PAGEPAGE12無線電波的發射和接收電磁波譜1．知道有效發射電磁波的兩個條件。2．知道電磁波的調制、調諧、解調在發射和接收過程中的作用。3．認識電磁波譜，了解電磁波各波段的特點及主要用途。知識點一無線電波的發射[情境導學]移動通信的發射天線如圖所示，為什么發射天線做成金屬桿狀？提示：是為了形成開放電路，這樣就可以有效地發射電磁波。[知識梳理]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盡可能大的空間。2．開放電路實際應用中的開放電路，線圈的一端用導線與大地相連，這條導線叫作地線；線圈的另一端與高高地架在空中的天線相連。3．無線電發射技術(1)載波：攜帶要傳遞的信號的高頻電磁波。(2)調制：使載波隨各種信號而改變的技術。(3)調制的分類：調幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而變的調制。調頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而變的調制。[初試小題]1．判斷正誤。(1)振蕩電路的頻率越高，發射電磁波的本領越大。(√)(2)要將傳遞的聲音信號向遠距離發射，必須以高頻電磁波作為載波。(√)(3)調制就是將低頻信號變成高頻信號，再放大后直接發射出去。(×)(4)調制的方法分為調幅和調頻。(√)2．為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載在電磁波上發射到遠方，必須對電磁波進行()A．調諧 B．放大C．調制 D．檢波解析：選C把要傳遞的信息(如聲音、圖像等)加載到電磁波上發射出去的過程叫作調制，故只有C正確；A、B、D三項應是電磁波接收端需進行的過程。知識點二無線電波的接收[情境導學]電視、雷達和手機都是通過電磁波傳遞信息的，請你從它們自身是否是發射端或接收端比較它們有什么不同？提示：電視僅僅是接收端，它接收來自電視臺的無線電信號。雷達自身發射信號，遇到障礙物反射回來，通過接收反射波來確定物體的位置，因此雷達既是發射端又是接收端。手機接收來自基站的信號，同時它又向基站發射信號，它既是接收端也是發射端。[知識梳理]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同時，接收電路中產生的振蕩電流最強的現象。3．調諧使接收電路產生電諧振的過程。4．解調使聲音或圖像信號從接收到的高頻感應電流中還原出來的過程，這個過程是調制的逆過程。調幅波的解調也叫檢波。5．高頻電視信號的傳播方式有三種：地面無線電傳輸、有線網絡傳輸以及衛星傳輸。不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調制方式。[初試小題]1．判斷正誤。(1)制作天線必須用導體。(√)(2)只有接收電路發生電諧振時，接收電路中才有振蕩電流。(×)(3)解調是調制的逆過程。(√)(4)不同傳播方式需要使用不同頻率范圍的電磁波。(√)2．電臺將播音員的聲音轉換成如圖甲所示的電信號，再加載到如圖乙所示的高頻載波上，使高頻載波的振幅隨電信號改變(如圖丙所示)。這種調制方式稱為()A．調頻 B．調諧C．調幅 D．解調解析：選C使電磁波隨各種信號而改變的技術叫作調制，而調制共有兩種方式：一種是調幅，即通過改變高頻電磁波的振幅來實現信號加載；另一種是調頻，即通過改變高頻電磁波的頻率來實現信號加載。由題意可知，是高頻載波的振幅隨電信號改變，故為調幅，選C。知識點三電磁波譜[情境導學]如圖所示的四種用電器分別用的是哪種波段的電磁波？它們各自的特性是什么？提示：甲圖中的手機用的是無線電波，無線電波波動性強，可以用來傳輸信號；乙圖中的測溫儀，用的是紅外線，因為一切物體都在不停地輻射紅外線且熱物體的紅外輻射比冷物體的紅外輻射強；丙圖的消毒柜，是利用紫外線，因為紫外線具有較高的能量，可以利用紫外線滅菌消毒；丁圖是醫用的CT機，所用的是X射線，因為X射線的穿透本領強。[知識梳理]1．電磁波譜：按電磁波的波長大小或頻率高低的順序把它們排列成的譜。按波長由長到短依次為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。2．不同電磁波的特點及應用特點用途無線電波波動性強通信、廣播、導航紅外線熱作用強加熱、遙測、遙感、紅外線制導可見光感光性強照明、照相等紫外線化學作用熒光效應殺菌消毒、治療皮膚病等X射線穿透力強檢查、探測、透視、治療γ射線穿透力最強探測、治療[初試小題]1．判斷正誤。(1)按波長由短到長順序排列的是紫外線、可見光、紅外線。(√)(2)電磁波的頻率越高，它的波長就越長。(×)(3)紫外線在真空中的傳播速度大于可見光在真空中的傳播速度。(×)(4)可利用紅外線的熒光效應辨別人民幣的真偽。(×)2．[多選]下列說法中符合實際的是()A．在醫院里常用X射線對病房和手術室消毒B．醫院里常用紫外線對病房和手術室消毒C．在人造地球衛星上對地球進行拍攝是利用紫外線有較好的分辨能力D．在人造地球衛星上對地球進行拍攝是利用紅外線有較好的穿透云霧煙塵的能力解析：選BD紫外線具有殺菌、消毒的作用，X射線穿透能力較強，因此醫院里常用紫外線對病房和手術室進行消毒，用X射線透視人體；在人造地球衛星上對地球進行拍攝是利用射線的衍射能力較強，容易透過云霧煙塵，因而用波長較長的紅外線，所以B、D正確。無線電波的發射和接收[問題探究]收音機選臺時，如果調諧不準就會出現“串臺”現象，這是為什么？提示：收音機選臺時，調至具體頻道時調諧器將相對應的頻率信號進行調諧，使這一頻率產生的電流達最大，然后輸送給調諧器；如果調諧不準，就可能出現兩種不同頻率的信號都會在電路中產生，即出現“串臺”現象。[要點歸納]1．無線電波的發射和接收過程2．調幅和調頻是調制的兩種不同方式(1)使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)使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、圖像等信號的頻率相對較低，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、圖像等信號加載到高頻電磁波上的過程就是調制；而將聲音、圖像等信號從高頻信號中還原出來的過程就是解調。4．正確理解調諧的作用世界上有許許多多的無線電臺、電視臺以及各種無線電通信設備，它們不斷發射不同頻率的電磁波，如果不加選擇地全部接收下來，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擇出來，通常叫選臺。如圖所示的是調諧接收電路，在無線電技術中是利用電諧振原理達到該目的的。[例題1][多選]下列關于無線電廣播對電磁波進行調制的原因說法正確的是()A．經過調制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領更強B．經過調制后的電磁波在空間傳播得更快C．經過調制后的電磁波在空間傳播波長不變D．經過調制后的電磁波在空間傳播波長改變[解析]調制是把低頻信號加載到高頻電磁波上增強發射能力，頻率變大，輻射本領更強，A正確；電磁波在空氣中以接近光速傳播，所以傳播速度不變，B錯誤；由λ＝eq\f(v,f)，知波長與波速和傳播頻率有關，C錯誤，D正確。[答案]AD相近概念的辨析技巧(1)調頻和調幅：這是調制的兩種方式，使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱改變的調制方式叫調頻；使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱改變的調制方式叫調幅。(2)調制和解調：把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫作調制；把低頻電信號從高頻載波中還原出來叫解調，是調制的逆過程。[針對訓練]1．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＝eq\f(1,2π\r(LC))可知應減小電容或電感，A、B項錯誤；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項錯誤。2．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。3．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電流如圖甲所示，人對著話筒說話產生低頻振蕩電流信號如圖乙所示，根據這兩個圖像，發射出去的電磁波圖像應是圖中的()解析：選B高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩電流，話筒里面有碳膜電阻，它的阻值隨壓力變化而變化。當我們對著話筒說話時，空氣對它的壓力隨著聲音信號的變化而變化，那么它的電阻也就隨聲音信號的變化而變化，振蕩電流的振幅也就隨著聲音信號的變化而變化，這就是調制。它不但影響了正半周，也影響了負半周，故選B。無線電波的分類及傳播特點[問題探究]中國航天員在天宮一號上成功進行了太空授課(如圖)。已知天宮一號軌道半徑為6740km，地球半徑為6400km，試計算航天員講課的實時畫面從天宮一號發至地面接收站，最少需要多少時間？提示：根據運動公式得t＝eq\f(x,c)＝eq\f(6740－6400,3×108)×103s≈1．13×10－3s[要點歸納]1．無線電波λ＞1mm的電磁波叫無線電波。無線電波可以分成若干波段。波段波長頻率傳播方式主要用途長波30000～3000米10～100千赫地波調幅廣播、導航中波3000～200米100～1500千赫地波和天波中短波200～50米1500～6000千赫天波調幅廣播、電報、通信短波50～10米6～30兆赫微波米波10～1米30～300兆赫近似直線傳播調頻廣播、電視、導航分米波10～1分米300～3000兆赫直線傳播電視、雷達、導航厘米波10～1厘米3000～30000兆赫毫米波10～1毫米30000～300000兆赫2．雷達的原理及應用(1)雷達的原理利用電磁波遇到障礙物發生反射的特性。(2)雷達的構造及特點一般由天線系統、發射裝置、接收裝置、輸出裝置(顯示器)、電源、用于控制雷達工作和處理信號的計算機以及防干擾設備等構成。①雷達既是無線電波的發射端，又是無線電波的接收端。②雷達使用的無線電波是直線性好、反射性能強的微波波段。[例題2]一個雷達向遠處發射無線電波，每次發射的時間為1μs，兩次發射的時間間隔為100μs，在指示器的熒光屏上呈現出的尖形波如圖所示，已知圖中刻度ab＝bc，則障礙物與雷達之間的距離是多大？[思路點撥]應用ab段為無線電波發射到返回的時間，可求出電磁波的路程，即可求出障礙物與雷達之間的距離。[解析]圖中a和c處的尖形波是雷達向目標發射無線電波時出現的，b處的尖形波是雷達收到障礙物反射回來的無線電波時出現的，由ab＝bc可知，無線電波從發射到返回所用時間為50μs。設雷達離障礙物的距離為x，無線電波來回時間為t，波速為c，由2x＝ct得x＝eq\f(ct,2)＝eq\f(3.0×108×50×10－6,2)m＝7．5×103m。[答案]7．5×10雷達偵察問題的解決方法(1)電磁波在空中的傳播速度可認為等于真空中的光速c，根據雷達熒光屏上發射波形和反射波形間的時間間隔，可求得偵察距離。(2)根據發射無線電波的方向和仰角，確定被偵察物體的位置。(3)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時間間隔內傳播距離的一半。[針對訓練]1．[多選]下列關于無線電波的敘述中，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的傳播速度均為3．0×108C．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無線電波中長波波長有幾十千米，微波中的毫米波只有幾毫米，A項正確；無線電波在介質中的傳播速度小于在真空中的傳播速度3．0×108m/s，B項錯誤；無線電波也能產生干涉和衍射現象，C項錯誤；無線電波由真空進入介質傳播時，由于傳播速度減小，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變短，D項正確。2．[多選]關于電磁波的傳播，下列敘述正確的是()A．電磁波頻率越高，越容易沿地面傳播B．電磁波頻率越高，越容易沿直線傳播C．電磁波在各種介質中傳播的波長恒定D．可以利用同步衛星傳遞微波信號解析：選BD由c＝λf可判定，電磁波頻率越高，波長越短，衍射性越差，越容易沿直線傳播，B正確，A錯誤；電磁波在介質中傳播時，頻率不變，而傳播速度改變，由λ＝eq\f(v,f)可知波長改變，C錯誤；同步衛星相對地面靜止在赤道上空36000km高的地方，用它作微波中繼站，傳遞微波信號，D正確。3．一雷達站探測敵機時熒光屏上出現的記錄圖像如圖，A是發射時的雷達探索波的脈沖波形，B是敵機反射回來的脈沖波形，則敵機距雷達站的距離是多少？解析：由題圖知兩波形相差3×10－3s，即敵機與雷達站距離為x＝vt＝3×108×eq\f(1,2)×3×10－3m＝4．5×105m。答案：4．5×10各種電磁波的特性[問題探究]紅外線在現代生產生活中有著廣泛的應用。請舉例說明。提示：根據紅外線的熱作用比較強制成熱譜儀、紅外線夜視儀、紅外線體溫計等；根據紅外線可以進行搖控制成電視、空調遙控器等。[要點歸納]1．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)都遵循公式v＝λf，它們在真空中的傳播速度都是c＝3．0×108(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．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，在不同介質中傳播速度不同。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)用途不同：無線電波用于通信和廣播，紅外線用于加熱和遙感技術，紫外線用于殺菌消毒，X射線應用于醫學上的X光照片，γ射線檢查金屬部件的缺陷等。[例題3]下面列出的一些醫療器械的名稱和這些器械運用的物理現象，請將相應的字母填寫在運用這種現象的醫療器械后面的空格上。(1)X光機：________。(2)紫外線燈：________。(3)理療醫用“神燈”照射傷口，可使傷口愈合得較好，這里的“神燈”是利用________。A．紫外線具有很強的熒光效應B．紫外線具有殺菌消毒作用C．X射線具有較強的貫穿力D．紅外線具有顯著的熱效應E．紅外線波長較長，易發生衍射[解析](1)X光機是用來透視人的體內器官的，因此需要具有較強穿透力的電磁波，但又不能對人體造成太大的傷害，采用了X射線，因此選擇C。(2)紫外線燈主要是用來殺菌的，因此它應用的是紫外線的殺菌作用而非熒光效應，因此選擇B。(3)“神燈”又稱紅外線燈，主要是用于促進局部血液循環，它利用的是紅外線的熱效應，使人體局部受熱，血液循環加快，因此選擇D。[答案](1)C(2)B(3)D電磁波在生產、生活和現代技術等方面應用廣泛，聯系實際的題較多，要提高自己運用知識的能力，應該留心自然中、生活中、現代技術中應用了什么物理現象和規律，是如何應用的，這是解決此題的關鍵。[針對訓練]1．[多選]關于電磁波譜，下列說法正確的是()A．X射線對生命物質有較強的穿透作用，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生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最容易發生衍射現象的是γ射線解析：選ABX射線對生命物質有較強的穿透作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變，故A正確。γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故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，越容易發生干涉、衍射現象，因此紫光比紫外線更容易發生干涉和衍射現象，無線電波最容易發生衍射現象，故C、D錯誤。2．2011年3月11日，日本發生里氏9．0級地震，地震和地震引發的海嘯造成大量建筑物倒塌。為了將埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出來，我國及時派出了救援隊。救援隊在救援過程中使用生命探測儀來尋找被壓在廢墟中的大量傷員，這種儀器主要是接收人體發出的()A．可見光 B．紅外線C．紫外線 D．聲音解析：選B不同溫度的物體會發出不同頻率的紅外線，生命探測儀就是根據人體發出的紅外線與周圍環境輻射的紅外線不同來尋找被困者，B正確。3．[多選]關于真空中波長為0.6μm的紅光，下列說法中正確的是()A．其在真空中傳播速度為3．0×108B．其頻率是5×1014HzC．在真空中傳播10m的距離需要的時間是1．0×10－5sD．在10m的距離中(真空)約有1．7×107個波長解析：選ABD各種電磁波在真空中的傳播速度都等于光速，故A項正確；由題意知λ＝0.6μm＝0.6×10－6m，根據公式c＝λf得，f＝eq\f(c,λ)＝5×1014Hz，B項正確；傳播10m所需的時間t＝eq\f(x,v)＝3．3×10－8s，C項錯誤；10m中的波長個數為n＝eq\f(x,λ)≈1．7×107個，D項正確。1．關于電磁波的特性和應用，下列說法正確的是()A．發射無線電波時需要對電磁波進行調制和解調B．電視機的遙控器發射紫外線C．電磁波中頻率最大的為γ射線，用它最容易觀察到衍射現象D．雷達使用微波是因為微波波長較短能沿直線傳播解析：選D發射無線電波時，需要對電磁波進行調制，而接收時需要解調，故A錯誤；電視機的遙控器發射紅外線，故B錯誤；γ射線波長最小，所以最不容易觀察到衍射現象，故C錯誤；雷達使用微波是因為雷達使用的微波波長較短能沿直線傳播，D正確。2．古代也采用過“無線”通信的方式，如在烽火臺利用火光傳遞信息，利用打鼓傳出聲音傳遞信號等。關于聲音與光，下列說法正確的是()A．聲音和光都是機械波B．聲音和光都是電磁波C．聲音是機械波，光是電磁波D．聲音是電磁波，光是機械波解析：選C聲音屬于機械波，光屬于電磁波，故選C。3．[多選]關于電磁波的發射過程，下列說法正確的是()A．必須對信號進行調制B．必須使信號產生電諧振C．必須把傳輸信號加到高頻電流上D．必須使用開放回路解析：選ACD在電磁波的發射過程中，一定要對低頻輸入信號進行調制，把傳輸信號加到高頻電流上，為了有效地向外發射電磁波，必須使用開放電路，A、C、D正確。而產生電諧振是在接收過程中，B錯誤。4．一臺收音機可接收中波、短波兩個波段的無線電波，打開收音機后蓋，在磁棒上能看到兩組線圈，其中一組是用細線密繞匝數多的線圈，另一組是用粗線疏繞匝數少的線圈，由此可以判斷()A．匝數多的電感大，使調諧電路的固有頻率較小，故用于接收中波B．匝數多的電感小，使