第3、4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（粤教版2019）

第三、四节　电磁波的发射、传播和接收 电磁波谱 核心素养导学 物理观念 (1)知道有效地发射电磁波的两个条件。 (2)了解电磁波的发射、传播和接收过程。 (3)了解电磁波谱的构成，知道各波段电磁波的作用及应用。 (4)知道电磁波具有能量，是一种物质。 科学思维 (1)领会高频电磁波在无线电发射与接收中的重要作用。 (2)通过查阅电磁波谱中各种频段波的应用相关资料，培养收集信息、加工处理信息的能力。 科学探究 了解电磁波在信息传递中的应用。 科学态度与责任 体会电磁波的应用对人类生活和社会发展的影响，明确不同的电磁波具有不同的用途，感悟现代科技的正反两个方面，培养辩证唯物的价值观。 一、电磁波的发射　电磁波的传播 1．电磁波的发射 (1)两个条件：要有足够高的___________和要使LC振荡电路的电场、磁场分散到_______________。 (2)开放电路：一条深入高空成为_____，另一条接入地下成为_____，使电场和磁场扩展到电容器的外部。 (3)无线电波：无线电技术中使用的电磁波。 振荡频率 尽可能大的空间 天线 地线 (4)调制、调幅和调频 把低频的电信号“加载”到高频振荡电流上称为_____。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 无线电波的三种传播方式：_____、______和__________。 二、电磁波的接收 1．选台：在空间弥漫着的许多不同频率的无线电波中把需要的选出来的过程。 2．调谐：当接收电路的固有频率调到与需要接收的无线电波的频率相同时，这个频率的无线电波在接收电路里将激起最强的振荡电流，该过程称为调谐。 调制 振幅 频率 地波 天波 直线传播 3．调谐电路：能够调谐的接收电路，简单的调谐电路如图所示。 4．检波：从高频振荡电流中“检”出它所携带的______信号电流的过程。检波是调制的逆过程，所以又叫解调。 三、电磁波谱 1．认识电磁波谱 (1)定义：将各种电磁波按波长或频率大小的顺序排列成谱，称为电磁波谱。 (2)组成：无线电波、________、可见光、________、X射线、γ射线。 (3)产生机理：无线电波是自由电子振荡产生的，红外线、可见光、紫外线是原子的_________受到激发后产生的，X射线是原子的内层电子受到激发后产生的，γ射线是原子核受激发后产生的。 低频 红外线 紫外线 外层电子 2．电磁波家族成员的特性及其应用   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、育种 1.打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。接着，按照如图所示的方式，在收音机附近将电池盒的两根引线反复碰触，你会听到收音机中发出“咔咔咔”的响声。为什么会产生这种现象？ 提示：两根引线反复碰触，电路反复接通和断开，会发出无线电波，收音机接收后会产生“咔咔咔”的响声。 2．如图是电视信号接收过程示意图。判断下列说法的正误。 (1)电视接收天线接收到的电磁波中包括图像信号和伴音信号。 ( ) (2)电视接收天线接收到电磁波，天线上并不产生感应电流。 ( ) (3)电视机接收到电磁波，通过电子枪的扫描显示电视节目的伴音信号。 ( ) √ × × 3．如图是应用电磁波工作的几种设备。判断下列说法的正误。 (1)在医学上常用X光照片辅助进行疾病诊断，是利用X射线穿透本领强的特性。 ( ) (2)红外线夜视仪利用的红外线的波长小于可见光的波长。 ( ) (3)无线路由器是通过电磁波来传递信息的。 ( ) √ × √ 新知学习(一)|无线电波的发射和接收 [任务驱动] 如图是无线电波的接收过程。 分析接收过程中各阶段的作用。 提示：(1)通过电谐振来选台。 (2)通过解调获取信号。 (3)放大电路：经解调取出携带的信号，放大后再通过扬声器和显示设备还原成声音或图像的过程。　　　　 [重点释解] 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。 [典例体验] [典例]　(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是 (　 ) A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强 B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快 C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变 D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变 解析]　调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，频率越高，向外辐射能量的本领越强，传播信息能力越强，A正确；电磁波在空气中以接近光速传播，B错误；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错误，D正确。 [答案]　AD /方法技巧/ 相近概念的辨析技巧 (1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。 (2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫作调制；把低频电信号从高频载波中还原出来叫解调，是调制的逆过程。　 [针对训练] 1．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电感 答案：B 2．实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡，如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的 (　 ) 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。 答案：B 新知学习(二)|无线电波的分类及不同应用 [重点释解] 1．无线电波 λ>1 mm的电磁波叫无线电波。无线电波可以分成若干波段。 波段 波长 频率 传播方式 主要用途 长波 30 000～3 000米 10～100千赫 地波 超远程无线电通信和导航 中波 3 000～200米 100～1 500千赫 地波和天波 调幅无线电广播、电报、通信 中短波 200～50米 1 500～6 000千赫 短波 50～10米 6～30兆赫 天波 续表 微波 米波 10～1米 30～300兆赫 近似直线传播 调频无线电广播、电视、导航 分米波 10～1分米 300～3 000兆赫 直线传播 电视、雷达、导航　 厘米波 10～1厘米 3 000～30 000兆赫 毫米波 10～1毫米 30 000～300 000兆赫 2．雷达的原理及应用 (1)雷达的原理 利用电磁波遇到障碍物发生反射的特性。 (2)雷达的构造及特点 一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置(显示器)、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成。 ①雷达既是无线电波的发射端，又是无线电波的接收端。 ②雷达使用的无线电波是直线性好、反射性能强的微波波段。 [典例体验] [典例]　一个雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间为1 μs， 两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如 图所示，已知图中刻度 ab＝bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？ [答案]　7.5×103 m /方法技巧/ 雷达侦察问题的解决方法 (1)电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速c，根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，可求得侦察距离。 (2)根据发射无线电波的方向和仰角，确定被侦察物体的位置。 (3)雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半。 [针对训练] 1．(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是 (　 ) A．电磁波频率越高，越宜用地波传播 B．电磁波频率越高，越宜沿直线传播 C．短波适宜以天波形式传播 D．电磁波在各种介质中传播时波长恒定 解析：由v＝λf可知，电磁波频率越高，波长越短，衍射能力越差，不宜用地波传播，频率高的电磁波的传播跟光的传播相似，沿直线传播，B正确，A错误；电离层对短波吸收少反射多，故短波适宜以天波形式传播，C正确；电磁波在不同介质中传播时，速度改变，频率不变，由v＝λf，可判断出波长改变，D错误。 答案：BC 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 答案：B　 新知学习(三)|各种电磁波的不同特性及应用 [典例体验] [典例]　各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是 (　 ) A．γ射线、紫外线、可见光、红外线 B．γ射线、红外线、紫外线、可见光 C．紫外线、可见光、红外线、γ射线 D．红外线、可见光、紫外线、γ射线 [解析]　电磁波按波长由长到短的顺序排列，依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。又波长越长的电磁波，其频率越小，由此可知，电磁波按频率由大到小的排列顺序为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波，A正确。 [答案]　A [系统归纳] [针对训练] 1．(多选)电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有 (　 ) A．杀菌用的紫外灯 B．拍胸片的X光机 C．治疗咽喉炎的超声波雾化器 D．检查血流情况的“彩超”机 解析：紫外线和X射线从本质上说是电磁波，A、B正确；治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的“彩超”机用的都是超声波，超声波属于机械波，C、D错误。 答案：AB　 2．(多选)关于物理知识在生活中的应用，下列说法正确的是 (　 ) A．机场、车站所用的测量人体温度的测温仪应用的是紫外线 B．雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的无线电设备 C．γ射线可以用来治疗某些癌症 D．医院给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强 解析：一切物体均发出红外线，随着温度不同，辐射强度不同，测量人体温度的测温仪应用的是红外线，A错误；雷达是利用无线电波中的微波来测定物体位置的，B正确；γ射线可以破坏生命物质，可以用来治疗某些癌症，C正确；给病人做的脑部CT应用的是X射线的穿透本领较强，D正确。 答案：BCD　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 科学思维——电磁波和机械波的对比 1．(选自沪科版教材课后练习)类比是一种有效的学习方法，通过类比，能较牢固地掌握新知识，提高学习效率。在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是 (　 ) A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用 B．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 C．机械波的传播依赖介质，而电磁波可以不依赖介质在真空中传播 D．机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波 解析：对于电磁波，v＝λf同样适用，A正确；机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象，B正确；电磁波传播可以不依赖介质，C正确；电磁波只有横波，D错误。 答案：D　 科学探究——电磁波的接收 2．(选自人教版教材课后练习)有波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时，问： (1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强？ (2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可调电容器的电容调大一些还是调小一些？ 答案：(1)397 m　(2)调小一些 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是 (　 ) A．天线发出的两种无线电波必须一样强 B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉 C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定 D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合 解析：天线发出的两种无线电波各自与另一天线发出的同一波长的无线电波发生干涉，与两种无线电波的强弱没关系，A错误；两种无线电波传播的速度(光速)相同，由c＝λf知，波长不同，则频率不同，故两种波长不同的无线电波不会发生干涉，B错误；两种无线电波各自发生干涉，因此在空间的强弱分布稳定，C正确；因为λ1≠λ2，所以两种无线电波各自在空间的强弱分布不重合，不过天线连线的中垂线上都是加强点，D错误。 答案：C　 2．太阳风暴袭击地球时，不仅会影响通信，威胁卫星，而且会破坏臭氧层，臭氧层作为地球的保护伞，是因为臭氧能吸收太阳辐射中波长较短的紫外线，若某种紫外线的频率为1.5×1015 Hz。 (1)该紫外线的波长是多少？ (2)紫外线的主要作用有哪些？ (3)简要说明人体不接受紫外线照射和被紫外线照射过量分别会产生什么后果？ 答案：(1)200 nm　(2)(3)见解析 解析：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f增大，应减小L与C的乘积，由f＝，C＝知，B正确。 [解析]　图中a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，由ab＝bc可知，无线电波从发射到返回所用时间为50 μs。 设雷达离障碍物的距离为s，无线电波来回时间为t，波速为c，由2s＝ct得 s＝＝ m ＝7.5×103 m。 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。 解析：(1)频率为756 kHz的无线电波的波长λ＝＝m≈397 m。 (2)由λ＝、f＝可知，波长λ减小，频率f增加，电容器的电容C减小，故应该把谐电路中可调电容器的电容调小一些。 解析：(1)λ＝＝ m＝2×10－7 m＝200 nm。 (2)荧光作用，灭菌消毒作用。 (3)不接受紫外线照射时，不能杀死人体内的一些细菌，人的抗病能力会较弱，也不利于钙的吸收；紫外线照射过量，则会伤害眼睛和皮肤，使体内的遗传物质受损，会把正常细胞变成癌细胞。 $$