人教版高中物理选修3-4第十四电磁波14.3电磁波的发射和接收教学设计

电磁波的发射和接收
【教学目标】
（1）了解无线电波的波长范围。
（2）了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。
（3）了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。
【教学重难点】
教学重点：理解电磁波的发射和接收过程；
调制、调幅和调频；调谐和解调；
知道什么是电
谐振和调谐电路
教学难点：知道什么是电谐振和调谐电路
【课型】：新授课
【课时】：一课时
【教学方法】：讨论法；探究法；讲解法
【教具】：两台对讲机、一部手机、一台收音机
【教学过程】
1、新课导入：
大家来看一下我手中的东西---收音机，下面我就对收音机进行调节。最后接收到了信号。说明我们周围存在着电磁波。我们接收到的电磁波是如何发射出来的呢？又是如何被接收到的呢？今天我们就来学习电磁波的发射和接收。
首先我们来一块看一下这节课的学习目标：
（1）了解无线电波的波长范围。
（2）了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。
（3）了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。
大家都预习过了，我们今天将从电磁波的发射和接收这两个过程来学习这节课的内容，首先请第一组同学给我们展示第一部分内容。
第一组同学主要讲的内容
1.无线电波的发射
问题1：如何有效地发射电磁波？
发射电磁波的振荡电路，需满足：
（1）要有足够高的
频率
.
（2）要用开放电路，使振荡电路的
电场和磁场（能量）
分散到尽可能大的空间.
问题2：如何有效地传递人们所需要的信息？
利用无线电波传递信号，要求发射的无线电波随信号而改变，使无线电波随各种信号而改变叫
调制
，
常用的调制方法有
调幅
和
调频
两种，
使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变叫
调幅
，
使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变叫
调频
。
经过调幅后发射出去的无线电波叫
调幅波
，
经过调频以后发射出去的无线电波叫
调频波
。
（调幅波、调频波统称已调波。）
通过以上几步我们就可以把信息有效地发射到空中，但是空中存在着各种各样的电磁波，我们怎样才能把我们所需要的信息有效地接收到，就是我们接下来所要学习的内容。下面请第二个同学给我们展示第二部分的内容。
2.无线电波的接收
问题3：空中存在着各种各样的电磁波，怎样才能接收到我们所需要电磁波呢？
（1）当接收电路的固有频率跟接收的无线电波的频率
相等
时，激起的振荡电流
最强
，这就是
电谐振
现象.
（2）使接收电路产生电谐振的过程叫做
调谐
，能够调谐的电路叫
调谐
电路.收音机的调谐电路，是通过调节
电容
来改变电路的频率而实现调谐的.
问题4：我们接收到感应电流是载有信号的高频电流，并不是我们所需要的信号，怎样才能得到我们所需要的信号？
（3）从高频振荡电流中“检”出所携带的低频信号电流的过程叫做
解调（检波）
.
1
发射要用开放电路（振荡电路演变为开放电路），尽可能使能量分散在空间。
发射电磁波的频率足够高，有利于辐射能量。
②
已调波：经过调制的电磁波（调幅波、调频波）。
③
调制过程的理解：画出调幅波的波形图。
④
发射电路、接收电路。
小结：
话筒----->电信号------>调制----->发射———>
接收———>调谐——->解调——->放大———>音箱
【自主学习】
【例1】
在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？（已知地球的质量为6.0×1024
kg，地球半径为6.4×106
m，万有引力常量为6.67×10-11
N·m2·kg-2）
解：（1）他们之间每一问一答总是迟“半拍”，是因为通信卫星距离地面太远，电磁波传播需要一定的时间。
（2）至少需要的时间应是电磁波由地面传到卫星再由卫星传到地面的时间,设为t.
设卫星的高度位h，则
即
计算得：h=3.6×107m/s
t=2h/c=0.24s
绿色通道:这是一个典型的综合题，它涉及了电磁学、力学中的相关知识的综合应用.在解答此题时要很好地分析题意，运用万有引力定律和卫星的圆周运动规律来求解.
【例2】某电台发射的电磁波的波长是600
m，该电台发射的电磁波的频率是多大?若有一台接收机距电台600
km，从电台发出的信号经过多少时间就可以到达接收机？
解：f=c/λ=3×108/600=5×105Hz
t=6×105/3×108=2×10-3
s
【例3】
一收音机调谐回路中线圈电感是30
μH，电容器可变，最大电容是270
pF，最小电容是30
pF，求接收到的无线电波的波长范围多大？
解：由
得：Tmax=5.65×10-7
s
Tmin=1.88×10-7
s
∴
λmax=3×108×5.65×10-7
=169.5m
λmin=3×108×1.88×10-7
=56.4m
绿色通道：应用公式T=2π解题时，要与平行板电容器、电感的知识联系起来，要知道改变T的一些因素；
在应用公式c=λf解题时，要与机械波的知识联系起来，因为机械波的一般传播特性在电磁波的传播中成立.
【学习小结】
1、在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，电场能和磁场能的相互转化主要是在电路内部完成的，辐射出去的能量很少。不能有效地发射电磁波。要有效地向外发射电磁波，振荡电路要满足如下条件：
（1）要有足够高的振荡频率。
（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去。于是通常情况下无线电波都是由开放电路发射出去的。
2、发射电磁波是为了利用它传递某种信号。例如无线电报传递的是电码符号，无线电广播传递的是声音，电视广播传递的不仅有声音，还有图像。如果把这种电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波就载着要传送的信号一起发射出去。把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。
进行调制的装置叫做调制器。要传递的电信号叫做调制信号。
使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（AM）。
使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（FM）。
3、处在电磁波传播空间中的导体，会产生感应电流，导作中感应电流的频率与激起它的电磁波频率相同，因此，利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波，这样的导体就是接收天线。但是要听到声音，还必须从高频振荡电流中“检”出声音信号。从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。由于调制的方法不同，检波的方法也不同。检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到信号了。
4.了解无线电波的波段划分、传播方式和应用。P82
表
【板书设计】
电磁波的发射和接收
1.电磁波的发射
（1).振荡电路的条件：要有足够高的振荡频率；
开放电路
（2）．调制：调幅
使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变
调频
使高频振荡电流的频率随调制信号而改变
2.电磁波的接收
(1).电谐振
调谐
(2).解调
接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程
【达标测试】
1.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某较低频率电台发出的信号，要收到该电台的信号，可采用下列办法中的（A
)
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.减小电源电压
2.一台无线电接收机，当它接收频率为535
kHz的信号时，调谐电路里电容器的电容是270
pF.如果调谐电路的线圈电感不变，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改变为（A
)
A.30
pF
B.90
pF
C.150
pF
D.710
pF
3.发射无线电波的装置如图14-3-1所
示，其中L1相连的导体a叫
天线
，
导体b叫做地线
，
L2的作用
是
通过电磁感应把能量传给L1
.
4.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说法正确的是（ACD
)
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
5.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（BD）
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.减小电容器两极板正对面积
D.在电容器两极板间加入电介质
6.在LC振荡电路中，如果C=100
pF，要发出波长为30
m的无线电波，应用多大电感的线圈？
解：由和λ=VT得：
=2.5×10-6H=2.5?
H
7.调谐电路的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号，要收到电信号，应（
CD
）
A.增大调谐电路中线圈的匝数
B.加大电源电压
C.减小调谐电路中线圈的匝数
D.将线圈中的铁芯取走
高频发生器
应减小调谐电路的频率
解得：
图14-3-1