無線電波的發(fā)射和接收必備知識·自主學習一、無線電波的發(fā)射1.有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的特點：（1）采用開放電路：用開放電路可以使振蕩電路的電磁場盡可能地分散到大的空間。（2）要有足夠高的振蕩頻率：頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大。2.載波：用來“運載”信號的高頻等幅波。3.調制：（1）定義：把傳遞的信號“加”到載波上的過程。（2）分類：調幅：使高頻電磁波的振幅隨信號的強弱而改變的技術。調頻：使高頻電磁波的頻率隨信號的強弱而改變的調制技術。二、無線電波的接收1.接收原理：電磁波在傳播過程中如果遇到導體，會在導體中感應出振蕩電流。2.電諧振：當接收電路的固有頻率跟傳播來的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強的現(xiàn)象叫電磁諧振，也叫電諧振。3.調諧：（1）定義：使接收電路產生電諧振的過程。（2）調諧電路：能夠調諧的接收電路。三、電視廣播的發(fā)射和接收過程1.電視廣播信號也是一種無線電信號。在現(xiàn)代電視發(fā)射系統(tǒng)中，首先通過攝像機的感光器件將景物的光信號轉變?yōu)?/span>電信號。2.這種電信號通過線路直接傳輸時失真、損耗嚴重，需要通過載波將信號調制成高頻信號再進行傳播。3.高頻電視信號的傳播方式主要有三種，即地面無線電傳輸、有線網絡傳輸以及衛(wèi)星傳輸。4.在電視接收端，接收到高頻電磁波信號以后，經過解調處理，就可以將得到的電信號通過顯示設備轉變?yōu)?/span>圖像信息。?。?）頻率越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本領越大。（√）（2）電視臺發(fā)射的電磁波都經過了調制。（√）（3）當接收電路的固有頻率和電磁波頻率相同時，會出現(xiàn)電諧振現(xiàn)象。（√）（4）收音機能夠直接接收聲波。（×）（5）要使電視機的屏幕上出現(xiàn)圖像，必須將電視機接收到的無線電信號解調。（√）關鍵能力·合作學習知識點一　電磁波的發(fā)射1.發(fā)射電磁波的條件：（1）要有足夠高的振蕩頻率。理論研究表明，振蕩電路向外界輻射能量的本領，即單位時間內輻射出去的能量，與振蕩頻率密切相關，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大。（2）開放電路，要使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間。2.電磁波的發(fā)射示意圖（如圖所示）：【典例】（多選）在電磁波發(fā)射技術中，使電磁波隨各種信號而改變的技術叫調制，調制分調幅和調頻兩種。如圖①所示有A、B兩幅圖。在收音機電路中天線接收下來的電信號既有高頻成分又有低頻成分，經放大后送到下一級，需要把高頻成分和低頻成分分開，只讓低頻成分輸入下一級，如果采用如圖②所示的電路，圖中虛線框a和b內只用一個電容器或電感器。以下關于電磁波的發(fā)射和接收的說法中，正確的是（　?。?/span>A.在電磁波的發(fā)射技術中，圖①中A是調幅波B．在電磁波的發(fā)射技術中，圖①中B是調幅波C．圖②中a是電容器，用來通高頻阻低頻，b是電感器，用來阻高頻通低頻D．圖②中a是電感器，用來阻交流通直流，b是電容器，用來阻高頻通低頻【解析】選A、C。調幅，即通過改變電磁波的振幅來實現(xiàn)信號加載，故A、B中A為調幅波，B為調頻波；故A正確，B錯誤；根據交流電路中電容的通高頻阻低頻和電感線圈的通低頻阻高頻作用可知，元件a要讓高頻信號通過，阻止低頻信號通過，故元件a是電容較小的電容器；元件b要讓低頻信號通過，阻止高頻信號通過，故元件b是電感器，故C正確，D錯誤；故選A、C。　電磁波發(fā)射的兩點提醒（1）無線電波的發(fā)射：由振蕩器（常用LC振蕩電路）產生高頻振蕩電流，用調制器將需要傳送的電信號調制到振蕩電流上，再耦合到一個開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射出去。（2）一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號，都采用調幅波；電臺的調頻廣播和電視中的伴音信號，都采用調頻波。低頻信號類比成貨物，高頻信號類比成運載工具，調制的過程類比成將貨物裝載到運載工具上。1.為了增大無線電臺向空間發(fā)射無線電波的能力，對LC振蕩電路的結構可采用下列哪些措施（　?。?/span>A．增大電容器極板的正對面積B．增大電容器極板的間距C．增大自感線圈的匝數D．提高供電電壓【解析】選B。要增大無線電臺向空間發(fā)射電磁波的能力，必須提高其振蕩頻率，由f＝知，減小L和C可以提高f。要減小L可采取減少線圈匝數、向外抽或抽出鐵芯的辦法，要減小C可采取增大極板間距、減小極板正對面積、減小介電常數的辦法。2.實際發(fā)射無線電波如圖所示，高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩如圖甲所示，人對話筒說話產生低頻振蕩如圖乙所示，根據這兩個圖像，發(fā)射出去的電磁波圖像應是圖中的（　?。?/span>【解析】選B。高頻振蕩器產生高頻等幅振蕩，話筒結構是里邊有碳膜電阻，它的阻值隨壓力變化而變化。當我們對著它說話時，空氣對它的壓力隨著聲音而變化，那么它的電阻也就隨聲音信號而變化，振蕩電流的振幅也就隨著聲音信號而變化，這就是調制。它不但影響了正半周，也影響了負半周。【加固訓練】　　已知某LC振蕩電路向外發(fā)射的電磁波的波長和頻率分別為λ、f，當該LC振蕩電路中的電容器電容變?yōu)樵瓉淼?/span>時，該LC振蕩電路向外發(fā)射的電磁波的波長和頻率變?yōu)椋ā　。?/span>A．λ，4f　　　　　B．λ，2fC．2λ，f       D．4λ，f【解析】選B。由f＝可知，電容C減小到原來的時，振蕩頻率f增大到原來的2倍；由公式λ＝可知，電磁波速度v不變，所以波長減到原來的，B正確。知識點二　電磁波的接收1.電磁波的接收原理：（1）電磁波在空間傳播時，如果遇到導體，就會使導體產生感應電流，感應電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。因此利用放在電磁波傳播空間中的導體，就可以接收到電磁波。（2）當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強。2.無線電波的接收：（1）無線電波的接收電路。（2）通過電諧振來選臺。①電諧振：當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強的現(xiàn)象，類似于機械振動中的共振。②調諧：使接收電路發(fā)生電諧振的過程。（3）通過解調獲取信號。解調：把聲音或圖像等信號從高頻振蕩電流中還原出來的過程。調幅波的解調也叫檢波。（4）放大電路：經解調取出攜帶的信號，放大后再通過揚聲器和顯示設備還原成聲音或圖像的過程。3.高頻電視信號的傳播方式：高頻電視信號的傳播方式主要有三種，即地面無線電傳輸、有線網絡傳輸以及衛(wèi)星傳輸。【典例】（多選）圖中甲為一個調諧接收電路，圖乙、圖丙、圖丁為電路中的電流隨時間變化的圖像，則（　?。?/span>A.i1是L1中的電流圖像B．i1是L2中的電流圖像C．i2是L2中的電流圖像D．i3是流過耳機的電流圖像【解析】選A、C、D。L1中為接收到的攜帶信號的無線電波，如圖乙所示，但是由于L2和D串聯(lián)，所以當L2的電壓與D反向時，電路不通，因此這時L2沒有電流，所以L2中的電流圖像應是丙圖，故A、C符合題意，B不符合題意；高頻部分通過C2，通過耳機的電流為通過解調還原出來的信號，如同丁圖中的i3，只有低頻的音頻電流，故選項D符合題意。　相近概念的辨析技巧（1）調頻和調幅：這是調制的兩種方式，使電磁波的頻率隨信號改變的調制方式叫調頻；使電磁波的振幅隨信號改變的調制方式叫調幅。（2）調制和解調：把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫調制；把低頻電信號從高頻載波中檢出來叫解調，是調制的逆過程。1.（多選）下列說法正確的是（　　）A．當處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流 B．當處于電諧振時，只有被接收的電磁波才能在接收電路中產生感應電流C．由調諧電路接收的感應電流，再經過耳機就可以聽到聲音了D．由調諧電路接收的感應電流，再經過檢波、放大，通過耳機才可以聽到聲音【解析】選A、D。當處于電諧振時，所有的電磁波仍能在接收電路中產生感應電流，只不過頻率跟諧振電路固有頻率相等的電磁波，在接收電路中激發(fā)的感應電流最強。由調諧電路接收的感應電流，要再經過檢波（也就是調制的逆過程）、放大，通過耳機才可以聽到聲音，故正確答案為A、D。2.電視機的室外天線能把電信號接收下來，是因為（　　）A．天線處于變化的電磁場中，天線中產生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路B．天線只處于變化的電場中，天線中產生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路C．天線只是有選擇地接收某電臺信號，而其他電視臺信號則不接收D.天線將電磁波傳輸到電視機內【解析】選A。天線處于變化的電磁場中，天線中產生感應電流，相當于電源，通過饋線輸送給LC電路，這個電流中包含空間中各個電臺信號激起的電流，但是只有和調諧電路同頻率的信號對應的電流最強，故A正確，B、C、D錯誤。【加固訓練】　　如圖所示為電視接收過程示意圖，其工作過程順序正確的是（　　）A.解調——放大——調諧——顯示B．調諧——放大——解調——顯示C．調諧——解調——放大——顯示D．放大——調諧——解調——顯示【解析】選C。電磁波的接收過程是調諧——解調——放大——顯示，故C正確。【拓展例題】考查內容：電磁波與電場綜合的應用【典例】（1）靜電場可以用電場線和等勢面形象描述，電場線的疏密反映了電場強度的大小。①請根據電場強度的定義和庫侖定律推導出點電荷Q的場強表達式；②點電荷的電場線和等勢面分布如圖甲所示，等勢面S1、S2到點電荷的距離分別為r1、r2。請計算S1、S2上單位面積通過的電場線條數之比。（2）宇宙中的天體在不斷向外輻射電磁波，人們利用射電望遠鏡收集來自天體的電磁波進行觀測，如圖乙所示。假設A、B兩個天體輻射功率相同，且都在均勻持續(xù)地輻射。天體A距地球1萬光年，天體B距地球5萬光年。（忽略電磁波傳播過程中的損耗）①用一架射電望遠鏡接收到A發(fā)出的電磁波功率為P1，則該望遠鏡接收到的來自天體B的電磁波功率P2是多大？②為收集足夠強的信號，增大望遠鏡口徑是一種常用方法。為使接收到天體B的信號功率和天體A一樣強，可將望遠鏡口徑增大為原來的多少倍？【解析】（1）①場源電荷的電荷量為Q，在距離Q為r的位置放置電荷量為q的檢驗電荷，根據庫侖定律和場強的定義：有：F＝k，E＝聯(lián)立解得：E＝k②穿過兩等勢面單位面積上的電場線條數之比為：＝＝（2）①令望遠鏡能接收到射電信號的有效面積為S，A、B兩個天體的輻射功率為P，天體A距離地球1萬光年，則望遠鏡接收到A發(fā)出的電磁波功率為：P1＝·S，同理，望遠鏡接收到B發(fā)出的電磁波功率為：P2＝·S聯(lián)立可得：P2＝P1②直徑為D的望遠鏡能夠接收到的射電信號的有效面積為：S＝πD2則有：P1＝·πD，P2＝·πD根據題意得：P1＝P2，可得：D2＝5D1答案：（1）①E＝k　②?。?）①P1　②5情境·模型·素養(yǎng)　有一種家用取暖器，外形如圖甲所示，它是由電熱絲發(fā)熱達到取暖的目的；如果從側面剖開，它的主要結構如圖乙所示，其中Q為電熱絲，MN為一個內表面極為光滑的金屬弧面。探究：（1）電熱絲通電后產生的是什么？它通過MN的內表面產生什么反射？（2）弧面金屬板MN與哪種器材的作用相似？（3）電熱絲安裝在圖示位置的目的是使熱能怎么樣射出？【解析】（1）一切物體都向外輻射紅外線，當電熱絲通電后，向外輻射紅外線，產生熱量。當紅外線射到表面極為光滑的金屬弧面發(fā)生鏡面反射。（2）弧面金屬板MN形狀與凹面鏡相似。（3）平行光經凹面鏡反射后，反射光線會會聚在焦點上。光路是可逆的，電熱絲處于焦點處，故產生平行光向外輻射。答案：（1）產生熱量　鏡面反射?。?）凹面鏡?。?）平行射出　某高速公路自動測速儀裝置如圖甲所示，雷達向汽車駛來的方向發(fā)射不連續(xù)的電磁波，每次發(fā)射時間約為10－6  s，相鄰兩次發(fā)射時間間隔為t，當雷達向汽車發(fā)射無線電波時，在顯示屏上呈現(xiàn)出第一個尖形波；再接收到反射回來的無線電波時，在顯光屏上呈現(xiàn)出第二個尖形波，根據兩個波的距離，可以計算出汽車距雷達的距離，根據自動打下的紙帶如圖乙所示。探究：求出該汽車的車速，請根據給出的t1、t、t2、c求出汽車車速的表達式。【解析】電磁波在真空中傳播的速度等于光速c第一次發(fā)射電磁波，知汽車距離雷達的距離為s1＝第二次發(fā)射電磁波，知汽車距離雷達的距離為s2＝汽車行駛的位移等于兩次發(fā)射電磁波時汽車距離雷達的路程差，即s＝s1－s2則汽車的速度v＝聯(lián)立解得：v＝。答案：v＝課堂檢測·素養(yǎng)達標1.（2021·濟南高二檢測）調諧電路的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺發(fā)出的電信號，如果要接收到這個電臺的信號，應該采取的措施是（　?。?/span>A．增大調諧電路中線圈的匝數B．加大電源電壓C．增加調諧電路中的電容D．將線圈中的鐵芯抽出【解析】選D。當調諧電路的固有頻率等于接收電磁波的頻率時，發(fā)生電諧振才能較好地收到電臺信號，本題中接收不到信號的原因是調諧電路的固有頻率較低，由f＝可知，在電容C無法再調節(jié)的情況下，可減小L以提高f，故選D。2.關于電磁波的發(fā)射與接收，下列說法中正確的是（　?。?/span>A．調頻與調幅都是用高頻載波發(fā)送信號，原理相同，無本質區(qū)別B．解調是將低頻信號加載到高頻電磁波上進行發(fā)射傳送的過程C．手持移動電話與其他用戶通話時，要靠較大的固定的無線電臺轉送D．調諧就是將接收電路的振幅調至與電磁載波的振幅相同【解析】選C。調頻與調幅都是用高頻載波發(fā)送信號，但是原理不同，故A錯誤；解調是接收電磁波過程中的步驟，是將低頻信號從高頻載波信號中分離出來的過程，故B錯誤；手持移動電話與其他用戶通話時，由于手持移動電話的天線很簡單，靈敏度不高，所以要靠較大的固定的無線電臺轉送，故C正確；調諧是將接收電路的頻率調至與電磁波的頻率相同，故D錯誤。3.（多選）下列對無線電廣播要對電磁波進行調制的原因的說法正確的是（　　）A．經過調制后的高頻電磁波向外輻射能量的本領更強B．經過調制后的電磁波在空間傳播得更快C．經過調制后的電磁波在空間傳播波長才能不變D．經過調制后的高頻電磁波才能把我們要告知對方的信號有效地傳遞出去【解析】選A、D。調制是把低頻信號加到高頻電磁波上增強發(fā)射能力，頻率變大，即輻射本領變強，A符合題意；電磁波的波速接近光速，傳播速度不變，B不符合題意；根據v＝λf可知，速度不變的情況下，頻率改變，則波長必然改變，C不符合題意；要把電磁波有效地發(fā)射出去，必須有足夠高的頻率，經過調制之后的波具有較高頻率，從而把我們要告知對方的信息有效地傳遞出去，D符合題意。4.各地接收衛(wèi)星電視訊號的拋物面天線如圖所示，天線頂點和焦點連線（OO′）與水平面間的夾角為仰角α，OO′在水平面上的射影與當地正南方向的夾角為偏角β，接收定位于東經105.5°的衛(wèi)星電視訊號（如CCTV－5）時，OO′連接應指向衛(wèi)星，我國各地接收天線的取向情況是（　?。?/span>A．有可能β＝0°，α＝90°B．與衛(wèi)星經度相同的各地，α隨緯度的增高而減小C．經度大于105.5°的各地，天線是朝南偏東的D．在幾十甚至幾百平方千米的范圍內，天線取向幾乎是相同的（我國自西向東的經度約為73°～135°）【解析】選B。我國領土的最南端在北緯 4°附近，所以不會出現(xiàn)α＝90°的情況，A錯；天線所在位置處的緯度越高，距衛(wèi)星越遠，所以α越小，B正確；經度大于105.5°的各地，天線應是朝南偏西方向，C錯；位置不同，天線的取向不同，D錯。

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