3　氢原子光谱教学目标设计

第3讲

电磁波的发射和接收

[目标定位]

1.知道有效发射电磁波的条件，知道调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念.

一、电磁波的发射和接收

1．电磁波的发射

(1)要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：

第一，要有足够高的振荡频率，频率越高，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辐射出去．

(2)调制

①定义：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术．

调幅AM：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制技术②分类调频FM：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制技术2．电磁波的接收

(1)原理：电磁波在传播过程中如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，因此，空中的导体可以用来接收电磁波．

(2)电谐振与调谐

①电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的感应电流最强，这个现象叫做电谐振．

②调谐：使接收电路产生电谐振的过程．

(3)解调：使声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程，它是调制的逆过程．调幅波的解调也叫检波．

(4)无线电波

技术上把波长大于1mm的电磁波称做无线电波，并按波长把无线电波分为若干波段：长波、中波、中短波、短波、微波．

想一想

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

“选台”是为了使想收听的某一电台发射的电磁波的频率与收音机的接收电路的固有频率相同．

一、电磁波的发射和接收

1．电磁波的发射和接收过程

2．对概念的理解

(1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆过程．

(2)电谐振就是机械振动中的“共振”．

(3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程．

例1

关于电磁波的发射过程，下列说法正确的是(

) A．必须对信号进行调制

B．必须使信号产生电谐振

C．必须把传输信号加到高频电流上

D．必须使用开放回路

解析

电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，用开放电路发射．为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确．而产生电谐振是在接收过程，B错误．

答案

ACD 例2

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．使电容器的正对面积足够小

C．减小电容器两极板间的距离

D．增加回路中的电容和电感

解析

研究表明频率越高，电磁波发射本领越大，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开1εrS放电路．f＝，C＝，要使f增大，应减小L或C，只有B符合题意．

4πkd2πLC答案

B 1εrSεrS借题发挥

f＝和C＝这两个公式是分析这类问题的基础．由C＝可清楚判断4πkd4πkd2πLC影响电容C大小的因素，同时也应清楚影响自感系数L大小的因素，如增大自感线圈的匝数1可增大自感系数L，将铁芯取走可减小自感系数L等．再由公式f＝进行综合分析即2πLC可．

二、雷达

1．雷达是利用电磁波中的微波遇到障碍物发生反射的特性工作的．

2．雷达既是电磁波的发射端，又是电磁波的接收端．

3．如果从发射一列波到再接收到这列波的反射波所用的时间为t，那么雷达与障碍物间的距vt离x＝. 2例3

某地的雷达站正在跟踪一架向雷达站匀速飞来的飞机．设某一时刻从雷达发出电磁波后到再接收到反射波历时200μs，经4s后又发出一列电磁波，雷达站从发出电磁波到再接收到反射波历时186μs，则该飞机的飞行速度多大？

解析

由电磁波发射到接收到反射波历时200μs，可算出此时飞机距雷达站的距离为：L1＝3.0×108×200×102－6m＝3.0×104m．经4s后，飞机距雷达站的距离为：L2＝－3.0×108×186×106L1－L20.21×1044m＝2.79×10m，故飞机飞行的速度为：v＝＝m/s＝525 2t4m/s. 答案

525m/s 三、各种电磁波的特点及应用

电磁

波谱

电波

频率

无线

红外线

由左向右，(Hz)

频率由小到大

真空中

由左向右，波长

波长由长到短

特性

性强

用强

性强

荧光效应

力强

波动

热作

感光

化学作用，

穿透

穿透力

可见光

紫外线

X射线

γ射线

最强

加热、遥测、

日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等

用途

通讯、广播、遥感、红外导航

摄像、红外制导

照明、照相等

检查、探测、透视、治疗

探测、

治疗

例4

关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(

) A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体

B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康

C．电磁波中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象

D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光

解析

X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，选项A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，选项B错误；电磁波中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，选项C错误．

答案

D

电磁波的发射和接收

1．如图1所示，调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，要收到电信号，应(

)

图1 A．增大调谐电路中线圈的匝数

B．加大电源电压

C．减少调谐电路中线圈的匝数

D．将线圈中的铁芯取走

解析

当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收到电台信1号．本题中收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低，由f＝知，在C无法再调节2πLC的情况下，可减小L以提高f，故选项C、D正确．

答案

CD

2．关于电磁波的接收，下列说法正确的是(

) A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流

B．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

C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了

D．由调谐电路接收的感应电流，再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音

解析

当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟调谐电路固有频率相等的电磁波，在接收电路中激发的感应电流最强．由调谐电路接收的感应电流，要再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确答案为A、D. 答案

AD 雷达的特点

3．关于雷达的特点，下列说法正确的是(

) A．雷达所用无线电波的波长比短波更长

B．雷达只有连续发射无线电波，才能发现目标

C．雷达的显示屏上可以直接读出障碍物的距离

D．雷达在能见度低的黑夜将无法使用

解析

雷达是利用无线电波的反射来工作的，因此它利用的无线电波处于微波段，目的是为了增加反射，减少衍射．雷达大约每隔0.1ms发射时间短于1μs的脉冲信号，根据屏上显示的发射信号和接收到的反射信号可以直接读出障碍物的距离．

答案

C 电磁波的特点及应用

4．下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．

(1)X光机，________. (2)紫外线灯，________. (3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用________．

A．光的全反射

B．紫外线具有很强的荧光作用

C．紫外线具有杀菌消毒作用

D．X射线的很强的贯穿力

E．红外线具有显著的热效应

F．红外线波长较长，易发生衍射

解析

(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选择D.

(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选择C. (3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E. 答案

(1)D

(2)C

(3)E

(时间：60分钟) 题组一

电磁波的发射和接收

1．为了有效地把磁场的能量以电磁波的形式发射到尽可能大的空间，除了用开放的电路，还有行之有效的办法是(

) A．增大电容器极板间的距离

B．减小电容器极板的面积

C．减小线圈的匝数

D．采用低频振荡电流

1εrS解析

实行开放电路和提高辐射频率是发射电磁波的两种有效方法．由f＝、C＝4πkd2πLC可知，A、B、C选项正确．

答案

ABC 2．把经过调制的高频电流变为图像信号电流的过程叫做(

) A．调幅B．调频C．调谐D．解调

解析

解调是调制的逆过程，该过程把所载的声音信号或图像信号从高频电流中还原出来．

答案

D 3．用一台简易收音机收听某一电台的广播，必须经过的两个过程是(

) A．调制和解调B．调谐和解调

C．检波和解调D．调频和调幅

解析

首先必须接收到电磁波，叫调谐或选台，收到后将高频电磁波与低频音频信号分开，叫解调或检波．

答案

B 4．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，通过馈线输送到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，通过馈线输送到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

解析

处于变化的电磁场中的导体，都会产生感应电动势．

答案

A 题组二

电磁波的特点及应用

5．在电磁波中，波长按从长到短排列的是(

) A．无线电波、可见光、红外线

B．无线电波、可见光、γ射线

C．红光、黄光、绿光

D．紫外线、X射线、γ射线

解析

电磁波谱按波长从长到短排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线，由此可知B、C、D选项正确．

答案

BCD 6．关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是(

) A．一切物体都在不停地辐射红外线

B．红外线具有很强的热作用和荧光作用

C．红外线的显著作用是化学作用

D．红外线容易穿透云雾

解析

荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途，红外线波长比可见光长，绕过障碍物的能力强，易穿透云雾．

答案

AD 7．关于电磁波的应用，下列说法正确的是(

) A．医院里常用X射线对病房和手术进行消毒

B．工业上利用γ射线检查金属部件内有无砂眼或裂缝

C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高

D．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强

解析

医院里用紫外线杀菌消毒，A错误，B、C、D均正确．

答案

BCD 8．能说明电磁波具有能量的依据是(

) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体

B．放在红外线区域的温度计升温很快

C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振

D．γ射线具有很强的贯穿能力

解析

A项，人眼看到物体，说明人眼感受到可见光的能量；B项，红外线具有热作用，说

明红外线具有能量；C项，电谐振在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波；D项，γ射线的贯穿能力说明γ射线具有很高的能量．

答案

ABCD 题组三

电磁波与信息化社会

9．下列说法正确的是(

) A．摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置

B．电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置

C．摄像机在1s内要送出25张画面

D．电视机接收的画面是连续的

解析

摄像机通过摄像头摄取到景物的光信号，再通过特殊装置转变为电信号，在1s内要送出25张画面；电视机通过显像管将接收到的电信号转变为光信号，最后还原成图像，每秒要接收到25张画面；由于画面更换迅速和人眼的视觉暂留效应，我们感觉到的便是连续的影像．故正确答案为A、B、C. 答案

ABC 10．雷达采用微波的原因是(

) A．微波具有很高的频率

B．微波具有直线传播的特性

C．微波的反射性强

D．微波比其它无线电波(长波、中波、短波等)传播的距离更远

解析

雷达采用微波，是利用微波的频率高，不容易发生衍射，具有很好的直线传播的特性和反射性强的特点，所以A、B、C均正确，因微波不易发生衍射，传播的距离不一定比无线电波的长波、中波、短波段远，因此D错误．

答案

ABC 11．目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz到1000MHz的范围内．下列关于雷达和电磁波的说法不正确的是(

) A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m到1.5m之间

B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的

C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离

D．波长越短的电射波，反射性能越强

解析

电磁波是由周期性变化的电磁场在空中传播而形成的，B错误．

答案

B 12．下列哪些设备内部只有接收装置而无发射装置(

) A．发报机B．对讲机C．收音机D．雷达

解析

收音机只能接收无线电波，不能发射无线电波．

答案

C 13．如图1所示为某雷达的荧光屏，屏上标尺的最小刻度对应的时间为2×104s，雷达天线－朝东方时，屏上的波形如图甲；雷达天线朝西方时，屏上的波形如图乙．问：雷达在何方发现了目标？目标与雷达相距多远？

图1 解析

当天线朝东方时，显示屏上只有发射信号而无反射信号，天线朝西方时，显示屏上既1－有发射信号也有反射信号，因此目标在西方，由题图可知t＝2×103s，而2x＝ct，x＝ct＝21－×3×108×2×103m＝300km. 2答案

西方

300km