2019年
3 电磁波谱 电磁波的应用 4 无线电波的发射、传播和接收
[学习目标] 1.了解电磁波各波段的特性和主要作用.2.了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用.3.了解有效地发射电磁波的两个条件.4.了解调制、调幅、调谐、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用.
一、电磁波谱 电磁波的应用
1.电磁波谱：按电磁波的波长(或频率)大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱.
2.电磁波谱按频率由小到大的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线. 3.不同电磁波的特点及应用
(1)无线电波：波长从几毫米到几十千米的电磁波，主要用于通信、广播及其他信号传播. (2)红外线
①波长位于微波和可见光之间的电磁波.波长范围在760～10nm. ②应用：遥控、加热、红外线遥感. (3)紫外线
①波长范围为60～400nm，不能直接引起视觉. ②应用：灭菌消毒、防伪、有助于人体合成维生素D. (4)X射线
①波长比紫外线还短的电磁波. ②特点：穿透能力很强.
③应用：可用于检查工件内部、透视人体. (5)γ射线
①比X射线波长更短的电磁波，波长范围为10～10nm. ②特点：穿透能力比X射线更强.
③应用：工业上进行探伤；医学上用来治疗某些疾病. 二、无线电波的发射、传播和接收 1.无线电波的发射
(1)要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点：
第一，振荡电路产生的电场和磁场必须分布到广大的开放空间中，才能有效地把电磁场的能量传播出去. 第二，要有足够高的振荡频率.
(2)载波：用来“运载”信号的高频等幅波.
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(3)调制：把传递的信号“加”到载波上的过程.
??调幅：使高频振荡的振幅随信号而变.分类?
?调频：使高频振荡的频率随信号而变.?
2.无线电波的传播
(1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波. 适用于能够绕过地面障碍物的长波、中波和中短波. 短波和微波不宜用地波传播.
(2)天波：依靠电离层的反射来传播的无线电波. 适用于不易吸收和穿过电离层而易被电离层反射的短波. 实验证明：微波易穿过电离层进入太空，长波易被电离层吸收. (3)直线传播：沿直线传播的电磁波，叫做空间波或视波.适用于微波. 3.无线电波的接收 (1)接收原理
电磁波在传播过程中如果遇到导体，会在导体中产生感应电流.因此空中的导体可以用来接收电磁波. (2)电磁谐振(电谐振)
当振荡电路的固有频率跟传播来的电磁波的频率相等时，电路中激起的感应电流最强. (3)调谐
使接收电路产生电谐振的过程. 调谐电路：能够调谐的接收电路. [即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是γ射线.( × ) (2)X射线的穿透本领比γ射线更强.( × ) (3)低温物体不能辐射红外线.( × )
(4)调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去.( × )
(5)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.( × )
一、电磁波谱及电磁波的应用
[导学探究] 电磁波在我们日常生活中应用相当广泛，请你列举出下列电磁波的应用实例：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线.
答案 无线电波：收音机；微波：电视机；红外线：电烤箱；可见光：人可看到的五彩缤纷的世界；紫外线：紫外线消毒灯；X射线：X光透视机；γ射线：γ射线探伤.
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[知识深化] 不同电磁波的特性及应用
电磁 波谱 频率 真空中 的波长 特性 波动性强 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 由左向右，频率变化为由小到大 由左向右，波长变化为由长到短 感光性强 照明、照相等 化学作用、荧光效应强 日光灯、杀菌、防伪、治疗皮肤病等 穿透力强 检查、探测、透视、治疗 穿透力最强 探测、治疗 热效应强 通信、广播、遥控、遥测、加用途 天体物理研究
热、红外摄像、红外制导 例1 (多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是( ) A.波长不同的电磁波在本质上完全相同
B.电磁波的波长若差异太大则会出现本质不同的现象 C.电磁波谱的频带很宽
D.电磁波的波长很短，所以电磁波的频带很窄 答案 AC
解析 电磁波谱中的电磁波在本质上是完全相同的，只是波长或频率不同而已.其中最长波长是最短波长的10倍以上.
例2 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上. (1)X光机，. (2)紫外线灯，.
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用. A.光的全反射
B.紫外线具有很强的荧光作用 C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X射线有很强的贯穿力 E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射 答案 (1)D (2)C (3)E
解析 (1)X光机是用来透视人体内部器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，故选择D.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，故选择C.
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(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，故选择E.
二、无线电波的发射、传播和接收 [导学探究]
1.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1所示.
图1
(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，你看到了什么现象？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？
答案 (1)微安表头指针偏转，这说明绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波.(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接收到电磁波.因为发射电磁波要有天线.
2.按图2甲，用两个莱顿瓶(附矩形发射框和带氖泡的矩形接收框)、感应圈和直流电源连成电路.如图乙所示，发射框上的铜球与莱顿瓶上的铜球相距约1～2cm，氖泡两端分别接莱顿瓶的内壁和外壁金属箔.感应圈高压加在铜球和莱顿瓶上，使铜球间发生火花放电.调节接收框上的可移动的竖直金属滑动杆，使它从最右端慢慢向左移动，观察接收框上的氖泡发光有什么变化？并说明产生这种变化的原因.
图2
答案 在滑动杆向左滑动的过程中，氖泡先变亮后变暗，当矩形接收框与发射框的大小差不多时氖泡最亮.当两框大小相等时，两框的电感接近相等，与莱顿瓶组成的LC振荡电路的固有频率接近相同，发射电路与接收电路发生电谐振，接收框接收到的信号最强，所以氖泡最亮. [知识深化]
1.无线电波的发射、传播和接收过程
2.对概念的理解
(1)“调幅”和“调频”都是调制过程，解调是调制的逆过程. (2)电谐振就是电磁振荡中的“共振”.
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(3)调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程.
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.增大电感线圈的匝数 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，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，可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法.故B正确.
例4 在如图3所示的电路中，C1＝200pF，L1＝40μH，L2＝160μH，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？
图3
答案 改变可变电容器C2的电容，使得C2为50pF 1.78MHz
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
1＝
2πL2C22πL1C1
1
L1C140×200C2＝＝ pF＝50 pF.
L2160
发生电谐振时的频率
f1＝
1
2πL1C1
≈1.78×10 Hz＝1.78 MHz.
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1.(电磁波谱)(多选)在电磁波中，波长按从长到短排列的是( ) A.无线电波、可见光、红外线 B.无线电波、可见光、γ射线 C.红光、黄光、绿光 D.紫外线、X射线、γ射线 答案 BCD
解析 电磁波谱按波长从长到短的排列顺序依次是无线电波→红外线→可见光(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)→紫外线→X射线→γ射线，由此可知B、C、D选项正确.
2020版高中物理 第三章4 无线电波的发射、传播和接收学案 教科版选修3-4
