4.3 电磁波的发射、传播和接收&4.4 电磁波谱（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第三节　电磁波的发射、传播和接收 第四节　电磁波谱 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 栏目索引 教材知识 梳理 随堂达标 训练 知识方法 探究 教材知识 梳理 足够高 越高 开放电路 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 地线 天线 载波 振幅 甲 频率 乙 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 导体 天线 固有频率 频率 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 高频电流 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 无线电波 红外线 可见光 紫外线 波长大小 通信 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 红外线 强 视觉效应 不同 灭菌消毒 紫外线 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 较强 检查 摧毁 治疗 探测 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 × × √ √ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 知识方法 探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 随堂达标 训练 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第四章　电磁振荡与电磁波 谢谢观看！ 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道有效发射电磁波的条件，知道调制的概念及调制的两种方法． 2．知道接收需要的电磁波要进行调谐，知道还原信号还要进行解调，了解什么是调谐和解调． 3．认识电磁波谱，知道光是电磁波，了解电磁波各波段的特点和主要用途 1．物理观念：知道有效地发射电磁波的两个条件． 2．物理观念：了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用． 3．科学思维：通过查阅与电磁波谱中各种频段波的应用相关的资料，培养学生收集信息、加工处理信息的能力． 4．科学态度与责任：体会电磁波的应用对现代社会的影响，明确不同的电磁波具有的不同用途和危害，感悟现代科技的正反两个方面，培养学生辩证唯物的价值观 [对应学生用书P92] eq \a\vs4\al(一、电磁波的发射、传播和接收) 1．电磁波的发射 (1)要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：第一，要有______的振荡频率，频率____，发射电磁波的本领越大． 第二，应采用________，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间． (2)开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作____，线圈的另一端与高高地架在空中的____相连． (3)调制：在电磁波发射技术中，使____随各种信号而改变的技术． (4)调制的方法： ①调幅：使高频电磁波的____随信号的强弱而改变，如图中__是调幅波； ②调频：使高频电磁波的____随信号的强弱而改变，如图中__为调频波． 2．电磁波的传播 (1)无线电波的分类 无线电波可分为若干波段，不同波段用途不同．无线电波的波段划分如下表所示． 波段 波长/m 频率/MHz 传播方式 主要用途 长波 30 000～3 000 0.01～0．1 地波 广播、 导航 中波 3 000～200 0.1～1．5 地波和天波 中短波 200～50 1.5～6 天波 调幅(AM) 广播、导航 短波 50～10 6～30 波段 波长/m 频率/MHz 传播方式 主要用途 微波 米波 (VHF) 10～1 30～300 近似直 线传播 调频(FM) 广播、电 视、导航 分米波 (UHF) 1～0.1 300～3 000 直线传播 电视、雷达、导航、移动通信、射电天文 厘米波 0.1～0.01 3 000～30 000 毫米波 0.01～0．001 30 000～300 000 (2)无线电波的传播方式 不同波长的电磁波在地球表面、大气层中传播时，衍射和被吸收的情况不同，在传播方式上也各不相同． ①地波传播：沿地球表面传播的无线电波叫地波．地面上的障碍物一般不是太大，长波能很好地绕过，容易发生衍射现象，中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波波长较短，绕过障碍物本领很差． ②天波传播：依靠大气层中的电离层的反射来传播的无线电波叫天波．对于微波，电离层能让它穿过；对于长波，电离层基本把它吸收；对于中波、中短波和短波，波长越短，电离层对它吸收越少、反射越多，因此短波主要以天波形式传播． ③直线传播：微波既不能以地波形式传播(易被吸收)，也不能以天波形式传播(穿透电离层)，只能像光一样沿直线传播． 3．电磁波的接收 (1)接收原理：电磁波能使____中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收____． (2)电谐振：当接收电路的________跟接收到的电磁波的____相等时，接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振． (3)调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐． (4)解调：使声音或图像信号从接收到的________中还原出来，这个过程是调制的逆过程，叫作解调． (5)检波：调幅波的解调． [思考] 在我们周围弥漫着各种电台、电视台及无线电设备发出的电磁波，我们若想收听某一电台的广播，需要调节收音机的旋钮选台，你知道“选台”的作用吗？ 提示　“选台”是为了使想收听的某一电台发射的电磁波的频率与收音机的接收电路的固有频率相同． eq \a\vs4\al(二、电磁波谱) 1．认识电磁波谱： (1)电磁波种类：________、______、______、______、X射线、γ射线等． (2)电磁波谱：按电磁波的________或频率高低顺序把各种电磁波排列成的谱． 2．电磁波特性及其应用： (1)无线电波：波长大于1 mm(频率小于300 GHz )的电磁波是无线电波，主要用于____和广播． (2)红外线：它的波长比无线电波短，比可见光长，主要应用于加热或红外摄影．所有物体都会发射______，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射__． (3)可见光：能使人的眼睛产生________的电磁波，可见光的波长在440～760 nm之间．分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色．不同颜色的光波长(频率)____． (4)紫外线：波长范围在5～400 nm之间，紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质．应用于________；许多物质在______的照射下会发出荧光，可以设计防伪措施． (5)X射线和γ射线：X射线：波长比紫外线更短，穿透本领____．用来____人体内部器官，金属构件内部的缺陷． γ射线：波长最短的电磁波，具有很高的能量．穿透能力很强．主要应用：医学上用于____病变细胞，用来____某些癌症，也可用于____金属构件内部的缺陷． [判断] (1)电磁波只能无线传输．( ) (2)X射线是电磁波，它由速度较高的电子构成．( ) (3)红外线的波长大于可见光的波长．( ) (4)可利用紫外线的荧光效应辨别人民币的真伪．( ) [对应学生用书P94] 探究点一　电磁波的发射 电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？ 提示　因为声音信号频率较低，而电台要向远处发射电磁波，要有足够高的频率，实践证明，只有提高发射频率才能提高发射能力，高频电磁波就是那些有用的低频信号的“载体”，而把频率较低的信号加载到高频电磁波上去的过程就是调制过程． 1．有效发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率．频率越高，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)采用开放电路．采用开放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． 实际的开放电路：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． 2．调制 (1)调制：在电磁波的发射过程中，使载波随各种信号而改变的技术． (2)分类 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(调幅（AM）：使高频电磁波的振幅随信号的,强弱而变化的调制技术),,,\a\vs4\al(调频（FM）：使高频电磁波的频率随信号的,强弱而变化的调制技术))) . 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(　　) B　[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，空气对它的压力随声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随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，故B正确，A、C、D错误．] [训练1]　(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，除了使用开放电路外，还可以提高高频振荡电路的频率，下列方法可行的是(　　) A．增大电容器极板间的距离 B．减小电容器极板的面积 C．增加线圈的匝数 D．在线圈中增加铁芯 AB　[由题意可知，需提高电磁波的发射频率．由f＝ eq \f(1,2π\r(LC)) 可知，可以通过减小电感L或电容C的方式增大频率f.又因为C＝ eq \f(εrS,4πkd) ，所以可以通过增大电容器极板间的距离d、减小电容器极板的正对面积S等方式减小电容C.另外还可以通过减少线圈匝数、去铁芯等方式减小电感L.综上所述，A、B正确．] [训练2]　(多选)下列关于无线电广播的叙述，正确的是(　　) A．发射无线电广播信号必须采用调频方式 B．发射无线电广播信号必须进行调制 C．发射无线电广播信号必须采用调幅方式 D．发射的无线电广播信号的频率与振荡电路中电磁振荡的频率相同 BD　[发射无线电广播信号必须经过调制，可以采用调频，也可以采用调幅，所以A、C错误，B正确；无线电波发射的信号是调制后的高频信号，发射的频率等于振荡电路中的电磁振荡的频率，故D正确．] 探究点二　电磁波的接收 在电磁波的接收中，为什么要进行“选台”？“选台”的原理是什么？ 提示　天空中有各种频率的电磁波，携带着各种信号，这些电磁波在天线中均会产生感应电流，如果把它们都接收下来，那必然是混乱的信号，因此要进行“选台”．选台的原理是利用“电谐振”，使接收电路的固有频率与某电磁波的频率相同，则该电磁波的振荡电流最强． 1．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． 2．无线电波的接收 (1)无线电波的接收电路： (2)通过电谐振来选台． ①电谐振：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的现象，类似于机械振动中的共振． ②调谐：使接收电路发生电谐振的过程． (3)通过解调获取信号． 解调：把声音或图像等信号从高频振荡电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波． (4)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． 3．高频电视信号的传播方式 高频电视信号可以通过地面中继站或通信卫星沿直线传播到远处． (多选)关于电磁波的接收，下列说法正确的是(　　) A．当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流 B．当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流 C．由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了 D．由调谐电路接收的感应电流，再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音 AD　[当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟接收电路固有频率相等的电磁波在接收电路中激发的感应电流最强，A正确，B错误；由调谐电路接收的感应电流，要再经过解调、放大，通过耳机才可以听到声音，C错误，D正确．] [训练3]　(多选)蓝牙设备使用无线电波连接手机和电脑．蓝牙产品包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件．当两台蓝牙设备想要相互交流时，它们需要进行配对．若想通过蓝牙耳机发出声音，在接收电路中必须经过下列过程中的(　　) A．调幅　　　　B．调频　　　　C．调谐　　　　D．解调 CD　[接收电路中必须通过调谐接收到载有信号的电磁波，再通过解调得到声音信号，C、D正确．] [训练4]　(多选)关于无线电波的接收，下列说法中正确的是(　　) A．当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，该电磁波在接收电路中激起的感应电流最大 B．使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐 C．收音机的接收电路是LC振荡回路 D．从接收到的高频率振荡中“检”出所携带的信号，叫作调谐 ABC　[接收电路与电磁波发生电谐振时，即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，电路中激起的感应电流最大，选项A正确；根据调谐概念可知，选项B正确，D错误；收音机的接收电路是LC回路，选项C正确．] 探究点三　电磁波的特性及其应用 (1)白光经三棱镜后发生色散，形成光谱，各种色光按波长大小如何排列的？ (2)为什么有些动物在夜间也可以“看到”物体，红外线主要有哪些作用呢？ 提示　(1)各种色光按波长由大到小排列为：红橙黄绿蓝靛紫． (2)因为一切物体都不停地发射红外线，温度越高的物体发射的红外线越强，有些动物能感知红外线，所以就能在夜间看清物体；红外线的作用有①红外遥感：勘测地热、寻找水源、人体检查等；②红外遥控：家用电器的遥控器；③加热物体：红外线很容易使物体的温度升高． 1．电磁波谱及其特性 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 波长 大于 1 mm 大于760 nm 760～ 400 nm 370～ 5 nm 波长 更短 波长 最短 宏观 产生 机理 LC电路 一切物体都不停地发射红外线 太阳或 光源 高温物体发出的光含有紫外线 高速粒子流撞击固体物质时产生 核辐射 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 微观 产生 机理 振荡电 路中的 电子运 动 原子的外层电子受到激发 原子内层电子受到激发 原子核 受到激 发 主要 特征 波动性 强易衍射 热作 用强 引起视 觉感光 作用 化学作 用、荧光 效应 穿透能 力强 穿透能 力最强 电磁波谱 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 主要 用途 通信、广 播、导航 加热、遥测、遥感、 红外摄影、夜视 照明、 照相 日光灯、 灭菌 消毒 检查、探 测、透视 探测、 医疗 2．各种电磁波的共性与个性 (1)共性： ①它们在本质上都是电磁波，它们遵循相同的规律，各波段之间并没有绝对的界线． ②都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝3.0×108 m/s. ③它们的传播都不需要介质． ④它们都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振的特性． (2)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传播速度不同．不同频率的电磁波在同一种介质中传播时，频率越大，折射率越大，速度越小． ③用途不同． 关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是(　　) A．红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B．过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C．电磁波谱中频率最大的为γ射线，最容易发生衍射现象 D．紫外线和X射线都可以使感光底片感光 D　[X射线有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体，红外线没有，A错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误；电磁波谱中频率最大的为γ射线，其波长最短，最不容易发生衍射现象，C错误；紫外线和X射线都具有明显的化学效应，可以使感光底片感光，D正确．] [训练5]　2019年12月18日8时14分，四川内江市资中县发生地震．为了将埋在倒塌建筑中的被困者迅速解救出来，救援队在救援过程中使用生命探测仪来寻找被压在废墟中的大量伤员，这种仪器主要是接收人体发出的(　　) A．可见光　　　　　　　　 B．红外线 C．紫外线 D．声音 B　[不同温度的物体会发出不同频率的红外线，生命探测仪就是根据人体发出的红外线与周围环境辐射的红外线不同而寻找的，B正确．] [训练6]　(多选)无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来，形成了范围非常广阔的电磁波谱，不同的电磁波表现出的特性不同，因而其用途也不同．下列说法正确的是(　　) A．红外线、紫外线、X射线和γ射线在真空中传播的速度均为3×108 m/s B．红外线应用在遥感技术中，是利用它穿透本领强的特性 C．紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度 D．日光灯是紫外线的荧光效应的应用 ACD　[各种频率的电磁波在真空中具有相同的速度3×108 m/s，A正确；红外线应用在遥感技术中是利用了它的衍射能力较强的特性，它的穿透本领较弱，B错误；紫外线的频率大于红外线的频率，水对紫外线的折射率较大，由v＝ eq \f(c,n) 可知，C正确；日光灯是利用了紫外线激发荧光的作用，D正确．] [对应学生用书P97] 1．(电磁波的接收)关于电视接收的原理，下列说法正确的是(　　) A．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 B．电视接收天线接收到电磁波，天线上并不产生感应电流 C．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 D．电视机接收到电磁波，直接经扬声器得到电视节目的伴音信号 A　[电视信号中有图像信号和伴音信号，即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，A正确；电视接收天线收到电磁波，引起电磁感应，天线上产生感应电流，B错误；电视机接收到电磁波，然后经过解调还原出图像信号，通过电子枪的扫描显示电视节目的图像信号，C错误；电视机接收到电磁波，通过电谐振得到需要的信号，然后经过解调还原出伴音信号，再经过功率放大器，最后通过扬声器得到电视节目的伴音信号，D错误．] 2．(调谐电路)调谐电路可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法(　　) A．增加调谐电路中线圈的匝数 B．加大电源电压 C．更换一个电容较小的可变电容器 D．减小电源电压 A　[无法接收较低频率电台发出的信号是由于调谐电路频率较高，根据f＝ eq \f(1,2π\r(LC)) ，可采用的办法有增大线圈自感系数，或增大电容器的电容，选项A正确．] 3．(电磁波的发射)(多选)关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是(　　) A．必须对信号进行调制 B．必须使信号产生电谐振 C．必须把传输信号加到高频电流上 D．必须使用开放回路 ACD　[电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加载到高频电流上，为了有效地向外发射电磁波，必须使电路开放，A、C、D正确，而产生电谐振的过程是在接收电路，B错误．] 4．(电磁波的应用)如图为最新国产红外夜视望远镜，可以在夜间侦察敌情，在实施的夜间打击中起到重要作用，红外夜视望远镜是利用了(　　) A．红外线波长长，易绕过障碍物的特点 B．红外线的热效应强的特点 C．红外线不可见的特点 D．一切物体都在不停地辐射红外线的特点 D　[一切物体都在不停地辐射红外线，而且温度不同，辐射的红外线强度不同，可利用红外线成像进行夜间观察．] $$