2020-2021学年高中物理新人教版选择性必修第二册 第4章 3 无线电波的发射和接收 教案

无线电波的发射和接收【教学目标】1．了解无线电波的发射过程和调制的简单概念。2．了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理。3．通过观察总结了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，学会基本原理。4．通过对无线电波应用原理的基本认识感悟科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学的价值观。【教学重点】1．电磁波有效发射的条件，调制的概念。2．无线电波接收的原理，调谐、解调的概念。【教学难点】1．调制的概念。2．电谐振、调谐、解调的概念。【教学过程】一、复习提问、新课导入1．前面我们学习了电磁波和电磁振荡，下面请同学们回答下面几个问题：（1）麦克斯韦的电磁场理论的两大观点（2）怎样变化的电场才能产生电磁波（3）振荡电路及电流和电荷的变化2．观看视频。视频中有手机通话、对讲机、飞机对地面上各种信号的接收，通过这段视频，我们知道，在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，前面我们知道了电磁波是怎样产生的、它的性质，怎样用电磁波来接收各种信号呢？本节课我们就带着这个问题来探究电磁波的发射和接收。二、新课教学（一）无线电波的发射 请同学们根据课前预习，阅读教材，然后小组讨论探究下面的问题。（3分钟）问题1：要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点呢？问题2：振荡电路如何改变，可以更有利与电磁波的发射？问题3：电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？各小组代表回答问题（8分钟）问题1：要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点呢？学生：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，只有这样才能有效地把电磁能（电磁波）传播出去。问题2：振荡电路如何改变，可以更有利与电磁波的发射？学生：把振荡电路改造变成开放电路。那么如何改造呢？同学们仔细观察一下，图甲到图丁是如何变化？师生讨论得出：图乙中，电容器的极板倾斜，张口变大，便于把电磁能辐射出去；线圈的匝数变少，其自感系数变小，便于发射高频率的电磁波。图丙中电容器极板间的距离增大，正对面积减少，线圈匝数进一步减少，便于发射较高频率的电磁波，图丁中电容器极板间的距离进一步增大，正对面积减少至为零，线圈匝数为零，以便能够发射更高频率的电磁波，这样的电路就被称为开放电路。师：无线电波是由开放电路发射出去的。讲解：在实际应用中常把开放电路的下端跟地连接。跟地连接的导线叫做地线。线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线。天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远。实际发射无线电波的装置中还需在开放电路旁加一个振荡器电路与之耦合，如图所示。 振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射。师：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。这就要求发射的电磁波随信号而改变。电磁波是怎样传递这些信号的呢？讲解：在电磁波发射技术中，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。问题3：电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？学生：声音信号的频率比较低。发射电磁波是为了利用它传递信号。要想电磁波传得远，就必须使用高频率的电磁波。但我们要传递的信号却是一些低频信号，如：声音信号、图象信号不可能把它们直接发送出去。这就要求发射的电磁波随信号而改变。在电磁波发射技术中，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（也就是载波）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。高频振荡电流，类似于运载货物的货车；要传送的信号类似于要发出的货物，调制类似于把货物装载到绑在货车上。调制的方法有调幅和调频（分步演示调幅和调频，让学生体会到调幅和调频的区别）（1）调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变叫做调幅。（调幅广播（AM）一般使用中波和短波波段。） （2）调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变叫做调频。（调频广播（FM）和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频（VHF）和超高频（UHF）波段。）发射的电磁波是如何传播的呢？无线电波的波长从几毫米到几十千米。通常根据波长或频率把无线电波分成长波、中波、中短波、短波和微波等几个波段。结合教材上相应表格中数据，让学生比较各个波段的波长范围和频率范围，并了解机械波的传播方式。（二）电磁波的接收请同学们根据课前预习，阅读教材，然后小组讨论探究下面的问题，教师引导学生回答。（3分钟）问题1：发射的无线电波如何被接收到呢？问题2：如何使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强？各小组代表回答问题（5分钟）问题1：发射的无线电波如何被接收到呢？生：电磁波在空间传播时，如果遇到导体，会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。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了。问题2：如何使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强？生：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。 在无线电技术里，是利用电谐振来达到这个目的的。当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。下图为收音机中与调台旋钮相连的电子元件，结合调谐电路说明收音机是如何实现选台的。用调谐电路接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，还不是我们需要的声音或图像信号。要直接感受到所需要的信号，还需要解调。声音或图像信号从高频电流中还原出来，叫做解调。是调制的逆过程，调幅波的解调也叫检波。解调类似于把装在货车的货物取下来。解调之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。总结电磁波的发射与接受过程：三、巩固练习1．为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施（）A．增大电容器极板的正对面积B．增大电容器极板的间距C．增大自感线圈的匝数D．提高供电电压2．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3． 实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的（）4．关于无线电波的传播，下列说法正确的是（）A．发射出去的电磁波，可以传到无限远处B．无线电波遇到导体，就可以在导体中激起同频率的振荡电流C．波长越短的电磁波，越接近直线传播D．移动电话是利用无线电波进行通信的5．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（）A．增多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6．关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是（）A．为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭合的B．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波C．当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D．要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程7．使接收电路产生电谐振的过程叫（）A．调幅B．调频C．调谐D．检波8． 电磁技术的发展，使得人们的生活发生了很大的变化。关于电磁技术的应用，下列说法正确的是（）A．手机与手机之间可以直接通信B．电磁灶的灶台与锅之间，如果隔有绝缘物质，通电后则锅不可能被加热C．微波炉内盛放食物的器皿，只能是金属器皿D．电视信号是电视台将声音与图像信号通过电磁波快速传送到用户处并被电视机接收下来的9．如图所示是一个调谐接收电路，甲、乙、丙为电路中的电流随时间变化的图像，则（）A．i1是L1中的电流图像B．i1是L2中的电流图像C．i2是L2中的电流图像D．i3是流过耳机的电流图像10．电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为（）A．天线处于变化的电磁场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路B．天线只处于变化的电场中，天线中产生感应电流，相当于电源，通过馈线输送给LC电路C．天线只是有选择地接收某电台信号，而其他电视台信号则不接收D．天线将电磁波传输到电视机内答案：1．B2．A3．B4．BCD5．CD6．BCD7．C8．D 9．ACD10．A