人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案1：4 2-4 3電磁場(chǎng)與電磁波 無線電波的發(fā)射和接收

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE14.2-4.3電磁場(chǎng)與電磁波無線電波的發(fā)射和接收〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。2.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過程，通過電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。3．知道什么樣的電磁振蕩和電路有利于向外發(fā)射電磁波。4．能正確區(qū)分調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)等概念。5．能結(jié)合生活實(shí)際，說出無線電通信在生活中的應(yīng)用。。〖知識(shí)梳理〗一、電磁場(chǎng)1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如圖所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生。(2)麥克斯韋的觀點(diǎn)：電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生，一定是變化的產(chǎn)生了電場(chǎng)，自由電荷在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了定向移動(dòng)。(3)結(jié)論：變化的產(chǎn)生了電場(chǎng)。2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生。二、電磁波1．電磁波的產(chǎn)生變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成。2．電磁波是橫波根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，電磁波在真空中傳播時(shí)，它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互相，而且二者均與波的傳播方向，因此電磁波是橫波。3．電磁波的速度麥克斯韋得到電磁波的速度等于。他指出了光的本質(zhì)。4．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的意義不僅預(yù)言了的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的，建立了完整的電磁場(chǎng)理論。5．赫茲的電火花(1)赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過火花。(3)現(xiàn)象分析當(dāng)感應(yīng)圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生火花時(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的，這種變化的電磁場(chǎng)以的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：證實(shí)了的存在。三、無線波的發(fā)射1.要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，要有________的振蕩頻率，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。第二，應(yīng)采用________，振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到足夠大的空間。2.開放電路：實(shí)際的開放電路，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫做______，線圈的另一端高高地架在空中，叫做______。3.無線電技術(shù)：使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做______。調(diào)制的方法有兩種，一是調(diào)幅，使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的______隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變。四．無線電波的接收1.接收原理：電磁波能使______中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以導(dǎo)體可用來接收電磁波，這個(gè)導(dǎo)體就是接收______。2.電諧振：當(dāng)接收電路的________跟接收到的電磁波的______相等時(shí)，接收電路里產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振。3.調(diào)諧：使電路中產(chǎn)生______的過程叫做調(diào)諧。4.解調(diào)：使聲音或圖像信號(hào)從接收到的________中還原出來，這個(gè)過程是調(diào)制的逆過程，叫做解調(diào)。5.無線電波：波長(zhǎng)大于______(頻率低于300GHz)的電磁波稱作無線電波，并按波長(zhǎng)分成若干個(gè)波段，像長(zhǎng)波、中波、短波、微波等。不同波段所用的設(shè)備和技術(shù)不同，因此有不同的用途。五.電視廣播的發(fā)射和接受（1）電視廣播信號(hào)也是一種。在現(xiàn)代電視發(fā)射系統(tǒng)中，首先通過攝像機(jī)的感光器件將景物的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椤＿@種電信號(hào)可以通過線路直接傳輸，但是由于原因，很難遠(yuǎn)距離傳播。因此，需要通過將信號(hào)調(diào)制成在進(jìn)行傳播。（2）高頻信號(hào)的主要傳播方式、、基礎(chǔ)檢測(cè)1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。()(2)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0×108m/s。((3)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。()(4)只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波。()(5)電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播。()2．(多選)下列說法中正確的是()A．變化的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng) B．變化的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)C．赫茲證實(shí)了電磁波的存在 D．電磁波能在真空中傳播3．建立完整的電磁場(chǎng)理論，并首先預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是()A．法拉第 B．奧斯特C．赫茲 D．麥克斯韋4.思考：電視發(fā)射塔為什么要建得很高？〖重點(diǎn)突破〗一、對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論及電磁波的理解如圖所示是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，請(qǐng)問赫磁通過此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問題？1．電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。2．對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)例1：(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)的理論，下列說法中正確的是()A．變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是變化的B．變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)不一定是變化的C．均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)也是均勻變化的D．振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同樣頻率的振蕩磁場(chǎng)針對(duì)練習(xí)1：(多選)關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述正確的是()A．變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)C．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場(chǎng)，即電磁場(chǎng)D．電場(chǎng)周圍不一定存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍不一定存在電場(chǎng)二、電磁波爸爸出差在外，小明相隔千里與爸爸通電話，聲音在瞬間就傳遞到爸爸耳邊。（1）小明的聲音是怎樣傳遞給爸爸的？（2）介質(zhì)對(duì)聲波和電磁波的傳播速度的影響有什么不同？1.電磁波的形成過程麥克斯韋從理論上預(yù)見，電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，由此，麥克斯韋預(yù)言了光是電磁波！他說：“我們有充分的理由斷定，光本身是……按電磁波規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)?！?。2．電磁波與機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波研究對(duì)象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是不是例2：(多選)關(guān)于機(jī)械波與電磁波，下列說法正確的是()A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率有關(guān)B．電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象C．簡(jiǎn)諧機(jī)械波在給定的介質(zhì)中傳播時(shí)，振動(dòng)的頻率越高，則波傳播速度越大D．機(jī)械波不但能傳遞能量，而且能傳遞信息，其傳播方向就是能量或信息傳遞的方向方法總結(jié)：電磁波與機(jī)械波的三點(diǎn)不同(1)電磁波是電磁現(xiàn)象，由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象，由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生。(2)機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在，但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)不同頻率的機(jī)械波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，在不同介質(zhì)中傳播速度不同；不同頻率的電磁波在真空中傳播速度相同，在同一介質(zhì)中傳播速度不同。針對(duì)練習(xí)2：(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A．手機(jī)既能發(fā)射電磁波，也能接收電磁波 B．手機(jī)只能接收電磁波，不能發(fā)射電磁波C．收音機(jī)既能發(fā)射電磁波，也能接收電磁波D．收音機(jī)不能發(fā)射電磁波，只能接收電磁波三、有效地發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件1．高頻電路：理論研究證明了發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)就越大，所以采用高頻電路。2．開放電路：振蕩電路中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，這樣才能有效地把能量輻射出去。實(shí)際的開放電路由天線、線圈和地線組成，天線相當(dāng)于電容器的一個(gè)極板，大地是另一個(gè)極板，這樣做有兩個(gè)好處，一是滿足開放的條件，讓電場(chǎng)和磁場(chǎng)盡可能地分散到更大的空間，二是電容器的電容非常小，可以產(chǎn)生高頻率。特別警示當(dāng)振蕩電路變成開放電路時(shí)，由于匝數(shù)減少，則自感系數(shù)L減小。由于正對(duì)面積減小，距離增大，電容器的電容減小。由f＝eq\f(1,2π\(zhòng)r(LC))可知，頻率增大，故輻射本領(lǐng)增強(qiáng)。四、對(duì)電諧振及其作用的理解世界上有許許多多的無線電臺(tái)、電視臺(tái)及各種無線電信號(hào)，如果不加選擇全部接收下來，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，通常叫選臺(tái)。在無線電技術(shù)中利用電諧振(類似于機(jī)械振動(dòng)中的共振)達(dá)到目的。使接收電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫調(diào)諧電路。如圖所示，調(diào)節(jié)電容器的電容，當(dāng)該LC振蕩電路的固有頻率與某電臺(tái)的頻率相同時(shí)，這個(gè)電臺(tái)的電磁波在電路中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)，這樣就選出了這個(gè)電臺(tái)。收音機(jī)一般是通過改變電容來調(diào)諧，而電視機(jī)一般通過改變電感來調(diào)諧。五、電視廣播的發(fā)射和接收過程不同的傳播方式使用不同頻率范圍的電磁波，采取不同的調(diào)制方式。在電視接收端，接收到高頻電磁波信號(hào)以后，經(jīng)過解調(diào)處理，就可以將得到的電信號(hào)通過顯示設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像信息。接收天線收到的電磁波除了載有圖像信號(hào)外，還有伴音信號(hào)。伴音信號(hào)經(jīng)解調(diào)后送到揚(yáng)聲器〖隨堂訓(xùn)練〗1．根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說法正確的是()A．有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B．在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周期一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C．均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D．周期性變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)2．(多選)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B．周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā)，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時(shí)，其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失3．(多選)關(guān)于電磁波和機(jī)械波，下列說法正確的是()A．電磁波和機(jī)械波的傳播都需要借助于介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播的速度都相同，而機(jī)械波的波速大小與介質(zhì)密切相關(guān)C．電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D．根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)4．(多選)下列關(guān)于電磁場(chǎng)的說法中正確的是()A．只要空間某處有變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就會(huì)在其周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而形成電磁波B．任何變化的電場(chǎng)周圍一定有磁場(chǎng)C．周期變化電場(chǎng)和周期變化磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)D．電磁波的理論在先，實(shí)踐證明在后5.為了讓電磁波傳遞信號(hào)，可以：(1)使高頻電磁振蕩的振幅隨信號(hào)而改變，此過程叫（）(2)使高頻電磁振蕩的頻率隨信號(hào)而改變，此過程叫（）A．檢波 B．調(diào)幅 C．調(diào)諧 D．調(diào)頻6.關(guān)于無線電波，下列說法中正確的是（）A．無線電波包含的波長(zhǎng)寬度是很廣的B．無線電波與電磁波是有一定區(qū)別的C．無線電波不可以在真空中傳播D．無線電波與我們的生產(chǎn)和生活有極其緊密的聯(lián)系7.利用無線電波傳遞信號(hào)，要求發(fā)射的無線電波隨信號(hào)的變化而變化。使無線電波隨各種信號(hào)而改變叫________，常用的方法有________和________，其中使振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫________，使振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫________。8.圖中A為某火箭發(fā)射場(chǎng)，B為山區(qū)，C為城市。發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn)。為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實(shí)況，在發(fā)射場(chǎng)建立了發(fā)射臺(tái)用于發(fā)射廣播與電視信號(hào)。已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長(zhǎng)為550m，而傳輸電視信號(hào)所用的電磁波波長(zhǎng)為0.566m，為了不讓山區(qū)擋住信號(hào)的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實(shí)況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________(選填“無線電廣播信號(hào)”或“電視信號(hào)”)。這是因?yàn)開________________________________________________________________________________________。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、1．(1)感應(yīng)電流(2)磁場(chǎng)(3)磁場(chǎng)2．磁場(chǎng)二、1．電磁波2．垂直垂直3．光速電磁4電磁波統(tǒng)一性5．(3)電磁場(chǎng)電磁波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(4)電磁波三、1.足夠高開放電路2.地線天線3.調(diào)制振幅頻率四、1.導(dǎo)體天線2.固有頻率頻率3.電諧振4.高頻電流5.1mm五、1.無線電信號(hào)電信號(hào)傳輸失真、損耗等載波高頻信號(hào)2.地面無線電傳輸有線網(wǎng)絡(luò)傳輸衛(wèi)星傳輸基礎(chǔ)檢測(cè)1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．CD〖均勻變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故A、B錯(cuò)誤；麥克斯韋首先從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲首先利用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故C正確；電磁波能在真空中傳播，故D正確?！?．D〖麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在，赫茲證實(shí)了麥克斯韋預(yù)言的正確性。〗4.〖提*示〗：這樣做是為了使振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以分散到足夠大的空間，使無線電波發(fā)射得較遠(yuǎn)?！贾攸c(diǎn)突破〗一〖提*示〗：實(shí)驗(yàn)演示了電磁波的發(fā)射和接收，驗(yàn)證了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。例1：BD〖變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)有兩層含義。①均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。②非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩的磁場(chǎng)。均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤?！结槍?duì)練習(xí)1：ABD〖變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)中有閉合回路時(shí)，回路中有電流，若無閉合回路電場(chǎng)仍然存在，A正確；若形成電磁場(chǎng)必須有周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，B正確，C錯(cuò)誤；電場(chǎng)(或磁場(chǎng))周圍不一定存在磁場(chǎng)(或電場(chǎng))，D正確?！蕉继?示〗：（1）（2）聲波的傳播速度由介質(zhì)決定，與頻率無關(guān)，即同種介質(zhì)不同頻率的聲波傳播速度相同。電磁波在真空中傳播速度相同，均為3×108m例2：BD〖電磁波在真空中的傳播速度都等于光速，與電磁波的頻率無關(guān)，故A錯(cuò)誤；衍射現(xiàn)象是波特有的現(xiàn)象，而偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象，電磁波也是一種橫波，可以發(fā)生衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象，故B正確；波傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，則在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)，簡(jiǎn)諧機(jī)械波的傳播速度相等，故C錯(cuò)誤；機(jī)械波不但能傳遞能量，而且能傳遞信息，其傳播方向就是能量或信息傳遞的方向，如聲波，故D正確?！结槍?duì)練習(xí)2：AD〖手機(jī)在使用過程中，將要傳遞的信息用電磁波發(fā)射出去，另一方面又可以通過接受電磁波來獲取他人傳遞給自己的信息，故B錯(cuò)誤，A正確；收音機(jī)只能利用天線接收電磁波，不能發(fā)射電磁波，故C錯(cuò)誤，D正確?！健茧S堂訓(xùn)練〗1．D〖根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，只有選項(xiàng)D正確?！?．ABC〖電磁波在真空中的傳播速度均相同，與電磁波的頻率無關(guān)，故A正確；變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，相互激發(fā)，形成電磁波，故B正確；電磁波是橫波，每一處的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度總是相互垂直的，且