第2、3节 电磁波的发射、传播和接收 电磁波谱（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019 福建专版）

电磁波的发射、传播和接收　电磁波谱 (强基课—逐点理清物理观念) 第2、3节 课标要求 学习目标 1.知道电磁波的发射、传播和接收。 2.认识电磁波谱。 3.知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。 1.了解调制、调谐、检波的概念及相互关系,知道电磁波谱的组成。 2.利用发射与接收装置,分析电磁波工作的主要过程。 3.利用电磁波各波段特点,讨论总结其在生活中的实际应用与防护。 4.通过对无线电波应用原理的基本认识,感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度,培养科学的价值观。 1 逐点清(一) 电磁波的发射、传播和接收 2 逐点清(二) 电磁波谱 3 逐点清(三) 电磁波的特性及应用 4 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一) 电磁波的发射、 传播和接收 1.电磁波的发射 (1)振荡电路必须满足两个条件:__________________和电场、磁场尽可能分布到______________。 (2)开放电路:减小电容器的极板面积,增大极板间距,使电容器变成两条长的直导线,一条深入高空成为______,另一条接入地下成为_____。 多维度理解 振荡频率足够高 较大的空间 天线 地线 (3)调制、调幅和调频 把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上称为______。调制的方法有两种:一是调幅,使高频电磁波的______随信号的强弱而变;另一种叫调频,使高频电磁波的_______随信号的强弱而变。 2.电磁波的传播 无线电波通常有三种传播途径:_______、______和_______。 调制 振幅 频率 地波 天波 空间波 3.电磁波的接收 (1)电谐振:当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率_____时,接收电路中产生的振荡电流_______的现象。它相当于机械振动中的_______。 (2)调谐:使接收电路产生_________的过程。 (3)拓展一步:检波 使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来的过程称为检波。它是______的逆过程,也叫_______。 相同 最强 共振 电谐振 调制 解调 1.无线电波的发射和接收过程 2.“调幅”和“调频”是调制的两个不同的方式 (1)调幅:使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。 (2)调频:使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术,如图所示。 3.电磁波的接收原理 (1)电磁波在空间传播时,如果遇到导体,就会使导体产生感应电流,感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间中的导体,就可以接收到电磁波。 (2)当接收电路的固有频率跟接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。 1.判断下列说法是否正确。 (1)振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波。 ( ) (2)调频与调幅都是用载波发送信号,原理完全相同。 ( ) (3)解调是将低频信号加载到高频电磁波上进行发射传送的过程。( ) (4)调谐就是将接收电路的振幅调至与载波的振幅相同。 ( ) 全方位练明 √ × × × 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.增加电磁波的波长 B.使电容器两极板的正对面积足够小 C.减小电容器两极板间距 D.增加回路中的电容和自感 √ 解析:要提高电磁波发射本领应增大频率f,电磁场应尽可能扩散到周围空间,形成开放电路。要使频率f增大,由f=知,应减小自感L与电容C的乘积,由C=知,B正确。 3.实际发射无线电波如图甲所示,高频振荡器产生高频等幅振荡,如图乙所示,人对着话筒说话产生低频振荡如图丙所示,根据这两个图像,发射出去的电磁波图像应是 (　　) 解析:振荡器产生高频等幅振荡,话筒里面有碳膜电阻,它的阻值随压力变化而变化。当我们对着话筒说话时,空气对它的压力随着声音信号的变化而变化,那么它的电阻也就随着声音信号的变化而变化,振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化,这就是调制,它不但影响了正半周,也影响了负半周,B正确,A、C、D错误。 √ 逐点清(二) 电磁波谱 1.电磁波谱:按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成的谱,叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、_______、可见光、_________、________、γ射线,不同的电磁波由于具有不同的__________所以具有不同的特性。 多维度理解 红外线 紫外线 X射线 波长(频率) 1.各种电磁波的共性 (1)在本质上都是电磁波,遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。 (2)都遵循公式v=λf,在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。 (3)传播都不需要介质。 (4)都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。 2.电磁波的个性 (1)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长越容易产生干涉、衍射现象,波长越短穿透能力越强。 (2)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,速度越小。 1.判断下列说法是否正确。 (1)波长较长的电磁波贯穿障碍物的能力强。 ( ) (2)不同波段的电磁波具有不同波长,表现出不同的特性。 ( ) (3)电磁波同机械波不一样,但都具有衍射和干涉特性。 ( ) (4)不同频率的电磁波在水中具有相同的速度。 ( ) 全方位练明 × √ √ × 2.下列电磁波,其衍射能力由强到弱的顺序排列正确的是 (　　) A.红外线、可见光、紫外线、γ射线 B.γ射线、可见光、红外线、无线电波 C.可见光、红外线、X射线、γ射线 D.γ射线、紫外线、可见光、红外线 解析:电磁波波长越长,其衍射能力越强,故按衍射能力由强到弱的顺序排列是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,故A正确。 √ 3.5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段(如图),比目前4G及以下网络(通信频率在0.3 GHz~3.0 GHz间的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps,是4G网络的50~100倍。关于5G网络使用的无线电波,下列说法正确的是 (　　) A.在真空中的传播速度更快 B.在真空中的波长更长 C.衍射的本领更强 D.相同时间传递的信息量更大 解析:任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,故传播速度相同,故A错误;因5G信号的频率更高,故波长更短,不容易发生明显的衍射现象,故B、C错误;频率越高,能量越大,相同时间传递的信息量更大,故D正确。 √ 逐点清(三) 电磁波的特性及应用 1.无线电波:把波长大于1 mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波,主要用于______、广播及其他信号传输。雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生______,以此来测定物体位置的无线电设备,其利用的是波长_____的微波。 2.红外线 (1)红外线是一种光波,波长比无线电波____,比可见光_____。 (2)所有物体都发射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射____。 (3)红外线的应用主要有______________和红外体温计。 多维度理解 通信 反射 较短 短 长 强 红外遥感技术 3.可见光 可见光的波长在400~760 nm之间。 4.紫外线 (1)波长范围在______________之间,不能引起人的视觉。  (2)具有______的能量,应用于灭菌消毒;具有较强的_______效应,用来激发荧光物质发光。 10~400 nm 较高 荧光 5.X射线和γ射线 (1)X射线波长比紫外线_____,有很强的_______本领,用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔,医学上用于检查人体的内部器官。 (2)γ射线波长比X射线更短,具有_______的能量,穿透力更强,医学上用来治疗某些癌症,工业上也可用于探测金属构件内部是否有缺陷。 短 穿透 很高 [典例]　(多选)电磁波在生活中得到了广泛的应用,关于电磁波的某些特性,下列说法正确的是 (　　) A.夜视仪利用了红外线波长较长的特性 B.胸透利用了X射线具有穿透性的特性 C.伽马手术刀治疗癌症利用了γ射线穿透力强、能量高的特性 D.医用紫外灭菌灯利用了紫外线的荧光特性 √ √ [解析]　夜视仪又叫红外线夜视仪,是利用红外线的热效应来工作的,选项A错误;胸透利用了X射线具有穿透性的特性,选项B正确;伽马手术刀治疗癌症利用了γ射线穿透力强、能量高的特性,选项C正确;医用紫外灭菌灯利用了紫外线的消毒特性,选项D错误。 　/方法技巧/　不同电磁波的特点及应用   特点 用途 无线电波 波动性强 通信、广播、导航 红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用 荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 穿透力较强 检查、探测、透视、治疗 γ射线 穿透力最强 探测、治疗 1.关于物理知识在科技和生活中的应用,下列各图对应的说法正确的是 (　　) 全方位练明 A.图甲中行李安检仪采用α射线来透视安检物品 B.图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的衍射造成的 C.图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的 D.图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的化学作用 解析:题图甲中行李安检仪采用X射线来透视安检物品,A错误;题图乙中肥皂泡上不同的颜色是光的干涉造成的,B错误;题图丙中测温仪是利用红外线来感应物体表面温度的,C正确;题图丁中紫外线验钞机利用了紫外线的荧光作用,D错误。 √ 2.一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像 如图所示,A是发射时的雷达探索波的脉冲波形,B是敌 机反射回来的脉冲波形,则敌机距雷达站的距离是 (　　) A.9×105 m　　　　　　 B.4.5×105 m C.3×105 m D.无法确定 解析:由题图知两波形相差3×10-3 s,即敌机与雷达站距离为s=vt=3×108××3×10-3 m=4.5×105 m,B正确。 √ 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A级——基础达标 1.“中国天眼”位于贵州的大山深处,它通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。关于电磁波,下列说法正确的是(　　) A.电磁波不能在水中传播 B.红外线的波长比紫外线的长 C.用手机通话时没有利用电磁波 D.不同电磁波在真空中传播速度不同 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:电磁波可以在介质与真空中传播,A错误;红外线的波长比紫外线长,B正确;手机通话就是信息的传输,信息需要通过电磁波来传输,因此手机通话是利用电磁波来把信息传输的,C错误;任何电磁波在真空中传播速度均为3×108 m/s,D错误。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.(2024·连云港高二月考)下列不属于利用电磁波的医用器械是 (　　) A.检查血流情况的“彩超”机 B.拍胸片的X光机 C.测量体温的红外线体温计 D.杀菌用的紫外灯 解析:检查血液流动情况的“彩超”机,是利用超声波的多普勒效应工作的,A符合题意;紫外线、X射线、红外线都属于电磁波,都是电磁波在医学上的应用,B、C、D不符合题意。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.(2024·湖北恩施高二联考)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是 (　　) A.由空气进入水中时,电磁波速度会变小 B.手机在通话时传播的波既有电磁波又有声波 C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:根据v=可知,由空气进入水中时,电磁波速度会变小,故A正确;手机在通话时传播的波只有电磁波,故B错误;太阳光中的可见光是电磁波,传播速度约为3×108 m/s,“B超”中的超声波是声波,常温下在空气中的速度大约为340 m/s,故C错误;红外线波长较X射线波长长,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.2024年4月25日20时58分57秒,“神舟十八号”载人飞船在酒泉卫星发射中心发射,将3名航天员送入中国空间站。在空间站,航天员与地面通信采用的是 (　　) A.超声波　　　　　　 B.无线电波 C.有线通信 D.声波 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:超声波、声波传播时需要介质,空间站处于真空中,超声波、声波无法传播,故A、D错误;电磁波可以在真空中传播,并携带信息,可用于航天员与地面通信,故B正确;地面和空间站距离很远,航天员不可能通过有线通信与地面通信,故C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.太阳表面温度约为6 000 K,主要发出可见光;人体温度约为310 K,主要发出红外线;宇宙星际间的温度约为5 K,所发出的辐射称为“5 K背景辐射”,它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热,若要进行“5 K背景辐射”的观测,应该选择下列哪一个波段 (　　) A.无线电波 B.紫外线 C.X射线 D.γ射线 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:电磁波谱按波长由长到短的顺序排列为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,由题意知:物体温度越高,其发出的电磁波波长越短,宇宙星际间的温度约为5 K,则其发出的电磁波的波长应在无线电波波段,A正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.(2024·贵州遵义高二统考)电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等,电磁波谱如图所示,下列说法正确的是 (　　) A.只有高温物体才辐射红外线 B.紫外线常用于杀菌消毒,长时间照射可能损害人体健康 C.无线电波的频率比γ射线的频率大 D.红光光子的能量比X射线大 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:所有的物体都在向外辐射红外线,故A错误;紫外线常用于杀菌消毒,但是长时间照射可能损害人体健康,故B正确;无线电波的频率比γ射线的频率小,故C错误;光子的能量与其频率成正比,红光的频率比X射线小,则红光光子的能量比X射线小,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.如图所示是米波雷达,米波雷达发射无线电波的波长 在1~10 m范围内,下列对该无线电波的判断正确的是 (　　) A.米波的频率比X射线频率高 B.米波和机械波一样须靠介质传播 C.米波和光波一样会发生反射现象 D.米波能产生干涉现象,但不能产生衍射现象 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:米波的频率比X射线频率低,选项A错误;米波属于电磁波,不需要靠介质传播,选项B错误;米波和光波一样会发生反射现象,选项C正确;米波能产生干涉现象,也能产生衍射现象,选项D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8.收音机的调谐电路如图所示,旋转收音机面板上的“调频”旋钮 可以改变可变电容器C的电容,进而改变调谐电路的频率。某同学发 现一个频率最高的中波电台收不到,但可以接收其他中波电台。下列 说法或做法正确的是 (　　) A.为了收到这个电台,他应该增加线圈的匝数 B.将可变电容器的动片旋出一些后将接收到波长更大的电信号 C.调节“调频”旋钮的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同 D.收音机经过调谐电路后就可以得到我们所需要的声音信号 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:收不到高频电台的信号,因此需要增加调谐电路的固有频率,根据f=可知,减小线圈匝数,会导致自感系数减小,从而导致固有频率增加,所以应该减小线圈匝数,故A错误;电容器的动片旋出一些相当于电容减小,因此调谐电路的固有频率会增加,根据公式λ=可知,频率越大,波长越小,所以电容器的动片旋出一些后将接收到波长更小的电信号,故B错误;调节“调频”旋钮的目的是达到共振,即使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同,故C正确;收音机经过调谐电路后还需要通过解调才能得到我们需要的声音信号,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.LC振荡电路电容器的电容为3×10-5 μF,线圈的自感系数为3 mH,它与开放电路耦合后,求:(结果均保留3位有效数字) (1)发射出去的电磁波的频率是多大? 答案:531 kHz 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:LC振荡电路与开放电路耦合后,振荡电路中产生的高频振荡电流通过两个电路线圈间的互感作用,使开放电路中也产生同频率的振荡电流,振荡电流在开放电路中激发出无线电波,向四周发射,所以发射出电磁波的频率就等于LC振荡电路中电磁振荡的频率。 发射出去的电磁波的频率f== Hz≈531 kHz。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)发射出去的电磁波的波长是多大? 答案:565 m 解析:发射出去的电磁波的波长λ== m≈565 m。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B级——综合应用 10.(2024·江苏常州高二检测)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调制,调制分调幅和调频两种,如图所示,甲是需要输送的低频信号,乙和丙是调制后的电磁波,则下列说法中正确的是(　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.图甲低频信号可直接发射,且发射效率高 B.在电磁波的发射技术中,图乙是调频波 C.在电磁波的发射技术中,图丙是调幅波 D.通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来 解析:题图甲低频信号可直接发射,但发射效率低,故A错误;在电磁波的发射技术中,题图乙是调幅波,题图丙是调频波,故B、C错误;通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来,故D正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11.(2024·广州高二月考)使用蓝牙耳机接听手机来电,手机与基地台及耳机的信号传输如图所示。若基地台与手机、手机与蓝牙耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波,则 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.甲波的波长比乙波短 B.真空中甲波的传播速度比乙波小 C.甲波与乙波有可能发生干涉现象 D.甲、乙波都是横波,都能在真空中传播 解析:由题图可知甲波的频率小于乙波的频率,则甲波波长比乙波长,故A错误;所有的电磁波在真空中的传播速度都为3×108 m/s,故B错误;甲波与乙波频率不同,不能发生稳定的干涉,故C错误;所有的电磁波都是横波,且都能在真空中传播,故D正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来监控地面物体的状况。地球大气中的水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图甲、乙所示分别为水蒸气和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况,由图可知,在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 A.2.5~3.5 μm B.4~4.5 μm C.5~7 μm D.8~13 μm 解析:由题图可知,8~13 μm波段的红外线,水蒸气和二氧化碳几乎均不吸收,故选D。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.某收音机接收电磁波的波长范围在182~577 m之间,该收音机调谐电路的可变电容器的动片完全旋出时,回路的电容为39 pF。求: (1)该收音机接收电磁波的频率范围; 答案:5.2×105~16.5×105 Hz 解析:由λ=,得f=,c为真空中的光速,代入数据可解得,其接收电磁波的频率范围为5.2×105~16.5×105 Hz。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)该收音机的可变电容器的动片完全旋入定片间,回路中的电容是多大? 答案:392 pF 解析:动片完全旋出时,电容最小C1=39 pF,其振荡周期最小,对应接收的电磁波的波长最短为λ1=182 m。 动片完全旋入时,电容最大,设其为C2,其振荡周期最大,对应接收的电磁波的波长最长为λ2=577 m。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由f==,得 =。 故C2=C1=×39 pF≈392 pF。 2 3 4 $$