人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收学案设计

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考点一 电磁波的发射
1．关于无线电广播发射过程中的振荡器的作用，下列说法正确的是( )
A．振荡器的作用是产生等幅高频信号
B．振荡器的作用是产生低频音频信号
C．振荡器的作用是产生高频音频信号
D．振荡器的作用是产生等幅低频信号
A [无线电广播发射过程中的振荡器的作用是产生等幅高频信号，然后将声音信号加载在振荡器发出的电磁波发射出去，A正确。]
2．目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法不正确的是( )
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
B [电磁波在真空中的传播速度等于光速，由c＝λf，可求得波长范围，A选项正确；恒定不变的电场或磁场不能产生变化的磁场与电场，从而形成电磁波，B选项错误；依据2s＝c·t，我们测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，C选项正确；波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D选项正确。]
3．用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要增大发射电磁波的波长，可采用的做法是( )
A．增大电容器两极板间的距离
B．减小电容器两极板间的距离
C．减小电容器两极板的正对面积
D．增大电容器两极板的电压
B [根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))及v＝λf可知，λ＝2πveq \r(LC)，增大电容器电容，可以增大发射电磁波的波长，由C＝eq \f(εrS,4πkd)，可知，减小电容器两极板的距离、增大正对面积都可以增大电容器电容，故选项B正确。]
4．(多选)关于无线电波的发射过程，下列说法正确的是( )
A．必须对信号进行调制
B．必须使信号产生电谐振
C．必须把传输信号加到高频电流上
D．必须使用开放回路
ACD [电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，把传输信号加到高频电流上，并用开放电路发射，而产生电谐振的过程是在接收无线电波，B错误，A、C、D正确。]
5．一个LC电路中的电感L＝3.6×10－3 H，电容C＝14 400 pF，求它所发射的电磁波的波长。
[解析] LC电路的振荡频率为：f＝eq \f(1,2π\r(LC))，所以它所发射的电磁波的波长为：λ＝eq \f(c,f)＝2πceq \r(LC)＝2×π×3×108×eq \r(3.6×10－3×14 400×10－12) m＝13 564.8 m。
[答案] 13 564.8 m
考点二 电磁波的接收
6．(多选)如图为收音机接收电磁波的电路，由线圈L1与可变电容器C组成，它相当于一个LC振荡电路，当各个无线电台发射的电磁波都通过磁棒后，会在L1中不同程度地产生感应电流(振荡电流)，当可变电容调至某一值(选台)使其振荡频率恰好与武汉人民广播电台发射频率相同时，仅可接收该台广播节目。若要改为接收中央人民广播电台(高于武汉台频率)的节目，可采取的措施是 ( )
A．增加电容器电容C
B．减小电容器电容C
C．减少磁棒上线圈匝数
D．将磁棒从线圈中抽出部分
BCD [当收音机调谐电路的频率等于要接收的电磁波的频率时才发生电谐振，即接收到该台。要使接收的电台电磁波频率升高，由f＝eq \f(1,2π\r(LC))知，当L和C减小时，频率f增大，故B、C、D正确。]
7．一台无线电接收机，当接收频率为535 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是360 pF。如果调谐电路里的电感线圈保持不变，要接收频率为1 605 kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容应变为( )
A．40 pF B．120 pF
C．1 080 pF D．3 240 pF
A [由f＝eq \f(1,2π\r(LC))得eq \f(f1,f2)＝eq \r(\f(L2C2,L1C1))；因为f1＝535×103 Hz、f2＝1 605×103 Hz、L1＝L2、C1＝360 pF，解得C2＝40 pF，故选项A正确。]
8．(多选)调谐电路的可变电容器的动片从完全旋出到完全旋入仍接收不到较高频率的电台发出的电信号，要收到该电台的信号，可采用下列何种办法( )
A．增加调谐电路中线圈的匝数
B．加大电源电压
C．减少调谐电路中线圈的匝数
D．将线圈中的铁芯取走
CD [当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频率时发生电谐振才能收听到电台信号。由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，在C无法再调节的前提下，可减小自感系数L，即可通过选项C、D的操作升高调谐电路的固有频率。]
9．某居住地A位于某山脉的一侧，山脉的另一侧P处建有无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为400 kHz的中波和400 MHz的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为3×108 m/s，求：
(1)该中波和微波的波长各是多少；
(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地A处的；
(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好，为什么？
[解析] (1)由λ＝eq \f(c,f)知，中波的波长为λ1＝750 m，微波的波长为λ2＝0.75 m。
(2)无线电波绕过山脉到达A处，发生了衍射现象。
(3)中波的接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。
[答案] (1)750 m 0.75 m (2)衍射 (3)中波的接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好
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10．降噪耳机越来越受到年轻人的喜爱。某型号降噪耳机工作原理如图所示，降噪过程包括如下几个环节：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的中、低频噪声(比如100～1000 Hz)；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路对环境噪声进行实时分析、运算等处理工作；在降噪电路处理完成后，通过扬声器向外发出与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失了。对于该降噪耳机的下述说法中，正确的有( )
A．该耳机正常使用时，降噪电路发出的声波与周围环境的噪声能够完全抵消
B．该耳机正常使用时，该降噪耳机能够消除来自周围环境中所有频率的噪声
C．如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变小，则该耳机降噪效果一定会更好
D．如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则耳机使用者可能会听到更强的噪声
D [因周围环境产生的噪声频率在100～1 000 Hz范围之内，而降噪电路只能发出某一种与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，所以降噪电路发出的声波与周围环境的噪声不能够完全抵消，即不能完全消除来自周围环境中所有频率的噪声，选项A、B错误；如果降噪电路能处理的噪声频谱宽度变大，则该耳机降噪效果一定会更好，选项C错误；如果降噪电路处理信息的速度大幅度变慢，则在降噪电路处理完成后，通过扬声器可能会向外发出与噪声相位相同、振幅相同的声波来加强噪声，则耳机使用者可能会听到更强的噪声，选项D正确。]
11．(多选)关于无线电广播过程，说法正确的是( )
A．话筒将声音信号转变成音频信号
B．每个电台都能使用任意频率发射电磁波信号
C．接收机上的天线，直接接收来自广播电台的声音信号
D．收音机上的“调谐”旋钮起到选台的作用
AD [话筒是声传感器，将声音信号转变成音频信号(低频电信号)，故A正确；每个电台发射的电磁波的频率都是特定的，故B错误；接收机上的天线，通过电谐振原理将所需信号从众多的电磁波信号中选择出来，故C错误；收音机上的“调谐”旋钮通过改变自身频率，利用电谐振原理将所需信号从众多的电磁波信号中选择出来，起到选台的作用，故D正确。]
12．(多选)实际的LC电磁振荡电路中，如果没有外界能量的适时补充，振荡电流的振幅总是要逐渐减小，下述各种情况中，哪些是造成振幅减小的原因( )
A．线圈自感电动势对电流的阻碍作用
B．电路中的电阻对电流的阻碍作用
C．线圈铁芯上涡流产生的电热
D．向周围空间辐射电磁波
BCD [线圈自感对电流的阻碍作用，是把电流的能量转化为磁场能，不会造成振荡能量的损失，振幅不会减小；电路中电阻对电流的阻碍作用使部分电能转化为内能，从而造成振荡能量的损失，使振幅减小；线圈铁芯上涡流产生的电热，也是由振荡能量转化来的，也会引起振荡能量的损失，使振幅减小；向周围空间辐射电磁波，使振荡能量以电磁波的形式散发出去，引起振荡能量的损失，使振幅减小，故选项B、C、D正确。]
13．收音机的调谐电路中线圈的自感系数为L，要想接收波长为λ的电磁波，应把调谐电路中电容器的电容调到(c为光速)多少？
[解析] 接收电磁波必须进行调谐，使接收回路产生电谐振，由产生电谐振的条件f固＝f电磁波得eq \f(1,2π\r(LC))＝eq \f(c,λ)，解得C＝eq \f(λ2,4π2Lc2)。
[答案] eq \f(λ2,4π2Lc2)
14．如图所示，线圈的自感系数为3 μH，在线圈的中间有抽头2，电容器的电容可在150～300 pF之间变化，S为转换开关。求此回路的最大周期和最大频率。
[解析] 根据T＝2πeq \r(LC)得
Tmax＝2πeq \r(LmaxCmax)＝2πeq \r(3×10－6×300×10－12 s)
＝1.88×10－7 s，
根据f＝eq \f(1,T)＝eq \f(1,2π\r(LC))得
fmax＝eq \f(1,2π\r(LminCmin))＝eq \f(1,2π\r(1.5×10－6×150×10－12)) Hz
＝1.06×107 Hz。
[答案] 1.88×10－7 s 1.06×107 Hz