11-12學(xué)年高中物理 14.3 電磁波的發(fā)射和接收學(xué)案 新人教版3-4

14.3 電磁波的發(fā)射和接收【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1了解無線電波的波長(zhǎng)范圍。2了解無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡(jiǎn)單概念。3了解調(diào)諧、檢波及無線電波接收的基本原理。（二）過程與方法通過觀察總結(jié)了解無線電波的基本應(yīng)用，了解現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用方法，學(xué)會(huì)基本原理。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過對(duì)無線電波應(yīng)用原理的基本認(rèn)識(shí)感悟科學(xué)技術(shù)的價(jià)值和重要性。端正科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值觀?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】對(duì)本節(jié)基本概念的理解。【教學(xué)難點(diǎn)】對(duì)調(diào)諧的理解，無線電波發(fā)射與接收過程?！窘虒W(xué)方法】演示推理法和分析類比法【教學(xué)用具】信號(hào)源，示波器，收音機(jī)，錄音機(jī)，調(diào)頻發(fā)射機(jī)，計(jì)算機(jī)多媒體，實(shí)物投影儀等?！窘虒W(xué)過程】（一）引入新課師：在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對(duì)我們來說越來越重要，無論是廣播、電視還是無線電通信以及航空、航天中的自動(dòng)控制和通信聯(lián)系，都離不開電磁波在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波，那么無線電波是怎樣發(fā)射和接收的呢？這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)電磁波的發(fā)射和接收。（二）進(jìn)行新課1無線電波的發(fā)射師：請(qǐng)同學(xué)們討論，在普通LC振蕩電路中能否有效地發(fā)射電磁波？ 學(xué)生討論。生：在普通LC振蕩電路中，電場(chǎng)主要集中在電容器的極板之間，磁場(chǎng)主要集中在線圈內(nèi)部。在電磁振蕩過程中，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)化主要是在電路內(nèi)部完成的，輻射出去的能量很少。不能有效地發(fā)射電磁波師：有效地發(fā)射電磁波的條件是什么？學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容。師生總結(jié)：要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路要滿足如下條件：（1）要有足夠高的振蕩頻率。（2）振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場(chǎng)的能量傳播出去。引導(dǎo)學(xué)生討論：如何改造普通的LC振蕩電路，才能使它能夠有效地發(fā)射電磁波？師生一起討論后，引出開放電路的概念。將閉合電路變成開放電路就可以有效地把電磁波發(fā)射出去。如圖所示，是由閉合電路變成開放電路的示意圖。L1L2師：無線電波是由開放電路發(fā)射出去的。講解：在實(shí)際應(yīng)用中常把開放電路的下端跟地連接。跟地連接的導(dǎo)線叫做地線。線圈上部接到比較高的導(dǎo)線上，這條導(dǎo)線叫做天線。天線和地線形成了一個(gè)敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發(fā)射出去的。電視發(fā)射塔要建得很高，是為了使電磁波發(fā)射得較遠(yuǎn)。實(shí)際發(fā)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個(gè)振蕩器電路與之耦合，如圖所示。 振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射師：發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號(hào)。例如無線電報(bào)傳遞的是電碼符號(hào)，無線電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號(hào)而改變。電磁波是怎樣傳遞這些信號(hào)的呢？講解：在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號(hào)的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波就載著要傳送的信號(hào)一起發(fā)射出去。把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。進(jìn)行調(diào)制的裝置叫做調(diào)制器。要傳遞的電信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)幅（AM）。使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)頻（FM）。右圖是調(diào)幅裝置的示意圖接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的調(diào)制器，由聲源發(fā)出的聲音振動(dòng)使話筒里的碳粒發(fā)生時(shí)松時(shí)緊的變化，它的電阻也發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化。所以，雖然振蕩器產(chǎn)生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調(diào)幅電流由于線圈的互感作用，從開放電路中發(fā)射的也是這種高頻調(diào)幅電流。這種電磁波叫調(diào)幅波。（多媒體演示：調(diào)幅波）（用示波器觀察調(diào)幅波形）2無線電波的接收師：處在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)作中感應(yīng)電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，就可以接收到電磁波，這樣的導(dǎo)體就是接收天線。在無線電技術(shù)中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波。講解：世界上有許許多多的無線電臺(tái)、電視臺(tái)以及各種無線電通訊設(shè)備，它們不斷地向空中發(fā)射不同頻率的電磁波，這些電磁波強(qiáng)弱不等地彌漫在我們周圍。如果不加選擇地把它們都接收下來，那必然是信號(hào)一片混亂，分辨不清，達(dá)不到我們傳遞信息的目的。所以，接收電磁波時(shí)，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺(tái)。這就要設(shè)法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)。在無線電技術(shù)里，是利用電諧振來達(dá)到這個(gè)目的的。當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振。（用示波器觀察電諧振波形）師：接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。如圖是收音機(jī)的調(diào)諧電路。調(diào)節(jié)可變電容器的電容來改變調(diào)諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺(tái)發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個(gè)頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強(qiáng)的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個(gè)電臺(tái)。（演示調(diào)諧過程）講解：收音機(jī)接收的經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩電流（對(duì)應(yīng)圖講解），這種電流通過收音機(jī)的耳機(jī)或揚(yáng)聲器，并不能使它們振動(dòng)而發(fā)聲，為什么呢，假定某一個(gè)半周期電流的作用是使振動(dòng)片向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，下一個(gè)半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動(dòng)片向反方向運(yùn)動(dòng)高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動(dòng)片的慣性相當(dāng)大，所以在振動(dòng)片還沒有來得及在電流的作用下向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就立刻有一個(gè)幾乎同樣大的作用要使它向反方向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果振動(dòng)片實(shí)際上不發(fā)生振動(dòng)要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號(hào)，使揚(yáng)聲器(或耳機(jī))中的動(dòng)片隨聲音信號(hào)振動(dòng)。從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號(hào)過程，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，因此也叫解調(diào)。由于調(diào)制的方法不同，檢波的方法也不同。檢波之后的信號(hào)再經(jīng)過放大、重現(xiàn)，我們就可以聽到或看到了。 下面介紹收音機(jī)中對(duì)調(diào)幅波的檢波。右圖是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向?qū)щ娦詠磉M(jìn)行檢波的。調(diào)諧電路中產(chǎn)生的是經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產(chǎn)生的是高頻交變電壓由于二極管的單向?qū)щ娦?，通過它的是單向脈動(dòng)電流，這個(gè)單向脈動(dòng)電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號(hào)，高頻成分基本從電容器C（復(fù)習(xí)旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機(jī)發(fā)聲。（用示波器觀察檢波過程）實(shí)際上就是一個(gè)晶體二極管收音機(jī)的電路圖這種收音機(jī)聲音很小，只能用開機(jī)收聽本地電臺(tái)為了提高收音機(jī)的接收性能，需要用放大器把微弱的信號(hào)放大圖示是加有放大器的收音機(jī)方框圖由天線和調(diào)諧電路接收到的高頻調(diào)幅電流，先通過放大器進(jìn)行高頻放大，然后進(jìn)行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發(fā)出聲音。下面我們通過調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式，來看看無線電波發(fā)射和接收的全過程。（1）調(diào)幅發(fā)射和接收。（實(shí)驗(yàn)演示）（2）調(diào)頻發(fā)射和接收。（實(shí)驗(yàn)演示）比喻：高頻電流火車 音頻電流貨物 調(diào)制發(fā)射傳播調(diào)諧解調(diào)裝貨出站運(yùn)行進(jìn)站卸貨師：我們?cè)賮砜匆幌聼o線電波的分段。（投影）波段波長(zhǎng)頻率傳播方式主要用途長(zhǎng)波30 000 m3 000 m10 kHz100 kHz地波超遠(yuǎn)程無線通訊和導(dǎo)航中波3 000 m200 m100 kHz1 500 kHz地波和天波調(diào)幅無線電廣播、電報(bào)、通信中短波200 m50 m1500 kHz6 000 kHz短波50 m10 m6MHz30 MHz天波微波米波10 m1 m30MHz300MHz近似直線傳播調(diào)頻無線電廣播、電視、導(dǎo)航分米波1 m0.1 m300 MHz3 000 MHz直線傳播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航厘米波10 cm1 cm3 000 MHz30 000 MHz毫米波10 mm1 mm30000MHz300 000 MHz（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容1電磁波的產(chǎn)生和發(fā)射條件。2開放電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。3電磁波的發(fā)射過程和接收過程（四）課余作業(yè)完成P92“問題與練習(xí)”中的題目。閱讀P91“科學(xué)足跡”。預(yù)習(xí)下一節(jié)：電磁波的發(fā)射和接收。附：鞏固訓(xùn)練1電磁波的調(diào)制有哪兩種方式？2什么叫電諧振？3調(diào)諧過程中，若接收同一波段內(nèi)的不同信號(hào)，通常是改變電路中哪個(gè)元件的值？4發(fā)射電磁波為什么要用開放電路？5接收電磁波信號(hào)時(shí)，為什么要調(diào)諧？6調(diào)諧電路中可變電容器的動(dòng)片從完全旋入到完全旋出仍接收不到某較高頻率電臺(tái)發(fā)出的電信號(hào)，要收到該電臺(tái)的信號(hào)，應(yīng)該怎么辦？A增加調(diào)諧電路線圈的匝數(shù)B加大電源電壓C減少調(diào)諧電路線圈的匝數(shù)D減小電源電壓參考答案：1電磁波的調(diào)制有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式。2當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫