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1、第四章第四章 电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波学习目标物理与STSE1.了解电磁波的发射、传播和接收的基本原理，知道调制、电谐振、调谐和解调（检波）等概念的意义和区别.2.了解无线电波的三种主要传播方式及其特点.3.知道电磁波谱及其组成部分的特点和应用，知道光是一种电磁波 知识点一电磁波的发射、传播和接收1.有效发射电磁波必须满足的两个条件.（1）振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中.为了满足以上要求，可以增大电容器极板间的距离，减小极板的面积，同时减小自感线圈的匝数，使原来集中在电容中的电场和集中在线圈中的磁场扩散到外部空间中去.这种使电场和磁场扩展到外部空间的振荡电路叫开放电
2、路.（2）要有足够高的振荡频率，频率越高，振荡电路向外发射电磁波的本领越大.2.电磁波的调制：（1）调制：把传递的信号“加”到载波上的过程.（2）调制的分类.调幅：使高频振荡的振幅随信号而变.调频：使高频振荡的频率随信号而变.3.无线电波的传播：无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波.途径传播形式适合波段主要特点地波沿地球表面空间传播长波、中波、中短波衍射能力较强，但能量损失较多天波靠大气中电离层的反射传播短波反射能力较强，但不够稳定空间波像光束那样沿直线传播超短波和微波穿透能力较强，但传播距离受限制4.电磁波的接收.（1）电磁谐振：当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时，电
3、路里激起的感应电流最强.（2）调谐：使接收电路产生电谐振的过程.（3）调谐电路：能够调谐的接收电路.知识点二电磁波谱及其应用1.电磁波谱.（1）定义：按波长（或频率）的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱.（2）顺序：按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线.2.电磁波的特性：不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性.（1）无线电波：波长从几毫米到几十千米的电磁波是无线电波，主要用于通信和广播.（2）红外线：波长位于微波和可见光之间的电磁波，不能直接引起人的视觉.所有物体都会发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强，主要应用于加热或红外线遥感
4、.（3）可见光：波长440770 nm，不同频率（或波长）的可见光颜色不同，频率最高（波长最短）的可见光是紫光，频率最低（波长最长）的可见光是红光.（4）紫外线：波长范围在60 nm和400 nm之间，不能直接引起人的视觉，紫外线具有化学作用，应用于杀菌消毒；还有较强的荧光效应，用来激发荧光物质发光.（5）X射线：波长比紫外线还短的电磁波，穿透力较强.用来检查工业部件的内部有无砂眼、裂纹等缺陷，医学上用于透视人体.（6）射线：比X射线波长更短的电磁波，波长范围为107102nm，具有很高的能量，穿透能力更强.主要应用有：医学上治疗作用，工业上探测作用.3.电磁波的产生机理.（1）无线电波主要是
5、自由电子在振荡电路中的周期性运动产生的.（2）红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子运动发生变化时产生的.（3）X射线是原子的内层电子运动发生变化时产生的.（4）射线是从原子核内部发射出来的.小试身手1.关于电磁波，下列说法正确的是（）A.电磁波可能是横波，也可能是纵波，而且能发生干涉、衍射现象B.由麦克斯韦电磁场理论可知，振荡电场一定会产生同频率的振荡磁场C.电视机天线接收到高频信号后，依次经过解调、调谐，再将图像信号送到显像管D.雷达利用无线电波的短波波段来测定物体位置，它利用了短波的衍射性质解析：电磁波是横波，选项A错误；由麦克斯韦电磁场理论可知，振荡电场一定会产生同频率的振荡磁场，选项
6、B正确；电视机天线接收到高频信号后，要先调谐，后解调，选项C错误；雷达利用无线电波的微波波段来测定物体位置，利用了微波可以发生反射的性质，选项D错误.答案：B2.下列各组电磁波，按衍射能力由强到弱的正确排列是（）A.射线、红外线、紫外线、可见光B.红外线、可见光、紫外线、射线C.可见光、红外线、紫外线、射线D.紫外线、可见光、红外线、射线答案：B探究一电磁波的发射、传播和接收1.无线电波的发射和接收过程.2.“调幅”和“调频”是调制的两个不同的方式.（1）高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波.（2）高频电磁波的频率随信
7、号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波.3.解调是调制的逆过程.声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去.将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制.而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调.4.正确理解调谐的作用.世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清.因此接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台.在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的.【典例1】（多选）下列对无线电广播要对电磁波进行调制
8、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不变D.经过调制后的电磁波在空间传播波长改变解析：调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由vf，知波长与波速和传播频率有关，C错D对.答案：AD1.有一个LC接收电路，原来接收较低频率的电磁波，现在要想接收较高频率的电磁波，下列调节正确的是（）A.增加电源电压B.使用调频的调制方式C.把可动电容器的动片适当旋出一些D.在线圈中插入铁芯2.世界各地有许多无线电台同时广播，
9、用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是 （）A.因为收听到的电台离收音机最近B.因为收听到的电台频率最高C.因为接收到的电台电磁波能量最强D.因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同，产生了电谐振解析：选台就是调谐过程，使f固f电磁波，在接收电路中产生电谐振，激起的感应电流最强，D正确.答案：D探究二无线电波的分类及传播特点1.无线电波.1 mm的电磁波叫无线电波.无线电波可以分成若干波段.波段波长频率传播方式主要用途长波30 0003 000米10100千赫地波调幅广播、导航中波3 000200米1001 500千赫地波和天波中短波2005
10、0米1 5006 000千赫天波调幅广播、电报、通信短波5010米630兆赫微波米波101米30300兆赫近似直线传播调频广播、电视、导航分米波101分米3003 000兆赫直线传播电视、雷达、导航厘米波101厘米 3 00030 000兆赫毫米波101毫米30 000300 000兆赫2.雷达的原理及应用.（1）雷达的原理.利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性.（2）雷达的构造及特点.一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成.雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端.雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波
11、波段.【典例2】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，已知图中刻度abbc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？思路点拨：应用ab段为无线电波发射到返回的时间，可求出电磁波的路程，即可求出障碍物与雷达之间的距离.解析：题图中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3.（多选）下列关于无线电波的叙述中，正确的是（）A.无线电
12、波是波长从几十千米到几毫米的电磁波B.无线电波在任何介质中的传播速度均为3.01.08 m/sC.无线电波不能产生干涉和衍射现象D.无线电波由真空进入介质传播时，波长变短4.（多选）关于电磁波的传播，下列叙述正确的是（）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.可以利用同步卫星传递微波信号5.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是（）A.9105 mB.4.5105 mC.3105 m D.无法确定探究三电磁波谱及应用1.共性.（1）
13、它们在本质上都是电磁波，它们的行为服从相同的规律，各波段之间的区别并没有绝对的意义.（2）都遵守公式vf，它们在真空中的传播速度都是c3.0108 m/s.（3）它们的传播都不需要介质.（4）它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性.2.个性.（1）不同电磁波的频率或波长不同，表现出不同的特性，波长越长越容易产生干涉、衍射现象，波长越短穿透能力越强.（2）同频率的电磁波，在不同介质中速度不同.不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小.（3）产生机理不同.无线电波振荡电路中电子周期性运动产生红外线、可见光和紫外线原子的外层电子受激发后产生射线 原子的内层电子受激发后产生
14、射线 原子核受激发后产生（4）用途不同：无线电波用于通信和广播，红外线用于加热和遥感技术，紫外线用于杀菌消毒，X射线应用于医学上的X光照片，射线检查金属部件的缺陷等.【典例3】电磁波包含了射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（）A.无线电波、红外线、紫外线、射线B.红外线、无线电波、射线、紫外线C.射线、红外线、紫外线、无线电波D.紫外线、无线电波、射线、红外线解析：电磁波的频率由小到大的顺序依次是无线电波、红外线、紫外线和射线，这也是波长由长到短的顺序，故A正确.答案：A6.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是（）A.红外线具有很强的穿透本领，常用来在医学上做人体
15、透视B.适量的紫外线照射有利于人的健康C.紫外线热效应显著，制成了紫外线炉D.射线最容易用来观察衍射现象解析：红外线具有很强的热效应，制成了红外线炉，穿透能力很差，A、C项错；适量的紫外线照射有利于人的健康，过量照射有害身体健康，B项对；射线波长很短，不容易用来观察衍射现象，D项错.答案：B7.下列说法正确的是（）A.麦克斯韦证明了光的电磁说的正确性B.红外线的显著作用是热作用，紫外线最显著的作用是化学作用C.X射线的穿透本领比射线更强D.X射线与射线的产生机理不同，因此它们的频率范围界线分明，不可能重叠解析：麦克斯韦提出了光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性.X射线是原子的内层电子受激发而产生的，射线是原子核受激发而产生的，产生机理确实不同，但X射线和射线都有一个较大的频率范围，较高频率的X射线与较低频率的射线产生了重叠，其他相邻电磁波间也存在重叠.答案：B
