學(xué)案電磁波譜

9/9電磁波譜【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．[科學(xué)思維]知道電磁波發(fā)射的條件及電磁波傳播和接收的原理。2．[物理觀念]知道調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振等概念。3．[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]認(rèn)識(shí)電磁波譜，了解電磁波各波段的特性和主要作用?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】知道電磁波發(fā)射的條件及電磁波傳播和接收的原理。【學(xué)習(xí)過(guò)程】自主預(yù)習(xí)探新知知識(shí)梳理閱讀本節(jié)教材，回答第89頁(yè)“問(wèn)題”并梳理必要知識(shí)點(diǎn)。教材P89問(wèn)題提示：電磁波的發(fā)射要具備足夠高的振蕩頻率和開(kāi)放電路，無(wú)線電波通常有地波、天波和空間波三種傳播途徑，電磁波的接收則是電諧振現(xiàn)象。一、電磁波的發(fā)射1．有效發(fā)射條件（1）振蕩頻率足夠高。（2）電場(chǎng)、磁場(chǎng)盡可能分布到較大的空間。2．開(kāi)放電路：為了滿足發(fā)射條件，可以減小電容器的極板面積，增大極板間距，使電容器變成兩條長(zhǎng)直導(dǎo)線，一條深入高空成為天線，另一條接入地下成為地線。3．電磁波的調(diào)制：（1）定義：把低頻電信號(hào)加載到高頻等幅振蕩電流上稱為調(diào)制。（2）分類：①調(diào)幅：使電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。②調(diào)頻：使電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。二、電磁波的傳播1．無(wú)線電波通常有三種傳播途徑：地波、天波和空間波。2．傳播特點(diǎn)（1）地波：沿地球表面空間傳播的無(wú)線電波。在無(wú)線電技術(shù)中，通常采用地波的形式傳播長(zhǎng)波、中波和中短波。（2）天波：靠大氣層中電離層的反射傳播的無(wú)線電波。短波最適合采用天波的形式傳播。（3）空間波：像光束那樣沿直線傳播的無(wú)線電波。這種傳播方式適用于超短波和微波通信，此外衛(wèi)星中繼通信，衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播等也主要是利用空間波作為傳輸途徑。三、電磁波的接收1．電諧振現(xiàn)象：當(dāng)接收電路的固有頻率跟收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生電流最強(qiáng)的現(xiàn)象。與機(jī)械振動(dòng)中的共振現(xiàn)象類似。2．調(diào)諧：在無(wú)線電技術(shù)中，對(duì)空間存在的各種頻率電磁波，需要選擇某一特定的頻率接收的過(guò)程。3．調(diào)諧電路（1）定義：能夠調(diào)諧的接收電路。（2）應(yīng)用：調(diào)節(jié)調(diào)諧電路可調(diào)電容或電感，改變電路的固有頻率，使它與要接收的電臺(tái)的電磁波的頻率相同。四、電磁波譜1．電磁波譜電磁波包括無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線等，把這些電磁波按波長(zhǎng)或頻率順序排列起來(lái)，就構(gòu)成了電磁波譜。電磁波譜中的各種波有一定的波長(zhǎng)范圍，它們都具有反射、折射、衍射和干涉的特性；它們?cè)谡婵罩械膫鞑ニ俣染扔诠馑佟?．電磁波的應(yīng)用（1）無(wú)線電波的應(yīng)用①特點(diǎn)：不同波段內(nèi)的無(wú)線電波具有不同的傳播特性。頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠(yuǎn)；頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近。②應(yīng)用：長(zhǎng)波主要用于調(diào)幅廣播及航海導(dǎo)航；中波主要用于調(diào)幅廣播及通信；短波主要用于遠(yuǎn)距離短波通信及調(diào)幅廣播；微波主要用于調(diào)頻廣播、電視、衛(wèi)星導(dǎo)航和雷達(dá)，微波爐可利用高功率的微波對(duì)食物進(jìn)行加熱。（2）紅外線和紫外線的應(yīng)用①紅外線：具有明顯的熱效應(yīng)。利用紅外線的這種熱效應(yīng)，制成了紅外線烤箱、紅外線爐等；利用紅外線使特制底片感光的性質(zhì)還可制成紅外攝影儀、紅外遙感器等。②紫外線：紫外線能使很多物質(zhì)發(fā)出熒光，很容易讓底片感光。當(dāng)適量紫外線照射人體時(shí)，能使人體合成維生素D，可以預(yù)防佝僂病，但過(guò)量的紫外線會(huì)傷害人體，應(yīng)注意防護(hù)。紫外線還具有殺菌作用，醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒；銀行利用紫外線燈鑒別鈔票的真?zhèn)巍＃?）X射線和γ射線的應(yīng)用①X射線：穿透力較強(qiáng)，在醫(yī)學(xué)上常用X光照片輔助進(jìn)行疾病診斷。長(zhǎng)期暴露在X射線下，會(huì)對(duì)人體造成很大傷害。②γ射線：從原子核內(nèi)發(fā)出的電磁波，能量較高，穿透力很強(qiáng)，對(duì)生物的破壞力很大。醫(yī)學(xué)上常用來(lái)殺死癌細(xì)胞?；A(chǔ)自測(cè)1．思考判斷（正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”）（1）振蕩頻率足夠高的開(kāi)放電路才能發(fā)射電磁波。 （√）（2）電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波貫穿障礙物的能力強(qiáng)。 （×）（3）電磁波波長(zhǎng)較短的波能量大，穿透能力強(qiáng)。 （√）（4）可見(jiàn)光是整個(gè)電磁波譜中極狹窄的一段，其中紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)。（√）（5）紅外線屬于可見(jiàn)光。 （×）（6）紫外線有明顯的熱效應(yīng)。 （×）2．要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)該采取的措施是（）A．減小電容器極板間距B．使振蕩電容器的正對(duì)面積足夠大C．盡可能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散開(kāi)D．增大回路中的電容和電感C[要提高LC振蕩電路輻射電磁波的本領(lǐng)，應(yīng)從兩個(gè)方面考慮，一是提高振蕩頻率，二是使電磁場(chǎng)盡可能地分散開(kāi)，所以C正確；由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，當(dāng)減小電容器極板間的距離時(shí)，C變大，f減小，A錯(cuò)誤；使電容器正對(duì)面積變大，C變大，f變小，B錯(cuò)誤；增大回路中的L、C，f變小，D錯(cuò)誤。]3．（多選）下列說(shuō)法中正確的是（）A．夏天太陽(yáng)光把地面曬得發(fā)熱是因?yàn)榭梢?jiàn)光的熱效應(yīng)在各種電磁波中是最弱的B．醫(yī)院里用X射線進(jìn)行人體透視，是因?yàn)樗歉鞣N電磁波中穿透本領(lǐng)最大的C．在熱學(xué)中所說(shuō)的熱輻射就是指紅外線輻射D．醫(yī)院里的病房利用紫外線消毒，是因其有殺菌作用CD[熱效應(yīng)最強(qiáng)的是紅外線，熱輻射即紅外線輻射，A錯(cuò)誤，C正確；穿透本領(lǐng)最強(qiáng)的是γ射線，B錯(cuò)誤；紫外線具有殺菌作用，D正確。]合作探究攻重難考點(diǎn)1電磁波的發(fā)射、傳播、接收情境引入助學(xué)助教1895年，一位年輕的意大利人馬可尼（公元1874～1937年）發(fā)明了無(wú)線電通信技術(shù)。從此，攜帶了人類信息的電磁波開(kāi)始在空間自由旅行，人們不必依賴電線，就可以在遙遠(yuǎn)的地方互通信息。電視臺(tái)發(fā)射電視信號(hào)為什么要建高聳入云的發(fā)射塔呢？提示：電視信號(hào)要有效地發(fā)射出去，必須采用高頻開(kāi)放電路，電視信號(hào)所用電磁波的波長(zhǎng)比較短，以直線傳播為主，遇到障礙物會(huì)被阻擋，所以發(fā)射天線要架得高一些。1．電磁波的發(fā)射：由振蕩器（常用LC振蕩電路）產(chǎn)生高頻振蕩電流，用調(diào)制器將需傳送的電信號(hào)調(diào)制到振蕩電流上，再耦合到一個(gè)開(kāi)放電路中激發(fā)出無(wú)線電波，向四周發(fā)射出去，如圖所示。2．“調(diào)幅”和“調(diào)頻”是調(diào)制的區(qū)別（1）高頻電磁波的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)幅，一般電臺(tái)的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號(hào)采用調(diào)幅波。如圖所示是調(diào)幅的作用，其中甲為聲音信號(hào)的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過(guò)調(diào)幅的變頻振蕩電流的波形。（2）高頻電磁波的頻率隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)頻，電臺(tái)的立體聲廣播和電視中的伴音信號(hào)，采用調(diào)頻波。如圖所示調(diào)頻的作用，其中甲為聲音信號(hào)的波形；乙為高頻等幅振蕩電流的波形；丙為經(jīng)過(guò)調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形。3．電磁波的接收：天線接收到的所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)解調(diào)取出攜帶的信號(hào)，放大后再還原成聲音或圖像的過(guò)程。4．解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程聲音、圖像等信號(hào)頻率相對(duì)較低，不能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)直接發(fā)射出去，而要將這些低頻信號(hào)加載到高頻電磁波信號(hào)上去。將聲音、圖像信號(hào)加載到高頻電磁波上的過(guò)程就是調(diào)制。而將聲音、圖像信號(hào)從高頻信號(hào)中還原出來(lái)的過(guò)程就是解調(diào)。5．正確理解調(diào)諧的作用世界上有許許多多的無(wú)線電臺(tái)、電視臺(tái)及各種無(wú)線電信號(hào)，如果不加選擇全部接收下來(lái)，那必然是一片混亂，分辨不清。因此接收信號(hào)時(shí)，首先要從各種電磁波中把我們需要的選出來(lái)，通常叫選臺(tái)。在無(wú)線電技術(shù)中是利用電諧振達(dá)到該目的的。檢波：調(diào)幅波的解調(diào)稱為檢波?！纠?】（多選）關(guān)于電磁波的發(fā)射和接收，下列說(shuō)法中正確的是（）A．為了使振蕩電路有效地向空間輻射能量，必須是閉合電路B．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波C．當(dāng)接收電路的固有頻率與收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)D．要使電視機(jī)的屏幕上有圖像，必須要有檢波過(guò)程思路點(diǎn)撥：解此題關(guān)鍵有兩點(diǎn)（1）明確有效發(fā)射電磁波的條件。（2）明確電諧振、檢波的概念。BCD[有效發(fā)射電磁波，必須采用開(kāi)放電路和高頻發(fā)射；一般的音頻電流的頻率較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波；電磁波接收原理是一種叫電諧振的現(xiàn)象，與機(jī)械振動(dòng)中的共振有些相似；電視機(jī)顯示圖像時(shí)，必須通過(guò)檢波過(guò)程，把有效的信號(hào)從高頻信號(hào)中取出來(lái)，否則就不能顯示。故A錯(cuò)誤，B、C、D正確。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．下列關(guān)于無(wú)線電廣播要對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)制的原因說(shuō)法正確的是（）A．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領(lǐng)更強(qiáng)B．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播得更快C．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播時(shí)波長(zhǎng)才能不變D．經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻電磁波才能把我們要告知對(duì)方的信號(hào)傳遞過(guò)去D[聲音信號(hào)的頻率很低，衰減快，不能直接發(fā)射，高頻電磁波衰減慢、輻射能力強(qiáng)，適合發(fā)射，A、C錯(cuò)，D對(duì)；經(jīng)過(guò)調(diào)制后的電磁波在空間傳播的速度不變，故B錯(cuò)。]考點(diǎn)2電磁波的應(yīng)用情境引入助學(xué)助教紅外體溫計(jì)不用與人體接觸便可以迅速測(cè)量體溫，如圖所示，你知道它的工作原理嗎？提示：根據(jù)體溫越高，輻射紅外線越強(qiáng)的原理。1．各種電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用電磁波譜無(wú)線電波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線γ射線頻率（Hz）由左向右，頻率由小到大真空中波長(zhǎng)由左向右，波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短特性波動(dòng)性強(qiáng)熱作用強(qiáng)感光性強(qiáng)化學(xué)作用，熒光效應(yīng)穿透力強(qiáng)穿透力最強(qiáng)用途通信、廣播、導(dǎo)航加熱、遙測(cè)、遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo)照明、照相等日光燈、殺菌消毒、治療皮膚病等檢查、探測(cè)、透視、治療探測(cè)、治療2．電磁波的能量各種各樣的儀器能夠探測(cè)到許許多多電磁波，所有這些都表明電磁波能夠傳遞能量。3．對(duì)X射線和γ射線的兩點(diǎn)說(shuō)明（1）不同頻率的電磁波在真空或空氣中的傳播速度相同，而在同一介質(zhì)中的傳播速度并不相同。（2）X射線與γ射線都具有穿透能力，但γ射線的穿透能力更強(qiáng)。X射線能穿過(guò)人體，通常做人體透視；而γ射線可以穿過(guò)幾厘米厚的鉛板，可以做探測(cè)金屬砂眼的射線。【例2】關(guān)于電磁波譜，下列說(shuō)法中正確的是（）A．X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變B．γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線AB[X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過(guò)量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變，故A正確；γ射線是波長(zhǎng)最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高，故B正確；在電磁波譜中從無(wú)線電波到γ射線，波長(zhǎng)逐漸減小，頻率逐漸增大，而波長(zhǎng)越大，波動(dòng)性越強(qiáng)，越容易發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，因此紫光比紫外線更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，無(wú)線電波最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C、D錯(cuò)。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．（多選）關(guān)于電磁波的特性和應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是（）A．紅外線和X射線都有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)上透視人體B．過(guò)強(qiáng)的紫外線照射有利于人的皮膚健康C．電磁波中頻率最大的為γ射線，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．紫外線和X射線都可以使感光底片感光D[X射線有很高的穿透本領(lǐng)，常用于醫(yī)學(xué)透視人體，紅外線沒(méi)有，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；過(guò)強(qiáng)的紫外線照射對(duì)人的皮膚有害，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電磁波中頻率最大的為γ射線，其波長(zhǎng)最短，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。]課堂小結(jié)我的收獲1．物理觀念：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振等概念。2．科學(xué)思維：電磁波發(fā)射的條件及電磁波傳播和接收的原理。3．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：電磁波各波段的特性及應(yīng)用。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)固雙基1．為了把需要傳遞的信號(hào)（圖像、聲音等）加載到電磁波上發(fā)射出去，必須對(duì)振蕩電流進(jìn)行（）A．調(diào)諧 B．放大C．調(diào)制 D．解調(diào)C[信息（聲音或圖像等）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，往往由于信號(hào)頻率低不能直接用來(lái)發(fā)射，需要把要傳遞的電信號(hào)“加載”到高頻電磁波上，這就是調(diào)制。故正確選項(xiàng)為C．]2．根據(jù)電磁波譜選出下列各組電磁波，其中頻率互相交錯(cuò)重疊，且波長(zhǎng)順序由短到長(zhǎng)排列的是（）A．微波、紅外線、紫外線B．γ射線、X射線、紫外線C．紫外線、可見(jiàn)光、紅外線D．紫外線、X射線、γ射線B[紅外線與紫外線在電磁波譜中不相鄰，更不會(huì)頻率重疊，A錯(cuò)誤；紫外線、可見(jiàn)光、紅外線雖相鄰，但它們?nèi)唛g有明確的界線，頻率也不相重疊，C錯(cuò)誤；在電磁波譜中紫外線、X射線、γ射線有重疊，γ射線波長(zhǎng)最短，紫外線波長(zhǎng)最長(zhǎng)，B正確，D錯(cuò)誤。]3．有一個(gè)LC接收電路，原來(lái)接收較低頻率的電磁波，現(xiàn)在要想接收較高頻率的電磁波，下列調(diào)節(jié)正確的是（）A．增加電源電壓B．使用調(diào)頻的調(diào)制方式C．把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出一些D．在線圈中插入鐵芯C[增大LC接收電路的頻率，由公式f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知應(yīng)減小電容或電感，A、B項(xiàng)錯(cuò)；把可動(dòng)電容器的動(dòng)片適當(dāng)旋出一些，減小了電容，符合題目要求，C項(xiàng)正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不合題意，D項(xiàng)錯(cuò)。]4．（多選）關(guān)于電磁波的接收，下列說(shuō)法正確的是（）A．當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)處于電諧振時(shí)，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)耳機(jī)就可以聽(tīng)到聲音了D．由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)檢波、放大，通過(guò)耳機(jī)才可以聽(tīng)到聲音AD[當(dāng)處于電諧振時(shí)，所有的電磁波仍能在接收電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，只不過(guò)頻率跟接收電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應(yīng)電流最強(qiáng)。由調(diào)諧電路接收的感應(yīng)電流，要再經(jīng)過(guò)檢波（也就是調(diào)制的逆過(guò)程）、放大，通過(guò)耳機(jī)才可以聽(tīng)到聲音，故正確答案為A、D．]5．某一戰(zhàn)斗機(jī)正以一定的速度朝雷達(dá)的正上方水平勻速飛行，已知雷達(dá)發(fā)射相鄰兩次電磁波之間的時(shí)間間隔為5×10－4s。某時(shí)刻在雷達(dá)熒光屏上顯示的波形如圖甲所示，t＝173s后雷達(dá)向正上方發(fā)射和接收的波形如圖乙所示，雷達(dá)監(jiān)視相鄰刻線間表示的時(shí)間間隔為10－