高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收课堂检测

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 无线电波的发射和接收课堂检测，共25页。
TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 发射】
\l "_Tc25206" 【题型2 传播】
\l "_Tc9103" 【题型3 接收】
\l "_Tc6522" 【题型4 定量运算问题】
\l "_Tc10925" 【题型5 联系实际问题】
【题型1 发射】
【例1】(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是( )
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
【变式1-1】（多选）关于电磁波及其应用，下列说法正确的是( )
A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在
B．电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象
C．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程
D．微波能使食物中的水分子的热运动加剧从而实现加热的目的
【变式1-2】一台简单收音机的收音过程至少要经过哪两个过程( )
A.调幅和检波
B.调制和检波
C.调谐和解调
D.调谐和调幅
【变式1-3】(多选)关于电磁波的发射过程，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．必须使用开放电路
【题型2 传播】
【例2】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是( )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
【变式2-1】2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A.4G信号和5G信号都是纵波
B.4G信号更容易发生衍射现象
C.4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D.5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
【变式2-2】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
【变式2-3】（多选）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
【题型3 接收】
【例3】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是( )
A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
B．为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756 kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
【变式3-1】利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交卡上的读卡机(刷卡时“嘀”地响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流
D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
【变式3-2】调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应( )
A．加大电源电压
B．减小电源电压
C．增加谐振线圈的圈数
D．减少谐振线圈的圈数
【变式3-3】在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大 B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大 D．检波→音频放大→调谐→高频放大
【题型4 定量运算问题】
【例4】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（ ）
A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数
B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
【变式4-1】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.15W/m2时，对人体没有任何影响。某办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是7.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A．2.0mB．3.0mC．4.0mD．6.0m
【变式4-2】（多选）图为小罗同学用手机收听“FM97.5衢州交通音乐广播”的软件界面截图，下列说法正确的是（ ）
A．FM97.5电磁波的波长约为
B．真空中的电磁波比的电磁波传播速度更快
C．FM97.5在信号调制的过程中载波的振幅不变
D．为了能接收到FM107.5的信号，在其他条件不变的情况下需要增大接收模块的电容
【变式4-3】某收音机接收电磁波的波长范围在577 m和182 m之间，该收音机LC电路的可变电容器的动片全部旋出时，电路总电容为39 pF，试分析：(计算结果均保留三位有效数字)
(1)动片全部旋出时，对应收音机接收电磁波的波长为多大？此LC电路的线圈的电感为多少？
(2)该收音机LC电路的可变电容器的动片完全旋入时，电容器的电容为多大？
【题型5 联系实际问题】
【例5】预碰撞安全系统是智能技术在汽车安全性上的重要应用。如图所示，后车系统配备的微波雷达发射毫米级电磁波（毫米波），并利用传感器和电子控制单元对前车反射的毫米波进行收集与运算，当系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，则（ ）
A．毫米波的频率比可见光高
B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
C．后车发射的毫米波频率高于被前车反射后接收到的频率
D．前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流
【变式5-1】使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
【变式5-2】最新车载GPS导航仪通过与导航卫星互相传递信息，确定汽车所处的准确位置，并在电子地图上显示出来（如图所示），为汽车驾驶员导航，下列有关说法正确的是（ ）
A．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢
B．导航仪上的移动电话通过电流传递信息
C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播
D．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息
【变式5-3】（多选）如今共享单车随处可见，与大多山地自行车相比，共享单车具有以下特点：①质量更小更轻便；②科技含量更高，携带GPS模块和SIM卡便于定位和传输信息；③每辆车自带二维码，以方便手机扫描进行连接；④自行车可通过车轮转动给车内电池进行充电。根据以上信息，下列说法不正确的是（ ）
A．共享单车比山地自行车惯性更大更容易改变运动状态
B．App上定位共享单车位置信息须通过人造通讯卫星
C．共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息
D．共享单车内部电源的充电是利用电磁感应原理实现的
参考答案
【题型1 发射】
【例1】(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是( )
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
解析：选AD 调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错，D对。
【变式1-1】（多选）关于电磁波及其应用，下列说法正确的是( )
A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在
B．电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象
C．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程
D．微波能使食物中的水分子的热运动加剧从而实现加热的目的
答案 BD
【变式1-2】一台简单收音机的收音过程至少要经过哪两个过程( )
A.调幅和检波
B.调制和检波
C.调谐和解调
D.调谐和调幅
答案:C
解析:调谐的过程是选出电台的过程,而解调的过程则是把声音信号从高频电流信号中“检”出的过程。选项C正确。
【变式1-3】(多选)关于电磁波的发射过程，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．必须使用开放电路
解析：选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，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确．而产生电谐振是在接收过程，B错误．
【题型2 传播】
【例2】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是( )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：选AD 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108 m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq \f(v,f)可知波长变短，D正确。
【变式2-1】2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A.4G信号和5G信号都是纵波
B.4G信号更容易发生衍射现象
C.4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D.5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
答案 B
解析 电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。
【变式2-2】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
解析：选C 由ν＝eq \f(c,λ)可知，波长越长，频率越低，故米波的频率比厘米波频率低，选项A错误；无线电波是电磁波，它的传播不须靠介质，选项B错误；无线电波与光波一样具有波的特性，会发生反射、折射、干涉和衍射现象，选项C正确，选项D错误。
【变式2-3】（多选）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
答案：BD
解析：选BD, 由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过水声音通信，由左向右，故信息载体属于横波，故B正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误；在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。
【题型3 接收】
【例3】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是( )
A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
B．为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756 kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
解析：选D 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，应减少线圈的匝数，A错误；为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到f＝eq \f(c,λ)≈1 034 kHz，B错误；使接收电路产生电谐振的过程叫调谐，C错误；为了能接收到长波，即接收到频率更低的电磁波，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，应把电路中电容器的电容调大一点，D正确。
【变式3-1】利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交卡上的读卡机(刷卡时“嘀”地响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流
D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
解析：选B 读卡机发射的电磁波，被IC卡内部的LC振荡电路接收，使IC卡充电，因此IC卡的能量源于读卡机发射的电磁波，A错误；仅当读卡机发射的电磁波频率与该IC卡内的LC振荡电路的固有频率相等时，才发生电谐振，IC卡才能有效工作，B正确；若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，根据法拉第电磁感应定律，线圈L中仍会产生感应电流，C错误；由题意知，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输，D错误。
【变式3-2】调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应( )
A．加大电源电压
B．减小电源电压
C．增加谐振线圈的圈数
D．减少谐振线圈的圈数
解析：选D， 由于f＝eq \f(1,2π\r(LC))，C越小、L越小，f越大．动片旋出，正对面积S减小，C减小，S调到最小，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须调节L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误．
【变式3-3】在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大 B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大 D．检波→音频放大→调谐→高频放大
解析：选A 调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对．
【题型4 定量运算问题】
【例4】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（ ）
A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数
B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
答案：选D
解析： 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据可知应减少线圈的匝数，故A错误；为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到
故B错误；使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，故C错误；为了能接收到长波，即接收到频率更低的电磁波，根据可知，应把电路中电容器的电容调大一点，故D正确。故选D。
【变式4-1】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.15W/m2时，对人体没有任何影响。某办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是7.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A．2.0mB．3.0mC．4.0mD．6.0m
答案：A
解析：设人体与该装置的安全距离至少为x，则
解得 x≈2.0m
【变式4-2】（多选）图为小罗同学用手机收听“FM97.5衢州交通音乐广播”的软件界面截图，下列说法正确的是（ ）
A．FM97.5电磁波的波长约为
B．真空中的电磁波比的电磁波传播速度更快
C．FM97.5在信号调制的过程中载波的振幅不变
D．为了能接收到FM107.5的信号，在其他条件不变的情况下需要增大接收模块的电容
答案：AC
解析：选AC,根据波速公式得 A正确；真空中的电磁波与的电磁波传播速度一样，均是光速。B错误；FM97.5在信号调制的过程中，载波的频率变化，振幅不变。C正确；信号频率增大，根据振荡电路频率公式 可知，需要减小接收模块的电容。D错误。
【变式4-3】某收音机接收电磁波的波长范围在577 m和182 m之间，该收音机LC电路的可变电容器的动片全部旋出时，电路总电容为39 pF，试分析：(计算结果均保留三位有效数字)
(1)动片全部旋出时，对应收音机接收电磁波的波长为多大？此LC电路的线圈的电感为多少？
(2)该收音机LC电路的可变电容器的动片完全旋入时，电容器的电容为多大？
答案 (1)182 m 0.239 mH (2)392 pF
解析 (1)由λ＝c·T，T＝2πeq \r(LC)可得λ＝2πceq \r(LC)
动片完全旋出时，电容器极板正对面积最小，由C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，此时电容器的电容最小，电容为C＝39 pF，所以此时对应的接收电磁波的波长最小，为182 m，
由上面关系式可导出L＝eq \f(λ2,4π2c2C)
代入数据可求出L≈0.239 mH.
(2)由λ＝2πceq \r(LC)得eq \f(Cmax,Cmin)＝eq \f(λ\\al(max2),λ\\al(min2))
所以Cmax＝eq \f(λ\\al(max2),λ\\al(min2))Cmin＝eq \f(5772,1822)×39 pF≈392 pF.
【题型5 联系实际问题】
【例5】预碰撞安全系统是智能技术在汽车安全性上的重要应用。如图所示，后车系统配备的微波雷达发射毫米级电磁波（毫米波），并利用传感器和电子控制单元对前车反射的毫米波进行收集与运算，当系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，则（ ）
A．毫米波的频率比可见光高
B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
C．后车发射的毫米波频率高于被前车反射后接收到的频率
D．前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流
【答案】D
【解析】从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可见光低，故A错误；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误；被前车反射后的电磁波，相当于接收者在靠近波源导致频率变大，故C错误；系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，说明前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流，故D正确。
【变式5-1】使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
【答案】B
【解析】蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内，不是光信号。故A错误；蓝牙通信比手机通信的电磁波频率高，波长短。故B正确；电磁波在真空中的传播速度约为。故C错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同。故D错误。
【变式5-2】最新车载GPS导航仪通过与导航卫星互相传递信息，确定汽车所处的准确位置，并在电子地图上显示出来（如图所示），为汽车驾驶员导航，下列有关说法正确的是（ ）
A．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢
B．导航仪上的移动电话通过电流传递信息
C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播
D．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息
【答案】D
【详解】电磁波和光的传播速度是一样的，选项A错误；导航仪上的移动电话也是通过电磁波来传递信息的，选项B错误；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；导航仪和导航卫星是通过电磁波来传递信息的，选项D正确。
【变式5-3】（多选）如今共享单车随处可见，与大多山地自行车相比，共享单车具有以下特点：①质量更小更轻便；②科技含量更高，携带GPS模块和SIM卡便于定位和传输信息；③每辆车自带二维码，以方便手机扫描进行连接；④自行车可通过车轮转动给车内电池进行充电。根据以上信息，下列说法不正确的是（ ）
A．共享单车比山地自行车惯性更大更容易改变运动状态
B．App上定位共享单车位置信息须通过人造通讯卫星
C．共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息
D．共享单车内部电源的充电是利用电磁感应原理实现的
【答案】BCD
【解析】共享单车质量小，惯性小。A错误；GPS模块通过人造卫星定位，所以App上定位共享单车位置信息须通过人造通讯卫星。B正确；共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息。C正确；自行车可通过车轮转动给车内电池进行充电，利用电磁感应原理将动能转化为电能。D正确。
专题4.3 无线电波的发射和接收
【人教版】
TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 发射】
\l "_Tc25206" 【题型2 传播】
\l "_Tc9103" 【题型3 接收】
\l "_Tc6522" 【题型4 定量运算问题】
\l "_Tc10925" 【题型5 联系实际问题】
【题型1 发射】
【例1】(多选)下列对无线电广播要对电磁波进行调制的原因的说法正确的是( )
A．经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强
B．经过调制后的电磁波在空间传播得更快
C．经过调制后的电磁波在空间传播波长不变
D．经过调制后的电磁波在空间传播波长改变
解析：选AD 调制是把要发射的信号“加”到高频等幅振荡电流上去，频率越高，传播信息能力越强，A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错，D对。
【变式1-1】（多选）关于电磁波及其应用，下列说法正确的是( )
A．麦克斯韦首先通过实验证实了电磁波的存在
B．电磁波是横波且能够发生干涉和衍射现象
C．电磁波的接收要经过调谐和调制两个过程
D．微波能使食物中的水分子的热运动加剧从而实现加热的目的
答案 BD
【变式1-2】一台简单收音机的收音过程至少要经过哪两个过程( )
A.调幅和检波
B.调制和检波
C.调谐和解调
D.调谐和调幅
答案:C
解析:调谐的过程是选出电台的过程,而解调的过程则是把声音信号从高频电流信号中“检”出的过程。选项C正确。
【变式1-3】(多选)关于电磁波的发射过程，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．必须使用开放电路
解析：选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，为了有效地向外发射电磁波，必须使用开放电路，A、C、D正确．而产生电谐振是在接收过程，B错误．
【题型2 传播】
【例2】(多选)下列关于无线电波的叙述中，正确的是( )
A．无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波
B．无线电波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C．无线电波不能产生干涉和衍射现象
D．无线电波由真空进入介质传播时，波长变短
解析：选AD 无线电波中长波波长有几十千米，微波中的毫米波只有几毫米，A正确；无线电波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度3.0×108 m/s，B错误；无线电波也能产生干涉和衍射现象，C错误；无线电波由真空进入介质传播时，由于传播速度减小，由λ＝eq \f(v,f)可知波长变短，D正确。
【变式2-1】2020年我国将全面进入万物互联的商用网络新时代，即5G时代。所谓5G是指第五代通信技术，采用3 300～5 000 MHz(1 M＝106)频段的无线电波。现行的第四代移动通信技术4G，其频段范围是1 880～2 635 MHz。未来5G网络的传输速率(指单位时间传送的数据量大小)可达10 Gbps(bps为bits per secnd的英文缩写，即比特率、比特/秒)，是4G网络的50～100倍。下列说法正确的是( )
A.4G信号和5G信号都是纵波
B.4G信号更容易发生衍射现象
C.4G信号和5G信号相遇能产生稳定干涉现象
D.5G信号比4G信号在真空中的传播速度快
答案 B
解析 电磁波均为横波，选项A错误；因5G信号的频率更高，则波长小，故4G信号更容易发生明显的衍射现象，选项B正确；两种不同频率的波不能发生干涉，选项C错误；任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，选项D错误。
【变式2-2】我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星，它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1～10 m范围内，则对该无线电波的判断正确的是( )
A．米波的频率比厘米波频率高
B．和机械波一样须靠介质传播
C．同光波一样会发生反射现象
D．不可能产生干涉和衍射现象
解析：选C 由ν＝eq \f(c,λ)可知，波长越长，频率越低，故米波的频率比厘米波频率低，选项A错误；无线电波是电磁波，它的传播不须靠介质，选项B错误；无线电波与光波一样具有波的特性，会发生反射、折射、干涉和衍射现象，选项C正确，选项D错误。
【变式2-3】（多选）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B．“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C．“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D．“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
答案：BD
解析：选BD, 由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A错误；由题知，“奋斗者”号与“沧海”号通信是通过水声音通信，由左向右，故信息载体属于横波，故B正确；因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号”与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误；在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。
【题型3 接收】
【例3】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290 m、397 m、566 m的无线电波，下列说法正确的是( )
A．为了能收到频率最高的中波电台，应增加线圈的匝数
B．为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756 kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
解析：选D 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，应减少线圈的匝数，A错误；为更好接收290 m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到f＝eq \f(c,λ)≈1 034 kHz，B错误；使接收电路产生电谐振的过程叫调谐，C错误；为了能接收到长波，即接收到频率更低的电磁波，根据f＝eq \f(1,2π\r(LC))可知，应把电路中电容器的电容调大一点，D正确。
【变式3-1】利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路，公交卡上的读卡机(刷卡时“嘀”地响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是( )
A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池
B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流
D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
解析：选B 读卡机发射的电磁波，被IC卡内部的LC振荡电路接收，使IC卡充电，因此IC卡的能量源于读卡机发射的电磁波，A错误；仅当读卡机发射的电磁波频率与该IC卡内的LC振荡电路的固有频率相等时，才发生电谐振，IC卡才能有效工作，B正确；若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，根据法拉第电磁感应定律，线圈L中仍会产生感应电流，C错误；由题意知，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输，D错误。
【变式3-2】调节收音机的调谐回路时，可变电容器的动片从全部旋入到完全旋出仍接收不到某较高频率的电台信号，为接收到该电台信号，则应( )
A．加大电源电压
B．减小电源电压
C．增加谐振线圈的圈数
D．减少谐振线圈的圈数
解析：选D， 由于f＝eq \f(1,2π\r(LC))，C越小、L越小，f越大．动片旋出，正对面积S减小，C减小，S调到最小，即C最小时，f还未达到高频率f0，则必须调节L减小，即减少谐振线圈的圈数，选项C错误，D正确；频率f与电源电压无关，选项A、B错误．
【变式3-3】在无线电广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )
A．调谐→高频放大→检波→音频放大 B．检波→高频放大→调谐→音频放大
C．调谐→音频放大→检波→高频放大 D．检波→音频放大→调谐→高频放大
解析：选A 调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对．
【题型4 定量运算问题】
【例4】某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是（ ）
A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数
B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHz
C．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调
D．为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点
答案：选D
解析： 为了能收到频率最高的中波电台，应增大调谐电路的固有频率，根据可知应减少线圈的匝数，故A错误；为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到
故B错误；使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，故C错误；为了能接收到长波，即接收到频率更低的电磁波，根据可知，应把电路中电容器的电容调大一点，故D正确。故选D。
【变式4-1】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.15W/m2时，对人体没有任何影响。某办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是7.5W，则人体与该装置的安全距离至少为（ ）
A．2.0mB．3.0mC．4.0mD．6.0m
答案：A
解析：设人体与该装置的安全距离至少为x，则
解得 x≈2.0m
【变式4-2】（多选）图为小罗同学用手机收听“FM97.5衢州交通音乐广播”的软件界面截图，下列说法正确的是（ ）
A．FM97.5电磁波的波长约为
B．真空中的电磁波比的电磁波传播速度更快
C．FM97.5在信号调制的过程中载波的振幅不变
D．为了能接收到FM107.5的信号，在其他条件不变的情况下需要增大接收模块的电容
答案：AC
解析：选AC,根据波速公式得 A正确；真空中的电磁波与的电磁波传播速度一样，均是光速。B错误；FM97.5在信号调制的过程中，载波的频率变化，振幅不变。C正确；信号频率增大，根据振荡电路频率公式 可知，需要减小接收模块的电容。D错误。
【变式4-3】某收音机接收电磁波的波长范围在577 m和182 m之间，该收音机LC电路的可变电容器的动片全部旋出时，电路总电容为39 pF，试分析：(计算结果均保留三位有效数字)
(1)动片全部旋出时，对应收音机接收电磁波的波长为多大？此LC电路的线圈的电感为多少？
(2)该收音机LC电路的可变电容器的动片完全旋入时，电容器的电容为多大？
答案 (1)182 m 0.239 mH (2)392 pF
解析 (1)由λ＝c·T，T＝2πeq \r(LC)可得λ＝2πceq \r(LC)
动片完全旋出时，电容器极板正对面积最小，由C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，此时电容器的电容最小，电容为C＝39 pF，所以此时对应的接收电磁波的波长最小，为182 m，
由上面关系式可导出L＝eq \f(λ2,4π2c2C)
代入数据可求出L≈0.239 mH.
(2)由λ＝2πceq \r(LC)得eq \f(Cmax,Cmin)＝eq \f(λ\\al(max2),λ\\al(min2))
所以Cmax＝eq \f(λ\\al(max2),λ\\al(min2))Cmin＝eq \f(5772,1822)×39 pF≈392 pF.
【题型5 联系实际问题】
【例5】预碰撞安全系统是智能技术在汽车安全性上的重要应用。如图所示，后车系统配备的微波雷达发射毫米级电磁波（毫米波），并利用传感器和电子控制单元对前车反射的毫米波进行收集与运算，当系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，则（ ）
A．毫米波的频率比可见光高
B．毫米波遇到前车时会发生明显衍射现象
C．后车发射的毫米波频率高于被前车反射后接收到的频率
D．前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流
【答案】D
【解析】从电磁波谱的顺序可知毫米波的频率比可见光低，故A错误；毫米波的波长远小于车的大小，所以遇到前车时不会发生明显衍射现象，故B错误；被前车反射后的电磁波，相当于接收者在靠近波源导致频率变大，故C错误；系统判断有可能发生碰撞时会发出蜂鸣并显示警示信号，说明前车的金属尾板遇到毫米波时一定会产生极其微弱的感应电流，故D正确。
【变式5-1】使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图所示。蓝牙通信的电磁波（ ）
A．是蓝光
B．波长比手机通信的电磁波短
C．在真空中的传播速度大小为
D．在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
【答案】B
【解析】蓝牙通信用的电磁波不在可见光频率范围内，不是光信号。故A错误；蓝牙通信比手机通信的电磁波频率高，波长短。故B正确；电磁波在真空中的传播速度约为。故C错误；蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同。故D错误。
【变式5-2】最新车载GPS导航仪通过与导航卫星互相传递信息，确定汽车所处的准确位置，并在电子地图上显示出来（如图所示），为汽车驾驶员导航，下列有关说法正确的是（ ）
A．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢
B．导航仪上的移动电话通过电流传递信息
C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播
D．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息
【答案】D
【详解】电磁波和光的传播速度是一样的，选项A错误；导航仪上的移动电话也是通过电磁波来传递信息的，选项B错误；电磁波可以在真空中传播，选项C错误；导航仪和导航卫星是通过电磁波来传递信息的，选项D正确。
【变式5-3】（多选）如今共享单车随处可见，与大多山地自行车相比，共享单车具有以下特点：①质量更小更轻便；②科技含量更高，携带GPS模块和SIM卡便于定位和传输信息；③每辆车自带二维码，以方便手机扫描进行连接；④自行车可通过车轮转动给车内电池进行充电。根据以上信息，下列说法不正确的是（ ）
A．共享单车比山地自行车惯性更大更容易改变运动状态
B．App上定位共享单车位置信息须通过人造通讯卫星
C．共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息
D．共享单车内部电源的充电是利用电磁感应原理实现的
【答案】BCD
【解析】共享单车质量小，惯性小。A错误；GPS模块通过人造卫星定位，所以App上定位共享单车位置信息须通过人造通讯卫星。B正确；共享单车和手机之间是靠电磁波传递信息。C正确；自行车可通过车轮转动给车内电池进行充电，利用电磁感应原理将动能转化为电能。D正确。