节电磁波的应用及防护电 磁 波 的 发 射 、 传 播 、 接 收先填空1电磁波的发射(1)有效发射条件振荡频率足够高电场、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，一条伸入高空成为天线，另一条接入地下成为地线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空间波：象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作为传输途径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)调谐电路能够调谐的接收电路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，这个电磁波在调谐电路里激起的电流最强再判断1振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波()2电磁波波长较长的波贯穿障碍物的能力强()3电磁波波长较短的波能量大，穿透能力强()后思考如图321，这是著名的法国埃菲尔铁塔，曾经保持世界最高建筑纪录45年，现在塔顶装有超高频(UHF)电视天线，既是法国广播电台的中心，又是气象台和电视发射台电视塔和电视转播塔为什么都建在高处？图321【提示】电视塔发射和转播采用微波，传播形式为直线传播，越高覆盖范围越大核心点击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调制(1)使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制(2)调制方法：调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变3无线电波的接收：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象的过程4电谐振、调谐和检波(1)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，类似于机械振动中的共振(2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程(3)通过解调获取信号解调：把声音或图象等信号从高频振荡电流中还原出来的过程检波：调幅波的解调称为检波1关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是() 【导学号：78510035】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象，必须要有检波过程E电视信号可以直接通过天线向外发射【解析】有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流和电视信号的频率较低，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；电视机显示图象时，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，否则就不能显示故A、E错误，B、C、D正确【答案】BCD2收音机的调谐电路中线圈的自感系数为L，要想接收波长为的电磁波，应把调谐电路中电容器的电容调至(c为光速)多少？【解析】接收电磁波必须进行调谐，使接收回路产生电谐振，由产生电谐振的条件f固f电磁波得，解得C.【答案】1电磁波的发射需要振荡频率高，电磁场分布空间大的开放电路2电磁波的接收需要调谐和解调电 磁 波 的 应 用 及 防 护先填空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、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)红外线和紫外线的应用红外线：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；利用红外线还可制成夜视仪、遥感器等紫外线：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(2)无线电波的应用雷达a雷达的概念：是一种用来检测飞行器、船只等远距离物体位置的系统b雷达的工作原理电磁波遇到障碍物会被反射，根据信号的返回时间和方向，判断物体的方位c雷达的用途探测目标、导航、预报天气、绘制地图等移动电话a功能：使用户接收到通话对方送来的信息，并能发送自己的信息b特点：需通过无线基站转接实现自由通话3电磁污染及防护(1)电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染研究发现，电磁辐射会危害人体健康，波长越短，危害越突出，过量的电磁波辐射对心脏、血液和眼睛等都有很大的危害(2)电磁波污染的防治从物理学角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径以及受辐射的人这三个方面进行防护再判断1可见光是整个电磁波谱中极狭窄的一段，其中红光波长最长()2红外线属于可见光()3紫外线有明显的热效应()后思考生活中的哪些现象应用了电磁波？【提示】生活中，电磁波应用非常广泛，象电视、雷达、卫星导航、微波炉、移动电话(手机)等都应用了电磁波核心点击电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线频率由左向右，频率变化为：由小到大真空中波长由左向右，波长变化为：由大到小3关于电磁波谱，下列说法中正确的是() 【导学号：78510036】AX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射线E红外线容易穿透云雾烟尘【解析】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；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；红外线波长比可见光长，更容易发生衍射、易穿透云雾烟尘，E正确【答案】ABE4某防空雷达发射的电磁波频率为f3103 MHz，屏幕上尖形波显示，从发射到接收经历时间t0.4 ms，那么被监视的目标到雷达的距离为_ km.该雷达发出的电磁波的波长为_ m.【解析】sct1.2105 m120 km，这是电磁波往返的路程，所以目标到雷达的距离为60 km.由cf可得0.1 m.【答案】600.15.一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 s，两次发射的时间间隔为100 s，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图322中刻度abbc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？图322【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abbc可知，无线电波从发射到返回所用时间为50 s.设雷达离障碍物的距离为s，无线电波来回时间为t，波速为c，由2sct得s m7.5103 m.【答案】7.5103 m雷达侦察问题的解决方法1电磁波在空气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学业分层测评(九)(建议用时：45分钟)学业达标1下列说法中正确的是()A无线电技术中使用的电磁波叫作无线电波B无线电波在真空中的波长范围可从几毫米到几十千米C无线电波的频率越高越容易发射D发射无线电波是为了向远处传递电能E我国收音机调幅波段是采用天波传播方式进行传播的【解析】无线电波在电磁波中波长最长，其波长范围可从几毫米到几十千米，所以A、B正确；发射无线电波的条件是频率足够高且电路开放，C正确；发射无线电波的目的是向远处传递信号，D项错误；我国收音机调幅波段是采用地波传播方式进行传播的，E错误【答案】ABC2下列说法正确的是()A电磁波信号需要经过“调制”，加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去B一部手机既是电磁波发射装置，同时又是电磁波接收装置C调频是使高频振荡信号的振幅随低频信号变化D电视的图象信号和声音信号是通过电视台的发射天线同时发射的E电视台的声音和图象信号可以直接通过天线向外发射【解析】电磁波信号需要经过“调制”过程加到高频的等幅电磁波(载波)上才能有效的发射出去，A正确，E错误；手机要接收信号，也要发射信号，所以它既是电磁波发射装置，同时又是电磁波接收装置，B正确；调频是高频振荡信号的频率随低频信号变化，C错误；图象信号和声音信号都加载在电磁波上由发射天线同时发射，D正确【答案】ABD3关于电磁波的传播，下列叙述正确的是() 【导学号：78510037】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只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波，就可把信号传遍全世界E超短波和微波主要以空间波形式传播【解析】由cf可判定：电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不易沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，故选项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vf可知波长改变，故选项C错误；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36000 km高的地方，用它作微波中继站，只要有三颗互成120的同步卫星，就几乎可覆盖全球故选项D正确超短波和微波适合空间波传播，E正确【答案】BDE4关于无线电波的传播，下列说法正确的是()A发射出去的电磁波，可以传到无限远处B无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流C波长越短的电磁波，越接近直线传播D移动电话是利用无线电波进行通信的E北斗导航系统的电磁波主要以地波形式传播【解析】 无线电波在传播过程中，遇到障碍物就被吸收一部分，遇到导体，会在导体内产生涡流(同频率的振荡电流)，故A错、B正确；波长越短，传播方式越接近光的直线传播，移动电话发射或接收的电磁波属于无线电波的高频段，故C、D正确；北斗导航系统的电磁波以空间波形式传播，E错误【答案】BCD5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E无线电广播的步骤是调制调谐解调【解析】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，无线电广播步骤是调制调谐解调，E正确故正确答案为A、D、E.【答案】ADE6要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应采取的措施是()A减电容器极板间的正对面积B使振荡电容器的正对面积足够大C尽可能使电场和磁场分布开D增加回路中的电容和电感E增大电磁波的频率【解析】根据f可知，当极板间正对面积减小时，C变小，f增大，f越大，辐射电磁波的本领越高，A、E正确；电场和磁场尽可能分布在较大空间，才能更多的辐射能量，从而提高辐射电磁波的本领，C正确【答案】ACE7下列说法中正确的是() 【导学号：78510038】A夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最弱的B医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的C科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化D在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射E医院里的病房利用紫外线消毒，是因其有杀菌作用【解析】热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，A不正确，D正确；穿透本领最强的是射线，B错误；臭氧层可吸收、阻挡过强的紫外线，使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害，另外臭氧层空洞可引起气候恶化，C正确；紫外线具有杀菌作用，E正确【答案】CDE8LC振荡电路电容器的电容为3105F，线圈的自感系数为3 mH，它与开放电路耦合后，求： (1)发射出去的电磁波的频率是多大？ (2)发射出去的电磁波的波长是多大？【解析】(1)根据T2得f代入数值得，f530 kHz.(2)根据c/f得566 m.【答案】(1)530 kHz(2)566 m能力提升9关于电磁波谱，下列说法正确的是()A电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康CX射线和射线的波长比较短，穿透力比较强D红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线E所有物体都发射红外线【解析】无线电波的波长长，易发生衍射现象，A正确紫外线的频率比可见光高，B错任何物体都能辐射红外线，D错【答案】ACE10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， 【导学号：78510039】(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强？(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，设波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波的频率分别为f1、f2、f3，则有f1 Hz1034 kHzf2 Hz756 kHzf3 Hz530 kHz所以波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强(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11.某一战斗机正以一定的速度朝雷达的正上方水平匀速飞行，已知雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5104 s某时刻在雷达荧光屏上显示的波形如图323甲所示，t173 s后雷达向正上方发射和接收的波形如图323乙所示，雷达监视相邻刻线间表示的时间间隔为104 s，电磁波的传播速度为c3108 m/s，则该战斗机的飞行速度大约为多少？甲乙图323【解析】由题意知荧光屏相邻刻线间的时间间隔t0104 s，甲图发射波和接收波的时间间隔t14104 s，乙图时间间隔t21104 s，所以第一次飞机位置距雷达的距离为s1c6.0104 m，第二次飞机在雷达正上方，所以飞机高度hc1.5104 m，所以173 s内飞机飞行的水平距离为s5.8104 m，所以v335 m/s.【答案】335 m/s