2020版高中物理第四章电磁波及其应用第3讲电磁波的发射和接收学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第四章电磁波及其应用第3讲电磁波的发射和接收学案新人教版选修1-1

第3讲　电磁波的发射和接收 ‎[目标定位]　1.了解无线电广播发射和接收技术中，调制、调幅、调频、调谐、解调的含义.‎ ‎2.了解电视摄像管的基本结构以及电视广播发射和接收过程.3.了解移动通信的基本过程.了解基站的作用.4.了解通信技术的发展对人类文明的促进作用.‎ 一、无线电波的发射 ‎1.进行无线电通信，需要发送和接收无线电波.天线是发射和接收无线电波的必要设备.‎ ‎2.进行无线电通信，首先要发射无线电波.无线电发射机中有一个叫做振荡器的重要部件，它能产生频率很高的交变电流.‎ ‎3.调制：把信息加到载波上，就是使载波随信号而改变.‎ 调幅：是使高频载波的振幅随信号改变.‎ 调频：是使高频载波的频率随信号改变.‎ 想一想　为了使需要传递的音频信号载在电磁波上发射到远方，必须对高频交变电流进行什么操作？‎ 答案　调制.‎ 二、无线电波的接收 ‎1.转动收音机的旋钮选择电台，实际上是在选择我们需要的电磁波，这在技术上叫做调谐.‎ ‎2.要得到所需的信息，必须从高频信号电流中把它们“取”出来，也就是要进行解调.‎ ‎3.通过解调得到的信号，还要经过放大.‎ 想一想　解调和调制有关系吗？‎ 答案　有.解调是调制的逆过程.‎ 三、电视 ‎1.在电视发射系统中，首先由摄像机将来自景物的光转变为电信号.‎ ‎2.接收端收到信号后进行解调，从中得到视频信号，并按摄像管的方式让电子束在荧光屏上与它同步地扫描，于是在显像管中出现了与摄像管中相同的图像.‎ ‎3.摄像机在1 s内传送25帧图像，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些图像，由于画面更换迅速，眼睛又有视觉暂留作用，我们感觉到的是连续的活动图像.‎ 8‎ 想一想　电视台发射电视信号为什么要建高耸入云的发射塔呢？‎ 答案　电视信号要有效的发射出去，必须采用高频开放电路.电磁波的波长比较短，以直线传播为主，遇到障碍物会被阻挡，所以发射天线要架得高一些.‎ 四、移动通信 ‎1.每个移动电话机都是一个电磁波发射器，同时又是一个电磁波接收器.‎ ‎2.当手持移动电话与其他用户通话时要靠较大的固定无线电台转接.这种固定的无线电台叫做基站.‎ 想一想　两个人在同一地点用手机通话时，信号是直接相互传播的吗？‎ 答案　两个人在同一地点用手机通话时，信号也要通过附近的基站传到总机，总机对信号处理后再传给基站发射出来，由另一手机接收.不过此时两手机共用一个基站.‎ 一、无线电波的发射 技术上把波长大于‎1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称为无线电波.按波长常把无线电波分为若干波段，各个波段有其不同的主要用途.‎ ‎1.载波：振荡器产生的高频交变电流，是用来携带声音、图像等信息的，叫做载波.把要传递的信息加到载波上并发射出去，信息就可以传到远方.‎ ‎2.调制：把信息加到载波上，就是使载波随信号而改变，这种技术叫做调制.‎ 调制的两种方式：‎ ‎(1)调幅(AM)：使高频载波的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅，如图4－3－1所示.‎ 图4－3－1‎ ‎(2)调频(FM)：使高频载波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频，如图4－3－2所示.调频波的振幅不变，抗干扰的能力比较强，传递过程中的失真比较小.‎ 图4－3－2‎ ‎3.有效发射电磁波的两个条件 8‎ ‎(1)电磁波频率要足够高，振荡频率越大，发射电磁波的本领越大.‎ ‎(2)必须采用开放电路，使振荡电路的电场和磁场尽可能地分散到大的空间.‎ 例1　关于电磁波的调制技术，下列说法不正确的是(　　 )‎ A.使高频载波的振幅随信号改变的调制叫做调幅 B.使高频载波的频率随信号改变的调制叫做调幅 C.中、短波段的无线电广播，使用的是调幅方式 D.调幅波的优点是抗干扰能力强，传递过程中失真比较小 答案　BD 解析　调幅是使高频载波的振幅随信号改变，所以B项不正确；调频波的振幅不变，抗干扰能力比较强，传递过程中失真比较小，所以D项不正确.‎ 针对训练1　关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是(　　)‎ A.必须对信号进行调制 B.必须使信号产生电谐振 C.必须把传输信号加到高频电流上 D.必须使用调幅的方法 答案　AC 解析　电磁波的发射过程中，为了将低频信号发射出去，一定要对发射的电磁信号进行调制，调制的方法有两种，一是调幅、二是调频，故A、C正确.‎ 二、无线电波的接收 ‎1.在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波.‎ ‎2.通过电谐振实现信号选择 ‎(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，这种现象叫电谐振；‎ ‎(2)调谐：使接收电路发生电谐振的过程叫调谐.能够调谐的接收电路叫做调谐电路.‎ ‎3.通过解调获取信号 ‎(1)解调：从高频振荡中“检出”所携带的信号，叫做解调；‎ ‎(2)解调是调制的逆过程.‎ 例2　电视机换台时，实际上是在改变(　　)‎ A.电视台的发射频率 B.电视机的接收频率 8‎ C.电视台发射的电磁波的波速 D.电视机接收的电磁波的波速 答案　B 解析　电视机接收电磁波是利用的电磁波的频率不同，收看的电视频道不同，所以改变的是电视机的接收频率.‎ 针对训练2　从调谐电路接收到的高频振荡电流中还原出声音信号的过程是(　　 )‎ A.调谐 B.解调 ‎ C.调频 D.调幅 答案　B 电磁波的发射和接收 ‎1.移动通信诞生于19世纪末，20世纪中叶以后，个人移动电话逐渐普及，如图4－3－3所示.关于移动电话功能的判别正确的是(　　)‎ 图4－3－3‎ A.移动电话只是一个电磁波发射器 B.移动电话可以接收电磁波 C.移动电话只是一个电磁波接收器 D.移动电话可以发射电磁波 答案　BD 解析　移动电话既是一个电磁波发射器，又是一个电磁波接收器，选项B、D正确.‎ ‎2.关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是(　　)‎ A.调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别 B.解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程 C.手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送 D.在信号接收时，选择电波的过程叫做调谐 答案　CD 8‎ 解析　调频和调幅都是使信息加到载波上，即使载波随信号而改变，但有本质区别：调频是使高频载波的频率随信号而改变，而调幅是使高频载波的振幅随信号而改变，所以A项错；解调是将所需的信息从高频载波中取下来的过程，故B项错；因手持移动电话功率有限，所以与其他用户通话时，必须靠较大的固定的无线电台传送，所以 C项正确；在接收信号时，选择所需电波的过程，在技术上叫做调谐，所以D项正确.‎ 电磁波的应用 ‎3.如图4－3－4所示为电视信号接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是(　　)‎ 图4－3－4‎ A.解调—放大—调谐—显示 B.调谐—放大—解调—显示 C.调谐—解调—放大—显示 D.放大—调谐—解调—显示 答案　C 解析　电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来，然后解调，取下信号，最后经放大后再传给显像管显像，所以正确的顺序是C.‎ ‎4.具有NFC(近距离无线通信技术)功能的两只手机在间距小于‎10 cm时可以通过________(选填“声波”或“电磁波”)直接传输信息，其载波频率为1.4×107 Hz，其在空气中传播速度为3.0×‎108 m/s，则该载波的波长为________m.(保留2位有效数字)‎ 答案　电磁波　‎‎21 m 解析　手机通过电磁波传播信息，载波的波长为λ＝＝‎21 m.‎ ‎(时间：60分钟)‎ 题组一、电磁波的发射和接收 ‎1.下列说法不正确的是(　　)‎ 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 8‎ 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 答案　A 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B正确，A错误；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.‎ ‎2.下列关于无线电广播的叙述中，不正确的是(　　)‎ A.发射无线电广播信号必须采用调频方式 B.发射无线电广播信号必须进行调制 C.接收无线电广播信号必须进行调谐 D.接收到无线电广播信号必须进行解调才能由扬声器播放 答案　A 解析　发射无线电广播信号必须经过调制，可以采用调频，也可以采用调幅，所以A错误，B正确；接收无线电信号必须经过调谐也就是选台，C正确；由于无线电波中有高频信号，所以要经过解调将低频信号检出来，才能由扬声器播放，D正确.‎ ‎3.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是(　　)‎ A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强 B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快 C.经过调制后的电磁波在空间传播波长才能不变 D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去 答案　D 解析　要将电磁波有效地发射出去，必须有足够高的频率，而需要传递的声音信号通常频率较低，无法直接发射，必须借助于载波来携带，因此必须通过调制将信号加到载波上才能有效地向远处传递，从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去.故D选项正确.‎ ‎4.下列说法中正确的是(　　)‎ A.无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波 B.无线电波在真空中的波长范围从几毫米到几十千米 C.无线电波的频率越低越容易发射 D.发射无线电波的目的是为了向远处传送电能 答案　AB 8‎ 解析　无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，故选项A正确；无线电波的波长一般在几毫米到几十千米，故选项B正确；无线电波频率越高越容易发射，发射无线电波的目的主要是为了输送信号，故选项C、D错误.‎ 题组二、电磁波的应用 ‎5.关于移动电话，下列说法正确的是(　　)‎ A.随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置 B.随身携带的移动电话(手机)内，既有无线电接收装置，又有无线电发射装置 C.两携带手机的人，必须通过固定的基地台转接，才能相互通话 D.无线寻呼机(BP机)内只有无线电接收装置，没有无线电发射装置 答案　BCD 解析　移动电话可拨出和接听，但须经由固定的基地台转接，故A项错误，B、C正确；无线寻呼机(BP机)是一种只能接收图文、数字的装置，所以没有无线电发射装置，故D选项也正确.‎ ‎6.一台最简单的收音机，除了接收天线和扬声器外，至少还必须具备下列哪几个单元电路(　　)‎ A.调谐电路 B.调制电路 C.振荡电路 D.解调电路 答案　AD 解析　最简单的收音机具有调谐电路和解调电路.‎ ‎7.下列说法中正确的是(　　)‎ A.播音员的声音信号转换成电信号后，要通过调制器把音频信号加载到高频电流上，再通过天线发射出去 B.电磁波在真空中的传播速度为3×‎108 m/s C.电磁波既能传播声音信号，也能传播图像信号 D.要想使电磁波覆盖全部地球表面，至少需要均匀配置9颗同步通信卫星 答案　ABC 解析　播音员的声音信号首先要转变成电信号，然后通过调制器将音频信号加载到高频电流上，再通过天线将高频电磁场发射出去就形成电磁波，A项正确；电磁波在真空中的传播速度是3×‎108 m/s，B项正确；电磁波传送声音信号和图像信号都可以，C项正确；要想使通信卫星的电磁波覆盖全球，至少要3颗卫星，故D项错误.‎ 8‎ ‎8.关于电视接收的原理，下列说法中正确的是(　　)‎ A.电视接收天线接收到的电磁波中包含有图像信号和伴音信号 B.电视接收天线接收到的电磁波经过处理还原成图像，天线上并不产生感应电流 C.电视接收机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号和伴音信号 D.电视接收机接收到电磁波，经扬声器得到电视节目的伴音信号 答案　A 解析　电视机接收天线接收到的电磁波带有图像信号和伴音信号，接收后天线上产生感应电流，故A项对，B项错；图像信号和伴音信号必须经过处理，才可经显像管和扬声器得到图像和声音，故C、D项错.‎ ‎9.下列关于信息传递的说法中，正确的是(　　)‎ A.声、光和电磁波中，只有电磁波能够传递信息 B.固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息的 C.摄像机拍得的物体图像，直接通过发射天线发射传播信息 D.微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息 答案　D 解析　声音可以传递信息，人们非常的熟悉，光也可以传递信息，所以A项错；移动电话、无线电广播和电视都是无线传递的，所以B项错；摄像机拍得的物体图像，通过调制高频的无线电波后，就可以通过发射天线发射传播信息，C项错；只有D项对.‎ ‎10.一位观众在某剧场观看演出，他的座位离扬声器有‎20 m远；另一位观众在家里的电视机旁收看实况转播，他的家离剧场‎20 km远，那么，他们两人谁先听到演员的歌声？(声速约为‎340 m/s)‎ 答案　电视机旁的观众先听到演员的歌声 解析　声波传播‎20 m所需时间：‎ t1＝ s≈5.9×10－2 s 电磁波传播‎20 km所需时间：‎ t2＝ s≈6.7×10－5 s t2

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