资源简介

4.4　无线电的发射、传播与接收
学习目标
1.通过任务1及其活动,知道有效地发射无线电波的两个条件,知道调制、调幅、调频在电磁波发射中的作用。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,了解电磁波的传播特性,知道无线电波传播的三种方式与特点。(物理观念)
3.通过任务3及其活动,知道无线电波的接收过程,知道调谐、解调、电谐振在电磁波接收过程中的作用。(物理观念、科学思维)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:能不能直接发射带有声音、图像等信息的电磁波

思考2:接收电磁波的装置怎样才能接收到其需要的电磁波


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)各种频率的电磁振荡都能辐射电磁波,振荡周期越大,越容易辐射电磁波。 (　　)
(2)为了有效向外辐射电磁波,振荡电路必须采用开放电路,同时提高振荡频率。 (　　)
(3)当处于电谐振时,只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流。 (　　)
(4)调幅就是高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。 (　　)
(5)解调就是使声音或图像信号从高频电流中还原出来。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　无线电波的发射
我们说话的声音一般只能传几百米,而我们的声音通过无线电广播却可以传到几百千米以外,甚至传遍全球。
1.要有效地向外发射电磁波,振荡电路必须具有哪些特点


2.怎样才能增大振荡电路的振荡频率

3.什么是开放电路

4.什么是调制 调制有哪些方法

1.要有效地发射无线电波,振荡电路必须具有两个特点:
第一,要有足够高的①　　。②　　越高,发射电磁波的本领越大。
第二,振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间,这样才能有效地把能量③　　出去。
2.开放电路:
要增大LC振荡电路的频率,就要增大电容器极板间的④　　、减小⑤　　,使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。
3.为了利用电磁波传递信号,例如传递声音、电视图像,就要让电磁波随着待传递的信号而改变。在电磁波发射技术中,使电磁波随各种信号而改变的技术叫作⑥　　。
(1)一种调制的方法是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变,这种调制叫作⑦　　(AM)。
(2)一种调制的方法是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变,这种调制叫作⑧　　(FM)。
应用　 探讨无线电波发射能力
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.增大自感线圈的匝数
D.提高供电电压
(1)平行板电容器的电容C与哪些因素有关
(2)线圈的自感系数L与哪些因素有关

任务2　无线电波的传播
　　现代通信离不开电磁波,电视节目转播,需要借助地球卫星。
1.电磁波的传播与机械波的传播有什么不同


2.无线电波通常有三种传播方式:地波、天波和空间波。图中的①②③分别属于哪一种传播方式 它们各有什么特点

无线电波的传播
(1)地波:沿地球⑨　　空间传播的无线电波,适用于⑩　　波、　　波和　　波。短波和微波不宜采用地波的形式传播。
(2)天波:靠大气中电离层的　　传播的无线电波。　　波最适合采用天波的形式传播。
(3)空间波:像光束那样沿　　传播的无线电波,适合于　　波和　　波通信。卫星中继通信、卫星电视转播等也主要以空间波为传播途径。
应用　电磁波的传播特点
(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,越易沿地面传播
B.电磁波频率越高,越易沿直线传播
C.电磁波在各种介质中传播波长恒定
D.只要有三颗同步卫星在赤道上空传递微波,就可把信号传遍全球
任务3　无线电波的接收
世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号,我们手机有很多号段,很多人同时通话,如果不加选择全部接收下来,那必然是一片混乱,分辨不清。在城市里我们可以看见矗立在高楼顶上的天线、信号塔等设备,人们是怎么解决这些问题的呢
1.电磁波接收时,首先应该把我们需要的电磁波从诸多电磁波中选择出来,这个过程叫作选台,旋转调谐旋钮的目的是什么

2.为什么调节电容器的电容就可以使接收的信号增强

3.由调谐电路接收感应电流之后,还需要哪个环节我们才能听到声音


1.当接收电路的固有频率跟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,这种现象叫作　　。
2.使接收电路产生电谐振的过程叫作　　,收音机的调谐电路是通过调节　　来改变电路的固有频率,使它跟要接收的电磁波的频率相同,这个电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流,于是就选出了这个电台。
3.由调谐电路接收到的感应电流,是经过调制的高频电流,还不是我们需要的声音或图像信号。因此还要使声音或图像信号从高频电流中还原出来,这个过程叫作　　。
应用1　探究调谐电路的特点
(原创)某同学自己绕制天线线圈,制作了一个最简单的收音机,用来收听中波的无线电广播,电路如图所示。他发现有一个频率最高的中波电台收不到,但可以接收到其他中波电台。为了收到这个电台,应采用的方法是　　(选填“增加”或“减少”)电路中线圈L1的匝数。
各种频率的电磁波弥漫在我们周围,接收电路是如何从诸多的电磁波中把需要的电磁波选择出来的呢

归纳总结 1.调谐电路的调节,要特别注意两个问题 (1)调节方向:由题中情境准确判断出电路的固有频率应该增大还是减小。 (2)频率公式f=,根据(1)中的调节方向,可进一步准确判定电容C和电感L是该增大还是减小。 2.电谐振是电磁振荡中的“共振现象”,调谐与电谐振不同,电谐振是一个物理现象,而调谐是一个操作过程。
应用2　探究无线电波的发射和接收
(多选)关于电磁波的发射和接收,下列说法正确的是 (　　)
A.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
B.音频电流的频率比较低,不能直接用来发射电磁波
C.当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的振荡电流最强
D.要使电视机的屏幕上有图像,必须要有检波过程
(1)为使振荡电路有效地向空间辐射能量,振荡电路采取什么形式
(2)调制与检波互为什么过程

归纳总结 　　无线电波的发射和接收过程
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)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.增加辐射波的波长
B.使电容器极板间的正对面积足够小
C.尽可能使电场和磁场分散开
D.增大回路中的电容和电感
2.(任务2)(多选)关于无线电波的传播方式,下列说法正确的是 (　　)
A.长波主要以地波的方式传播
B.短波主要以直线传播的方式传播
C.微波主要以直线传播的方式传播
D.地面物体定位利用地波,空中物体定位利用天波的方式
3.(任务3)电视机的室外天线能把电信号接收下来,是因为 (　　)
A.天线处于变化的电磁场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
B.天线只处于变化的电场中,天线中产生感应电流,相当于电源,输送给LC电路
C.天线只是有选择地接收某电台信号,而其他电视台信号则不接收
D.天线将电磁波传输到电视机内
4.(任务3)(多选)图1是一个调谐接收电路,图2、3、4为电路中的电流随时间变化的图像,则(　　)
图1　　　 　　图2　　 　　图3　 　　图4
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
答案与解析
思考1:不能。声音、图像等信息通过声电转换、光电转换等方式直接转换成的电信号频率很低,向外传播辐射的本领很弱,无法传播到较远的地方。
思考2:利用电谐振,即调节接收电路的固有频率,使其跟需要接收的电磁波的频率相同,接收电路中产生的振荡电流最强。
判断　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.见知识生成。
2.根据频率f=可知,通过减小电容器的电容C及线圈的电感L,可以增加振荡频率f。也就是增大电容器极板间的距离d、减小极板间的正对面积S、减小线圈的匝数n等。
3.为了减小电容器的电容C及线圈的电感L,以增加振荡频率f,要增大电容器极板间的距离d、减小极板间的正对面积S,从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。
4.见知识生成。
知识生成　①振荡频率　②频率　③辐射　④距离　⑤正对面积　⑥调制　⑦调幅　⑧调频
应用探究
例1　【答案】B
【提示】(1)由C=知,决定电容大小的因素是极板正对面积S、极板间距d、相对介电常数εr。(2)自感系数L由线圈匝数、线圈粗细、线圈长短、有无铁芯等因素决定。
【解析】要增大无线电台向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡电路的振荡频率,即减小L或减小C,要减小L,可采用减小线圈匝数、抽出线圈中铁芯的方法;要减小C,可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小相对介电常数的办法,B项正确。
任务2
问题引领
1.电磁波的传播不需要介质,机械波的传播必须要有介质。
2.①属于天波,它是利用大气中的电离层的反射来传播,电离层对电磁波的反射和吸收与频率有关,频率越高,吸收越少;频率越低,吸收越多。所以短波最适合采用天波的形式传播。
②属于空间波,它是沿直线传播的,发射天线越高,空间波传播得越远。空间波一般传播的距离不大,只有几十千米,需要设立许多中继站。
③属于地波,它是沿地球表面传播的,无线电波的波长越长,越容易绕过地面的障碍物。在无线电技术中,通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波。
知识生成　⑨表面　⑩长　中　中短　反射　短　直线　超短　微
应用探究
例2　BD　【解析】由c=λf可判定:电磁波频率越高,波长越短,衍射能力越差,不宜沿地面传播,而跟光的传播相似,沿直线传播,故B项正确,A项错误;电磁波在介质中传播时,频率不变,而传播速度改变,由v=λf,可判断波长改变,C项错误;由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36000 km高的地方,用它作为微波中继站,只要有三颗,就能覆盖全球,D项正确。
任务3
问题引领
1.旋转调谐旋钮的目的就是使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最大,这个过程叫作调谐。
2.调节电容器的电容可以使接收电路的固有频率等于电磁波的频率,产生电谐振。
3.还需检波(也叫解调)环节。
知识生成　电谐振　调谐　可变电容器的电容　检波(也叫解调)
应用探究
例3　【答案】减少
【提示】利用电谐振。当接收电路的固有频率跟收到的电磁波频率相同时,此时该频率的电磁波在电路中激起的电流最强,而其他频率的电磁波在这个电路中激起的电流很弱,可忽略,这样就把需要的电磁波有选择地接收下来。这种现象叫作电谐振,它相当于机械振动中的共振。
【解析】电台接收不到频率较高的电磁波,说明接收电路的固有频率低于要接收的电磁波频率,此时的办法是提高接收电路的固有频率,根据f=可知,减少接收电路中线圈L1的匝数,可减小L,增大接收电路的固有频率f。
例4　【答案】BCD
【提示】(1)开放电路。(2)逆过程。
【解析】想要有效地发射电磁波,必须采用开放电路和高频发射,A项错误;一般的音频电流的频率较低,不能直接用来发射电磁波,B项正确;接收电磁波时会在接收电路中产生电谐振,与机械振动中的共振有些相似,C项正确;电视机要显示图像,必须通过检波过程,把有用的信号从高频调制信号中取出来,否则就不能显示,D项正确。
随堂检测·精评价
1.B　【解析】理论证明,电磁波发射本领(功率)与频率(f)成正比,电磁场尽可能扩散到周围空间,形成开放电路。f=,C=,要使f增大,应减小L或C,只有B项符合题意。
2.AC　【解析】波长越长越容易发生衍射,定位越不准确,因此定位采取微波的直线传播方式为好,D项错误。
3.A　【解析】室外天线处于空间变化的电磁场中,天线中产生了感应电流,此电流输送给LC电路,在电路中各电台信号激起的电流均存在,但只有频率与调谐电路频率相等的电磁波对应的电流最强,然后再通过解调处理输入后面电路,A项正确,B、C、D三项错误。
4.ACD　【解析】在接收电路中,经过调谐,使回路与所需接收的电磁波产生电谐振,回路中将会出现调幅振荡电流,经过检波,调幅振荡电流通过二极管使其正向通过,得到单向的电流。L1中由于电磁感应,产生的感应电动势的图像是同图2相似的,因为L2和D串联,所以当L2的电压与D反向时,电路不通,因此这时L2中没有电流,所以L2中的电流图像应是图3。高频部分通过C2,通过耳机的电流如同图4中的i3,只有低频的音频电流,故A、C、D三项正确。

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