第4章 第3节 无线电波的发射和接收-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第四章 电磁振荡与电磁波么国 第3节 无线电波的发射和接收 重点和难点 课标要求 1.知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波 重点：无线电波的发射过程和调制. 2.了解无线电波的发射过程和调制的概念，了解调谐、检波及无线 难点：调谐、检波及无线电波接收的 电波接收的基本原理。 基本原理 3。了解电视、雷达和移动电话的基本原理以及因特网. 口01必备知识梳理◆ 母础梳理 知识点1无线电波的发射 1.有效发射电磁波的条件 P拓视野 若要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点： 无线电波的发射相关问题 (1)要有足够高的频率.频率越高，越容易向外界辐射能量. 1.一般电台的中波、中短 (2)要有开放电路.振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可 波、短波广播以及电视中的图 能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去，有效地发射 像信号，都采用调幅波：电台 电磁波必须用开放电路，如图所示 的调频广播和电视中的伴音 信号，都采用调频波 2.将低频信号类比成货 物，高频波类比成运载工具， 则调制的过程可类比成将货 H 内 物装载到运载工具上 山闭合电路变成放电路 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， 无线电波就是由这样巨大的开放电路发射出去的。 2.无线电波的调制 (1)载波：用来“运载”信号的高频电磁波叫载波，如图所示。 (2)调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变 的技术叫作调制.即把传递信号加到载波上的过程. 193 国避食手细高中物理选择性必修第二册) (3)调制的方式 ①调幅(AM):使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变.如 图所示为经过调幅的高频振荡电流的波形 传递的信 经过制幅的出频 振满电流的波形 ②调频(FM):使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变.如 图所示为经过调频的高频振荡电流的波形 传递的信号 经过调频的高频 振湖电流的被形 3.无线电波的发射过程 由振荡器（常用LC振荡电路）产生高频振荡电流，用调制器 将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中 激发出无线电波，向四周发射出去。 例口(2024·山东菏泽一中高二月考)高考时很多地方在考 场使用手机信号屏敲器，该屏薇器在工作过程中以一定的速度由 低端频率向高端频率扫描.该扫描速度可以在手机接收报文信号 时形成乱码干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机 不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜 索网络无信号、无服务系统等现象.由以上信息可知(). A.由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波 B.电磁波必须在介质中才能传播 C.手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考 场内 D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到 目的的 解析手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波仍能传播到 考场内，手机信号屏蔽器的作用只是使手机不能与基站建立连 接，考场内仍然有电磁波，选项AC错误：电磁波在真空中也可以 传播，选项B错误：手机信号屏蔽器是通过发射电磁波千扰手机 工作来达到目的的，选项D正确。 [答案D 194 第四章 电磁振荡与电磁波么 知识点2无线电波的接收 1.原理 D划重点 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 在调谐电路中，由于电感 流.因此，空中的导体可以用来接收电磁波 的调节不方便，因此一般采用 2.接收装置 调节电容器电容大小的方法 用天线和地线组成的接收电器来接收电磁波，如图所示 来改变调谐频率，使它跟要接 收的电台发出的电磁波的频 率相同，这个频率的电磁波在 调谐电路里激起较强的感应电 流，于是就选出了这个电台. 不同形状的接收大线 3.通过电谐振来选台 (1)选台：接收电磁波时，从诸多的电磁波中把需要的选出来 (2)电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率 相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振，相 当于机械振动中的共振。 (3)调谐：使接收电路发生电谐振的过程叫调谐，其基本原理 就是电谐振， (4)调谐电路：能够调谐的接收电路叫作调谐电路 国敲黑板 (如图所示). 调制和解调的区别 4.通过解调获取信号 调谐屯路 1.调制是把低频电信号 解调：把声音或图像信号从高频振荡电流中还原出来的过程 加载到高频等幅振荡电流的 叫解调，如图所示 过程 2.解调是把低频电信号 从高频载波中检出来，是调制 的逆过程。 小高频信号 乙低频 5.无线电波的接收（如图所示）】 天级 高刺信号 鼎 低频信号 市宵 调谐器 解湖器 例2(2024·福建宁德一中期中)（多选）调谐电路通常情况 下是通过调节电容器的电容和自感线圈的自感系数来实现接收， 但是在某次调节的过程中，电容器的电容由最大值调到最小值， 仍没有接收到某电台发出的高频率信号.为了接收到该高频信 号，应采取的措施为( A.将线圈的匝数增加 B.使用电压更高的电源 195 国雕手细高中物理选择性必修第二册？) C将线圈的匝数减少 D.取走线圈中的铁芯 解析影响电感线圈自感系数L的因素有线圈匝数、粗细、长 短及有无铁芯等，当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频 率时，发生电谐振才能收听到电台信号，由题意知收不到电信号 的原因是调谐电路固有频率低，由以上分析可知在电容C无法调 节的前提下，可减小电感线圈自感系数L,即可通过CD项的操作 增大f 答案CD 知识点了电视广播的发射和接收 1927年，英国发明家贝尔德在伦敦公开表演了向远处传递活 划重点 动图像的技术，标志着电视的诞生 电视的发射和接收过程 1.电视广播信号的发射 1.将景物的图像转换为 (1)信号转换：在电视发射端，由摄像管摄 电信号， 取景物的图像并将其转换为电信号 2.将带有电信号的电磁 (2)扫描：摄像镜头把被摄景物的像投射在电子米描的路径 波发射出去。 3.通过调谐和解调将电 摄像管的屏上，电子枪发出的电子束按一定规律对屏上的图像进 信号转换为视频信号与音频 行扫描.扫描的路径如图所示，从A开始，逐行进行，直到B.摄像 信号，视频信号通过显像管中 管把一幅图像按照各个部分的明暗情况，逐点地变为强弱不同的 的电子枪发射的受视频信号 信号电流.天线则把带有图像信号的电磁波发射出去 控制的电子束对荧光屏的扫 2.电视信号的接收 描，将视频信号转换为图像 在电视接收端，天线收到电磁波后产生感应电流，经过调谐、 音频信号通过扬声器转换成 解调，将得到的图像信号送到显像管、显像管里的电子枪发射的 声音 电子束也在荧光屏上扫描，扫描的方式和步调与摄像管的扫描同 4.摄像机与电视接收机 步，同时，显像管里的电子枪发射电子束的强弱受图像信号的控 中电子束扫描的速率相等 制，这样的荧光屏上便出现了与摄像屏上相同的图像.电视机天 线收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号.伴音信号 经解调后送到扬声器.如图所示是电视广播的发射和接收过程. 接收天线 显像管 摄仰机 於电磁波传渐 女丽 力音频放因 发射天线 斜 出齐话筒 摄像机在1s内要传送25幅画面，这些画面都要通过发射设 备发射出去，电视接收机也以相同的速率在荧光屏上显现这些画 面.由于画面更换迅速，眼睛又有视觉暂留现象，所以我们感觉到 的便是活动的影像 196 第四章 电磁振荡与电磁波么 例3某收音机接收电磁波的波长范围在577m和182m之 间，该收音机LC回路的可变电容器的动片全部旋出时，回路总电 容为39pF,试分析（计算结果保留三位有效数字）： (1)动片全部旋出时，对应收音机接收电磁波的波长为多大？ 此IC回路的线圈的自感系数为多少？ (2)该收音机LC回路的可变电容器的动片完全旋人时，电容 器的电容为多大？ 解折](1)由A=c·T,T=2π√L,C,可得λ=2πc√L,C. 动片完全旋出时，电容器极板正对面积最小，对应电容器的 电容最小，因此，对应接收电磁波的波长最小，为182m,此时电容 器的电容为C=39pF. 、由上面关系式可导出上一4C, 代入数据可求出L≈0.239mH. e由A=vC2会 所以Cmx 5772 Aiss Cu-182X39 pF2392 pF. 入an -02关建能力提升。 题型】对调制的理解 波的频率随低频信号的变化而变化，则是调 例①(2024·湖南长沙一中期中)（多选） 频.由于低频信号不利于直接从天线发射，所 关于调制，下列说法正确的是(). 以需要将低频信号加载到高频电磁波上去， ABC正确. A.调制的作用是把低频信号的信息加载 [答秦ABC 到高频电磁波上去 B.调制可能是把低频信号的信息加载到 题型2电磁波的发射与传播 高频电磁波的振幅上去 例2(2024·湖北宜昌一中期中)使用蓝 牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所 C.调制可能是把低频信号的信息加载到 示.蓝牙通信的电磁波( 高频电磁波的频率上去 10 10 1别罕H D.调制的作用是将低频信号变成高频信 nn∩Un/ 外浅可 号，再放大后直接发射出去 平08-09)￥10心H 2.4-2.481×1H 解析调制的作用是把低频信号加载到高 6 苏牙可机 频电磁波上去，如果高频电磁波的振幅随低频 A.是蓝光 信号的变化而变化，则是调幅；如果高频电磁 B.波长比手机通信的电磁波短 197 国避手册高中物理选择性必修第二册圆 C.在真空中的传播速度大小为340m/s 手机通信的电磁波频率高，波长短，故B正确； D.在真空中的传播速度比手机通信的电 电磁波在真空中的传播速度约为3×10m/s, 磁波速度小 故C错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电 解析]蓝牙通信用的电磁波不在可见光频 磁波，在真空中传播速度相同，故D错误。 率范围内，不是光信号，故A错误；蓝牙通信比 答案B 03-学业质量测评。 A基础过关练 渊诚时间：10分钟 全息成像技术.5G(传输速率10Gbps以上、 1.(2024·福建永春华侨中学高二期末)公交 频率范围3300~5000MHz)相比于4G(传 一卡通(IC卡)内部有一个特定频率的电磁 输速率100Mbps~1Gbps、频率范围1880~ 波接收电路，公交车上的读卡机（刷卡时 2635MHz),以下说法正确的是( “嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频 A.5G信号波动性更显著 率的电磁波.刷卡时，IC卡接收读卡机发出 B.4G和5G信号都是纵波 的电磁波能量，驱动卡内芯片进行数据处理 C.5G信号传输速率是4G的10倍以上 和传输.下列说法正确的是( D.5G信号在真空中的传播速度更快 A.仅当读卡机发射电磁波的频率与C卡内 4.(2024·湖北孝感一 场声器发出环境中的 的反柑声波低颊噪齐 部接收电路的频率相等时，IC卡才能有 模)降噪耳机越来越受 效工作 到年轻人的喜爱.某型 B.若读卡机发射的电磁波频率偏离1C卡内 号降噪耳机工作原理 部接收频率，则IC卡中不会接收到电磁波 如图所示，降噪过程包 C.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不 括如下几个环节：首 克 能向读卡机传输自身的数据信息 先，由安置于耳机内的 D.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的 微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、 电池 低频噪声（比如100~1000Hz);接下来，将 2.一首乐曲从电台“出发”到从收音机的调频 噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪 台播放出来.下列选项描述了该过程，其中 声进行实时分析、运算等处理工作：在降噪 顺序正确的是( 电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪 A.调制一发射一调谐一解调一播放 声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声， B.调频一发射一解调一调谐一播放 最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至 C.调幅一调谐一发射一解调一播放 消失了，下列对于该降噪耳机的说法中，正 D.调频一调谐一发射一解调一播放 确的是( 3.(2024·浙江金华一中高二期末)2021年两会 A.该耳机正常使用时，降噪电路发出的声波 期间，新华社首次推出了“5G十全息异地同屏 与周围环境的噪声能够完全抵消 访谈”.这是世界上新闻媒体首次应用5G和 B.该耳机正常使用时，该降噪耳机能够消除 198 第四章 电磁振荡与电磁波么9 来自周围环境中所有频率的噪声 A.增加电容器电容C C.如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变 B.减小电容器电容C 小，则该耳机降噪效果一定会更好 C.减少磁棒上线圈匝数 D.如果降噪电路处理信息的速度大幅度变 D.将磁棒从线圈中抽出部分 慢，则耳机使用者可能会听到更强的噪声 3.(2024·河南商丘一中高二期末)（多选）实 B综合提能练 测试时间：15分纬 际的LC电磁振荡电路中，如果没有外界能 1.(2024·湖南武冈二中高二开学考试)（多 选)如今共享单车随处可见，与大多山地自 量的适时补充，振荡电流的振幅总是要逐渐 行车相比，共享单车具有以下特点：①质量 减小.下述各种情况中，哪些是造成振幅减 更小更轻便；②科技含量更高，携带GPS模 小的原因？(). 块和SM卡便于定位和传输信息；③每辆车 A.线圈自感电动势对电流的阻碍作用 自带二维码，以方便手机扫描进行连接； B.电路中的电阻对电流的阻碍作用 ④自行车可通过车轮转动给车内电池充电. C.线圈铁芯上涡流产生的电热 根据以上信息，下列说法正确的是( D.向周围空间辐射电磁波 A.共享单车比山地自行车惯性更大，更容易 改变运动状态 4.(2024·湖南汉寿一中高二期末)近场通信 B.App上定位共享单车位置信息须通过人 (NFC)是一种短距高频的无线电技术，其主 造通信卫星 要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡 C.共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息 电路的并联谐振电路，其终端有主动、被动 D.共享单车内部电源的充电是利用电磁感 和双向三种模式，最常见的被动模式广泛应 应原理实现的 用于公交卡、门禁卡，校园一卡通等，刷卡时， 2.(多选)如图为收音机接收电磁波的电路，由 电路发生电谐振，给电容器充电，达到一定电 线圈L1与可变电容器C组成，它相当于一 个IC振荡电路，当各个无线电台发射的电磁 压后，在读卡设备发出的射频场中响应，被读 波都通过磁棒后，会在L中不同程度地产生 取或写入信息.下列说法正确的是( 感应电流（振荡电流），当可变电容调至某一 A.LC电路的电容器在充电时，电流增大 值（选台）使其振荡频率恰好与武汉人民广播 B.如果增大LC电路中电容器两极板间距 电台发射频率相同时，仅可接收该台广播节 离，振荡周期将增大 目.若要改为接收中央人民广播电台（高于武 C.LC电路中，电容器充电时，线圈中自感电 汉台频率)的节目，可采取的措施是( 动势增大 磁棒 D.电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改 仝放大级 变的技术叫电谐振 199重雅⑤手册高中物理选择性必修第二册凡) 的磁场产生恒定的电场，不能形成电磁波，B错误：电 收到电磁波，但不会达到电谐振，故B错误：IC卡接收 磁波与机械波一样，也能发生干涉、衍射现象，C错误： 到读卡机发射的电磁波，同时将自身数据信息发送给 由？=子=∫可知，电磁波在介质中传播时波速与频 读卡机进行处理，故C错误：C卡中没有电池，工作所 需要的能量来源于人刷卡时消耗的机械能，故D错误 率有关，D错误，A正确. 2.A【解析】一首乐曲从电台“出发”到从收音机的调频 B综合提能练 台播放出来的过程：首先要进行调制，即把声音信号加 L.BD【解析】电磁波在真空中的传播速度是3×10m/s, 载到高频电磁波信号上去，然后进行发射：载波信号被 故A错误：红外线和紫外线都属于电磁波，且红外线的 收音机接收后首先要进行调谐选出该信号，然后进行 波长比紫外线的大，故B正确：麦克斯韦提出了完整的 解调，从高频信号中把声音信号取出来，最后通过喇叭 电磁场：变化的磁场周围空间产生电场，变化的电场周 播放，选项A正确， 围空间产生磁场，空间将产生电磁波，但是均匀变化的 3.C【解析】因5G信号的频率更高，则波长小，波动性 电场能激发出恒定的磁场，恒定的磁场不会再产生电 更不明显，故A错误：电磁波均为横波，即4G和5G信 场，故C错误：德国物理学家赫兹通过实验首先捕捉到 号都是横波，故B错误，5G传输速率为10Gbps以上 电磁波，证实麦克斯韦关于光的电磁理论，故D正确. 4G传输速率为100Mbps~1Gbps,则5G信号传输速 2.B【解析】电磁波在同一均匀介质中沿直线匀速传播， 率是4G的10倍以上，故C正确：任何电磁波在真空中 当介质不均匀时可以发生折射和反射，故传播方向可 的传播速度均为光速，传播速度相同，故D错误 以改变，故A错误：变化的磁场产生电场，变化的电场 4.D【解析】因周围环境产生的噪声频率在100一1000Hz 产生磁场，逐渐向外传播，形成电磁波，故B正确：电 范围之内，而降噪电路只能发出某一种与噪声相位相 (磁)场随时间均匀变化时，产生恒定的磁（电）场，恒定 反，振幅相同的声波来抵消噪声，所以降噪电路发出的 的磁（电）场不会产生电（磁）场，也就不会产生电磁波， 声波与周围环境的噪声不能够完全抵消，即不能完全 故C错误：赫兹第一次用实验证实了电磁被的存在，故 消除来自周围环境中所有频率的噪声，AB措误：如果 D错误， 降噪电路能处理的噪声频谱宽度变大，则该耳机降噪 3.C【解析】由于磁场是周期性变化的，根据麦克斯韦电 效果一定会更好，C错误：如果降噪电路处理信息的速 磁场理论可知，产生的电场也是周期性变化的，故电子 度大幅度变慢，则在降噪电路处理完成后，通过扬声器 在其空室中一段时间加速，又有一段时间减速，再加 可能会向外发出与噪声相位相同、振幅相同的声波来 速，再减速，周而复始，故A错误：由于电子做的是非匀 加强噪声，则耳机使用者可能会听到更强的噪声， 速圆周运动，故加速度不指向圆心，故B错误：第一个 D正确。 周期中，电子在0~于内按题图乙所示逆时针加速，在 B综合提能练 子~号内电子逆时针减速，在子~平内电子顺时针 1.CD【解析】共享单车质量小、惯性小，A错误：GPS 模块通过人造卫星定位，所以App上定位共享单车位 加速，在子T~T内电子顺时针减速，故C正确，D错误 置信息须通过人造通信卫星，B正确：共享单车和手机 第3节无线电波的发射和接收 之间是靠电磁波传递信息，C正确：自行车可通过车轮 转动给车内电池进行充电，利用电磁感应原理将动能 人基础过关练 转化为电能，D正确。 1.A【解析】为了使IC卡中的感应电流达到最大，应使 2.BCD【解析】当收音机调谐电路的频率等于要接收的 L,C电路产生电谐振，故只有发射特定频率的电磁波 电磁波的频率时才发生电谐振，即接收到该台，要使接 时，IC卡才能有效地工作，故A正确：若电磁波的频率 收的电台电磁波频率升高，由∫=。1一知，当1和C 偏离该频率，电感L中仍可出现感应电流，所以仍能接 2πL.C 30 参考答采与解析么线 减小时，频率∫增大，故CD正确. 4.C【解析】红外线的频率小，波长长，容易绕过障碍物， 3.BCD【解析】线阖自感对电流的阻碍作用，是把电流 这一特点常用于红外线遥控，故A错误：红外线具有热 的能量转化为磁场能，不会造成振荡能量的损失，振辐 效应强的特点，这一特点常用于红外线加热器、热谱 不会域小：电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能 仪，故B错误：红外线夜视仪是利用一切物体都在不停 转化为内能，从而造成振荡能量的损失，使振幅减小： 地向外辐射红外线的特点，故C正确：红外线和紫外线 线圈铁芯上涡流产生的电热，也是由振荡能量转化来 都是不可见光，但红外线夜视仪不是利用这一特点制 的，也会引起振荡能量的损失，使振幅减小：向周围空 作的，故D错误 间辐射电磁波，使振荡能量以电磁波的形式散发出去， B综合提能练 引起振荡能量的损失，使振幅减小，故BCD正确， 1.D【解析】5G信号比4G信号的频率更大，则波长更 4.C【解析】LC电路的电容器在充电时，电流减小，故A 短，A错误：电磁波是横波，即5G信号和4G信号都是 错误：增大LC电路中电容器两极板间距离，电容器的 横波，B措误：电磁波传播不需要介质，即5G信号和 电容会变小，根据T=2π√LC可知，1，C电路的振荡周 4G信号传播都不需要介质，C错误：相同时向内5G信 期将减小，故B错误：LC电路中，电容器充电时，电流 号比4G信号传递的信息量更大，D正确。 减小得越来越快，线圈中的自感电动势增大，故C正 2.B【解析】银行的验钞机发出的光是紫外线，家用电器 确：电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术 的遥控器发出的光是红外线，故A错误：高温物体和低 叫调制，故D错误。 温物体都能辐射红外线，故B正确：手机通话使用的微 第4节电磁波谱 波，波长比可见光的波长长，故C错误：在肺炎诊断中 A基础过关练 要用X射线束扫描部，故D错误 1.D【解析】从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可 3.A【解析】光的传播速度为3×10m/s,需要的时间最 见光低，故A错误：毫米波的波长远小于车的大小，所 少为1=工-6740,6400)X10s=1.13×1028 3×10 以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误：被前 4.D【解析】麦克斯韦从理论上预言了电磁波，赫兹通过 车反射后的电磁波，相当于接收者在靠近波源导致频 实验证实了电磁波的存在，A错误：常用的遥控器通过 率变大，故C错误：系统判断有可能发生碰撞时会发出 发出红外线脉冲信号来遥控电视机，B错误：若是均匀 蜂鸣并显示警示信号，说明前车的金属尾板遇到毫米 变化的磁场，产生恒定的电场，则不能形成电磁波：同 波时一定会产生极其微弱的感应电流，故D正确。 样均匀变化的电场，产生恒定的磁场，不能形成电磁 2.A【解析】手机通话时涉及的波既有电磁波又有声 波，C错误：电磁被可以在真空中传播，将手机放在真 波，A正确：CT利用X射线束对身体部位进行扫描，检 空玻璃盒中，拨打该手机号码，手机能接收到信号，D 查多种疾病，B错误：B超中的超声波属于声波，C错 正确。 误：遥控器发出的红外线，频率比可见光低，波长长，穿 透本领较弱，D错误 单元学能测评 3.C【解析】根据热辐射的实验规律可知，人的体温升 1.B【解析】生活中用微波炉来加热食物，说明电蕊波具 高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监 有能量，故A正确：电磁波在真空中或空气中传播的速 测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道人 度=3.0×10m/s,空间站到地球表面的距离s=4× 的体温了，故AB错误：被测者会辐射红外线，辐射强 度以及按波长的分布情况与温度有关，随着温度的升 10m,电磁波从空间站传播到地面的时间1=。≈ 高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，因此热 0.0013s,故B错误：根据物理学史可知，赫兹通过实 辐射中较短波长的成分越来越多，故C正确，D错误 验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无 31