第2节 电磁波的发射、传播和接收 第3节 电磁波谱-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

本讲义聚焦电磁波的发射、传播、接收及电磁波谱核心知识点，系统梳理发射条件（开放电路、高频振荡）、调制方式（调幅、调频），传播途径（地波、天波、空间波），接收过程（调谐、检波）及电磁波谱构成与应用，构建完整知识脉络作为学习支架。 该资料通过实验探究（如感应圈铝管接收电磁波实验）培养科学探究能力，结合“神舟飞船测控”实景链接强化科学态度与责任，设置判断正误、针对练等环节巩固物理观念，课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺，提升学习效果。

第2节　电磁波的发射、传播和接收 第3节　电磁波谱 【核心素养目标】 物理观念 调制、调谐、检波、电磁波谱。 科学思维 利用发射与接收装置，分析电磁波作为载波工作的主要过程。 科学探究 用电磁波各波段特点，讨论总结其在生活中的实际应用与防护。 科学态度与责任 通过对无线电波应用原理的基本认识，感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学的价值观。 一、电磁波的发射和传播 1.有效发射电磁波必须满足的两个条件 (1)振荡电路产生的电场和磁场尽可能分布到较大的空间。 (2)要有足够高的振荡频率，频率越高，振荡电路向外发射电磁波的本领越大。 为了满足以上要求，可以增大电容器极板间的距离，减小极板的面积，同时减小自感线圈的匝数，使原来集中在电容中的电场和集中在线圈中的磁场扩散到外部空间中去。这种使电场和磁场扩展到外部空间的振荡电路叫开放电路。 学生用书⬇第93页 2.电磁波的调制 (1)调制：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上的过程。 (2)调制的分类 ①调幅：使电磁波的振幅随信号而变。 ②调频：使电磁波的频率随信号而变。 3.无线电波的传播 无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波。 途径 传播形式 适合波段 主要特点 地波 沿地球表面空间传播 长波、中波、中短波 衍射能力较强，但中波和短波能量损失较多 天波 靠大气中电离层的反射传播 短波 反射能力较强，但不够稳定 空间波 像光束那样沿直线传播 超短波和微波 穿透能力较强，但传播距离受限制 二、电磁波的接收 1.电谐振现象：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，电磁波会使接收电路中产生最强的电流。 2.调谐：选择某一种特定频率电磁波接收的过程。 3.调谐电路：能够进行调谐的接收电路。 4.检波：从高频载波中把有用信号“检”出来的过程，是调制的逆过程，也叫解调。 三、电磁波的应用及防护 1.电磁波谱的构成：电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性，在真空中的传播速度均等于光速。 2.各种电磁波的特点及应用 红外的热效应、紫外的化学作用、射线的穿透作用均被广泛应用于工业、农业、国际科技等。 1.判断正误 (1)频率越高，振荡电路发射电磁波本领越大。(√) (2)经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强。(√) (3)电磁波频率越高，越易沿地面传播。(×) (4)当电磁波在空间传播时，能量也随着一起传播。(√) (5)电磁波的传播速度与介质无关。(×) (6)可见光的波长在红外线与紫外线的波长范围之间。(√) (7)电磁波的频率越高，它的波长就越长。(×) 2.链接实景 “神舟号”系列飞船的成功发射及正常运行，载人航天测控通信系统立下了很大的功劳，它通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的4艘远洋测量船，保证地面指挥员及时与飞船取得联系。你知道各测控站点是通过什么途径对飞船传递指令的吗？ 提示：各测控站点和飞船之间通过发射和接收载有指令信号的电磁波实现对飞船的测控。 学生用书⬇第94页 知识点一　无线电波的发射 　　将两根铝管固定在感应圈的两极上，另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上，如图所示。 (1)接通感应圈电源，把手柄上两铝管平行靠近感应圈上的两铝管，你看到什么现象了？为什么？ (2)当把感应圈两极上的铝管拆掉后，把手柄靠近感应圈有什么现象？为什么？ 提示：(1)微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管收到了电磁波。 (2)没有装铝管时，微安表头指针不偏转，说明绝缘手柄上的铝管没有收到电磁波。因为发射电磁波要有天线。 1.发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率。 (2)开放电路，要使振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。 2.电磁波的发射示意图(如图所示) 下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法中正确的是(　　) 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的波长不变 D.经过调制后的电磁波在空间传播的周期不变 答案：A 解析：调制是把低频信号加载到高频等幅振荡电流上，增强发射能力，频率变大，周期变小，穿透能力更强，即辐射本领更强，A正确，D错误；电磁波的波速接近光速，所以传播速度不变，B错误；据c＝λf可知，频率改变，波长改变，C错误。故选A。 电磁波发射的两点提醒 1.无线电波的发射：由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流，用调制器将需要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。 2.一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号，都采用调幅波；电台的调频广播和电视中的伴音信号，都采用调频波。低频信号类比成货物，高频信号类比成运载工具，调制的过程类比成将货物装载到运载工具上。 针对练1.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 答案：B 解析：要增大无线电波向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由f＝可知，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，可采用增大板间距离、减小极板正对面积、减小相对介电常数的方法，故B正确。 针对练2.在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。它有两种方法：一是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅；二是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频。下面四幅图中是调频波的是(　　) 答案：D 解析：该波是信号波，故A错误；波的振幅变了，而频率没有变，则该波是调幅波，故B错误；该波是用来携带信号的高频电磁波，即载波，故C错误；波的频率变了，而振幅没有变，则该波是调频波，故D正确。故选D。 学生用书⬇第95页 知识点二　电磁波的接收 　　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。 1.无线电波的接收原理 利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流。 2.方法 (1)利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强。 (2)利用解调把接收电路中的有用信号分离出来。 (3)调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。 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，使得C2为50 pF　1.78 MHz 解析：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的电容，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。 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载波上叫调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程。 针对练1.(多选)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，再经过检波、放大，通过耳机才可以听到声音 答案：AD 解析：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，只不过频率跟电谐振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，由调谐电路接收的感应电流，要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放大，通过耳机才可以听到声音，故A、D正确。 针对练2.(多选)蓝牙设备使用无线电波连接传输数据。蓝牙设备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，蓝牙耳机接收信号发出声音，在接收电路必须经过下列过程中的(　　) A.调幅 B.调频 C.调谐 D.解调 答案：CD 解析：接收电路必须通过调谐接收到载有信号的电磁波，再通过解调才能得到声音信号。故选CD。 知识点三　电磁波的特点及应用 　(1)无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来便构成了范围非常广阔的电磁波谱。如图所示是按波长由大到小(频率由小到大)顺序排列的电磁波谱。 电磁波谱中的各部分有没有严格的分界线？ 学生用书⬇第96页 (2)红外体温计不用与人体接触便可以迅速测量体温，如图所示，你知道它的工作原理吗？ 提示：(1)没有。 (2)体温越高，辐射红外线越强。 1.无线电波的特点及应用 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 调幅广播、 导航 短波 50～10 6～30 续表 波段 波长/m 频率/MHz 传播 方式 主要用途 微波 米波 10～1 30～300 近似直 线传播 调频广播、 电视、导航 分米波 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.各种电磁波的特点及应用 电磁波 无线 电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 频率 由左向右，频率由小到大 真空中 波长 由左向右，波长由长到短 特性 波动 性强 热作 用强 感光 性强 化学作 用，荧 光效应 穿透 力强 穿透力 最强 用途 通讯、 广播、 导航 加热， 遥测、遥感、 红外摄像、 红外制导 照明、 照相等 日光灯、 杀菌消 毒、预防 佝偻病等 检查、 探测、 透视、 治疗 探测、 治疗 根据电磁波谱，下列关于各电磁波的说法正确的是(　　) A.可见光的波长一定比无线电波的波长短 B.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限 C.相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是X射线 D.可见光的实质也是一种电磁波，红光波长最短 答案：A 解析：由电磁波谱可知，可见光的波长一定比无线电波的波长短，A正确；电磁波的波长和频率是连续的，没有明显的区域界限，B错误；波长越短，越难发生衍射，电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线，C错误；在可见光中，红光波长最长，D错误。 电磁波的特点和应用 　　牢记电磁波谱中不同的电磁波(如红外线、紫外线、X射线、γ射线)的特点和应用，以及电磁波谱中波长、频率的变化规律，如频率越高，波长越短，穿透性越强，波动性越弱；频率越低，波长越长，衍射现象越明显，波动性越强，穿透性越弱。 针对练1.我们知道电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，下列说法正确的是(　　) A.雷达就是利用电磁波遇到障碍物要发生反射而工作的 B.所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射弱 C.X射线和γ射线的波长都比可见光长 D.机械波和电磁波的传播都需要借助于介质 答案：A 解析：雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其反射回来的电磁波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位等信息，A正确；所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强，B错误；X射线和γ射线的波长都比可见光短，C错误；电磁波的传播不需要介质，D错误。故选A。 针对练2.(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，越易沿直线传播 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 答案：BC 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，故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。 学生用书⬇第97页 知识点四　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，由波速、波长和频率三者间的关系可求得频率。 2.根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在下一个发射波发出前到达雷达接收器。 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间隔时间内传播距离的一半。 雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备，它可以向一定方向发射不连续的电磁波脉冲，遇到障碍物会发生反射。雷达在发射和接收电磁波时，荧光屏上分别会呈现出一个尖形波。某防空雷达发射相邻两次电磁波脉冲之间的时间间隔为Δt＝5×10－4 s。它在跟踪一个向着雷达匀速移动的目标的过程中，某时刻在监视屏上显示的雷达波形如图甲所示，30 s后在同一方向上监视屏上显示的雷达波形如图乙所示。已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间为1×10－4 s，电磁波在空气中的传播速度为3×108 m/s，则被监视目标的移动速度最接近(　　) A.1 200 m/s B.900 m/s C.500 m/s D.300 m/s 答案：C 解析：已知雷达监视屏上相邻刻度线间表示的时间间隔为1×10－4 s，从题图甲中可以看出两次电磁波脉冲之间的时间间隔为t＝4×10－4 s，利用公式可得雷达与目标刚开始相距s1＝＝ m＝6×104 m，同理，两者Δt'＝30 s后相距s2＝＝ m＝4.5×104 m，则目标的移动速度v＝＝ m/s＝500 m/s，故C正确。 某雷达工作时，发射电磁波的波长为λ＝20 cm，每秒脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，则电磁波的频率为多少？最大的侦察距离是多少？ 答案：1.5×109 Hz　3×104 m 解析：一般在空气中传播，电磁波的传播速度就认为等于光速c＝3.0×108 m/s，由公式c＝λf得f＝＝1.5×109 Hz；雷达工作时发射电磁脉冲，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收反射回来的电磁脉冲，否则会与后面的电磁脉冲重叠而影响测量，设最大侦察距离为s，则2s＝cΔt，而Δt＝ s＝200 μs≫0.02 μs，脉冲持续时间可以略去不计，所以s＝＝3×104 m。 1.为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行(　　) A.调谐 B.放大 C.调制 D.解调 答案：C 解析：根据调谐、调制、解调的定义易知选项C正确。 2.一台收音机的收音过程至少要经过哪两个过程(　　) A.调幅和检波 B.调制和检波 C.调谐和解调 D.调谐和调幅 答案：C 解析：收音机是接收电路，要接收声音信号，至少要经过调谐和解调两个过程。C项正确。 3.(多选)关于红外线的作用与来源，下列说法正确的是(　　) A.一切物体都在不停地辐射红外线 B.红外线具有很强的热作用和荧光作用 C.红外线的显著作用是化学作用 D.红外线容易穿透云雾 答案：AD 解析：荧光作用和化学作用都是紫外线的重要用途，红外线波长较可见光长，绕过障碍物能力强，易穿透云雾。一切物体都在不停地辐射红外线。由上述分析可知，A、D正确。 4.1888年，赫兹的实验成功证实了麦克斯韦关于电磁波理论预言的正确性。关于电磁波的相关内容，下列说法正确的是(　　) A.振荡器在发射电磁波中的作用是产生很高频率的电磁振荡 B.在工业上探测金属构件内部的缺陷，只能利用X射线而不能利用γ射线 C.雷达在军事上可以准确确定物体的位置，利用的是电磁波能明显衍射的原理 D.太阳光中有许多红外线，人体接受适量的红外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况 答案：A 解析：振荡器在发射电磁波中的作用是产生很高频率的电磁振荡，故A正确；γ射线是比X射线波长更短的电磁波，其穿透能力比X射线更强，所以工业上常用γ射线来进行探伤，故B错误；雷达在军事上可以准确确定物体的位置，利用的是电磁波的反射来侦测目标的，故C错误；紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况，故D错误。故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $