2020-2021学年高中物理新人教版选择性必修第二册 4.3 无线电波的发射和接收 教案

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册4.3无线电波的发射和接收教案教学目标一、知识与技能1、了解有效发射电磁波的两个条件。2、能正确区分调制、调幅、调频、调谐、解调等概念，了解它们在电磁波发射、接收过程中的作用。3、了解电视广播发射和接收的基本原理。二、过程与方法1、通过对已有知识的深人分析和讨论的过程，确认电磁波的有效发射条件。2、通过科学思维、分组讨论，明确调制的含义和调制的方式。3、通过阅读、讲授等方式，知道无线电波的接收原理。三、情感态度与价值观通过对电磁波的产生、发射、接收过程及基本电路的简单分析，领会无线电波在实际生活、生产中的作用，注重体现物理学科本质，培养学生的物理学科核心素养。重点难点1、电磁波有效发射的条件，调制的含义及调制的方式。（重点）2、无线电波的接收原理。（重点）3、无线电波调制的含义和方式的区别。（难点）教学准备多媒体课件教学过程一、导入新课：【引入新课】古代人们可以通过烽火台、驿站、信鸽等传递信息，但一封十万火急的“战报”也要很多天才能送到执政者手里。到了近代，邮差的出现，大大地提高了信息传送的速度，但还是无法及时方便地传递信息。现在，我们如果需要传递信息，光速就可以完成。那我们现在是用什么样的方式传递信息的呢？广播，电视，电话，手机，互联网等是我们现在主要的传递信息的方式。,现在的传递方式有线和无线之分，无线主要依靠电磁波，上节课我们学习了什么是电磁波。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，无论是广播、电视还是无线电通信以及航空、航天中的自动控制和通信联系，都离不开电磁波。在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波，那么无线电波是怎样发射和接收的呢？二、讲授新课：1、无线电波的发射【教师提问】在普通的LC振荡电路中，能否有效地发射电磁波？【学生回答】在普通的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。在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内相互转化，辐射出去的能量很少，不能有效地发射电磁波。【教师提问】要想有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点呢？【教师引导】要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：（1）要有足够高的振荡频率，理论研究表明，振动电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量，与频率的四次方成正比，频率越高，发射电磁波的本领越大。（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。【思考与讨论】如何改造普通的LC振荡电路，增大其频率并使它有效地发射电磁波呢？【教师引导】将闭合电路变成开放电路：【结论】（1）开放电路：将电容器两个极板拉开，增大电容器极板间的距离，减小电容器两极板的正对面积，从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。这样的振荡电路叫作开放电路。（2）如图所示，开放电路甚至可以演化成为一条导线，这样就可以有效地把电磁波发射出去了。,在实际应用中，常把开放电路的下端跟大地连接，这条导线叫作地线；线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫作天线。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。在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电磁波，向四周发射。【教师提问】发射电磁波是为了利用它传递某种信号。例如，无线电报传递的是文字信号；无线电广播传递的是声音信号；电视广播传递的不仅有声音信号，还有图像信号。要想让电磁波传得足够远，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，如声音信号频率只有几百至几千赫兹，图像信号的频率也不过上万赫兹，不可能把它们直接发送出去。这就要求发射的电磁波要随信号而改变。电磁波是怎样传递这些信号的呢？【教师引导】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）就能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作调制。高频振荡电流类似于可远飞的信鸽，要传送的信号类似于要发出的信件，调制类似于把信件绑在信鸽的身上。进行调制的装置叫作调制器，要传递的电信号叫作调制信号。【教师补充】一种调制的方法是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅；一种调制的方法是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频。2、无线电波的接收【提出问题】,世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断地向空中发射不同频率的电磁波，这些电磁波弥漫在我们周围，如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是一片混乱的信号，达不到我们传递信息的目的。所以，在接收电磁波时，首先要从诸多的信号中把我们需要的信号选择出来，比如收看电视节目时就需要选台。如何从许多不同频率的信号中把需要的信号选出来呢？【学生回答】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（天线和地线组成的电路），就可以接收到电磁波了。【思考与讨论】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呢？【教师引导】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。这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振（用示波器观察电谐振的波形）。在无线电技术里，就是利用电谐振来达到接收自己需要的电磁波的目的的。使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。如图所示，调节可变电容器的电容可以改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了要接收的电磁波信号。【提出问题】如何听到或看到接收到的信号？【学生回答】收音机接收的经过调制的高额振荡电流（对应图讲解），这种电流通过收音机的耳机或扬声器，并不能使它们振动而发声，假定某一个半周期电流的作用是使振动片向某个方向运动，下一个半周期电流就以几乎同样大的作用使振动片向反方向运动。高频电流的周期非常短，半周期更短，而振动片的惯性相当大，所以在振动片还没有来得及在电流的作用下向某个方向运动的时候，就立刻有一个几乎同样大的作用要使它向反方向运动，结果振动片实际上不发生振动。要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。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，我可以听到或看到了。【教师小结】无线电波接收的过程：接收电路——电谐振——调谐——检波。3、电视广播的发射和接收电视广播信号也是一种无线电信号。在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为电信号。这种电信号可以通过线路直接传输，但是由于传输失真、损耗等原因，很难远距离传播。因此，需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。目前，高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过解调处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为图像信息。接收天线收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号。伴音信号经解调后送到扬声器。课堂练习1、要有效地发送低频电信号，必须把低频电信号附加在高频载波上，这个过程在电磁波的发射过程中叫()A.调谐B.解调C.调制D.检波答案：C2、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，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，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：A3、手机信息的接收和发射、对讲机信息的接收和发射都靠电磁波，则关于手机和对讲机发射的两列电磁波，下列叙述正确的是(  )A.频率一定相等            B.波长一定相等C.能量一定相等           D.波速一定相等答案：D4、下列物理现象中，受电磁波的影响所产生的是(  )A.把手机放在半导体收音机周围，半导体收音机发出滋滋的声音B.夜晚打开电视机时，突然发现白炽灯稍微变暗C.用室内天线接收微弱信号时，人走过时电视画面会发生变化D.在野外郊游时，出现手机无法接通的答案：A5、如图所示为电视机接收声音和图像过程的示意图，其工作过程顺序正确的是(  )A.解调——放大——调谐——显示B.调谐——放大——解调——显示C.调谐——解调——放大——显示D.放大——调谐——解调——显示答案：C板书设计4.3无线电波的发射和接收一、无线电波的发射1、要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：（1）要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。,（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路。2、实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。3、电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术。4、调制包括：（1）调幅（AM）：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法。（2）调频（FM）：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法。二、无线电波的接收1、接收原理：电磁波在传播时遇到导体，会使导体中产生感应电流，导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。2、电谐振：接收电路的固有频率跟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，相当于机械振动中的共振。（1）调谐：使接收电路产生电谐振的过程。（2）解调：把声音或图象信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波。三、电视广播的发射和接收电视：摄像管摄取景物的图像并将其转换为电信号。用信号电流调制高频电流，通过天线把带有信号的电磁波发射出去．电视接收机收到高频信号以后，经调谐、解调，将得到的图像信号送到显像管。伴音信号经解调后送到扬声器。教学后记引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。