資源簡介 3.電磁波譜4.無線電波的發射、傳播與接收5.無線電波與移動互聯網1.認識電磁波譜;知道各波段電磁波的主要作用及應用。2.知道電磁波的發射、傳播和接收的過程;了解無線電通信的發展情況。3.能正確區分調制、調幅、調頻、調諧、解調等概念。4.了解無線電波在移動互聯網中的應用。知識點一 電磁波譜1.概念:把電磁波按波長(或頻率)排列起來。2.電磁波譜的排列:按波長由長到短依次為:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。3.不同電磁波的特點及應用特點 用途無線電波 波動性強 通信、廣播、導航紅外線 熱作用強 加熱、遠測、遙感、紅外線制導可見光 感光性強 照明、照相等紫外線 化學作用、熒光效應 殺菌消毒、預防佝僂病等X射線 穿透力強 檢查、探測、透視、治療γ射線 穿透力最強 探測、治療 為什么超遠程無線電波利用無線電波中的長波波段,而雷達利用微波段?提示:超遠程無線電波用長波是利用其波長長,可以繞過障礙物的特點。雷達是利用微波的傳播方向性好的特點。知識點二 無線電波的發射1.要有效地發射電磁波,振蕩電路必須具有兩個條件(1)振蕩電路的電場和磁場必須分布到廣大的開放空間。(2)要有足夠高的振蕩頻率。頻率越高,發射電磁波的本領越大。2.發射前(1)載波:用來運載信號的高頻等幅電磁波。(2)調制:把傳遞的信號加到載波上的過程。①調幅:使高頻振蕩的振幅隨信號而變。②調頻:使高頻振蕩的頻率隨信號而變。 為什么發射電磁波必須調制?提示:因為傳遞的聲音、圖像等信號頻率低,不易直接發射出去。知識點三 無線電波的傳播1.地波:沿地球表面空間傳播的無線電波叫作地波。長波、中波和中短波可用作地波。地波在傳播過程中能量損失較大,傳播距離近,一般在幾百千米內。2.天波:依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫作天波。短波最適合以天波的形式傳播,可傳播到幾千千米外的地方。3.直線傳播:沿直線傳播的電磁波叫作空間波或視波。微波適合沿直線傳播,傳播距離為幾十千米,遠距離通信時需要設立中繼站。知識點四 無線電波的接收1.接收原理:電磁波在傳播時遇到導體會使導體里感應出振蕩電流,所以導體可用來接收電磁波,這個導體就是接收天線。2.電磁諧振:當振蕩電路的固有頻率與傳播來的電磁波的頻率相等時,電路中激起的感應電流最強,這種現象叫作電磁諧振,也稱為電諧振。3.調諧:使接收電路產生電諧振的過程叫作調諧。知識點五 無線電波與移動互聯網1.信息技術的核心內容:獲取、表達、存儲和傳遞。2.蜂窩系統:每一個固定的基站的工作范圍經過合理的調配后呈正六邊形,排列起來像蜂窩一樣,這就是“蜂窩系統”名字的由來。3.網絡協議:無線路由器以及與它相連的各種設備間遵守的一個共同的約定。設備間的連接方式除Wi-Fi 外還有藍牙和近場通信(NFC)等。4.用電磁波傳遞二進制數據:二進制數據也可以通過調幅波或調頻波向外傳播。 解調的目的是什么?提示:是把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。[預習體驗]思考辨析(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)電磁波按照頻率由高到低依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 (×)(2)電磁波的波長越長,相同時間傳遞的信息量越大。 (×)(3)頻率越高,振蕩電路發射電磁波的本領越大。 (√)(4)電視臺發射的電磁波都經過了調制。 (√)(5)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時,出現電諧振現象。 (√)(6)收音機能夠直接接收聲波。 (×)在我們身邊到處都有電磁波的影子,它的應用更是比比皆是。下面列出的設備中工作時所發出的波,哪些屬于電磁波?(1)微波爐加熱食物時發出的波。(2)電視發射塔發出的波。(3)互聯網光纜中傳播的波。(4)電視機遙控器發出的波。提示:都屬于電磁波。考點1 電磁波譜1.電磁波的共性(1)它們在本質上都是電磁波,它們的行為服從相同的規律,各波段之間的區別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式v=λf,它們在真空中的傳播速度都是c=3.0×108 m/s。(3)它們的傳播都不需要介質。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2.電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同,表現出不同的特性,波長越長越容易產生干涉、衍射現象,波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波,在不同介質中速度不同。不同頻率的電磁波,在同一種介質中傳播時,頻率越大折射率越大,速度越小。(3)產生機理不同和用途不同產生的機理 特點 用途無線電波 振蕩電路中電子周期性運動產生 波動性強 通信、廣播、導航等紅外線 原子的外層電子受激發后產生 熱作用強 加熱、遙測、遙感、紅外線制導等可見光 感光性強 照明、照相等紫外線 化學作用 熒光效應 殺菌消毒、治療皮膚病等X射線 原子的內層電子受激發后產生 穿透力強 檢查、探測、透視、治療等γ射線 原子核受激發后產生 穿透力最強 探測、治療等3.電磁波的傳播無線電波的分類及傳播方式如下表。波段 波長/m 頻率/MHz 傳播方式 主要用途長波 30 000~ 3 000 0.01~0.1 地波 廣播、導航中波 3 000~200 0.1~1.5 地波和 天波中短 波 200~50 1.5~6 天波 調幅(AM)廣播、導航短波 50~10 6~30微 波 米波 10~1 30~300 近似直 線傳播 調頻(FM)廣播、電視、導航分米波 1~0.1 300~3 000 直線 傳播 電視、雷達、移動通信、導航、射電天文厘米波 0.1~0.01 3 000~30 000毫米波 0.01~0.001 30 000~300 000【典例1】 下列說法正確的是( )A.各種電磁波中,最容易表現出干涉和衍射現象的是γ射線B.紅外線有顯著的熱效應,紫外線有顯著的熒光效應C.X射線的穿透本領比γ射線更強D.在電磁波譜中,X射線與γ射線有很大一部分重疊區域,因此兩者產生機理應該是一樣的B [在電磁波譜中最容易發生衍射的是無線電波,波長越長,波動性越明顯,故A不符合題意;紅外線有顯著的熱效應,紫外線有顯著的熒光效應,故B符合題意;X射線波長比γ射線長,穿透力不及γ射線,故C不符合題意;在電磁波譜中,X射線與γ射線有很大部分重疊區域,但二者產生機理不同,故D不符合題意。] X射線與γ射線都具有穿透能力,但γ射線的穿透能力最強,X射線能穿透人體,通常用作人體透視,而γ射線可以穿過幾厘米厚的鉛板,可以用于探測金屬內部的缺陷。[跟進訓練]1.(多選)電磁波在醫院得到了廣泛應用,關于電磁波的某些特性,下列說法正確的是( )A.紅外線測溫儀是利用了紅外線波長較長的特性B.胸透又稱熒光透視,是利用X射線具有穿透性,熒光性和攝影效應的特性C.伽瑪手術刀治療癌癥是利用γ射線強穿透力,能量高的特性D.醫用紫外滅菌燈是利用了紫外線的消毒特性BCD [紅外線測溫儀是利用了紅外線的熱效應,故A錯誤;X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應的特性,所以可以用來做胸透,故B正確;γ射線能量高、穿透力強,醫院常用γ射線照射癌細胞,治療癌癥,故C正確;醫院用紫外線燈照射的方法來消毒滅菌,故D正確。]考點2 電磁波的發射1.發射電路的兩個特點(1)發射頻率足夠高。(2)應用開放電路。2.調制(1)使電磁波隨各種信號而改變的技術叫作調制。(2)調制方法:調幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變。調頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變。3.無線電波的發射由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發出無線電波,向四周發射出去。【典例2】 (多選)為了增大無線電臺向空間發射無線電波的能力,對LC振蕩電路的結構可采用下列哪些措施( )A.減小電容器極板的正對面積B.增大電容器極板的間距C.增大自感線圈的匝數D.向外抽出鐵芯ABD [要增大無線電臺向空間發射電磁波的能力,必須提高其振蕩頻率,由f=知,減小L和C可以提高f。要減小L可采取減少線圈匝數、向外抽出鐵芯的辦法,要減小C可采取增大極板間距、減小極板正對面積、減小介電常數的辦法。故選ABD。] (1)無線電波的發射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需要傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發出無線電波,向四周發射出去。(2)一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號,都采用調幅波;電臺的調頻廣播和電視中的伴音信號,都采用調頻波。低頻信號類比成貨物,高頻波類比成運載工具,調制的過程類比成將貨物裝載到運載工具上。[跟進訓練]2.實際發射無線電波的過程如圖所示,高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩如圖甲所示,人對著話筒說話時產生低頻信號如圖乙所示。則發射出去的電磁波圖像應是( )A BC DB [使電磁波隨各種信號而改變的技術,叫作調制。調制共有兩種方式:一種是調幅,即通過改變電磁波的振幅來實現信號加載;另一種是調頻,通過改變頻率來實現信號加載,由各選項的圖形可知,該調制波為調幅波,即發射信號的振幅隨聲音信號振幅的變化而變化。故選B。]考點3 電磁波的接收1.原理利用電磁感應在接收電路產生和電磁波同頻率的電流。2.方法(1)利用調諧產生電諧振,使接收電路的感應電流最強。(2)利用解調把接收電路中的有用信號分離出來。(3)調諧和解調的區別:調諧就是一個選臺的過程,即選攜帶有用信號的高頻振蕩電流,在接收電路中產生最強的感應電流的過程;解調是將高頻電流中攜帶的有用信號分離出來的過程。【典例3】 (多選)下列說法正確的是( )A.當處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流B.當處于電諧振時,只有被接收的電磁波才能在接收電路中產生感應電流C.由調諧電路接收的感應電流,再經過耳機就可以聽到聲音了D.由調諧電路接收的感應電流,再經過檢波、放大,通過耳機才可以聽到聲音AD [當處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流,只不過頻率跟調諧電路固有頻率相等的電磁波在接收電路中激發的感應電流最強。由調諧電路接收的感應電流,要再經過檢波(也就是調制的逆過程)、放大,通過耳機才可以聽到聲音,故選A、D。] 相近概念的辨析技巧(1)調頻和調幅:這是調制的兩種方式,使電磁波的頻率隨信號改變的調制方式叫調頻;使電磁波的振幅隨信號改變的調制方式叫調幅。(2)調制和解調:把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫調制;把低頻電信號從高頻載波中檢出來叫解調,是調制的逆過程。[跟進訓練]3.(多選)藍牙設備使用無線電波連接手機和電腦。藍牙產品包含一塊小小的藍牙模塊以及支持連接的藍牙無線電和軟件。當兩臺藍牙設備想要相互交流時,它們需要進行配對。通過藍牙耳機發出聲音時,在接收電路中必須經過下列過程中的( )A.調幅 B.調頻 C.調諧 D.解調CD [接收電路中必須通過調諧接收到載有信號的電磁波,再通過解調得到聲音信號,C和D正確。]1.下列關于紫外線的說法正確的是 ( )A.照射紫外線可增進人體對鈣的吸收,因此人們應盡可能多地接受紫外線的照射B.一切高溫物體發出的光都含有紫外線C.紫外線有很強的熒光效應,常被用來防偽D.紫外線有殺菌消毒的作用,是因為其有熱效應C [紫外線有顯著的生理作用,殺菌能力較強,在醫療上有其應用,但是過多地接受紫外線的照射,對人體來說也是有害的,A、D錯誤;并不是所有的高溫物體發出的光都含有紫外線,B錯誤;紫外線有很強的熒光效應,可用來防偽,C正確。]2.簡單的、比較有效的電磁波的發射裝置,至少應具備以下電路中的( )①調諧電路 ②調制電路 ③高頻振蕩電路 ④開放振蕩電路A.①②③ B.②③④C.①④ D.①②④B [比較有效的發射電磁波的裝置應該有調制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路,調制電路是把需要發射的信號裝載在高頻電磁波上,高頻振蕩電路能產生高頻電磁波,開放振蕩電路能把電磁波發送得更遠,而調諧電路是在接收端需要的電路,故②③④正確。]3.如圖所示為電視接收信號過程的示意圖,其工作過程順序正確的是( )A.解調——放大——調諧——顯示B.調諧——放大——解調——顯示C.調諧——解調——放大——顯示D.放大——調諧——解調——顯示C [天線接收電磁波;調諧器選出某一頻率的電磁波;經高頻放大后,從高頻電磁波中取出音頻電信號,經檢波器后送到揚聲器;揚聲器把音頻電信號轉換成聲音,故接收過程的順序為調諧→解調→放大→顯示,故選C。]回歸本節知識,自我完成以下問題:(1)電磁波按波長由大到小的排列順序是怎樣的?提示:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。(2)怎樣提高發射電磁波的能力?提示:發射頻率足夠高,采用開放電路。(3)調諧和解調的區別?提示:調諧是選臺的過程,也就是選出攜帶有用信號的高頻振蕩電流。解調是將高頻電流中攜帶的有用信號分離出來。課時分層作業(十四) 電磁波譜 無線電波的 發射、傳播與接收 無線電波與移動互聯網?題組一 電磁波譜1.下列各組電磁波,按波長由長到短的順序排列正確的是( )A.γ射線、紅外線、紫外線、可見光B.紅外線、紫外線、可見光、γ射線C.可見光、紅外線、紫外線、γ射線D.紅外線、可見光、紫外線、γ射線D [依照波長的長短不同,波長由長到短的排列順序為:無線電波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,γ射線(伽馬射線)。故選D。]2.關于各種電磁波的性質比較,下列說法中正確的有( )A.由于紅外線的波長比可見光長,所以比可見光更難發生干涉、衍射B.由于γ射線的波長太短了,所以根本無法發生干涉、衍射C.無論哪一種電磁波,在真空中的傳播速度都相同D.γ射線的穿透能力最強,所以用來透視人體,檢查骨骼和其他病變情況C [由于紅外線的波長比可見光長,所以比可見光更容易衍射,故A錯誤;干涉、衍射是波的特有屬性,γ射線是電磁波,盡管γ射線的波長太短了,但仍能發生干涉、衍射,故B錯誤;根據麥克斯韋電磁理論,無論哪一種電磁波,在真空中的傳播速度都相同,故C正確;γ射線對人體有較大的傷害,所以一般不用來做透視,故D錯誤。]3.關于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是( )A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發出的紅外線波長和醫院“CT”中的X射線波長相同B [電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,A錯誤;手機在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B正確;太陽光中的可見光的傳播速度遠大于醫院“B超”中的超聲波的傳播速度,C錯誤;遙控器發出的紅外線波長大于醫院“CT”中的X射線波長,D錯誤。]?題組二 電磁波的發射4.關于無線電廣播發射過程中的振蕩器的作用,下列說法正確的是( )A.振蕩器的作用是產生等幅高頻信號B.振蕩器的作用是產生低頻音頻信號C.振蕩器的作用是產生高頻音頻信號D.振蕩器的作用是產生等幅低頻信號A [無線電廣播發射過程中的振蕩器的作用是產生等幅高頻信號,然后將聲音信號加載在振蕩器發出的電磁波上發射出去,A正確。]5.高考時很多地方在考場使用手機信號屏蔽器,該屏蔽器在工作過程中以一定的速度由低端頻率向高端頻率掃描。該掃描速度可以在手機接收報文信號時形成亂碼干擾,使手機不能檢測從基站發出的正常數據,從而不能與基站建立連接,達到屏蔽手機信號的目的,手機表現為搜索網絡、無信號、無服務系統等現象。由以上信息可知( )A.由于手機信號屏蔽器的作用,考場內沒有電磁波了B.電磁波必須在介質中才能傳播C.手機信號屏蔽器工作時,基站發出的電磁波不能傳播到考場內D.手機信號屏蔽器是通過發射電磁波干擾手機工作來達到目的的D [手機信號屏蔽器工作時,基站發出的電磁波仍能傳播到考場內,手機信號屏蔽器的作用只是使手機不能與基站建立連接,考場內仍然有電磁波,選項A、C錯誤;電磁波在真空中也可以傳播,選項B錯誤;手機信號屏蔽器是通過發射電磁波干擾手機工作來達到目的的,選項D正確。]?題組三 電磁波的接收6.世界各地有許多無線電臺同時廣播,用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音,而不是同時收聽到許多電臺的播音,其原因是( )A.因為收聽到的電臺離收音機最近B.因為收聽到的電臺頻率最高C.因為接收到的電臺電磁波能量最強D.因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的頻率相同,產生了電諧振D [選臺就是調諧過程,因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的頻率相同,產生了電諧振,使f固=f電磁波,在接收電路中產生電諧振激起的感應電流最強。故D正確,A、B、C錯誤。故選D。]7.(多選)如圖所示為調幅振蕩電流圖像,此電流存在于電磁波發射和接收中的哪些階段( )A.經調制后 B.經調諧后C.經檢波后 D.耳機中AB [為了把信號傳遞出去,需要將信號“加”到高頻振蕩電流上,這就是調制。而題圖是將信號加上后使高頻振蕩電流的振幅隨信號變化,這叫調幅。在接收電路中,經過調諧,回路中將出現調幅振蕩電流,經檢波后,調幅振蕩電流將被削去一半,而在耳機中只有低頻信號電流。故選AB。]8.(多選)調諧電路的可變電容器的動片從完全旋出到完全旋入仍接收不到較高頻率的電臺發出的電信號,要收到該電臺的信號,可采用下列何種辦法( )A.增加調諧電路中線圈的匝數B.加大電源電壓C.減少調諧電路中線圈的匝數D.將線圈中的鐵芯取走CD [當調諧電路的固有頻率等于電臺發出信號的頻率時發生電諧振才能收聽到電臺信號。由題意知收不到電信號的原因是調諧電路固有頻率低,由f=可知,在C無法再調節的前提下,可減小自感系數L,即可通過選項C、D的操作升高調諧電路的固有頻率。]9.某居住地A位于某山脈的一側,山脈的另一側P處建有無線電波發射站,如圖所示。該發射站可發送頻率為400 kHz的中波和400 MHz的微波,已知無線電波在空氣中的傳播速度都為3×108 m/s,求:(1)該中波和微波的波長各是多少?(2)發射站發出的電磁波是經過干涉還是衍射后到達居住地A處的?(3)若兩種波的接收效果不同,請說明哪一種波的接收效果更好,為什么?[解析] (1)由λ=知,中波的波長為λ1=750 m,微波的波長為λ2=0.75 m。(2)無線電波繞過山脈到達A處,發生了衍射現象。(3)中波的接收效果更好,因為它的波長長,衍射現象更明顯。[答案] (1)750 m 0.75 m (2)衍射 (3)中波的接收效果好,因為它的波長長,衍射效果更好10.如圖是一款磁懸浮藍牙音箱,可實現與手機的無線信息傳遞,底座通電后,上面的磁體音箱就會在底座產生的磁場作用下懸浮起來,下列說法不正確的是( )A.音箱懸浮時在豎直方向受到兩個力,即重力和磁場的作用力B.底座通電后能產生磁場,與電動機的工作原理相同C.音箱懸浮利用了同名磁極相互排斥D.無線信息傳遞利用的電磁波在空氣中的傳播速度約為3×108 m/sB [音箱懸浮時處于平衡狀態,它受到豎直向下的重力和豎直向上的磁場的作用力,是一對平衡力,A正確;底座通電后能產生磁場是因為通電導體周圍存在磁場,而電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受力轉動,B錯誤;音箱懸浮利用了同名磁極相互排斥的原理,C正確;電磁波在空氣中的傳播速度是約3×108 m/s,D正確。故選B。]11.降噪耳機越來越受到年輕人的喜愛。某型號降噪耳機的工作原理如圖所示,降噪過程包括如下幾個環節:首先,由安置于耳機內的微型麥克風采集耳朵能聽到的環境中的中、低頻噪聲(比如100~1 000 Hz);接下來,將噪聲信號傳至降噪電路,降噪電路對環境噪聲進行實時分析、運算等處理工作;在降噪電路處理完成后,通過揚聲器向外發出與噪聲相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲;最后,我們的耳朵就會感覺到噪聲減弱甚至消失了。對于該降噪耳機的下述說法中,正確的有( )A.該耳機正常使用時,降噪電路發出的聲波與周圍環境的噪聲能夠完全抵消B.該耳機正常使用時,該降噪耳機能夠消除來自周圍環境中所有頻率的噪聲C.如果降噪電路能處理的噪聲頻譜寬度變小,則該耳機降噪效果一定會更好D.如果降噪電路處理信息的速度大幅度變慢,則耳機使用者可能會聽到更強的噪聲D [因周圍環境產生的噪聲頻率在100~1 000 Hz范圍之內,而降噪電路只能發出某一種與噪聲相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲,所以降噪電路發出的聲波與周圍環境的噪聲不能夠完全抵消,即不能完全消除來自周圍環境中所有頻率的噪聲,選項A、B錯誤;如果降噪電路能處理的噪聲頻譜寬度變大,則該耳機降噪效果一定會更好,選項C錯誤;如果降噪電路處理信息的速度大幅度變慢,則在降噪電路處理完成后,通過揚聲器可能會向外發出與噪聲相位相同、振幅相同的聲波來加強噪聲,則耳機使用者可能會聽到更強的噪聲,選項D正確。]12.近場通信(NFC)是一種短距高頻的無線電技術,其主要結構就是線圈和電容組成的類似LC振蕩電路的并聯諧振電路,其終端有主動、被動和雙向三種模式,最常見的被動模式廣泛應用于公交卡、門禁卡、校園一卡通等。刷卡時,電路發生電諧振,給電容器充電,達到一定電壓后,在讀卡設備發出的射頻場中響應,被讀或寫入信息。下列說法正確的是( )A.LC電路的電容器在充電時,電流增大B.如果增大LC電路中電容器兩極板間距離,振蕩周期將增大C.LC電路中,電容器充電時,線圈中自感電動勢增大D.電磁波發射時,使電磁波隨各種信號而改變的技術叫電諧振C [LC電路的電容器在充電時,電流減小,故A錯誤;增大LC電路中電容器兩極板間距離,電容器的電容會變小,根據T=2π可知,LC電路的振蕩周期將減小,故B錯誤;LC電路中,電容器充電時,電流減小得越來越快,線圈中的自感電動勢增大,故C正確;電磁波發射時,使電磁波隨各種信號而改變的技術叫調制,故D錯誤。]13.如圖所示,線圈的自感系數為3 μH,在線圈的中間有抽頭2,電容器的電容可在150~300 pF之間變化,S為轉換開關。求此回路的最大周期和最大頻率。[解析] 根據T=2π得Tmax=2π=2π s≈1.88×10-7 s,根據f=得fmax= Hz≈1.06×107 Hz。[答案] 1.88×10-7 s 1.06×107 Hz(共58張PPT)3.電磁波譜 4.無線電波的發射、傳播與接收 5.無線電波與移動互聯網第四章 電磁振蕩與電磁波學習任務1.認識電磁波譜;知道各波段電磁波的主要作用及應用。2.知道電磁波的發射、傳播和接收的過程;了解無線電通信的發展情況。3.能正確區分調制、調幅、調頻、調諧、解調等概念。4.了解無線電波在移動互聯網中的應用。必備知識·自主預習儲備知識點一 電磁波譜1.概念:把電磁波按波長(或頻率)排列起來。2.電磁波譜的排列:按波長由長到短依次為:________、紅外線、______、紫外線、X射線、_____。無線電波可見光γ射線3.不同電磁波的特點及應用 特點 用途無線電波 波動性強 通信、廣播、導航紅外線 熱作用強 加熱、遠測、遙感、紅外線制導可見光 感光性強 照明、照相等紫外線 化學作用、熒光效應 殺菌消毒、預防佝僂病等X射線 穿透力強 檢查、探測、透視、治療γ射線 穿透力最強 探測、治療思考 為什么超遠程無線電波利用無線電波中的長波波段,而雷達利用微波段?提示:超遠程無線電波用長波是利用其波長長,可以繞過障礙物的特點。雷達是利用微波的傳播方向性好的特點。知識點二 無線電波的發射1.要有效地發射電磁波,振蕩電路必須具有兩個條件(1)振蕩電路的電場和磁場必須分布到廣大的開放空間。(2)要有______的振蕩頻率。頻率越高,發射電磁波的本領越大。2.發射前(1)載波:用來運載信號的________電磁波。(2)調制:把傳遞的信號加到載波上的過程。①調幅:使高頻振蕩的振幅隨信號而變。②調頻:使高頻振蕩的頻率隨信號而變。思考 為什么發射電磁波必須調制?提示:因為傳遞的聲音、圖像等信號頻率低,不易直接發射出去。足夠高高頻等幅知識點三 無線電波的傳播1.地波:沿地球表面空間傳播的無線電波叫作地波。____、____和中短波可用作地波。地波在傳播過程中____損失較大,傳播距離近,一般在幾百千米內。2.天波:依靠______的反射來傳播的無線電波叫作天波。____最適合以天波的形式傳播,可傳播到幾千千米外的地方。3.直線傳播:沿直線傳播的電磁波叫作空間波或視波。____適合沿直線傳播,傳播距離為幾十千米,遠距離通信時需要設立______。長波中波能量電離層短波微波中繼站知識點四 無線電波的接收1.接收原理:電磁波在傳播時遇到____會使導體里感應出振蕩電流,所以導體可用來接收電磁波,這個導體就是接收____。2.電磁諧振:當振蕩電路的________與傳播來的電磁波的____相等時,電路中激起的感應電流最強,這種現象叫作電磁諧振,也稱為電諧振。3.調諧:使接收電路產生______的過程叫作調諧。導體天線固有頻率頻率電諧振知識點五 無線電波與移動互聯網1.信息技術的核心內容:獲取、表達、____和____。2.蜂窩系統:每一個固定的____的工作范圍經過合理的調配后呈正六邊形,排列起來像蜂窩一樣,這就是“蜂窩系統”名字的由來。3.網絡協議:無線路由器以及與它相連的各種設備間遵守的一個共同的約定。設備間的連接方式除Wi-Fi 外還有藍牙和近場通信(____)等。4.用電磁波傳遞二進制數據:二進制數據也可以通過調幅波或______向外傳播。提示:是把聲音或圖像信號從高頻電流中還原出來。思考 解調的目的是什么?存儲傳遞基站NFC調頻波[預習體驗]思考辨析(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)電磁波按照頻率由高到低依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 ( )(2)電磁波的波長越長,相同時間傳遞的信息量越大。 ( )(3)頻率越高,振蕩電路發射電磁波的本領越大。 ( )(4)電視臺發射的電磁波都經過了調制。 ( )(5)當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時,出現電諧振現象。 ( )(6)收音機能夠直接接收聲波。 ( )××√√√×關鍵能力·情境探究達成在我們身邊到處都有電磁波的影子,它的應用更是比比皆是。下面列出的設備中工作時所發出的波,哪些屬于電磁波?(1)微波爐加熱食物時發出的波。(2)電視發射塔發出的波。(3)互聯網光纜中傳播的波。(4)電視機遙控器發出的波。提示:都屬于電磁波。考點1 電磁波譜1.電磁波的共性(1)它們在本質上都是電磁波,它們的行為服從相同的規律,各波段之間的區別并沒有絕對的意義。(2)都遵守公式v=λf,它們在真空中的傳播速度都是c=3.0×108 m/s。(3)它們的傳播都不需要介質。(4)它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。2.電磁波的個性(1)不同電磁波的頻率或波長不同,表現出不同的特性,波長越長越容易產生干涉、衍射現象,波長越短穿透能力越強。(2)同頻率的電磁波,在不同介質中速度不同。不同頻率的電磁波,在同一種介質中傳播時,頻率越大折射率越大,速度越小。(3)產生機理不同和用途不同 產生的機理 特點 用途無線電波 振蕩電路中電子周期性運動產生 波動性強 通信、廣播、導航等紅外線 原子的外層電子受激發后產生 熱作用強 加熱、遙測、遙感、紅外線制導等可見光 感光性強 照明、照相等紫外線 化學作用熒光效應 殺菌消毒、治療皮膚病等 產生的機理 特點 用途X射線 原子的內層電子受激發后產生 穿透力強 檢查、探測、透視、治療等γ射線 原子核受激發后產生 穿透力最強 探測、治療等3.電磁波的傳播無線電波的分類及傳播方式如下表。波段 波長/m 頻率/MHz 傳播方式 主要用途長波 30 000~3 000 0.01~0.1 地波 廣播、導航中波 3 000~200 0.1~1.5 地波和天波中短波 200~50 1.5~6 天波 調幅(AM)廣播、導航短波 50~10 6~30波段 波長/m 頻率/MHz 傳播方式 主要用途微波 米波 10~1 30~300 近似直線傳播 調頻(FM)廣播、電視、導航分米波 1~0.1 300~3 000 直線傳播 電視、雷達、移動通信、導航、射電天文厘米波 0.1~0.01 3 000~30 000毫米波 0.01~0.001 30 000~300 000【典例1】 下列說法正確的是( )A.各種電磁波中,最容易表現出干涉和衍射現象的是γ射線B.紅外線有顯著的熱效應,紫外線有顯著的熒光效應C.X射線的穿透本領比γ射線更強D.在電磁波譜中,X射線與γ射線有很大一部分重疊區域,因此兩者產生機理應該是一樣的√B [在電磁波譜中最容易發生衍射的是無線電波,波長越長,波動性越明顯,故A不符合題意;紅外線有顯著的熱效應,紫外線有顯著的熒光效應,故B符合題意;X射線波長比γ射線長,穿透力不及γ射線,故C不符合題意;在電磁波譜中,X射線與γ射線有很大部分重疊區域,但二者產生機理不同,故D不符合題意。]規律方法 X射線與γ射線都具有穿透能力,但γ射線的穿透能力最強,X射線能穿透人體,通常用作人體透視,而γ射線可以穿過幾厘米厚的鉛板,可以用于探測金屬內部的缺陷。[跟進訓練]1.(多選)電磁波在醫院得到了廣泛應用,關于電磁波的某些特性,下列說法正確的是( )A.紅外線測溫儀是利用了紅外線波長較長的特性B.胸透又稱熒光透視,是利用X射線具有穿透性,熒光性和攝影效應的特性C.伽瑪手術刀治療癌癥是利用γ射線強穿透力,能量高的特性D.醫用紫外滅菌燈是利用了紫外線的消毒特性√√√BCD [紅外線測溫儀是利用了紅外線的熱效應,故A錯誤;X射線具有穿透性、熒光性和攝影效應的特性,所以可以用來做胸透,故B正確;γ射線能量高、穿透力強,醫院常用γ射線照射癌細胞,治療癌癥,故C正確;醫院用紫外線燈照射的方法來消毒滅菌,故D正確。]考點2 電磁波的發射1.發射電路的兩個特點(1)發射頻率足夠高。(2)應用開放電路。2.調制(1)使電磁波隨各種信號而改變的技術叫作調制。(2)調制方法:調幅:使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變。調頻:使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變。3.無線電波的發射由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發出無線電波,向四周發射出去。【典例2】 (多選)為了增大無線電臺向空間發射無線電波的能力,對LC振蕩電路的結構可采用下列哪些措施( )A.減小電容器極板的正對面積B.增大電容器極板的間距C.增大自感線圈的匝數D.向外抽出鐵芯√√√規律方法 (1)無線電波的發射:由振蕩器(常用LC振蕩電路)產生高頻振蕩電流,用調制器將需要傳送的電信號調制到振蕩電流上,再耦合到一個開放電路中激發出無線電波,向四周發射出去。(2)一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號,都采用調幅波;電臺的調頻廣播和電視中的伴音信號,都采用調頻波。低頻信號類比成貨物,高頻波類比成運載工具,調制的過程類比成將貨物裝載到運載工具上。[跟進訓練]2.實際發射無線電波的過程如圖所示,高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩如圖甲所示,人對著話筒說話時產生低頻信號如圖乙所示。則發射出去的電磁波圖像應是( )A BC D√B [使電磁波隨各種信號而改變的技術,叫作調制。調制共有兩種方式:一種是調幅,即通過改變電磁波的振幅來實現信號加載;另一種是調頻,通過改變頻率來實現信號加載,由各選項的圖形可知,該調制波為調幅波,即發射信號的振幅隨聲音信號振幅的變化而變化。故選B。]考點3 電磁波的接收1.原理利用電磁感應在接收電路產生和電磁波同頻率的電流。2.方法(1)利用調諧產生電諧振,使接收電路的感應電流最強。(2)利用解調把接收電路中的有用信號分離出來。(3)調諧和解調的區別:調諧就是一個選臺的過程,即選攜帶有用信號的高頻振蕩電流,在接收電路中產生最強的感應電流的過程;解調是將高頻電流中攜帶的有用信號分離出來的過程。【典例3】 (多選)下列說法正確的是( )A.當處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流B.當處于電諧振時,只有被接收的電磁波才能在接收電路中產生感應電流C.由調諧電路接收的感應電流,再經過耳機就可以聽到聲音了D.由調諧電路接收的感應電流,再經過檢波、放大,通過耳機才可以聽到聲音√√AD [當處于電諧振時,所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流,只不過頻率跟調諧電路固有頻率相等的電磁波在接收電路中激發的感應電流最強。由調諧電路接收的感應電流,要再經過檢波(也就是調制的逆過程)、放大,通過耳機才可以聽到聲音,故選A、D。]規律方法 相近概念的辨析技巧(1)調頻和調幅:這是調制的兩種方式,使電磁波的頻率隨信號改變的調制方式叫調頻;使電磁波的振幅隨信號改變的調制方式叫調幅。(2)調制和解調:把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫調制;把低頻電信號從高頻載波中檢出來叫解調,是調制的逆過程。[跟進訓練]3.(多選)藍牙設備使用無線電波連接手機和電腦。藍牙產品包含一塊小小的藍牙模塊以及支持連接的藍牙無線電和軟件。當兩臺藍牙設備想要相互交流時,它們需要進行配對。通過藍牙耳機發出聲音時,在接收電路中必須經過下列過程中的( )A.調幅 B.調頻 C.調諧 D.解調CD [接收電路中必須通過調諧接收到載有信號的電磁波,再通過解調得到聲音信號,C和D正確。]√√學習效果·隨堂評估自測√1.下列關于紫外線的說法正確的是 ( )A.照射紫外線可增進人體對鈣的吸收,因此人們應盡可能多地接受紫外線的照射B.一切高溫物體發出的光都含有紫外線C.紫外線有很強的熒光效應,常被用來防偽D.紫外線有殺菌消毒的作用,是因為其有熱效應C [紫外線有顯著的生理作用,殺菌能力較強,在醫療上有其應用,但是過多地接受紫外線的照射,對人體來說也是有害的,A、D錯誤;并不是所有的高溫物體發出的光都含有紫外線,B錯誤;紫外線有很強的熒光效應,可用來防偽,C正確。]√2.簡單的、比較有效的電磁波的發射裝置,至少應具備以下電路中的( )①調諧電路 ②調制電路 ③高頻振蕩電路 ④開放振蕩電路A.①②③ B.②③④ C.①④ D.①②④B [比較有效的發射電磁波的裝置應該有調制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路,調制電路是把需要發射的信號裝載在高頻電磁波上,高頻振蕩電路能產生高頻電磁波,開放振蕩電路能把電磁波發送得更遠,而調諧電路是在接收端需要的電路,故②③④正確。]√3.如圖所示為電視接收信號過程的示意圖,其工作過程順序正確的是( )A.解調——放大——調諧——顯示B.調諧——放大——解調——顯示C.調諧——解調——放大——顯示D.放大——調諧——解調——顯示C [天線接收電磁波;調諧器選出某一頻率的電磁波;經高頻放大后,從高頻電磁波中取出音頻電信號,經檢波器后送到揚聲器;揚聲器把音頻電信號轉換成聲音,故接收過程的順序為調諧→解調→放大→顯示,故選C。]回歸本節知識,自我完成以下問題:(1)電磁波按波長由大到小的排列順序是怎樣的?提示:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。(2)怎樣提高發射電磁波的能力?提示:發射頻率足夠高,采用開放電路。(3)調諧和解調的區別?提示:調諧是選臺的過程,也就是選出攜帶有用信號的高頻振蕩電流。解調是將高頻電流中攜帶的有用信號分離出來。題號課時分層作業(十四) 電磁波譜 無線電波的發射、傳播與接收 無線電波與移動互聯網13524687910111213√?題組一 電磁波譜1.下列各組電磁波,按波長由長到短的順序排列正確的是( )A.γ射線、紅外線、紫外線、可見光B.紅外線、紫外線、可見光、γ射線C.可見光、紅外線、紫外線、γ射線D.紅外線、可見光、紫外線、γ射線D [依照波長的長短不同,波長由長到短的排列順序為:無線電波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,γ射線(伽馬射線)。故選D。]題號21345687910111213√2.關于各種電磁波的性質比較,下列說法中正確的有( )A.由于紅外線的波長比可見光長,所以比可見光更難發生干涉、衍射B.由于γ射線的波長太短了,所以根本無法發生干涉、衍射C.無論哪一種電磁波,在真空中的傳播速度都相同D.γ射線的穿透能力最強,所以用來透視人體,檢查骨骼和其他病變情況題號21345687910111213C [由于紅外線的波長比可見光長,所以比可見光更容易衍射,故A錯誤;干涉、衍射是波的特有屬性,γ射線是電磁波,盡管γ射線的波長太短了,但仍能發生干涉、衍射,故B錯誤;根據麥克斯韋電磁理論,無論哪一種電磁波,在真空中的傳播速度都相同,故C正確;γ射線對人體有較大的傷害,所以一般不用來做透視,故D錯誤。]題號32456879101112131√3.關于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是( )A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發出的紅外線波長和醫院“CT”中的X射線波長相同B [電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,A錯誤;手機在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B正確;太陽光中的可見光的傳播速度遠大于醫院“B超”中的超聲波的傳播速度,C錯誤;遙控器發出的紅外線波長大于醫院“CT”中的X射線波長,D錯誤。]題號42356879101112131√?題組二 電磁波的發射4.關于無線電廣播發射過程中的振蕩器的作用,下列說法正確的是( )A.振蕩器的作用是產生等幅高頻信號B.振蕩器的作用是產生低頻音頻信號C.振蕩器的作用是產生高頻音頻信號D.振蕩器的作用是產生等幅低頻信號A [無線電廣播發射過程中的振蕩器的作用是產生等幅高頻信號,然后將聲音信號加載在振蕩器發出的電磁波上發射出去,A正確。]題號24536879101112131√5.高考時很多地方在考場使用手機信號屏蔽器,該屏蔽器在工作過程中以一定的速度由低端頻率向高端頻率掃描。該掃描速度可以在手機接收報文信號時形成亂碼干擾,使手機不能檢測從基站發出的正常數據,從而不能與基站建立連接,達到屏蔽手機信號的目的,手機表現為搜索網絡、無信號、無服務系統等現象。由以上信息可知( )A.由于手機信號屏蔽器的作用,考場內沒有電磁波了B.電磁波必須在介質中才能傳播C.手機信號屏蔽器工作時,基站發出的電磁波不能傳播到考場內D.手機信號屏蔽器是通過發射電磁波干擾手機工作來達到目的的題號24536879101112131D [手機信號屏蔽器工作時,基站發出的電磁波仍能傳播到考場內,手機信號屏蔽器的作用只是使手機不能與基站建立連接,考場內仍然有電磁波,選項A、C錯誤;電磁波在真空中也可以傳播,選項B錯誤;手機信號屏蔽器是通過發射電磁波干擾手機工作來達到目的的,選項D正確。]題號24536879101112131√?題組三 電磁波的接收6.世界各地有許多無線電臺同時廣播,用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音,而不是同時收聽到許多電臺的播音,其原因是( )A.因為收聽到的電臺離收音機最近B.因為收聽到的電臺頻率最高C.因為接收到的電臺電磁波能量最強D.因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的頻率相同,產生了電諧振D [選臺就是調諧過程,因為接收到的電臺電磁波與收音機調諧電路的頻率相同,產生了電諧振,使f固=f電磁波,在接收電路中產生電諧振激起的感應電流最強。故D正確,A、B、C錯誤。故選D。]題號24537689101112131√7.(多選)如圖所示為調幅振蕩電流圖像,此電流存在于電磁波發射和接收中的哪些階段( ) A.經調制后 B.經調諧后C.經檢波后 D.耳機中√題號24537689101112131AB [為了把信號傳遞出去,需要將信號“加”到高頻振蕩電流上,這就是調制。而題圖是將信號加上后使高頻振蕩電流的振幅隨信號變化,這叫調幅。在接收電路中,經過調諧,回路中將出現調幅振蕩電流,經檢波后,調幅振蕩電流將被削去一半,而在耳機中只有低頻信號電流。故選AB。]題號24538679101112131√8.(多選)調諧電路的可變電容器的動片從完全旋出到完全旋入仍接收不到較高頻率的電臺發出的電信號,要收到該電臺的信號,可采用下列何種辦法( )A.增加調諧電路中線圈的匝數B.加大電源電壓C.減少調諧電路中線圈的匝數D.將線圈中的鐵芯取走√題號24538679101112131題號924538671011121319.某居住地A位于某山脈的一側,山脈的另一側P處建有無線電波發射站,如圖所示。該發射站可發送頻率為400 kHz的中波和400 MHz的微波,已知無線電波在空氣中的傳播速度都為3×108 m/s,求:(1)該中波和微波的波長各是多少?(2)發射站發出的電磁波是經過干涉還是衍射后到達居住地A處的?(3)若兩種波的接收效果不同,請說明哪一種波的接收效果更好,為什么?題號92453867101112131[答案] (1)750 m 0.75 m (2)衍射 (3)中波的接收效果好,因為它的波長長,衍射效果更好題號92453867101112131√10.如圖是一款磁懸浮藍牙音箱,可實現與手機的無線信息傳遞,底座通電后,上面的磁體音箱就會在底座產生的磁場作用下懸浮起來,下列說法不正確的是( ) A.音箱懸浮時在豎直方向受到兩個力,即重力和磁場的作用力B.底座通電后能產生磁場,與電動機的工作原理相同C.音箱懸浮利用了同名磁極相互排斥D.無線信息傳遞利用的電磁波在空氣中的傳播速度約為3×108 m/s題號92453867101112131B [音箱懸浮時處于平衡狀態,它受到豎直向下的重力和豎直向上的磁場的作用力,是一對平衡力,A正確;底座通電后能產生磁場是因為通電導體周圍存在磁場,而電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受力轉動,B錯誤;音箱懸浮利用了同名磁極相互排斥的原理,C正確;電磁波在空氣中的傳播速度是約3×108 m/s,D正確。故選B。]題號9245386710111213111.降噪耳機越來越受到年輕人的喜愛。某型號降噪耳機的工作原理如圖所示,降噪過程包括如下幾個環節:首先,由安置于耳機內的微型麥克風采集耳朵能聽到的環境中的中、低頻噪聲(比如100~1 000 Hz);接下來,將噪聲信號傳至降噪電路,降噪電路對環境噪聲進行實時分析、運算等處理工作;在降噪電路處理完成后,通過揚聲器向外發出與噪聲相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲;最后,我們的耳朵就會感覺到噪聲減弱甚至消失了。對于該降噪耳機的下述說法中,正確的有( )題號92453867101112131√A.該耳機正常使用時,降噪電路發出的聲波與周圍環境的噪聲能夠完全抵消B.該耳機正常使用時,該降噪耳機能夠消除來自周圍環境中所有頻率的噪聲C.如果降噪電路能處理的噪聲頻譜寬度變小,則該耳機降噪效果一定會更好D.如果降噪電路處理信息的速度大幅度變慢,則耳機使用者可能會聽到更強的噪聲題號92453867101112131D [因周圍環境產生的噪聲頻率在100~1 000 Hz范圍之內,而降噪電路只能發出某一種與噪聲相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲,所以降噪電路發出的聲波與周圍環境的噪聲不能夠完全抵消,即不能完全消除來自周圍環境中所有頻率的噪聲,選項A、B錯誤;如果降噪電路能處理的噪聲頻譜寬度變大,則該耳機降噪效果一定會更好,選項C錯誤;如果降噪電路處理信息的速度大幅度變慢,則在降噪電路處理完成后,通過揚聲器可能會向外發出與噪聲相位相同、振幅相同的聲波來加強噪聲,則耳機使用者可能會聽到更強的噪聲,選項D正確。]題號9245386710111213112.近場通信(NFC)是一種短距高頻的無線電技術,其主要結構就是線圈和電容組成的類似LC振蕩電路的并聯諧振電路,其終端有主動、被動和雙向三種模式,最常見的被動模式廣泛應用于公交卡、門禁卡、校園一卡通等。刷卡時,電路發生電諧振,給電容器充電,達到一定電壓后,在讀卡設備發出的射頻場中響應,被讀或寫入信息。下列說法正確的是( )A.LC電路的電容器在充電時,電流增大B.如果增大LC電路中電容器兩極板間距離,振蕩周期將增大C.LC電路中,電容器充電時,線圈中自感電動勢增大D.電磁波發射時,使電磁波隨各種信號而改變的技術叫電諧振√題號92453867101112131題號9245386710111213113.如圖所示,線圈的自感系數為3 μH,在線圈的中間有抽頭2,電容器的電容可在150~300 pF之間變化,S為轉換開關。求此回路的最大周期和最大頻率。[答案] 1.88×10-7 s 1.06×107 Hz 展開更多...... 收起↑ 資源列表 教科版高中物理選擇性必修第二冊第四章3電磁波譜4無線電波的發射傳播與接收5無線電波與移動互聯網學案.docx 教科版高中物理選擇性必修第二冊第四章3電磁波譜4無線電波的發射傳播與接收5無線電波與移動互聯網課件.ppt 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫