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(共45张PPT)
4　无线电波的
发射、传播与接收
[学习目标]　
1.了解开放电路和实际发射电磁波的过程。2.知道电磁波的三种传播方式及其特点;了解利用电磁波传递信号要对电磁波进行调制;知道什么是调制、调幅和调频。3.了解电磁波的接收原理和过程。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　无线电波的发射
1.有效地向外发射电磁波,必须具备的两个条件
(1)振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的 空间中,才能有效地把电磁场的能量传播出去。
(2)要有足够高的 :频率越高,发射电磁波的本领越 。
开放
振荡频率
强
2.电磁波的载波与调制
(1)载波:发射电磁波是为了利用它传递某种信号,将需要传递的信号加在高频等幅电磁波上发射出去,这种用来“ ”信号的高频等幅波,通常叫作载波。
(2)调制:把传递的信号“加”到载波上的过程叫作调制。常用的调制方法有
和 ;使高频振荡的振幅随信号而改变的叫作 ;使高频振荡的频率随信号而改变的叫作 。
运载
调幅
调频
调幅
调频
1.地波:是沿 空间传播的无线电波。在无线电技术中,通过采用地波的形式传播长波、中波和 。
2.天波:是依靠 的反射来传播的无线电波。短波最适合采用
的形式传播。
3.直线传播:微波又叫 ,它既不能以地波的形式传播,又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播,微波的传播形式跟光一样,是沿 传播的,这种沿直线传播的电磁波叫作空间波或视波。
知识点二　无线电波的传播
地球表面
中短波
电离层
天波
超短波
直线
1.无线电波的接收原理:电磁波在空间传播中遇到导体时,会在导体中感应出
,用来接收 的导体叫作接收天线。
2.电谐振与调谐
(1)电谐振:当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率 时,电路里激起的感应电流最强的现象,它相当于机械振动中的共振。
(2)调谐:使接收电路产生 的过程。
(3)调谐电路:能够 的接收电路。
振荡电流
知识点三　无线电波的接收
电磁波
相等
电谐振
调谐
「新知检测」
1.思考判断
(1)当电磁波在空间传播时,电磁能也随着一起传播。(　 　)
(2)电磁波的传播速度与介质无关。(　 　)
(3)调制的两种方法是调谐和调频。(　 　)
(4)频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大。(　 　)
(5)电视台可以直接向外发射声音信号。(　 　)
(6)电视台发射的电磁波都经过了调制。(　 　)
√
×
×
√
×
√
2.思维探究
(1)调制与调谐有什么不同
【答案】 (1)调制是把传递的信号“加”到载波上的过程,调谐是把接收电路的频率调节到与需要接收的某个电磁波的频率相同,使接收电路产生电谐振的过程。
(2)在我们周围弥漫着各种电台、电视台及无线电设备发出的电磁波,我们若想收听某一电台的广播时,需要调节收音机的旋钮选台,你知道“选台”的作用吗
【答案】 (2)“选台”是为了使收音机的接收电路的固有频率与想收听的某一电台发射的电磁波的频率相同。
(3)如图,这是著名的中国东方明珠广播电视塔,具有发射9套电视节目和10套调频广播节目的能力。电视塔为什么都建在高处
【答案】 (3)电视塔发射和转播采用微波,传播形式为直线传播,电视塔越高,覆盖范围越大。
突破·关键能力
要点一　对无线电波发射过程的理解
「情境探究」
(1)开放电路是如何形成的
【答案】 (1)在LC振荡电路中,减小电容器的极板面积,增大极板间距,使电容器变成两条长的直线,一条竖立在高空成为天线,另一条接入地下成为地线,使电场完全暴露在空中,形成开放电路。
(2)在发射电磁波时为什么要对电磁波进行调制
【答案】 (2)声音、图像信号的频率很低,不能直接发射出去,只有把声音、图像的低频信号加到高频电磁波上才能向外发射。
「要点归纳」
1.对发射电路两个特点的理解
(1)振荡电路的频率越高,向外界辐射电磁波的本领越大。
(2)采用开放电路,能使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间,能有效地把能量辐射出去。
2.无线电波的发射
由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流,用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上,再耦合到一个开放电路中激发出无线电波,向四周发射出去。
3.电磁波的发射方框图
[例1] (多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施是
(　 　)
[A] 增大电容器极板间距
[B] 使振荡电容器的正对面积足够大
[C] 尽可能使电场和磁场向外部空间分散开
[D] 增加回路中的电容和电感
AC
[针对训练1] (多选)下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因,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
AD
要点二　无线电波的接收
「情境探究」
按图甲所示,用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电路。如图乙所示,发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距1~2 cm,氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔。感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上,使铜球间发生火花放电。调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆,使它从最右端慢慢向左移动,观察接收框上的氖泡,其发光有什么变化 并说明产生这种变化的原因。
【答案】 在滑动杆向左滑动的过程中,氖泡先变亮后变暗,当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖泡最亮。当两框大小相等时,两框的电感接近相等,与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率接近相同,发射电路与接收电路发生电谐振,接收框接收到的信号最强,所以氖泡最亮。
「要点归纳」
1.原理
利用电谐振,当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的振荡电流最大。
2.方法
(1)利用调谐产生电谐振,使接收电路的感应电流最大。
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。
(3)调谐和解调的区别:调谐就是一个选台的过程,即选携带有用信号的高频振荡电流,在接收电路中产生最大的感应电流的过程;解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
3.接收电路示意图
[例2] (多选)关于无线电波的接收,下列说法正确的是(　 　)
[A] 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时,该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大
[B] 使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐
[C] 收音机的接收电路是LC电路
[D] 从接收到的高频率振荡电流中“检”出所携带的信号,叫作调谐
ABC
【解析】 接收电路与电磁波发生电谐振时,即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时,电路中激起的感应电流最大,选项A正确;根据调谐概念可知,选项B正确,D错误;收音机的接收电路是LC电路,选项C正确。
收音机的调谐电路,通过改变可变电容器的电容来改变调谐电路的频率,使它跟我们要接收的电磁波的频率相同,由于电谐振现象,只有这个频率的电磁波才在调谐电路中激起较大的感应电流,而其他频率的电磁波激起的感应电流都非常小。
·名师点拨·
[针对训练2] 如图所示为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是
(　　)
[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
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,故选C。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
调谐电路的调节问题
1.调节方向:由题中情境准确判断出电路的固有频率应该调高还是调低。
3.决定电容和电感大小的因素:决定电容的因素有极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr;决定电感的因素为线圈匝数、线圈粗细、有无铁芯。这样就可以做出最准确的细微调节。
[示例] 在如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,怎样才能使回路2与回路1发生电谐振 发生电谐振的频率是多少 (结果保留3位有效数字)
【答案】 改变可变电容器C2的电容,使得C2为50 pF　1.78 MHz
「科学·技术·社会·环境」
FM和AM
FM为调频,习惯上用FM来指一般的调频广播。用调频方式发射电磁波,抗干扰性强,音质好,但发射距离短,适用于市内无线电广播等。AM为调幅,也就是通常说的中波。用调幅方式发射电磁波,抗干扰性一般,发射距离较远,多用于省际电台广播。
[示例] 电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号,再加载到如图乙所示的高频载波上,使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种调制方式称为(　　)
[A] 调幅
[B] 调谐
[C] 调频
[D] 解调
A
【解析】 使高频载波的振幅随电信号改变的调制方式叫作调幅,故A正确,B、C、D错误。
检测·学习效果
1.无线电广播系统方框图如图所示,下列关于a、b装置说法正确的是(　　)
[A] a是调制,b是调谐
[B] a是调制,b是解调
[C] a是调谐,b是解调
[D] a是调谐,b是调制
B
【解析】 在无线电广播中,人们先将声音信号转换为电信号,然后将这些信号由高频电磁波带着向周围空间传播,可知a是调制。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线电广播的大致过程。其中“收音”的顺序大致为:天线接收电磁波→调谐器选出某一频率的电磁波→解调器从高频电流中取出音频电信号,放大后送到扬声器→扬声器把音频电信号转换成声音,可知b是解调。
2.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入,仍接收不到较低频率电台发出的信号,要接收到该电台的信号,可采用的办法是(　　)
[A] 增加调谐电路中线圈的匝数
[B] 加大电源电压
[C] 将调谐电路线圈中的铁芯抽走
[D] 减小电源电压
A
3.关于电磁波的发射和接收,下列说法不正确的是(　　)
[A] 音频电流的频率比较低,不能直接用来发射电磁波
[B] 为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,电路必须是闭合的
[C] 当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的感应电流最强
[D] 要使电视机的屏幕上有图像,必须要有解调过程
B
【解析】 音频电流的频率比较低,需放大后搭载到高频电磁波上,故A说法正确,不符合题意;为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是开放电路,故B说法错误,符合题意;当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的感应电流最强,故C说法正确,不符合题意;解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程,要使电视机的屏幕上有图像,必须要有解调过程,故D说法正确,不符合题意。
4.有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线,当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时:
(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强
【答案】 (1)波长为397 m的无线电波
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波,应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些
【答案】 (2)旋出一些
【解析】 (2)要接收波长为290 m的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,因此,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
感谢观看4　无线电波的发射、传播与接收
[学习目标]　1.了解开放电路和实际发射电磁波的过程。2.知道电磁波的三种传播方式及其特点;了解利用电磁波传递信号要对电磁波进行调制;知道什么是调制、调幅和调频。3.了解电磁波的接收原理和过程。
探究新知
知识点一　无线电波的发射
1.有效地向外发射电磁波,必须具备的两个条件
(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,才能有效地把电磁场的能量传播出去。
(2)要有足够高的振荡频率:频率越高,发射电磁波的本领越强。
2.电磁波的载波与调制
(1)载波:发射电磁波是为了利用它传递某种信号,将需要传递的信号加在高频等幅电磁波上发射出去,这种用来“运载”信号的高频等幅波,通常叫作载波。
(2)调制:把传递的信号“加”到载波上的过程叫作调制。常用的调制方法有调幅和调频;使高频振荡的振幅随信号而改变的叫作调幅;使高频振荡的频率随信号而改变的叫作调频。
知识点二　无线电波的传播
1.地波:是沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中,通过采用地波的形式传播长波、中波和中短波。
2.天波:是依靠电离层的反射来传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。
3.直线传播:微波又叫超短波,它既不能以地波的形式传播,又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播,微波的传播形式跟光一样,是沿直线传播的,这种沿直线传播的电磁波叫作空间波或视波。
知识点三　无线电波的接收
1.无线电波的接收原理:电磁波在空间传播中遇到导体时,会在导体中感应出振荡电流,用来接收电磁波的导体叫作接收天线。
2.电谐振与调谐
(1)电谐振:当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时,电路里激起的感应电流最强的现象,它相当于机械振动中的共振。
(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。
新知检测
1.思考判断
(1)当电磁波在空间传播时,电磁能也随着一起传播。(　√　)
(2)电磁波的传播速度与介质无关。(　×　)
(3)调制的两种方法是调谐和调频。(　×　)
(4)频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大。(　√　)
(5)电视台可以直接向外发射声音信号。(　×　)
(6)电视台发射的电磁波都经过了调制。(　√　)
2.思维探究
(1)调制与调谐有什么不同
(2)在我们周围弥漫着各种电台、电视台及无线电设备发出的电磁波,我们若想收听某一电台的广播时,需要调节收音机的旋钮选台,你知道“选台”的作用吗
(3)如图,这是著名的中国东方明珠广播电视塔,具有发射9套电视节目和10套调频广播节目的能力。电视塔为什么都建在高处
【答案】 (1)调制是把传递的信号“加”到载波上的过程,调谐是把接收电路的频率调节到与需要接收的某个电磁波的频率相同,使接收电路产生电谐振的过程。
(2)“选台”是为了使收音机的接收电路的固有频率与想收听的某一电台发射的电磁波的频率相同。
(3)电视塔发射和转播采用微波,传播形式为直线传播,电视塔越高,覆盖范围越大。
要点一　对无线电波发射过程的理解
情境探究
(1)开放电路是如何形成的
(2)在发射电磁波时为什么要对电磁波进行调制
【答案】 (1)在LC振荡电路中,减小电容器的极板面积,增大极板间距,使电容器变成两条长的直线,一条竖立在高空成为天线,另一条接入地下成为地线,使电场完全暴露在空中,形成开放电路。
(2)声音、图像信号的频率很低,不能直接发射出去,只有把声音、图像的低频信号加到高频电磁波上才能向外发射。
要点归纳
1.对发射电路两个特点的理解
(1)振荡电路的频率越高,向外界辐射电磁波的本领越大。
(2)采用开放电路,能使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间,能有效地把能量辐射出去。
2.无线电波的发射
由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流,用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上,再耦合到一个开放电路中激发出无线电波,向四周发射出去。
3.电磁波的发射方框图
[例1] (多选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施是(　　)
[A] 增大电容器极板间距
[B] 使振荡电容器的正对面积足够大
[C] 尽可能使电场和磁场向外部空间分散开
[D] 增加回路中的电容和电感
【答案】 AC
【解析】 要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应从两个方面考虑,一是提高振荡频率,二是使电磁场尽可能地分散开,C正确;由f=可知,当增大电容器极板间的距离时,C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B错误;增大回路中的L、C,f变小,D错误。
[针对训练1] (多选)下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因,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
【答案】 AD
【解析】 调制是把低频信号加载到高频电磁波上增强发射能力,频率变大,辐射本领更强,A正确;电磁波在空气中以接近光速传播,所以传播速度不变,B错误;由λ=知,波长与波速和传播频率有关,C错误,D正确。
要点二　无线电波的接收
情境探究
按图甲所示,用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电路。如图乙所示,发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距1~2 cm,氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔。感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上,使铜球间发生火花放电。调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆,使它从最右端慢慢向左移动,观察接收框上的氖泡,其发光有什么变化 并说明产生这种变化的原因。
【答案】 在滑动杆向左滑动的过程中,氖泡先变亮后变暗,当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖泡最亮。当两框大小相等时,两框的电感接近相等,与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率接近相同,发射电路与接收电路发生电谐振,接收框接收到的信号最强,所以氖泡最亮。
要点归纳
1.原理
利用电谐振,当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的振荡电流最大。
2.方法
(1)利用调谐产生电谐振,使接收电路的感应电流最大。
(2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。
(3)调谐和解调的区别:调谐就是一个选台的过程,即选携带有用信号的高频振荡电流,在接收电路中产生最大的感应电流的过程;解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
3.接收电路示意图
[例2] (多选)关于无线电波的接收,下列说法正确的是(　　)
[A] 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时,该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大
[B] 使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐
[C] 收音机的接收电路是LC电路
[D] 从接收到的高频率振荡电流中“检”出所携带的信号,叫作调谐
【答案】 ABC
【解析】 接收电路与电磁波发生电谐振时,即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时,电路中激起的感应电流最大,选项A正确;根据调谐概念可知,选项B正确,D错误;收音机的接收电路是LC电路,选项C正确。
收音机的调谐电路,通过改变可变电容器的电容来改变调谐电路的频率,使它跟我们要接收的电磁波的频率相同,由于电谐振现象,只有这个频率的电磁波才在调谐电路中激起较大的感应电流,而其他频率的电磁波激起的感应电流都非常小。
[针对训练2] 如图所示为电视接收过程示意图,其工作过程顺序正确的是(　　)
[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,故选C。
模型·方法·结论·拓展
调谐电路的调节问题
1.调节方向:由题中情境准确判断出电路的固有频率应该调高还是调低。
2.频率公式:f=。根据调节方向,可进一步准确判定电容C和电感L的调节,是该调大还是调小。
3.决定电容和电感大小的因素:决定电容的因素有极板正对面积S、极板间距d、介电常数εr;决定电感的因素为线圈匝数、线圈粗细、有无铁芯。这样就可以做出最准确的细微调节。
[示例] 在如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,怎样才能使回路2与回路1发生电谐振 发生电谐振的频率是多少 (结果保留3位有效数字)
【答案】 改变可变电容器C2的电容,使得C2为50 pF　1.78 MHz
【解析】 发生电谐振时两电路的频率相同。为使回路发生电谐振,可以改变可变电容器C2的电容,使f2=f1,即=,
解得C2== pF=50 pF,
发生电谐振时的频率
f1=≈1.78×106 Hz=1.78 MHz。
科学·技术·社会·环境
FM和AM
　　FM为调频,习惯上用FM来指一般的调频广播。用调频方式发射电磁波,抗干扰性强,音质好,但发射距离短,适用于市内无线电广播等。AM为调幅,也就是通常说的中波。用调幅方式发射电磁波,抗干扰性一般,发射距离较远,多用于省际电台广播。
[示例] 电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号,再加载到如图乙所示的高频载波上,使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种调制方式称为(　　)
[A] 调幅 [B] 调谐
[C] 调频 [D] 解调
【答案】 A
【解析】 使高频载波的振幅随电信号改变的调制方式叫作调幅,故A正确,B、C、D错误。
1.无线电广播系统方框图如图所示,下列关于a、b装置说法正确的是(　　)
[A] a是调制,b是调谐 [B] a是调制,b是解调
[C] a是调谐,b是解调 [D] a是调谐,b是调制
【答案】 B
【解析】 在无线电广播中,人们先将声音信号转换为电信号,然后将这些信号由高频电磁波带着向周围空间传播,可知a是调制。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线电广播的大致过程。其中“收音”的顺序大致为:天线接收电磁波→调谐器选出某一频率的电磁波→解调器从高频电流中取出音频电信号,放大后送到扬声器→扬声器把音频电信号转换成声音,可知b是解调。
2.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入,仍接收不到较低频率电台发出的信号,要接收到该电台的信号,可采用的办法是(　　)
[A] 增加调谐电路中线圈的匝数
[B] 加大电源电压
[C] 将调谐电路线圈中的铁芯抽走
[D] 减小电源电压
【答案】 A
【解析】 调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时,发生电谐振才能较好地接收到电台信号,本题中接收不到较低频率电台发出的信号的原因是调谐电路的固有频率较高,所以要接收到信号,可减小调谐电路的固有频率f,由f=可知,在电容C无法再调节的情况下,若增加调谐电路中线圈的匝数,则增大L,减小f;若将调谐电路线圈中的铁芯抽走,则减小L,增大f;显然f与电源电压无关。故选A。
3.关于电磁波的发射和接收,下列说法不正确的是(　　)
[A] 音频电流的频率比较低,不能直接用来发射电磁波
[B] 为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,电路必须是闭合的
[C] 当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的感应电流最强
[D] 要使电视机的屏幕上有图像,必须要有解调过程
【答案】 B
【解析】 音频电流的频率比较低,需放大后搭载到高频电磁波上,故A说法正确,不符合题意;为了使振荡电路有效地向空间辐射能量,必须是开放电路,故B说法错误,符合题意;当接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的感应电流最强,故C说法正确,不符合题意;解调就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制信号分离出来的过程,要使电视机的屏幕上有图像,必须要有解调过程,故D说法正确,不符合题意。
4.有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线,当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时:
(1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强
(2)如果想接收到波长为290 m的无线电波,应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些
【答案】 (1)波长为397 m的无线电波
(2)旋出一些
【解析】 (1)根据公式f=,设波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波的频率分别为f1、f2、f3,
则有f1== Hz≈1 034 kHz,
f2== Hz≈756 kHz,
f3== Hz≈530 kHz,
所以波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强。
(2)要接收波长为290 m的无线电波,应增大调谐电路的固有频率,因此,应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些。
课时作业
(分值:50分)
单选题每题4分,多选题每题6分。
1.为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力,对LC振荡电路的结构可采用的改进措施是(　　)
[A] 增大电容器极板的正对面积
[B] 增大电容器极板的间距
[C] 增加电感线圈的匝数
[D] 提高供电电压
【答案】 B
【解析】 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,即减小L或减小C,要减小L,可采用减少线圈匝数、向外抽铁芯的方法;要减小C,可采用增大板间距离、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。故B正确。
2.1886年,赫兹做了如图所示的实验,关于该实验,下列说法正确的是(　　)
[A] 实验证实了电磁波的存在
[B] 实验证实了法拉第的电磁场理论
[C] 实验可以说明电磁波是一种纵波
[D] 在真空环境下进行实验,仍能观察到明显的火花放电
【答案】 A
【解析】 该实验是赫兹用来发射和接收电磁波的实验,不能说明电磁波是横波还是纵波。之后进行了一系列实验观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象,测出了电磁波在真空中的速度等于光速,证明了电磁波与光的统一性,才证实了麦克斯韦的电磁场理论,故A正确,B、C错误。实验中火花放电是空气被击穿的现象,在真空环境下进行实验,不能观察到明显的火花放电,故D错误。
3.一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止,下列选项所描述的该过程,顺序正确的是(　　)
[A] 调制—发射—调谐—解调—播放
[B] 调频—发射—解调—调谐—播放
[C] 调幅—调谐—发射—解调—播放
[D] 调频—调谐—发射—解调—播放
【答案】 A
【解析】 一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止,首先要进行调制,即把声音信号加到高频电磁波信号上去,然后进行发射;载波信号被收音机接收后首先要进行调谐选出该信号,然后进行解调,从高频信号中把声音信号取出来,最后通过喇叭播放,故选A。
4.如图为公交车上车时刷卡的情景,当听到“嘀”的声音,表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。刷卡时,读卡机向外发射某一特定频率的电磁波,IC卡内的LC振荡电路产生电谐振,线圈L中产生感应电流,给电容器C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是(　　)
[A] 读卡机发射的电磁波不能在真空中传播
[B] IC卡是通过X射线工作的
[C] 读卡机在发射电磁波时,需要进行调谐和解调
[D] IC卡既能接收读卡机发射的电磁波,也有向读卡机传输数据的功能
【答案】 D
【解析】 电磁波能在真空中传播,故A错误;IC卡工作肯定不是依靠X射线,X射线的辐射能量较大,长时间接触对人体有害,故B错误;从读卡机与IC卡的工作原理可知,不需要经过调制、调谐等过程,故C错误;IC卡既能接收读卡机发射的电磁波,也有向读卡机传输数据的功能,故D正确。
5.老师上课常用到扩音设备,随着无线电技术的应用,很多老师用上了蓝牙(蓝牙属于电磁波)扩音设备,麦克风与扩音器不用导线连接,老师拿着麦克风在教室中间说话,放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是(　　)
[A] 扩音设备直接接收到了来自麦克风的声波信号
[B] 为了将信号发射出去,先要进行解调
[C] 扩音设备接收电磁波时,要使接收电路中出现电谐振现象,称为调谐
[D] 载波频率越高,经调制后发射出来的电磁波传播得越快
【答案】 C
【解析】 无线麦克风含有一个无线电发射装置,可以把声音信号转化成电磁波信号,再发射出去,故A错误;为了将信号发射出去,需要把声音信号加到高频电磁波中,这个过程叫调制,故B错误;扩音设备接收电磁波时,需要使接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同,从而发生电谐振,这个过程叫调谐,故C正确;在空气中电磁波的传播速度接近光速,而在真空中任何频率电磁波的速度都等于光速,故D错误。
6.无线电波的发射和接收离不开天线。如图甲、乙、丙所示,LC振荡电路逐步成为开放电路,电场和磁场就可以分散到更大的空间,这样就形成了天线。手机作为常用的通信工具同样也需要天线来接收和发射信号。早期的手机有长长的天线,现在逐渐内置到手机内部。实践中发现当天线的长度大约等于无线电波波长的时,收发电磁波的能力最强。曾经有手机将外壳的金属边框设计成天线,既提升收发信号效果,又节省了手机的内部空间。随着5G时代的来临,信号频率进一步提升,对天线设计的要求更加复杂。下列关于手机发射与接收无线电波的说法正确的是(　　)
[A] 只有特定频率的无线电波才能在天线上产生振荡电流
[B] 与4G相比,5G使用的电磁波传播速度更大
[C] 手机信号的频率在10 MHz左右
[D] 手机天线在发射信号时,天线上会有电荷出现,且周期性变化
【答案】 D
【解析】 手机对特定频率的无线电波产生的振荡电流最大,其他频率的无线电波产生的振荡电流较小,A错误;电磁波的传播速度与光速相同,与电磁波的频率无关,B错误;手机金属边框长度十几厘米,因此无线电波长在几十厘米数量级,根据c=λf可知手机信号的频率在1 000 MHz左右,C错误;手机天线在发射信号时,天线上会形成LC振荡电路,因此会有电荷出现,且周期性变化,D正确。
7.(多选)如图甲为一个调谐接收电路,图乙、丙、丁为电路中的电流随时间变化的图像,则(　　)
[A] i1是L1中的电流图像
[B] i1是L2中的电流图像
[C] i2是L2中的电流图像
[D] i3是流过耳机的电流图像
【答案】 ACD
【解析】 i1是L1中的电流图像,由于晶体二极管具有单向导通性,因此i2是L2中的电流图像,而电容器具有通高频、阻低频的特性,所以i3是流过耳机的电流图像。故A、C、D
正确。
8.(多选)如图所示,万米深潜器“奋斗者号”深潜至地球的最深处——马里亚纳海沟进行科研工作时借助无线电波、激光等传输信号,实现深潜器舱内和海底作业的电视直播。下列说法正确的是(　　)
[A] 在海水中,无线电波传播时能量损耗大,所以要借助激光传输信号
[B] 无线电波、激光都是横波
[C] 信号传输到电视台实现直播的过程中无时间延迟
[D] 麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在,带来了通信技术的快速发展
【答案】 AB
【解析】 “奋斗者号”上的舱内摄像头拍摄的画面编码后经激光脉冲信号传送信息,沧海号上接收到激光脉冲信号后,经调制转换成数字画面,再由微细光缆传送给海面的探索二号,再经卫星天线传送到通信卫星,再到电视台转播,不用无线电波是因为在海水中,无线电波传播时能量损耗大,A正确;无线电波和激光都是电磁波,电磁波是横波,B正确;信号传输是经由通信卫星传到电视台实现直播的,信号都有一定的传输速度,所以传输中有时间延迟,C错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,而赫兹通过实验证实了电磁波的存在,D错误。
9.某双波段(中、短波段)收音机的接收电路原理简化结构如图所示,通过切换开关S和旋转可变电容器动片来改变LC振荡电路中的电感L和电容C,从而实现接收不同波段的信号。则(　　)
[A] 调制过程是指通过调节L、C,使接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相等
[B] 接收电路的固有频率与需要被接收的电磁波的频率不相等时,接收电路将无法接收到该电磁波
[C] 使S接b且动片完全旋入,一定能接收到频率更高的电磁波
[D] 使S从b打到a,同时动片旋出,接收到的电磁波的频率可能不变
【答案】 D
【解析】 调谐过程是通过调节L、C,使接收电路的固有频率与接收到的电磁波的频率相等,故A错误;接收电路的固有频率与需要被接收的电磁波的频率不相等时,该电磁波在接收电路中引起的振荡电流不强,但仍可接收到该电磁波,故B错误;S接b时L变小,动片完全旋入时C变大,由公式f= 知,接收电路的固有频率可能不变,接收到的电磁波的频率可能不变,故C错误;同理,S接a时L增大,动片完全旋出时C减小,接收电路的固有频率可能不变,接收到的电磁波的频率可能不变,故D正确。
10.(10分)某收音机接收电磁波的波长在182 m和577 m之间,该收音机LC电路的可变电容器的动片全部旋出时,电路总电容为 39 pF,试分析:(结果均保留3位有效数字)
(1)动片全部旋出时,对应收音机接收电磁波的波长为多大 此LC电路的线圈的电感为
多少
(2)该收音机LC电路的可变电容器的动片完全旋入时,电容器的电容为多大
【答案】 (1)182 m　0.239 mH　(2)392 pF
【解析】 (1)由λ=c·T和T=2π,
可得λ=2πc,
动片完全旋出时,电容器极板正对面积最小,
由C=可知,此时电容器的电容最小,电容为C=39 pF,所以此时对应的接收电磁波的波长最小,为182 m;
由上面关系式可导出L=,
代入数据可求出L≈0.239 mH。
(2)由λ=2πc得,=,
所以Cmax=Cmin=×39 pF≈392 pF。

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