人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學設(shè)計2：4 2-4 3電磁場與電磁波 無線電波的發(fā)射和接收教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE14.2-4.3電磁場與電磁波電磁波的發(fā)射和接收教學目標1.了解麥克斯韋電磁波理論的主要觀點,知道電磁波的概念及通過電磁波體會電磁場的物質(zhì)性。2.體驗赫茲證明電磁波存在的實驗過程及實驗方法,領(lǐng)會物理實驗對物理學發(fā)展的基礎(chǔ)意義。3.知道什么樣的電磁振蕩電路有利于向外發(fā)射電磁波．4.了解無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡單概念,了解調(diào)諧、檢波及無線電波接收的基本原理．教學重點1.電磁場理論的主要觀點及赫茲證明電磁波存在的實驗2.電磁波有效發(fā)射的條件，調(diào)制的含義及調(diào)制方式。3.無線電波接收原理。教學難點1.赫茲證明電磁波存在的實驗過程及實驗方法2.無線電波調(diào)制的含義及調(diào)幅和調(diào)頻的區(qū)別。3.“電諧振”概念。教學過程新課引入問題：電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產(chǎn)生的？新課學習探究一、電磁場麥克斯韋假設(shè)的兩大觀點：變化的磁場產(chǎn)生電場這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)。變化的電場產(chǎn)生磁場電場就像運動的電荷，也會在空間產(chǎn)生磁場。 變化的磁場周圍產(chǎn)生電場 變化的電場周圍產(chǎn)生磁場電磁場理論的理解——變化的磁場產(chǎn)生電場〖思考〗如圖，交流電產(chǎn)生了周期變化的磁場，上面的線圈中產(chǎn)生電流使燈泡發(fā)光老師引出：1、如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還有電流電場嗎?（有電場，無電流）2、線圈不存在時，線圈所處的空間還有電場嗎?（有電場，無電流）3、若改成恒定的直流電，還有電場嗎?（無）麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)，導體環(huán)只是用來顯示電流的存在?！颊f明〗:1、在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的(渦旋電場)。2、變化的磁場產(chǎn)生電場”，這實際上是個假設(shè)。這個假設(shè)基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是很自然的。電磁場理論的理解——變化的電場產(chǎn)生磁場理解:(1)電場均勻變化產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(2)非均勻變化產(chǎn)生變化磁場說明：1、根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場。2、“變化的電場產(chǎn)生磁場”，這是另一個假設(shè)。這個假設(shè)沒有直接的實驗做基礎(chǔ)，它出于對自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更具有創(chuàng)造性。電磁場與電磁波的概念根據(jù)麥克斯韋的上述兩個觀點可以得出，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，就會在周圍引起變化的磁場，變化的電場和磁場又會在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣變化的電場和磁場由近及遠地向周圍傳播，形成了電磁波。3、對麥克斯韋電磁場理論的理解:探究二、電磁波4、電磁波的形成過程麥克斯韋預(yù)言光也是電磁波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。”。5、電磁波的特點：１、電磁波是橫波，在電磁波中，每處的電場強度和磁感強度的方向總是相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直．２、電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速V取決于傳播介質(zhì)，任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于真空中的光速，電磁波的頻率在傳播過程中不會發(fā)生變化。隨著介質(zhì)的不同波長會發(fā)生變化。C＝3.0×108m/s6、電磁波與機械波的區(qū)別7、赫茲的電火花實驗實驗現(xiàn)象：當感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導線環(huán)兩個小球間也跳過了火花。實驗原理：當與感應(yīng)圈相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當電磁波到達導線環(huán)時，它在導線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說明這個導線環(huán)接收到了電磁波。檢波器微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了。赫茲的成就1）、在以后的一系列實驗中，赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。他還測得電磁波在真空中的速度等于光速c，證明了電磁波與光的統(tǒng)一性。這樣，赫茲證實了麥克斯韋的電磁場理論。赫茲的實驗為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路，后人為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲。2）、物質(zhì)存在兩種形式，一種是由原子和分子構(gòu)成的實物，另一種則是以電磁場為代表的場。探究三、無線電波的發(fā)射和接收1．若要有效向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有的特點（1）要有足夠高的頻率：發(fā)射電磁波的功率與振蕩頻率的四次方成正比．如果是低頻信號，要用高頻信號運載才能更有效地發(fā)射出去．（2）采用開放電路，使振蕩電路的電磁場必須盡可能地分散到大的空間．天線和地線也可組成開放電路．在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制．調(diào)制的裝置如圖所示．2．電磁波的發(fā)射與調(diào)制（1）調(diào)幅：使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫調(diào)幅．調(diào)幅作用如圖所示．甲：聲音信號的波形．乙：高頻等幅振蕩電流的波形．丙：經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流的波形．（2）調(diào)頻：使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫調(diào)頻．調(diào)頻的作用如圖所示．甲：聲音信號的波形．乙：高頻等幅振蕩信號的波形．丙：經(jīng)過調(diào)頻的高頻振蕩電流的波形．（3）電磁波的發(fā)射方框圖．3．無線電波的接收（1）接收原理電磁波在傳播時遇到導體會使導體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以導體可用來接收電磁波，這個導體就是接收天線。（2）接收裝置用天線和地線組成的接收電器來接收電磁波，如圖所示：（3）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(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫電諧振．（4）調(diào)諧：使接收電路產(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．調(diào)諧的方法一般是改變電路的或．（5）檢波：從接收到高頻振蕩中“檢”出所攜帶的波，叫檢波．檢波是調(diào)諧的逆過程，也叫解調(diào)．檢波電路如圖．檢波作用，如圖．甲：檢波前的高頻調(diào)幅電流，乙：檢波后的單向脈動電流，丙：流過耳機的音頻電流．毫米的電磁波叫無線電波．無線電波可以分成若干波段．波段波長頻率傳播方式主要用途長波米千赫地波超遠程無線電通訊和導航中波米千赫地波和天波無線電廣播和電報通訊中短波米千赫短波米兆赫天波微波米波米兆赫近似直線傳播無線電廣播、電視、導航分米波分米兆赫直線傳播電視、雷達、導航厘米波厘米兆赫毫米波毫米兆赫例題.如圖所示為某人收音機的接收電路，其電感為，為了接收波長為的電磁波，其電容器應(yīng)調(diào)到________．〖思路點撥〗當接收電路中的振蕩電路的固有頻率與波長為的電磁波的頻率相同時，即達到電諧振。〖答案〗〖解析〗該電磁波的頻率為．那么該電路的固有頻率也應(yīng)調(diào)到，由電磁振蕩的頻率公式得：，代入數(shù)據(jù)得：．4.電視廣播的發(fā)射和接收電視廣播的發(fā)射和接收過程地面無線電傳輸高頻電視信號的傳播方式：有線網(wǎng)絡(luò)傳輸衛(wèi)星傳輸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。隨堂練習1、（多選）關(guān)于麥克斯韋電磁場理論，以下說法正確的是（）A在赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的實驗基礎(chǔ)上，麥克斯韋提出了完整的電磁場理論B變化的磁場在周圍的空間一定產(chǎn)生變化的電場C恒定的電場可以在周圍的空間產(chǎn)生磁場D麥克斯韋第一個預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一個用試驗證明了電磁波的存在〖答案〗：BD〖解析〗：麥克斯韋提出了電磁波理論，后被赫茲證明，故A錯D對，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場。恒定的電場周圍不產(chǎn)生磁場。故B對C錯。2、（單選）如圖所示的四種電場中，哪一種能產(chǎn)生電磁波()〖答案〗D〖解析〗由麥克斯韋電磁場理論，當空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖)，由于它不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生;當出現(xiàn)均勻變化的電場時(如B、C圖)，會激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會激發(fā)出電場，故也不會產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖)，才會激發(fā)出振蕩的磁場，振蕩的磁場又激發(fā)出振蕩的電場……如此周而復(fù)始，便會形成電磁波。3、(多選)關(guān)于電磁波與聲波，下列說法正確的是()A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠處傳播，聲波是聲源的振動向遠處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C.由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大D.由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長不變，聲波的波長變小〖答案〗AC〖解析〗由電磁波和聲波的概念可知A正確;因為電磁波可以在真空中傳播，而聲波屬于機械波，它的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播，故B錯誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度，在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大，故C正確;無論是電磁波還是聲波，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率都不變，所以由波長λ=及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知，由空氣進入水中時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長，故D錯誤。4、（單選）關(guān)于電磁波的特點，下列說法中不正確的是()A.電磁波中電場和磁場互相垂直，電磁波沿二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波C.電磁波傳播不需要介質(zhì)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象〖答案〗D〖解析〗電磁波具有波所特有的各種屬性，即電磁波具有干涉、衍射、反射等現(xiàn)象。5.有波長分別為的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到時．（1）哪種波長的無線電波在收音機中產(chǎn)生的振蕩電流最強？（2）如果想接收到波長為的無線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋進一些還是旋出一些？〖答案〗見〖解析〗〖解析〗（1）根據(jù)公式，得．．．所以波長為的無線電波在收音機中產(chǎn)生的振蕩電流最強．（2）要接收波長為的無線電波，應(yīng)增大調(diào)諧電路的固有頻率，因此，應(yīng)把調(diào)諧電路中可變電容器的動片旋出一些．6.圖中為某火箭發(fā)射場，為山區(qū)，為城市．發(fā)射場正在進行某型號火箭的發(fā)射試驗．為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實況，在發(fā)射場建立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號．已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為，為了不讓山區(qū)擋住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)________（填“無線電廣