高中物理《電磁波的發(fā)射和接收》優(yōu)秀教案

　　【教學目標】

　�。ㄒ唬┲�識與技能

　　1．了解無線電波的波長范圍。

　　2．了解無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡單概念。

　　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，學會基本原理。

　�。ㄈ�）情感、態(tài)度與價值觀

　　通過對無線電波應(yīng)用原理的基本認識感悟科學技術(shù)的價值和重要性。端正科學態(tài)度，培養(yǎng)科學的價值觀。

　　【教學重點】

　　對本節(jié)基本概念的理解。

　　【教學難點】

　　對調(diào)諧的理解，無線電波發(fā)射與接收過程。

　　【教學方法】

　　演示推理法和分析類比法

　　【教學用具】

　　信號源，示波器，收音機，錄音機，調(diào)頻發(fā)射機，計算機多媒體，實物投影儀等。

　　【教學過程】

　�。ㄒ唬┮�入新課

　　師：在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對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)課我們就來學習電磁波的發(fā)射和接收。

　�。ǘ�）進行新課

　　1．無線電波的發(fā)射

　　師：請同學們討論，在普通LC振蕩電路中能否有效地發(fā)射電磁波？

　　學生討論。

　　生：在普通LC振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內(nèi)部。在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能的相互轉(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）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去。

　　引導(dǎo)學生討論：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。

　　師：無線電波是由開放電路發(fā)射出去的。

　　講解：在實際應(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。實際發(fā)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個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。例如無線電報傳遞的是電碼符號，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)射的電磁波隨信號而改變。電磁波是怎樣傳遞這些信號的呢？

　　講解：在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波就載著要傳送的信號一起發(fā)射出去。把要傳遞的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。

　　進行調(diào)制的裝置叫做調(diào)制器。要傳遞的電信號叫做調(diào)制信號。

　　使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號而改變叫做調(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最簡單的調(diào)制器，由聲源發(fā)出的聲音振動使話筒里的碳粒發(fā)生時松時緊的變化，它的電阻也發(fā)生時大時小的變化。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、電視臺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，那必然是信號一片混亂，分辨不清，達不到我們傳遞信息的目的。所以，接收電磁波時，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。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。在無線電技術(shù)里，是利用電諧振來達到這個目的的。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)象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振。

　�。ㄓ檬静ㄆ饔^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發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個電臺。（演示調(diào)諧過程）

　　講解：收音機接收的經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩電流（對應(yīng)圖講解），這種電流通過收音機的耳機或揚聲器，并不能使它們振動而發(fā)聲，為什么呢，假定某一個半周期電流的作用是使振動片向某個方向運動，下一個半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動片向反方向運動．高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動片的慣性相當大，所以在振動片還沒有來得及在電流的作用下向某個方向運動的時候，就立刻有一個幾乎同樣大的作用要使它向反方向運動，結(jié)果振動片實際上不發(fā)生振動．要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，使揚聲器(或耳機)中的動片隨聲音信號振動。

　　從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號過程，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。

　　下面介紹收音機中對調(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娦裕�通過它的是單向脈動電流，這個單向脈動電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號，高頻成分基本從電容器C（復(fù)習旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機發(fā)聲。（用示波器觀察檢波過程）實際上就是一個晶體二極管收音機的電路圖．這種收音機聲音很小，只能用開機收聽本地電臺．為了提高收音機的接收性能，需要用放大器把微弱的信號放大．圖示是加有放大器的收音機方框圖．由天線和調(diào)諧電路接收到的高頻調(diào)幅電流，先通過放大器進行高頻放大，然后進行檢波和低頻放大，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。（實驗演示）

　�。�2）調(diào)頻發(fā)射和接收。（實驗演示）

　　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→運行→進站→卸貨

　　師：我們再來看一下無線電波的分段。（投影）

　　波段 波長 頻率 傳播方式 主要用途

　　長波 30 000 m~3 000 m 10 kHz~100 kHz 地波 超遠程無線通訊和導(dǎo)航

　　中波 3 000 m~200 m 100 kHz~1 500 kHz 地波和天波 調(diào)幅無線電廣播、電報、通信

　　中短波 200 m~50 m 1500 kHz~6 000 kHz

　　短波 50 m~10 m 6MHz~30 MHz 天波

　　微波 米波 10 m~1 m 30MHz~300MHz 近似直線傳播 調(diào)頻無線電廣播、電視、導(dǎo)航

　　分米波 1 m~0.1 m 300 MHz~3 000 MHz 直線傳播 電視、雷達、導(dǎo)航

　　厘米波 10 cm~1 cm 3 000 MHz~30 000 MHz

　　毫米波 10 mm~1 mm 30000MHz~300 000 MHz

　�。ㄈ�）課堂總結(jié)、點評

　　本節(jié)課主要學習了以下內(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。

　　3．電磁波的發(fā)射過程和接收過程

　�。ㄋ模┱n余作業(yè)

　　完成P92“問題與練習”中的題目。閱讀P91“科學足跡”。

　　預(yù)習下一節(jié)：電磁波的發(fā)射和接收。

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