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1、20102010年高考物理必备小知识年高考物理必备小知识电磁波的应用电磁波的应用 电磁波在通信、遥感、空间探测、工农电磁波在通信、遥感、空间探测、工农业生产、国防、科学研究及日常生活中都得业生产、国防、科学研究及日常生活中都得到了广泛的应用。到了广泛的应用。 进入进入2020世纪，无线电通信事业得到了迅世纪，无线电通信事业得到了迅猛发展，相继出现了无线电广播、雷达、无猛发展，相继出现了无线电广播、雷达、无线电传真机、电视、无线电寻呼机（线电传真机、电视、无线电寻呼机（BPBP机）、机）、移动电话（手机）。移动电话（手机）。19571957年，第一颗人造卫年，第一颗人造卫星发身成功，人类开始步入
2、卫星通信时代。星发身成功，人类开始步入卫星通信时代。前言前言一、无线电广播与电视一、无线电广播与电视 从从赫兹赫兹用实验证实电磁波的存在后，电磁波很快用实验证实电磁波的存在后，电磁波很快就应用在远距离无线电通信上。就应用在远距离无线电通信上。19061906年，年，美国美国做了一做了一次试验性的次试验性的广播广播。以后无线电广播就开始进入千家万。以后无线电广播就开始进入千家万户。户。 1932 1932年，年，英国英国广播公司播出世界上第一个规范的广播公司播出世界上第一个规范的电视节目电视节目，从此，人类开始步入电视时代。，从此，人类开始步入电视时代。 电视系统的原理与广播系统的原理基本相同，
3、它电视系统的原理与广播系统的原理基本相同，它们主要由们主要由发射系统发射系统和和接收系统接收系统组成，电视系统有组成，电视系统有图像图像和和声音声音两部分，而广播系统则只有两部分，而广播系统则只有声音声音部分。部分。你能说出电视系统及接收流程图吗？你能说出电视系统及接收流程图吗？广播系统呢？广播系统呢？电视发送与接收简介电视发送与接收简介:(1)摄像管摄像管将光信号将光信号转化为电信号（摄转化为电信号（摄像机核心器件）像机核心器件）(2)显像管显像管将电信号转将电信号转化为光信号（电视机化为光信号（电视机核心器件）核心器件）(3)电视台的发送与电视机的接收电视台的发送与电视机的接收(4)为在屏
4、幕上为在屏幕上获得整幅的图像获得整幅的图像,无论摄像管还是无论摄像管还是显象管都要进行显象管都要进行“扫描扫描”.二、移动通信二、移动通信 移动通信是指通信双方至少有一方可以自由移移动通信是指通信双方至少有一方可以自由移动进行信息交换的通信方式。动进行信息交换的通信方式。 移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合现代移动通信以其特有的灵活、便捷的优点符合现代社会人们对通信技术的要求，成为社会人们对通信技术的要求，成为2020世纪世纪8080年代中期年代中期以来发展最为迅速的通信方式。以来发展最为迅速的通信方式。你能想象出移动通信的工作模式吗？你能想象出移动通信的工作模式吗？ 移动通信系统是一个移
5、动通信系统是一个有线有线与与无线无线相结合的相结合的综合通信系统。以甲市移动用户综合通信系统。以甲市移动用户A A与乙市移动用与乙市移动用户户B B进行移动通信为例，其信号流程图如图：进行移动通信为例，其信号流程图如图：移动用移动用户户A A邻近基邻近基站站移移动动交交换中心换中心甲甲 市市话话 局局乙乙 市市话话 局局移移动动交交换中心换中心邻近基邻近基站站移动用移动用户户B B10.雷达雷达:通过物体对无线电波反射来发现目标通过物体对无线电波反射来发现目标,测定目标测定目标有关参考知识有关参考知识1.数字信号数字信号:2.多普勒雷达多普勒雷达多多普普勒勒雷雷达达就就是是利利用用多多普普勒勒
6、效效应应进进行行定定位位，测测速速，测测距距等等工工作作的的雷雷达达。所所谓谓多多普普勒勒效效应应就就是是，当当声声音音，光光和和无无线线电电波波等等振振动动源源与与观观测测者者以以相相对对速速度度V V相相对对运运动动时时，观观测测者者所所收收到到的的振振动动频频率率与与振振动动源源所所发发出出的的频频率率有有所所不不同同。因因为为这这一一现现象象是是奥奥地地利利科科学学家家多多普普勒勒最最早早发发现现的的，所所以以称称之之为为多多普普勒勒效效应应。由由多多普普勒勒效效应应所所形形成成的的频频率率变变化化叫叫做做多多普普勒勒频移，它与相对速度频移，它与相对速度V V成正比，与振动的频率成反比
7、。成正比，与振动的频率成反比。 脉脉冲冲多多普普勒勒雷雷达达的的工工作作原原理理可可表表述述如如下下：当当雷雷达达发发射射一一固固定定频频率率的的脉脉冲冲波波对对空空扫扫描描时时，如如遇遇到到活活动动目目标标，回回波波的的频频率率与与发发射射波波的的频频率率出出现现频频率率差差，称称为为多多普普勒勒频频率率。根根据据多多普普勒勒频频率率的的大大小小, ,可可测测出出目目标标对对雷雷达达的的径径向向相相对对运运动动速速度度；根根据据发发射射脉脉冲冲和和接接收收的的时时间间差差, ,可可以以测测出出目目标标的的距距离离。同同时时用用频频率率过过滤滤方方法法检检测测目目标标的的多多普普勒勒频频率率谱
8、谱线线, ,滤滤除除干干扰扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号. .所所以以脉脉冲冲多多普普勒勒雷雷达达比比普普通通雷雷达达的的抗抗杂杂波波干干扰扰能能力力强强，能能探探测出隐蔽在背景中的活动目标。测出隐蔽在背景中的活动目标。机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机装备的装备的APG68雷达，代表了机载脉冲多普勒火控雷达的雷达，代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。它有先进水平。它有18种工作方式，可对空中、地面和海上目标种工作方式，可对空中、地面和海上目标边搜索边跟踪，抗干扰性能好
9、，当飞机在低空飞行时，还可边搜索边跟踪，抗干扰性能好，当飞机在低空飞行时，还可引导飞机跟踪地形起伏，以避免与地面相撞。这种雷达体积引导飞机跟踪地形起伏，以避免与地面相撞。这种雷达体积小，重量轻小，重量轻,可靠性高可靠性高.脉冲多普勒雷达于脉冲多普勒雷达于20世纪世纪60年代研制年代研制成功并投入使用。成功并投入使用。20世纪世纪70年代以来，美国首先在年代以来，美国首先在F-14、F-15、F-16飞机上装备，使战斗机具有飞机上装备，使战斗机具有“下视下视”雷达，目前脉雷达，目前脉冲多普勒雷达广泛用于冲多普勒雷达广泛用于S-27、S-30、歼、歼-10等三代战斗机。等三代战斗机。装有脉冲多普勒
10、雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。此外，这种雷达还用于气象机和巡航导弹的有效军事装备。此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。气层中各种空气湍流运动的分布情况。3.石英晶体振荡器的基本原理石英晶体振荡器的基本原理(1)、石英晶体振荡器的结构、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大
11、致是：的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚管脚上，再加上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。下
12、图是一种金属塑料封装的。下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。外壳封装的石英晶体结构示意图。(2)、压电效应、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械
13、振动的振幅和交又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。(3)、等效电路、等效电路当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静
14、电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。来等效。一般一般L的值为几十的值为几十mH到几百到几百mH。晶片的弹性可用电容。晶片的弹性可用电容C来等来等效，效，C的值的值一般只有一般只有0.00020.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为来等效，它的数值约为100。由于晶片的等效电感很大，而。由于晶片的等效电感很大，而C很小，很小，R也小，因此回路的品质因数也小，因此
15、回路的品质因数Q很大，可达很大，可达100010000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。的振荡电路可获得很高的频率稳定度。(4)、石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛、石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号
16、和为特定统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号系统提供基准信号。石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其。石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路。最大优点。石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路。随着随着电视技术的发展，近来彩电多采用电视技术的发展，近来彩电多采用500kHz或或503kHz的晶体振的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经荡器作为行、场电路的振荡源，经1/3的分频得到的分频得到15625Hz的的行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜，更换行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜，更换容易。容易。在通信系统产品中，石英晶体振荡器的价值得到了更在通信系统产品中，石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现广泛的体现.
