第4章 2 电磁场与电磁波 3 无线电波的发射和接收 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册（人教版2019）

DISIZHANG 第四章 2　电磁场与电磁波 3　无线电波的发射和接收 学习目标 1.知道电磁场的概念及产生的原理(重点)。 2.知道有效发射电磁波的两个条件。 3.了解无线电波的特点及传播规律。 4.了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用(重点)。 2 内容索引 一、电磁场 二、电磁波 课时对点练 三、无线电波的发射 四、无线电波的接收 3 一 电磁场 4 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生 。 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的 产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的 产生了电场。 感应电流 磁场 磁场 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生 。 3.变化的电场和磁场总是 ，形成一个不可分割的统一的 。 磁场 相互联系 电磁场 关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是 A.在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生 变化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 例1 √ 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，故D正确。 对麦克斯韦电磁场理论的理解 总结提升 用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场(左侧)产生的磁场(右侧)，或磁场(左侧)产生的电场(右侧)随时间t的变化规律，其中错误的是 针对训练1 √ 恒定的电场不产生磁场，选项A正确； 均匀变化的电场产生恒定的磁场，选项B正确； 周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比，对于正弦曲线，t＝0时，磁场的磁感应强度的变化率最大，故产生的电场的电场强度最大，选项C错误，D正确。 二 电磁波 11 如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？ 答案　当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。 梳理与总结 1.电磁波的产生：变化的 和 交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 (1)电磁波是 ，在传播方向上的任一点，E和B彼此 且均与传播方向 。如图所示。 电场 磁场 横波 垂直 垂直 (2)电磁波的传播 介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108 m/s。 (3)电磁波具有波的共性，能产生 、 、反射、折射和 等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (4)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为 。 (5) 通过实验证实了电磁波的存在。 不需要 干涉 衍射 偏振 c＝λf 赫兹 (2023·莆田一中校考期末)2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了“天宫课堂”第二课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是 A.电磁波传播需要介质 B.交替变化的电磁场传播出去形成电磁波 C.麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 D.不同频率的电磁波在真空中传播的速度是不同的 例2 √ 电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，故A错误； 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而形成电磁波，所以电磁波是交替变化的电磁场传播形成的，故B正确； 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，故C错误； 不同频率的电磁波在真空中均以光速传播，故D错误。 (多选)下列关于机械波与电磁波的说法中，正确的是 A.机械波和电磁波本质上是一致的 B.机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关， 而且与电磁波的频率有关 C.机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波 D.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 例3 √ √ √ 机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生；机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定；电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射、折射、干涉和衍射等现象，故选项A错误，B、C、D正确。 三 无线电波的发射 19 1.有效发射电磁波的条件 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： (1)要有 的振荡频率。频率越 ，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。 (2)采用 电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。 (3)实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与 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 相连。 足够高 高 开放 大地 天线 2.调制 (1)概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种 而改变。 (2)调制的分类 ①调幅(AM)：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 信号 振幅 ②调频(FM)：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 频率 (多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是 例4 A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 √ √ √ 图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号，选项B正确； 由高频振荡器产生的高频振荡电流如图甲所示，选项A正确； 图丙的调制方法是调幅，可以使载波的振幅随信号的强弱而变，选项C正确，D错误。 四 无线电波的接收 25 1.接收原理：电磁波在传播时如果遇到 ，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是 。 2.接收方法 (1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 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最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的 。 (2)解调：把声音或图像信号从 中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。 导体 接收天线 相同 共振 高频电流 3.电视广播的发射和接收 (1)电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成 信号再进行传播。 (2)高频电视信号的三种传播方式：地面 传输、有线网络传输以及 传输。 (3)电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过 将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。 高频 无线电 卫星 解调 调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应 A.加大电源电压 B.减小电源电压 C.增加谐振线圈的圈数 D.减少谐振线圈的圈数 例5 √ 频率f与电源电压无关，选项A、B错误。 总结提升 调谐电路的调节，要特别注意以下问题： (1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。 在如图所示的LC振荡电路中，已知线圈的电感不变，电容器为可调电容器，开始时电容器的电容为C0，要发生电谐振应使振荡电路的固有频率加倍。则电容器的电容应变为 针对训练2 √ 五 课时对点练 考点一　电磁场 1.下列说法中正确的是 A.任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空 间产生同频率的振荡电场 B.任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率 的振荡磁场 C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生 同频率的振荡磁场 D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场产生磁场，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场，故选C。 2.(2023·河南高二联考期末)英国物理学家麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图表示四种电场(磁场)随时间变化的图像中，能产生恒定的磁场(电场)的是 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A图中电场不变，则不会产生磁场，A错误； B图中是均匀变化的电场，产生稳定的磁场，B正确，C图中电场随时间发生非均匀变化，则会产生变化的磁场，C错误； D中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故D错误。 考点二　电磁波 3.(2023·本溪高二开学考试)2022年7月1日，庆祝香港回归祖国25周年大会隆重举行，世界各地观众都能收看到大会实况，是因为电视信号可通过卫星覆盖全球。关于电磁波，下列说法正确的是 A.电磁波在真空中的传播速度与频率、能量有关，频率越高、能量越大， 传播速度越大 B.当电磁波源消失后就不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立 即消失 C.电磁波不能在真空中传播，且只能传递声音信号，不能传递图像信号 D.香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，故传播速度不同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电磁波在真空中的传播速度是光速，与频率、能量无关，A错误； 一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源消失后只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失，B正确； 电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，电磁波既能传递声音信号，又能传递图像信号，C错误； 香港电视台与沈阳电视台发射的电磁波的频率不同，但传播速度相同，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4.(多选)关于电磁波与声波的比较，下列说法正确的是 A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B.由空气进入玻璃时，电磁波速度变小，声波速度变大 C.由空气进入玻璃时，电磁波波长变小，声波波长变大 D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 选项A、B说法均与事实相符，故选项A、B正确； 由空气进入玻璃时，根据λ＝ ，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，故选项C正确； 电磁波在介质中的传播速度与介质有关，也与频率有关，故选项D错误。 考点三　无线电波的发射与接收 5.(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路，还可以 A.增大电容器极板间的距离 B.减小电容器极板的正对面积 C.减少线圈的匝数 D.采用低频振荡电流 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.(2022·河北石家庄二中月考)无线电广播对电磁波进行调制的原因是 A.经过调制后的电磁波可以传播的距离更远 B.经过调制后的电磁波在空气中传播得更快 C.经过调制后的电磁波在空气中传播时波长才能不变 D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调制是把要发射的低频信号“加”到高频电磁波上去，与传播距离的远近无关，故A错误； 电磁波的波速接近光速，并且调制不影响电磁波在空气中的传播速度，故B错误； 要把电磁波有效发射出去，必须有足够高的频率，经过调制后的波具有较高频率，从而把我们要告知对方的信号有效地传播出去，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7.在无线电广播的接收中，调谐和解调是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是 A.调谐→高频放大→解调→音频放大 B.解调→高频放大→调谐→音频放大 C.调谐→音频放大→解调→高频放大 D.解调→音频放大→调谐→高频放大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号(解调)，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对。 8.某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波的无线电广播，初步制作后发现有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。适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为300 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是 A.使接收电路产生电谐振的过程叫作解调 B.在电磁波发射技术中，只有调频这种调制方式 C.为更好接收波长为300 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到1 MHz D.为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故A错误； 在电磁波发射技术中，有调频和调幅两种调制方式，故B错误； 9.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 馈线输送给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 馈线输送给LC电路 C.天线只是有选择地接收某电视台信号，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 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 室外天线处于变化的电磁场中，天线产生了感应电流，此电流通过馈线输送给LC电路，此电流中包括空间各电视台信号激起的电流，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理输送给后面的电路，故A正确，B、C、D错误。 10.(2022·无锡市模拟)如果收音机调谐电路中是采用改变电容的方式来改变回路固有频率的，那么当接收的电磁波的最长波长是最短波长的3倍时，电容器的最大电容与最小电容之比为 A.3∶1　　　B.9∶1　　　C.6∶1　　　D.27∶1 √ 最长波长是最短波长的3倍，根据公式c＝λf可知，最短波长和最长 波长对应的波的频率之比为3∶1，而f＝ ，可知电容与频率的 平方成反比，故电容器的最大电容与最小电容之比为9∶1，B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.(多选)如图甲所示是一个调谐接收电路，乙、丙、丁为电路中的电流随时间变化的图像，则 A.i1是L1中的电流图像 B.i1是L2中的电流图像 C.i2是L2中的电流图像 D.i3是流过耳机的电流图像 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L1中由于电磁感应，产生的感应电流的图像与题图乙相似，但是由于L2和D串联，所以当L2的电压与D反向时，电路不通，因此这时L2没有电流，所以L2中的电流图像应是题图丙中的i2。高频部分通过C2，通过耳机的电流如题图丁中的i3，只有低频的音频电流，故选项A、C、D正确，B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.(多选)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。如图甲所示有A、B两幅图。在收音机电路中天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图乙所示的电路，图中虚线框a和b内只用一个电容器或电感器。以下关于电磁波的发射和接收的说法中，正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A.在电磁波的发射技术中，甲图中A是调幅波 B.在电磁波的发射技术中，甲图中B是调幅波 C.乙图中a是电容器，用来通高频阻低频，b是电感器，用来阻高频通低频 D.乙图中a是电感器，用来阻交流通直流，b是电容器，用来阻高频通低频 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载，故A为调幅波，A正确，B错误； 在交流电路中，电容器通高频阻低频，电感器通低频阻高频，元件a要让高频信号通过，阻止低频信号通过，故元件a为电容器；元件b要让低频信号通过，阻止高频信号通过，故b为电感器。故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由于f＝，C越小、L越小，f越大。动片旋出，正对面积S减小，C减小，f增大，S调到最小时，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须使L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确； (2)频率公式f＝，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小。 A.4C0 B.2C0 C.C0 D.C0 由题意，固有频率变为原来的2倍，由f＝知，L不变，只有C＝C0时符合要求，D正确。   使用开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f＝、C＝可知，选项A、B、C正确，D错误。 由λ＝，可知波长与波速和传播频率均有关，故C错误； 为更好接收波长为300 m的无线电波，根据f＝＝ Hz＝1×106 Hz ＝1 MHz，可知应把收音机的调谐频率调到1 MHz，故C正确； 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据 f＝可知应减少线圈的匝数，故D错误。 $$