滬科物理選修3-4 第3章3.3《無線電通信》3.4《電磁波家族》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,3．3無線電通信3．4電磁波家族,,,,,,,,,,,核心要點突破,課堂互動講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,3.4,,課前自主學(xué)案,,,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解無線電波的發(fā)射過程和振蕩器、調(diào)制器的作用．2．了解不同波長的電磁波的傳播方式．3．了解調(diào)諧、檢波及無線電波的接收的基本原理．4．了解我們生活中的無線電通信．5．知道電磁波譜以及各組成部分，并且掌握不同電磁波的產(chǎn)生機理．6．知道紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線的主要作用．重點難點：無線電波的發(fā)射和接收．,課前自主學(xué)案,一、無線電波的發(fā)射發(fā)射電磁波是為了傳遞信號，將需要傳遞的信號加載在電磁波上，使電磁波隨信號而改變叫做________，通常有兩種方式，一種是使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫做________，另一種是使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫做_________．1．振蕩器的作用：產(chǎn)生______________信號．2．調(diào)制器的作用：把低頻信號加載到高頻信號上去．,調(diào)制,調(diào)幅,調(diào)頻,等幅高頻,二、電磁波的傳播無線電波通常有三種傳播途徑：地波、_______和___________．1．地波：是沿________的表面空間傳播的無線電波．在無線電技術(shù)中，通過采用地波的形式傳播長波、中波和中短波．2．天波：是靠大氣層中____________的反射傳播的無線電波．短波最適合采用天波的形式傳播．,天波,空間波,地球,電離層之間,3．空間波：是像光束那樣沿_______傳播的無線電波，這種傳播方式適用于超短波和微波通信，此外衛(wèi)星中繼通信，衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用空間波作為傳輸途徑．三、電磁波的接收1．電諧振現(xiàn)像：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時，電磁波會使電路中產(chǎn)生最強的電流．與機械振動中的_________現(xiàn)像類似．,直線,共振,2．調(diào)諧：在無線電技術(shù)中，對空間存在的各種頻率電磁波，需要____________某一種特定的頻率接收的過程．3．調(diào)諧電路：能夠進(jìn)行調(diào)諧的接收電路．4．檢波：從高頻載波中把音頻信號“檢”出來的過程，是調(diào)制的逆過程，也叫解調(diào)．,挑選出,四、無線電波在我們生活中微波通信、________通信和_______通信為人類交流信息發(fā)揮著巨大的作用．隨著__________和_______的發(fā)明，又實現(xiàn)了光纖通信．其特點是__________________、____________________．因特網(wǎng)就是利用___________來交互信息．,衛(wèi)星,光纖,激光器,光纖,能量損耗小,抗干擾能力強,光纖,五、電磁波譜將各種電磁波按_______或頻率的大小順序排列起來，就構(gòu)成了電磁波譜，通常人們按________將電磁波譜劃分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線六個波段．六、電磁波家族成員的特性1．可見光：進(jìn)入人眼能引起_______的電磁波叫做可見光．若沒有可見光，地球上的生物就難以生存，世界就不會豐富多彩．,波長,用途,視覺,2．紅外線：波長比可見光中的紅光的波長長，不能引起人的視覺，是不可見光；所有物體都在不停地輻射紅外線，且溫度越高，輻射的紅外線越____，波長越____；紅外線的主要作用是________．3．紫外線：波長比可見光中的紫光波長還短，不能引起人的視覺；主要作用：_____________．,強,短,熱效應(yīng),殺菌消毒,4．X射線(倫琴射線)：波長比紫外線的波長還______，高速電子流射到任何固體上都能產(chǎn)生X射線；作用是用于檢查人體內(nèi)部器官，金屬探傷．5．γ射線：是比X射線波長更短的電磁波，它的穿透能力強，能穿過幾厘米厚的鋁板或3m厚的混凝土．,短,核心要點突破,一、有效向外發(fā)射電磁波振蕩電路必須具有的特點1．要有足夠高的頻率：發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比．如果是低頻信號，要用高頻信號運載才能更有效地發(fā)射出去．,2．采用開放電路：使振蕩電路的電磁場必須盡可能地分散到大的空間．天線和地線也可組成開放電路如圖3－3－1所示．,由閉合電路變成開放電路圖3－3－1,二、電磁波的發(fā)射與調(diào)制在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的裝置見圖3－3－2所示．,圖3－3－2,1．調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫調(diào)幅．調(diào)幅的作用見圖3－3－3.(甲：聲音信號的波形．乙：高頻等幅振蕩電流的波形．丙：經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流的波形．),圖3－3－3,2．調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫調(diào)頻．調(diào)頻的作用見圖3－3－4所示．(甲：聲音信號的波形．乙：高頻等幅振蕩信號的波形．丙：經(jīng)過調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形．),圖3－3－4,3．電磁波的發(fā)射方框圖(如圖3－3－5所示),圖3－3－5,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)1．下列對無線電廣播要對電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因的說法正確的是()A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間傳播波長才能不變D．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波才能把我們要告知對方的訊號傳遞過去,解析：選A.調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻等幅振蕩上去，頻率越高，傳播信息能力越強，A對；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯；由v＝λf，知波長與波速和傳播頻率有關(guān)，C錯．,三、無線電波的接收1．電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫電諧振．2．調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧．能夠調(diào)諧的接收電路叫調(diào)諧電路．調(diào)諧的方法一般是改變電路的L或C.,3．檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的波，叫檢波．檢波是調(diào)諧的逆過程，也叫解調(diào)．檢波電路及作用見圖3－3－6.(甲：檢波前的高頻調(diào)幅電流、乙：檢波后的單向脈動電流、丙：流過耳機的音頻電流)．,檢波電路檢波作用圖3－3－6,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2．圖3－3－7甲為一個調(diào)諧接收電路，(a)、(b)、(c)為電路中的電流隨時間變化的圖像，則()A．i1是L1中的電流圖像B．i1是L2中的電流圖像C．i2是L2中的電流圖像D．i3是流過耳機的電流圖像,圖3－3－7,解析：選ACD.L2中由于電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的圖像是同(a)圖相似的，但是由于L2和D串聯(lián)，所以當(dāng)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中的電流應(yīng)選(b)圖．故應(yīng)選A、C、D.,四、電磁波的傳播特性無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波，它們的波長在幾毫米到幾十千米之間．無線電波在沿地球表面、大氣層中傳播時，由于不同波長的電磁波衍射和波被吸收的情況各不相同，不同波長的電磁波在傳播方式上也各不相同．無線電波主要的傳播方式有：地波傳播、天波傳播和直線傳播三種．,1．地波傳播：沿地球表面空間傳播的無線電波．,圖3－3－8,如圖3－3－8所示，由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，只有能繞過這些障礙物的無線電波，才能被各處的接收機所接收到，根據(jù)波的衍射特性，當(dāng)波長大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時，就可以繞到障礙物的后面．地面上的障礙物一般都不是很大，長波能很好地繞過它們，中波和中短波也能較好地繞過．短波和微波由于波長短，繞過障礙物的本領(lǐng)很差．這種傳播方式對長波、中波和中短波比較適宜，對短波和微波而言，被吸收損耗的能量較多，并且它們的衍射本領(lǐng)較差，故不適宜．,2．天波傳播：依靠大氣層中的電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波．我們知道，地球被厚厚的大氣包圍著．地表50千米到幾百千米范圍內(nèi)的大氣，由于太陽光的照射使大氣中的一部分氣體分子發(fā)生電離，這層大氣就叫做電離層．電離層對于不同波長的電磁波表示出不同的特性：對于波長短于10m的微波，電離層能讓它穿過，飛向宇宙；對于長波，電離層基本把它吸收；對于中波、中短波、短波、波長越短，電離層對它吸收得越少而反射得越多，因此短波最適宜以天波的形式傳播．,3．直線傳播：微波又叫超短波，它既不能以地波的形式傳播(易被吸收)，又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播(能穿透)，微波只能像光那樣，沿直線傳播．這種沿直線傳播的電磁波叫空間波或視波．,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)3．關(guān)于電磁波的傳播，下列敘述正確的是()A．電磁波頻率越高，越易沿地面?zhèn)鞑．電磁波頻率越高，越易沿直線傳播C．電磁波在各種介質(zhì)中傳播波長恒定D．只要有三顆同步衛(wèi)星在赤道上空傳遞微波，就可把信號傳播到全世界,解析：選BD.電磁波頻率越高，波長就越短，繞過地面障礙物的本領(lǐng)就越差，且地波在傳播過程中的能量損失隨頻率的增高而增大，A錯；隨著電磁波頻率的增大，粒子性越來越明顯，其傳播形式跟光相似，沿直線傳播，B正確；電磁波在各種介質(zhì)中傳播時，頻率不變，但傳播速度不等，波長不同，C錯；由于同步通訊衛(wèi)星相對于地面靜止在赤道上空36000km高的地方用它來作微波中繼站，只要有三顆這樣的衛(wèi)星，就可以把微波信號傳播到全世界，D正確．,五、電磁波譜無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來，構(gòu)成了范圍非常廣闊的電磁波譜．可見光只是其中很窄的一個波段．由于它們都是本質(zhì)上相同的電磁波，所以它們的行為都服從共同的規(guī)律，但另一方面，由于它們的頻率不同而又表現(xiàn)出不同的特性．例如，波長較長的無線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)像，但對波長越來越短的可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線，要觀察到它們的干涉、衍射現(xiàn)像就越來越困難了．,六、電磁波家族成員的特性1．無線電波波長大于1mm頻率小于300GHz的電磁波是無線電波．無線電波可用于通信和廣播，許多自然過程也輻射無線電波．天文學(xué)家用射電望遠(yuǎn)鏡接收天體輻射的無線電波，進(jìn)行天體物理研究．,2．紅外線可見光譜的紅光外側(cè)是紅外線，紅外線的波長比紅光的波長還長，不是可見光，不能引起人的視覺．對紅外線強調(diào)以下幾點：(1)英國物理學(xué)家赫謝爾于1800年首先發(fā)現(xiàn)了紅外線．(2)產(chǎn)生：一切物體(不管大小、也無論是否有生命)，凡是由分子、原子等微粒構(gòu)成的物體都在不停地輻射紅外線．物體溫度越高，輻射紅外線的本領(lǐng)越強．紅外輻射是熱傳遞的方式之一．,(3)作用①紅外線遙感：勘測地?zé)帷ふ宜?、人體檢查等．②紅外線遙控：家用電器配套的遙控器發(fā)出紅外線脈沖信號，受控機器就會按指令改變工作狀態(tài)．③加熱物體：紅外線很容易使物體的溫度升高，如市場上的“遠(yuǎn)紅外烤箱”．這是因為：紅外線的顯著作用就是熱作用，其原因是紅外線的頻率比可見光更接近固體物質(zhì)分子的固有頻率，因此更容易引起分子的共振，所以紅外線的電磁場的能量更容易轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w的內(nèi)能．,3．可見光(1)波長在700nm到400nm之間，進(jìn)入人眼能引起視覺的電磁波叫可見光．(2)不同顏色的可見光波長見下表.,(3)波長較短的光比波長較長的光更容易被散射，因此天空看起來是藍(lán)色的，大氣對波長較短的光吸收也比較強，所以傍晚的陽光比較紅．(4)可見光是由原子或分子內(nèi)電子的躍遷產(chǎn)生的．,4．紫外線可見光光譜中的紫光外側(cè)是紫外線．紫外線也是不可見光，其波長比紫光還短，波長范圍為5～400nm之間．(1)發(fā)現(xiàn)：德國物理學(xué)家里特于1801年首先發(fā)現(xiàn)了紫外線．(2)產(chǎn)生：一切高溫物體發(fā)出的光中都含有紫外線．有的儀器是專門發(fā)射紫外線的，可以進(jìn)行防偽檢測．,(3)作用①促使人體合成維生素D，但不能過多照射．②能殺死多種細(xì)菌，具有消毒功能．③紫外線的顯著特征是化學(xué)作用．④使熒光粉發(fā)光，即熒光效應(yīng)．,5．X射線(1)發(fā)現(xiàn)：1895年德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)的．其波長比紫外線還短．(2)產(chǎn)生：高速的電子流射到任何固體上都能產(chǎn)生這種射線．人們從這種射線的衍射現(xiàn)象得知它是一種波長很短的電磁波．(3)顯著作用：有較強的穿透能力，但X射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)跟被穿透的物質(zhì)的密度有關(guān)．(4)應(yīng)用：用于透視人體、檢查金屬部件的質(zhì)量等．,(5)倫琴射線管，如圖3－3－9所示．,圖3－3－9,6．γ射線(1)產(chǎn)生：是從放射性元素的原子核中放射出來．(2)特點：γ射線是波長最短的電磁輻射，具有很高的能量．(3)應(yīng)用：①γ射線能破壞生命物質(zhì)，可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上；②γ射線的穿透能力很強，能穿過幾厘米厚的鉛板，可用于探測金屬部件的缺陷．,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)4．下列關(guān)于電磁波譜各成員說法正確的是()A．最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波B．紫外線有明顯的熱效應(yīng)C．X射線穿透能力較強，所以可用來做檢查工作D．晴朗的天空看起來是藍(lán)色是光散射的結(jié)果,解析：選ACD.波長越長越易衍射，故A正確；有明顯熱效應(yīng)的是紅外線，故B錯誤；X射線因其穿透能力常用于人體拍片和檢查金屬零件缺陷，故C正確；天空的藍(lán)色是由于波長較短的光易被散射，故D正確．,課堂互動講練,為了增大無線電臺向空間輻射無線電波的能力，對LC振蕩電路結(jié)構(gòu)，可采用下列哪些措施()A．增大電容器極板的正對面積B．增大電容器極板間的距離C．增大自感線圈的匝數(shù)D．提高供電電壓,【答案】B,變式訓(xùn)練1下列對電磁波的發(fā)射技術(shù)中調(diào)制的理解正確的是()A．使發(fā)射的信號振幅隨高頻振蕩信號而改變叫調(diào)幅B．使高頻振蕩信號振幅隨發(fā)射的信號的改變叫調(diào)幅C．使發(fā)射的信號頻率隨高頻振蕩信號而改變叫調(diào)頻D．使高頻振蕩信號的頻率隨發(fā)射的信號而改變叫調(diào)頻解析：選BD.由調(diào)頻和調(diào)幅定義可知應(yīng)選BD.,【答案】B,變式訓(xùn)練2一臺收音機，把它的調(diào)諧電路中的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一較高頻率的電臺信號．要想收到該電臺信號，應(yīng)該________(填“增大”或者“減小”)電感線圈的匝數(shù)．,答案：減小,關(guān)于電磁波譜，下列說法中正確的是()A．電磁波中最容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)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(fā)后產(chǎn)生的C．倫琴射線和γ射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)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,【自主解答】波長越長的無線電波波動性越顯著，干涉、衍射現(xiàn)象易發(fā)生；從電磁波產(chǎn)生的機理可知γ射線是原子核受激發(fā)后產(chǎn)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．【答案】AB【方法總結(jié)】知道各種電磁波的產(chǎn)生機理、特性、應(yīng)用，是解決此題的關(guān)鍵．本章本節(jié)的很多知識點同學(xué)們務(wù)必強化識記，同時也應(yīng)注重理解．,變式訓(xùn)練3關(guān)于電磁波譜的下列說法中正確的是()A．X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線,解析：選AB.由課本內(nèi)容知，X射線對生命物質(zhì)有較強的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變；γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高．A、B正確．在電磁波譜中從無線電波到γ射線，波長逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長越大，波動性越強，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光應(yīng)比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D不對．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,