資源簡介

第四章　3
基礎達標練
1．(2024·江蘇徐州高二期中)5G網絡使用的無線電波通信頻率是3.0 GHz以上的超高頻段和極高頻段，比目前通信頻率在0.3 GHz～3.0 GHz間的特高頻段的4G網絡擁有更大的帶寬和更快的傳輸速率，如圖所示5G網絡的傳輸速率是4G網絡的50～100倍。與4G網絡相比( 　 )
A．5G信號的波長更長
B．5G信號的傳播速度更大
C．5G信號相同時間內能傳遞更大的信息量
D．5G信號的衍射更明顯，因此5G基站搭建更稀疏
答案：C
解析：因5G信號的頻率更高，則波長更小，故A錯誤；任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，故B錯誤；5G信號的帶寬更大，并且由于5G信號頻率更高，波長更短，故相同時間內傳遞的信息量比4G信號更大，故C正確；由于5G信號的頻率更高，則波長小，其衍射更不明顯，因此5G基站搭建更密集，故D錯誤。
2．(2024·北京通州高三期末)500米口徑球面射電望遠鏡(簡稱FAST)被稱為“中國天眼”，是中國科學院國家天文臺的一座射電望遠鏡，若其工作頻率范圍是7×107 Hz～3×109 Hz，那么它觀測到的電磁波最長波長( 　 )
A．約0.1米 B．約4米
C．約40米 D．約1 000米
答案：B
解析：頻率最小的電磁波的波長最長，則最長波長為λ＝＝ m≈4 m，故選B。
3．有一個LC接收電路，原來接收較低頻率的電磁波，現在要想接收較高頻率的電磁波，下列方法正確的是( 　 )
A．增加電源電壓
B．使用調頻的調制方式
C．把可變電容器的動片適當旋出一些
D．在線圈中插入鐵芯
答案：C
解析：要想增大LC電路接收電磁波的頻率，由公式f＝可知，應減小電容或電感，A、B錯誤；把可變電容器的動片適當旋出一些，減小了電容，符合題目要求，C正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不符合題目要求，D錯誤。
4．已知某LC振蕩電路向外發射的電磁波的波長和頻率分別為λ、f，當該LC振蕩電路中的電容器的電容變為原來的時，該LC振蕩電路向外發射的電磁波的波長和頻率變為( 　 )
A．λ，4f B．λ，2f
C．2λ，f D．4λ，f
答案：B
解析：由f＝可知，電容C減小到原來的時，振蕩頻率f增大到原來的2倍；由公式λ＝可知，電磁波速度v不變，其波長λ∝，所以波長減小到原來的，B正確。
5．關于電磁波的發射與接收，下列說法中正確的是( 　 )
A．調頻與調幅都是用高頻載波發送信號，原理相同，無本質區別
B．解調是將低頻信號加載到高頻電磁波上進行發射傳送的過程
C．調諧就是將接收電路的振幅調至與載波的振幅相同
D．調諧是將接收電路的固有頻率調至與接收的電磁波頻率相同
答案：D
解析：調頻與調幅都是用高頻載波發送信號，但是原理不同，A錯誤；解調是接收電磁波過程中的步驟，是將低頻信號從高頻載波中分離出來的過程，B錯誤；調諧是將接收電路的頻率調至與載波的頻率相同，C錯誤，D正確。
6．(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
答案：AB
解析：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。而圖像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。
7．如圖為磁共振無線充電的示意圖，當接收電路的固有頻率與發射電路線圈產生的磁場振動頻率一致的時候，產生磁共振，從而進行能量的傳遞。該過程類似于無線電發射與接收環節中的( 　 )
A．調幅 B．調頻
C．調諧 D．解調
答案：C
解析：調諧是指調節一個振蕩電路的頻率使它與另一個正在發生振蕩的振蕩電路(或電磁波)發生電諧振，所以C正確。
8．一品牌雙波段(中、短波段)收音機的接收電路原理簡化結構如圖所示，通過切換開關S和旋轉可變電容器動片來改變LC回路中的電感L和電容C，從而實現接收不同波段的信號。則( 　 )
A．調制是指通過調節L、C，使接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相等
B．接收電路的固有頻率與需要接收的電磁波頻率不相等時，接收電路將無法接收該電磁波
C．使S接b且動片完全旋入，可接收到波長最短的電磁波
D．使S從b打到a，同時動片旋出，接收到的電磁波頻率可能不變
答案：D
解析：調諧是通過調節L、C，使接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相等，A錯誤；接收電路的固有頻率與需要接收的電磁波頻率不相等時，該電磁波在接收電路中引起的振蕩電流不是最強的，但仍可接收到該電磁波，B錯誤；頻率越大接收到的波長越短，S接b時L小，動片完全旋入時C大，由公式f＝知，接收電路的固有頻率可能不變，接收到的電磁波波長可能保持不變且不是最短的；同理，S接a時L大，動片完全旋出時C小，接收電路的固有頻率可能不變，接收到的電磁波頻率可能不變，C錯誤，D正確。
9．某雷達工作時，發射電磁波的波長λ＝20 cm，每秒發射的脈沖數n＝5 000個，每個脈沖持續時間t＝0.02 μs。求電磁波的振蕩頻率和雷達的最大探測距離。
答案：1.5×109 Hz　30 km
解析：由c＝fλ，可得電磁波的振蕩頻率f＝＝ Hz＝1.5×109 Hz。電磁波在雷達發射相鄰兩個脈沖的時間間隔內傳播的距離s＝cΔt＝c＝3×108× m＝6×104 m，所以雷達的最大探測距離s′＝＝3×104 m＝30 km。
能力提升練
10．我國近日建成了世界上首個民用極低頻大功率電磁波發射臺，其探測半徑達數千公里，探測深度達十公里，形成了可覆蓋我國領土和領海的高信噪比極低頻電磁波信號源，為了使需要傳遞的信息(如聲音、圖像等)裝載在電磁波上發射到遠方，必須對振蕩電流進行( 　 )
A．調諧 B．放大
C．調制 D．解調
答案：C
解析：要遠距離發送電磁波，必須進行調制，故選C。
11．收音機的調諧電路中線圈的自感系數為L，要想接收波長為λ的電磁波，應把調諧電路中電容器的電容調至(c為光速)( 　 )
A． B．
C． D．
答案：D
解析：接收電磁波必須進行調諧，使接收回路產生電諧振，由產生電諧振的條件f固＝f電磁波得＝，解得C＝，D正確。
12．(多選)各地接收衛星電視訊號的拋物面天線如圖所示，天線頂點和焦點的連線(OO′)與水平面間的夾角為仰角α，OO′在水平面上的投影與當地正南方的夾角為偏角β，接收定位于東經105.5°的衛星電視訊號(如CCTV－5)時，OO′連線應指向衛星，則我國各地接收天線的取向情況是(我國自西向東的經度約為73°～135°)( 　 )
A．有可能β＝0，α＝90°
B．與衛星經度相同的各地，α隨緯度增加而減小
C．經度大于105°的各地，天線是朝南偏東的
D．在幾十甚至幾百平方千米的范圍內，天線取向幾乎是相同的
答案：BD
解析：如圖所示，α隨緯度的增大而減小，我國不在赤道上，α不可能為零，經度大于105°的各地，天線應該朝南偏西，由于地球很大，衛星距地面很高，幾十甚至幾百平方千米的范圍內天線取向幾乎是相同的。故B、D正確。
13．某地區有一電臺的發射頻率為95.8 MHz，某車載調頻收音機的LC振蕩電路由自感系數為L＝2 μH的線圈和可變電容器構成，可變電容器的最大電容是2 pF，電容器動片完全旋出時，電容變為1.125 pF，則這一LC振蕩電路能否接收到該電臺的節目？
答案：能接收到該電臺的節目
解析：LC振蕩電路的周期公式為T＝2π，又f＝，聯立可得f＝，電容器動片完全旋出時，正對面積最小，電容器電容最小，對應接收電磁波的頻率最大，有fmax＝106.1 MHz；當電容器電容取最大值時，對應接收電磁波的頻率最小，有fmin＝79.6 MHz，所以95.8 MHz介于最大頻率和最小頻率之間，能接收到該電臺的節目。
14．某居住地A位于某山脈的一邊，山脈的另一邊P處建有一無線電波發射站，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？
答案：(1)750 m　0.75 m　(2)衍射　(3)400 kHz接收效果好，因為它的波長長，衍射效果更好
解析：(1)由λ＝知，λ1＝750 m，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)頻率為400 kHz的中波接收效果更好，因為它的波長長，衍射現象更明顯。
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第四章　電磁振蕩與電磁波
3．無線電波的發射和接收
目標體系構建
1．了解有效發射電磁波的兩個條件。
2．能正確區分調制、調幅、調頻、調諧、解調等概念，了解它們在電磁波發射接收過程中的作用。
3．了解電視廣播發射和接收的基本原理。
1．物理觀念：電諧振、調諧、調制、解調。
2．科學思維：調制與解調中互逆的思想。
3．科學探究：探究調制與解調；探究電諧振發生的本質。
4．科學態度與責任：能應用電磁波的接收原理解釋日常生活中的電磁波的調諧、檢波問題。
課前預習反饋
知識點 1
1．要有效地發射電磁波，振蕩電路必須具有兩個特點
第一，要有_________的振蕩頻率，頻率_______，發射電磁波的本領越大。
第二，應采用___________，振蕩電路的電場和磁場必須分散到足夠大的空間。
2．開放電路：實際的開放電路，線圈的一端用導線與大地相連，這條導線叫作_______，線圈的另一端與高高地架在空中的_______相連。
無線電波的發射
足夠高
越高
開放電路
地線
天線
3．調制：在電磁波發射技術中，使_______隨各種信號而改變的技術。
4．調制的方法
(1)調幅：使高頻電磁波的_______隨信號的強弱而改變；
(2)調頻：使高頻電磁波的_______隨信號的強弱而改變。
『判一判』
(1)只要是電磁波信號，都可以直接用LC電路進行發射。( )
(2)調節電容器的電容就可以使接收的信號增強。( )
(3)電磁波的傳播速度與介質無關。( )
(4)調制的兩種方法是調諧和調頻。( )
×
√
×
×
載波
振幅
頻率
知識點 2
1．接收原理：電磁波能使_______中產生感應電流，所以導體可用來接收電磁波，這個導體就是接收_______。
2．電諧振：當接收電路的___________跟接收到的電磁波的______相等時，接收電路里產生的振蕩電流最強，這種現象叫作電諧振。
3．調諧：使接收電路產生_________的過程叫作調諧。
4．解調：使聲音或圖像信號從接收到的___________中還原出來，這個過程是調制的逆過程，叫作解調。
5．檢波：調幅波的解調。
無線電波的接收
導體
天線
固有頻率
頻率
電諧振
高頻電流
知識點 3
(1)電視廣播信號也是一種無線電信號。在現代電視發射系統中，首先通過攝像機的感光器件將景物的光信號轉變為_____信號。
(2)這種電信號通過線路直接傳輸時失真、損耗嚴重，需要通過_______將信號調制成高頻信號再進行傳播。
(3)高頻電視信號的傳播方式主要有三種，即地面無線電傳輸、有線網絡傳輸以及___________。
(4)在電視接收端，接收到高頻電磁波信號以后，經過_______處理，就可以將得到的電信號通過顯示設備轉變為_______信息。
電視廣播的發射和接收
電
載波
衛星傳輸
解調
圖像
『判一判』
(5)接收天線必須利用導體材料制作。( )
(6)利用接收天線接收到的信號可以直接還原成聲音或圖像。( )
『選一選』
關于電磁波的發射和接收，下列說法中不正確的是( 　 )
A．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來發射電磁波
B．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是閉合的
C．當接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強
D．要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有解調過程
√
×
答案：B
解析：音頻電流的頻率比較低，需放大后搭載到高頻電磁波上，故A正確，不符合題意；為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，電路必須是開放的，故B錯誤，符合題意；當接收電路的固有頻率與接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路產生的振蕩電流最強，故C正確，不符合題意；解調就是從調頻或調幅的高頻信號中把音頻、視頻等調制信號分離出來的過程，要使電視機的屏幕上有圖像，必須要有解調過程，故D正確，不符合題意。故選B。
『想一想』
打開收音機，在收音機旁邊放置一個正在工作的手機或者電動剃須刀，調節收音機的方位和距離，看看會發生什么情況，并解釋其中的原因。
答案：見解析
解析：在收音機旁邊放置一個正在工作的手機，調節收音機的方位和距離，會聽到刺耳的噪音；將正在工作的電動剃須刀放在收音機旁邊也會聽到“咔咔”的噪音；原因是手機和電動剃須刀工作時都會發出電磁波，被收音機接收后就會發出聲音。
課內互動探究
探究?
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)使載波隨各種信號而改變的技術叫作調制。
要|點|提|煉
(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。
1．要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領，應該采取的措施是( 　 )
A．增加輻射波的波長
B．使電容器兩極板的正對面積足夠小
C．減小電容器兩極板間距
D．增加回路中的電容和電感
答案：B
典|例|剖|析
有效發射電磁波的條件
(1)要有足夠高的振蕩頻率。理論研究證明，振蕩電路向外界輻射能量的本領與振蕩頻率密切相關，頻率越高，振蕩電路發射電磁波的本領越大。
(2)采用開放電路。振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，天線和地線也可組成開放電路，如圖所示。
由閉合電路變成開放電路
實際發射無線電波的裝置如圖所示，高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩，如圖甲所示，人對著話筒說話產生低頻振蕩，如圖乙所示，根據這兩個圖像，可知經過調幅的振蕩電流的波形圖像應是下列選項中的( 　 )
對點訓練
答案：B
解析：高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩，低頻振蕩隨聲音信號而變化，分析可知，把聲音信號加到高頻等幅振蕩電流上后，振蕩電流的振幅也就隨著聲音信號而變化，波形圖像如選項B中圖所示。
探究?
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。
要|點|提|煉
3．無線電波的接收：天線接收到的所有的電磁波，經調諧選擇出所需要的電磁波，再經解調取出攜帶的信號，放大后再還原成聲音或圖像的過程。
4．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。
5．無線電波的發射和接收過程如圖所示
2．(多選)如圖所示為一個調諧電路，圖(a)(b)(c)為電路中的電流隨時間變化的圖像，則( 　 )
A．i1是L1中的電流圖像
B．i1是L2中的電流圖像
C．i2是L2中的電流圖像
D．i3是流過耳機的電流圖像
答案：ACD
典|例|剖|析
解析：由電磁感應可知，L1、L2中產生的感應電流圖像都應與(a)圖相似，但是由于L2和二極管D串聯，所以當L2兩端的電壓與D反向時，電路不通，因此這時，L2中的電流圖像應是(b)圖，耳機接收到的信號應是解調后的信號，即流過耳機的電流圖像應是(c)圖。選項A、C、D正確。
(2024·湖北武漢市高二期中)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低頻率電臺發出的信號，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．將調諧電路線圈中的鐵芯抽走
D．減小電源電壓
答案：A
對點訓練
課堂小結
核心素養提升
移動電話與電磁干擾
在現代生活中，手機已成為人們生活的必需品，深入到千家萬戶，它所具有的強大功能也已經觸及了現代生活的方方面面，你幾乎無法想象沒有手機陪伴的日子將是怎樣的狀態。手機全稱“移動電話”或“無線電話”。手機要打電話，首先要有信號，這個信號就是指無線信號，還要有固定的無線電臺轉接，這種固定的電臺叫作基地臺或者基站，手機通過無線信號與移動網的基站連接，基站再通過線纜與移動網絡的其他網元連接。在城市中，移動通信基地臺的天線建在高大建筑物上(如圖)。
每一部移動電話都是一個無線電臺，它可以將用戶的聲音轉變為高頻電信號發射到空中，同時又相當于一臺收音機，捕捉到空中的電磁波，使用戶接收到通話對方發送來的信號，我們知道有許多地方都有禁止使用移動電話的標志(如圖)，比如在加油站，為了防止失火，禁止使用移動電話；在起飛的飛機上，接打電話時，手機會發射出電磁高頻信號，對正在工作的敏感元件產生“電磁干擾”，使之無法正常工作，影響飛機的飛行，為防止電磁干擾，在飛機上也禁止使用移動電話。
下圖為手機信號屏蔽器。手機信號屏蔽器主要針對各類考場、加油站、軍事重地等禁止使用手機的場所。手機工作時，是在一定頻率范圍內，手機和基站通過無線電波聯系起來，完成數據和聲音的傳輸。針對這種通訊原理，手機信號屏蔽器在工作過程中以一定的速度從手機通信所使用的頻率的底端向高端掃描，在掃描過程中向手機發送一定頻率的電磁波信號，使手機不能與基站建立正常的聯系，從而對手機形成干擾。對于手機信號屏蔽器的工作過程，下列說法中正確的是( 　 )
案例
A．手機信號屏蔽器是利用靜電屏蔽的原理來工作的
B．手機信號屏蔽器是利用電磁感應的原理來工作的
C．手機信號屏蔽器工作時能阻止基站發出的電磁波傳播到限制場所內
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
答案：D
解析：手機信號屏蔽器是利用屏蔽器發出的信號去干擾手機接收從基站傳過來的信號，從而起到屏蔽作用。因此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。故A、B、C錯誤，D正確。
課堂達標檢測
一、無線電波的發射
1．(多選)下列對無線電廣播要對電磁波進行調制的原因的說法正確的是( 　 )
A．經過調制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領更強
B．經過調制后的電磁波在空間傳播得更快
C．經過調制后的電磁波在空間傳播，波長才能不變
D．經過調制后的高頻電磁波才能把我們要傳遞的信號傳遞出去
答案：AD
解析：調制是把要發射的信號“加”到高頻等幅振蕩上去，頻率越高，傳播信息能力越強，A、D正確；電磁波在空氣中以接近光速傳播，B錯誤；由v＝λf，知波長與波速和傳播頻率有關，C錯誤。
2．(多選)用一平行板電容器和一個線圈組成LC振蕩電路，要增大發射電磁波的波長，可采用的做法是( 　 )
A．增大電容器兩極板間的距離
B．減小電容器兩極板間的距離
C．減小電容器兩極板正對面積
D．在電容器兩極板間加入電介質
答案：BD
二、無線電波的接收
3．(2024·江蘇鹽城高二期末)如圖甲所示為
收音機的調諧電路，改變可變電容器C的電容，
進而改變調諧電路的頻率。若“調頻”后，電
路中的最強的高頻電流i隨時間t的變化規律為圖
乙所示的正弦曲線。下列說法或做法正確的是( 　 )
A．改變電容器C的電容的目的是使調諧電路的固有頻率跟接收的電磁波頻率相同
B．將可變電容器的電容減小，電路將接收到波長更大的電信號
C．在t1～t2時間內，電容器C正在放電
D．電路中電場能隨時間變化的周期等于t4
答案：A
4．(多選)關于無線電波的接收，下列說法中正確的是( 　 )
A．當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波頻率相同時，該電磁波在接收電路中激起的感應電流最大
B．使接收電路中產生電諧振的過程叫作調諧
C．收音機的接收電路是LC振蕩回路
D．從接收到的高頻率振蕩電流中“檢”出所攜帶的信號，叫作調諧
答案：ABC
解析：接收電路與電磁波發生電諧振時，即接收電路的固有頻率等于電磁波的頻率時，電路中激起的感應電流最大，選項A正確；根據調諧概念可知，選項B正確，D錯誤；收音機的接收電路是LC回路，選項C正確。
三、電視廣播的發射與接收
5．一首樂曲從電臺“出發”開始到從收音機的調頻臺播放出來為止，下列選項都描述了該過程，其中順序正確的是( 　 )
A．調制—發射—調諧—解調—播放
B．調頻—發射—解調—調諧—播放
C．調幅—調諧—發射—解調—播放
D．調頻—調諧—發射—解調—播放
答案：A
解析：一首樂曲從電臺“出發”開始到從收音機的調頻臺播放出來為止，首先要進行調制，即把聲音信號加到高頻電磁波信號上去，然后進行發射；載波信號被收音機接收后首先要進行調諧選出該信號，然后進行解調，從高頻信號中把聲音信號取出來，最后通過喇叭播放，故選A。

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