第15讲 无线电波的发射和接收-【寒假自学课】2022年高二物理寒假精品课（人教版选择性必修二）

第15讲 无线电波的发射和接收 【学习目标】 (1)了解有效地发射电磁波的两个条件。了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振的概念及其相互关系。能解释无线电波发射、接收的过程。 (2)了解电视广播的发射与接收的原理与过程。 (3)领会高频电磁波在无线电发射与接收中的重要作用。 【基础知识】 【考点剖析】 一、电磁波的发射 1． 要有效地发射电磁波，振荡电路需要具备 (1) 要有足够高的振荡频率。 (2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与振荡频率密切相关，频率越高，发射电磁波的本领越大。 根据f＝ ，减小L、C可以获得高频率的电磁波。 根据L、C的决定因素，为了减小L，可以减少匝数；为了减小C，可以减小正对面积，增大两极板的距离。 根据带电平行板间的电场分布特点，电容器两个极板拉开才能使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间。 如图，为了达到发射电磁波的目的，开放电路甚至可以演化成为一条导线，这样就可以有效地把电磁波发射出去了。实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。 2.为了利用电磁波传递信号，例如传递声音、电视图像，就要让高频的电磁波随着被传递的信号而改变。这种用来携带信号的高频电磁波叫作载波。 在电磁波发射技术中， 使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。 使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅（AM）； 使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频（FM）。 电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？ 因为声音信号频率较低，而电台要向外发射电磁波，要有足够高的频率。 电磁波的发射示意图(如图所示)。 二、电磁波的接收 1．接收电磁波的原理是电磁波在传播时如果遇到导体，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，这就是接收天线。 世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断地向空中发射各种频率的电磁波，这些电磁波弥漫在我们周围。如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是一片混乱的信号。所以，接收电磁波后首先要从诸多的信号中把需要的信号选择出来，这就要设法使我们所需的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。这让我们想起共振。在无线电技术中，利用电谐振可以达到这个目的。 电谐振：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，这种现象叫作电谐振。 使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。 调谐是指调节可调电容器的电容改变电路的固有频率，使它跟要接收的电磁波的频率相同。 把声音或图像信号从高频电流中还原出来，这个过程是调制的逆过程，所以叫作解调。调幅波的解调也叫检波。 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强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。 总结（1）电谐振就是电磁振荡中的“共振”。 （2）电调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程。 （3）电接收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台。在无线电技术中是利用电谐振达到该目的的。 典题分析 例1 (多选)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下列哪些措施( ) A．减小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．向外抽出铁芯 解析：要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝知，减小L和C可以提高f。要减小L可采取减少线圈匝数、向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。故选A、B、D。 答案：ABD 例2. (多选)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，再经过检波、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，只不过频率跟谐振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，要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故正确答案为A、D。 答案：AD 【过关检测】 1. 电视机换台时，实际上是在改变(　　) A. 电视台的发射频率　　　　　 B. 电视机的接收