第4章 3 无线电波的发射和接收-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）多选

第四章　电磁振荡与电磁波 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.掌握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.知道调制(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 课时作业 巩固提升 要点1　电磁场 要点2　电磁波 要点3　无线电波的发射和接收 内容索引 3 要点1　电磁场 一 4 1.变化的磁场产生电场 (1)实验现象：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____________。 梳理 必备知识 自主学习 感应电流 5 (2)麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的_________ 产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。 (3)结论：变化的____________产生了电场。  2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设：变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生________。 磁场 磁场 磁场 6 [思考与讨论] 空间存在如图所示的电场，那么在空间能不能产生 磁场?在空间能不能形成电磁波? 提示：如图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯 韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定， 不会激发出新的电场，故不会产生电磁波。 7 1.变化的磁场产生电场的理解 (1)均匀变化的磁场产生恒定的电场。 (2)非均匀变化的磁场产生变化的电场。 (3)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 2.变化的电场产生磁场的理解 (1)均匀变化的电场产生恒定的磁场。 (2)非均匀变化的电场产生变化的磁场。 (3)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 归纳 关键能力 合作探究 8 [例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 C 9 根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场(磁场)产生磁场(电场)，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。 [针对训练]　1.关于电磁场理论，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 D 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故选D。 12 2.(多选)各磁场的磁感应强度B随时间t变化的情况如图所示，其中能产 生持续电磁波的是(　　) BD A图的磁场是恒定的，根据麦克斯韦电磁场理论可知，不能产生电场，更不能产生电磁波;B图的磁场是周期性变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波; C图的磁场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，因此不能产生持续的电磁波;D图的磁场是周期性变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知，能产生周期性变化的电场，故能产生持续的电磁波。故B、D正确。 二 要点2　电磁波 16 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。 梳理 必备知识 自主学习 电场 磁场 横波 垂直 垂直 17 (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 18 [思考与讨论] 如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验 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 实了什么问题? 提示：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。 19 1.对电磁波的几点说明 (1)电磁波的频率由波源决定，同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，电磁波在介质中的速度都比真空中的速度小。 (2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率高的电磁波的波速小。 (3)电磁波可以脱离波源而独立传播，即波源停止发射电磁波后，在空间中已发射出的电磁波仍继续传播。 归纳 关键能力 合作探究 20 2.电磁波与机械波的比较   机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关 21   机械波 电磁波 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡激发 是横波还 是纵波 可能是横波，也可能是纵波 横波 干涉和衍射 可以发生干涉和衍射 [例2]　(多选)以下关于机械波与电磁波的说法，正确的是(　 　) A.机械波与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，还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 BCD 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;机械波传播需要介质，波速由介质决定，电磁波的传播不需要介质，波速由介质和本身频率共同决定;机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波;机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象。综上所述，选项B、C、D正确。 [针对训练]　3.(多选)下列关于电磁波的说法中，正确的是(　 　) A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场，就能产生电磁波 AC 变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播形成电磁波，A正确;电磁波只有在真空中的传播速度才为3.0×108 m/s，B错误;电磁波由真空进入介质时，f不变，v变小，由v＝λf可知，波长λ变短，C正确;只有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波，D错误。 26 4.有关电磁波和声波，下列说法错误的是(　　) A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质 B.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大 C.电磁波是横波，声波也是横波 D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长变短，声波的波长变长 C 电磁波本身就是一种物质，它的传播不需要介质，而声波的传播需要介质，故选项A正确;电磁波由空气进入水中时，传播速度变小，但声波在水中的传播速度比其在空气中大，故选项B正确;电磁波的传播方向与电场、磁场的方向都垂直，是横波，而声波是纵波，故选项C错误;电磁波由空气进入水中传播时，波速变小，波长变短，而声波由空气进入水中传播时，波速变大，波长变长，故选项D正确。 三 要点3　无线电波的发射和接收 29 1.有效发射电磁波的条件 (1)要有足够____________的振荡频率。 (2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。 2.电磁波的调制 (1)载波：用于携带信号的____________电磁波。 (2)调制：使载波随各种信号而改变的技术。 (3)调幅(AM)：使高频电磁波的____________随信号的强弱而变。 (4)调频(FM)：使高频电磁波的____________随信号的强弱而变。 梳理 必备知识 自主学习 高 高频 振幅 频率 30 3.无线电波的接收 (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，这个导体就是接收____________。 (2)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____________。 (3)调谐：使接收电路产生____________的过程。 (4)解调：把声音或图像信号从____________中还原出来。 导体 天线 相同 强 电谐振 高频电流 31 4.电视广播的发射和接收 (1)高频电视信号的传播方式主要有三种：地面无线电传输、有线网络 传输以及卫星传输。 (2)不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。 32 [思考与讨论] 如图，我们调节旋钮改变的是什么?调节的目的 又是什么? 提示：调节旋钮改变的是可变电容器的电容，可 以改变调谐电路的频率，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，这样就选出了这个电台。 33 1.无线电波的发射和接收过程 归纳 关键能力 合作探究 34 2.“调幅”和“调频”是调制的方式 (1)高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方式叫调幅，一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波，如图所示是调幅的作用。 35 (2)高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方式叫调频，电台的立 体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波，如图所示是调频的作用。 3.解调是调制的逆过程 声音、图像等信号频率相对较低，不能转化为电信号直接发射出去，而要将这些低频信号加载到高频电磁波信号上去。将声音、图像信号加载到高频电磁波上的过程就是调制。而将声音、图像信号从高频信号中还原出来的过程就是解调。 4.正确理解调谐的作用 世界上有许许多多的无线电台、电视台及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下来，那必然是一片混乱，分辨不清。因此接收信号时，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。 [例3]　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.增大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.提高供电电压 　B 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，即减小L或减小C，要减小L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法;要减小C，可采用增大极板间距离、减小极板正对面积、减小介电常数的方法，故B正确。 [例4]　 (多选)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍 接收不到较高频率电台发出的电信号。要接收到电信号，应( 　　) A.增大调谐电路中线圈的匝数 B.加大电源电压 C.减小调谐电路中线圈的匝数 D.将线圈中的铁芯取走 CD 当调谐电路的固有频率等于要接收的电磁波的频率时，发生电谐振才能接收到电台信号，由题意知收不到高频率电信号的原因是调谐电路固有频率低，在可变电容器的动片从完全旋入(正对面积S最大)到完全旋出(正对面积S最小)，即改变电容器的电容C无法达到电台较高频率时，由f＝可知必须减小电感L，即可通过C、D两选项的操作增大f，故C、D正确。 42 [针对训练]　5.关于电磁波的发射与接收，下列说法中正确的是(　　) A.调频与调幅都是用高频载波发送信号，原理相同，无本质区别 B.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 C.手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送 D.调谐就是将接收电路的振幅调至与电磁载波的振幅相同 C 调频与调幅都是用高频载波发送信号，但是原理不同，故A错误;解调是接收电磁波过程中的步骤，是将低频信号从高频载波信号中分离出来的过程，故B错误;手持移动电话与其他用户通话时，要靠较大的固定的无线电台转送，故C正确;调谐是将接收电路的频率调至与要接收的电磁波的频率相同，故D错误。 6.电台将播音员的声音转换成如图甲所示的电信号，再加载到如图乙所 示的高频载波上，使高频载波的振幅随电信号改变(如图丙所示)。这种 调制方式称为(　　) A.调频　　　　　　　　 B.调谐 C.调幅 D.解调 C 使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，而调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载;另一种是调频，即通过改变电磁波的频率来实现信号加载。由题意可知高频载波的振幅随电信号改变，所以调制方式为调幅，故选C。 四 课时作业 巩固提升 47 [A组　基础巩固练] 1.下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B.电场随时间变化时，一定产生电磁波 C.做非匀变速运动的电荷可以产生电磁波 D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 48 只有周期性变化的电场和磁场，才能激发电磁波，而稳定的电场和磁场不能产生电磁波，A错误;均匀变化的电场，产生恒定的磁场，但是恒定的磁场不能产生电场，不能产生电磁波，B错误;做非匀变速运动的电荷可以在空间产生变化的电磁场，可以形成电磁波，C正确;赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 49 2.(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是(　 　) A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 B.工作时的打点计时器周围必有磁场和电场 C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场激发稳定的电场 D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ABD 50 教室中亮着的日光灯、工作时的打点计时器用的都是振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确;稳定的电场不会产生磁场，稳定的磁场也不会产生电场，故选项C错误;电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 51 3.(多选)以下关于电磁波的说法中正确的是(　　) A.只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B.电磁波传播需要介质 C.赫兹用实验证实了电磁波的存在 D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随有能量向外传递的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 CD 52 如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是稳定的，就不能再产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波，故A错误;电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质，故B错误;赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C正确;电磁波具有能量，它的传播是伴随能量传递的，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是(　 　) A.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路 B.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路 C.当接收电路的固有频率与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 D.要使电视机的屏上有图像，必须要有检波过程 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 BCD 54 为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，故A错误，B正确;当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，发生电谐振，接收电路中产生的振荡电流最强，故C正确;将信号从高频电流中还原出来的过程称为解调，调幅波的解调又称为检波，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.一些手机App极大地方便了人们的信息沟通，当人们用语音聊天时既 有机械波，又有电磁波。下列关于机械波和电磁波说法正确的是(　　) A.机械波和电磁波都有横波和纵波 B.机械波和电磁波的传播都要依赖介质 C.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 D.机械波能产生干涉和衍射现象，电磁波不能产生干涉和衍射现象 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 56 机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有横波，故A错误;机械波传播需要依赖介质，电磁波的传播不需要介质，故B错误;一切波均适用波的频率、波长和波速三者满足的关系，故C正确;机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电 台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是(　　) A.收听到的电台离收音机最近 B.收听到的电台频率最高 C.接收到的电台电磁波能量最强 D.接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 58 选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强，故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 60 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正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.(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(　 　) 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ABC 62 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 9.一台收音机可接收中波、短波两个波段的无线电波，打开收音机后盖， 在磁棒上能看到两组线圈，其中一组是用细线密绕匝数多的线圈，另一 组是用粗线疏绕匝数少的线圈。由此可以判断(　　) A.匝数多的电感大，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 B.匝数多的电感小，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 C.匝数少的电感小，使调谐电路的固有频率较小，故用于接收中波 D.匝数少的电感大，使调谐电路的固有频率较大，故用于接收短波 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 64 根据匝数多密绕的线圈电感大、匝数少疏绕的线圈电感小，可排除B、D选项;根据f＝可知，电感越大，回路固有频率越小，可排除C选项;根据c＝fλ可知，频率越小，波长越长，A选项是正确的。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.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.为了能接收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 66 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;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;为了能接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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.在如图所示的电路中，C1＝200 pF，L1＝ 40 μH，L2＝160 μH，怎样才能使回路2与回 路1发生电谐振?发生电谐振的频率是多少? 答案：改变可变电容器C2的电容，使C2为50 pF 1.78 MHz 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 68 发生电谐振时两电路的固有频率相同。为使回路发生电谐振，可以改变可变电容器C2，使f2＝f1 即 C2＝ pF＝50 pF。 发生电谐振时的频率 f1＝≈1.78×106 Hz＝1.78 MHz。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 12.出租车某司机在开车时喜欢听中央广播音乐之声FM90 MHz、文艺广播FM87.6 MHz和有线古典音乐FM97.4 MHz三个文艺广播电台，但是在上午他喜欢听中央广播音乐之声FM90 MHz的节目，这三种无线电波同时传向车载收音机的接收天线。 (1)上午他应该把收音机的调谐电路的频率调到多少? 答案：(1)90 MHz 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 70 (1)各种无线电波通过天线时，所有的电磁波都能在接收电路中产生感应电流，调谐电路的固有频率等于90 MHz时，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，要再经过解调、放大，通过扬声器才可以听到声音。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)这种无线电波的波长是多少? 答案：(2)3.33 m　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)由c＝fλ可知 λ＝ m≈3.33 m。 (3)如果想接收有线古典音乐FM97.4 MHz的信号，应该把调谐电路可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些? 答案：(3)旋出一些 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)要接收频率为97.4 MHz的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，根 据f＝，应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些以减小电容。 $$