《電磁波的發(fā)射和接收》教學(xué)設(shè)計(jì)河南省確山縣第一高級(jí)中學(xué)劉玉中【教學(xué)內(nèi)容】

人教版高中物理選修3-4第十四章第3節(jié)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．了解有效地發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件。

2．了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振在電磁波發(fā)射、接收過(guò)程中的作用。

3．通過(guò)對(duì)電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、接收過(guò)程及基本電路的簡(jiǎn)單分析，領(lǐng)會(huì)無(wú)線電波在實(shí)際生活、生產(chǎn)中的作用。

4．了解無(wú)線電波的波長(zhǎng)范圍。

【教學(xué)重點(diǎn)】

1．電磁波有效發(fā)射的條件，調(diào)制的含義及調(diào)制方式。

2．無(wú)線電波接收原理。

【教學(xué)難點(diǎn)】

1．無(wú)線電波調(diào)制的含義及調(diào)幅和調(diào)頻的區(qū)別。

2．“電諧振”概念。

【教學(xué)用具】

多媒體投影儀，示波器。

【教學(xué)方法】

講解法，學(xué)生自學(xué)、討論法

【教學(xué)過(guò)程】

一、提出問(wèn)題、引入新課

1．古代人們有那些傳遞信息的方式？（烽火臺(tái)，鴿子，驛站，郵差等）

2．請(qǐng)問(wèn)現(xiàn)在我們有那些傳遞信息的方式？（廣播，電視，電話，手機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)等）

（過(guò)渡）：現(xiàn)在的傳遞方式有線和無(wú)線之分，無(wú)線主要依靠電磁波，在無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電磁振蕩的知識(shí)，知道：在LC振蕩電路中，電場(chǎng)主要集中在電容器的極板之間，磁場(chǎng)主要集中在線圈內(nèi)部，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能主要在不同元件之間相互轉(zhuǎn)化，輻射出去的電磁能或者電磁波很少。那么如何才能有效地發(fā)射和接收電磁波呢？

二、新課過(guò)程

（一）無(wú)線電波的發(fā)射

師：要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有哪些特點(diǎn)呢？（學(xué)生閱讀教材，然后回答。）

生：1．要有足夠高的振蕩頻率。因?yàn)轭l率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。

2．振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，只有這樣才能有效地把電磁能（電磁波）傳播出去。

師：要滿足上述兩述條件，就需要把振蕩電路改造變成開(kāi)放電路（教師在黑板上畫出圖1、圖2、圖3、圖4），那么如何改造呢？同學(xué)們仔細(xì)觀察一下，圖1到圖4是如何變化？

師生討論得出：圖2中，電容器的極板傾斜，張口變大，便于把電磁能輻射出去；線圈的匝數(shù)變少，其自感系數(shù)變小，便于發(fā)射高頻率的電磁波。圖3中電容器極板間的距離增大，正對(duì)面積減少，線圈匝數(shù)進(jìn)一步減少，便于發(fā)射較高頻率的電磁波，圖4中電容器極板間的距離進(jìn)一步增大，正對(duì)面積減少至為零，線圈匝數(shù)為零，以便能夠發(fā)射更高頻率的電磁波。

圖1

圖2

圖3

圖4

師：那么，實(shí)際中的開(kāi)放電路是如何發(fā)射電磁波的呢？

圖5

師：在實(shí)際應(yīng)用中常把開(kāi)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(gè)敞開(kāi)的電容器，電磁波就是由這樣的開(kāi)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(yuǎn)。實(shí)際發(fā)射無(wú)線電波的裝置中還需在開(kāi)放電路旁加一個(gè)振蕩器電路與之耦合，如圖5所示，振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過(guò)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(kāi)放電路中激發(fā)出電磁波，向四周發(fā)射。

調(diào)制：調(diào)幅與調(diào)頻

（以教師講解為主）

師：發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號(hào)。要想電磁波傳得遠(yuǎn)，就必須使用高頻率的電磁波。但我們要傳遞的信號(hào)卻是一些低頻信號(hào)，如：聲音信號(hào)頻率只有幾百至幾千赫茲，圖象信號(hào)頻率也不過(guò)上萬(wàn)赫茲，不可能把它們直接發(fā)送出去。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號(hào)而改變。在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號(hào)的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波（也就是載波）就載著要傳送的信號(hào)一起發(fā)射出去．把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。高頻振蕩電流，類似于可遠(yuǎn)飛的信鴿；要傳送的信號(hào)類似于要發(fā)出的信件，調(diào)制類似于把信件綁在信鴿的身上。

師：一種調(diào)制的方法是使高頻振蕩電流的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變，這種調(diào)制叫做調(diào)幅（結(jié)合課本相應(yīng)圖講解）。

另一種調(diào)制的方法是使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)弱而改變，這種調(diào)制叫做調(diào)頻（結(jié)合課本相應(yīng)圖講解）。

圖6

電波的發(fā)射：結(jié)合圖6闡述低頻信號(hào)的調(diào)制和發(fā)射過(guò)程。低頻信號(hào)電流疊加在高頻振蕩電流上，這就是調(diào)制，調(diào)制后的振蕩電流通過(guò)互感作用經(jīng)開(kāi)放電路向外發(fā)射出電磁波。

（二）電磁波的接收

師：發(fā)射的無(wú)線電波如何被接收到呢？（學(xué)生先閱讀課文，教師引導(dǎo)學(xué)生回答）

生：電磁波在空間傳播時(shí)，如果遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。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了。

師：如何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(qiáng)呢？

生：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。在無(wú)線電技術(shù)里，是利用電諧振來(lái)達(dá)到這個(gè)目的的。當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振。（用示波器觀察電諧振波形）。接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)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7，調(diào)節(jié)可變電容器的電容可以改變調(diào)諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺(tái)發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個(gè)頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強(qiáng)的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個(gè)電臺(tái)。圖8中收音機(jī)內(nèi)的接收電路就是調(diào)諧電路。

圖7

圖8

解調(diào)（以教師講解為主）

由調(diào)諧電路接收到的感應(yīng)電流，是經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩電流，還不是我們需要的聲音或圖像信號(hào)。因此還要使聲音或圖像信號(hào)從高頻振蕩電流中還原出來(lái)。

從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號(hào)過(guò)程，叫做解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，調(diào)制的方法不同，解調(diào)的方法也不同。如圖9是調(diào)幅波的解調(diào)，也叫檢波。解調(diào)類似于把綁在信鴿的信取下來(lái)。解調(diào)之后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大、重現(xiàn)，我們就可以聽(tīng)到或看到了。圖9

（三）無(wú)線電波知識(shí)（學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主）

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對(duì)我們來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要，無(wú)論是廣播、電視還是無(wú)線電通信以及航空、航天中的自動(dòng)控制和通信聯(lián)系，都離不開(kāi)電磁波。

無(wú)線電報(bào)的波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米。通常根據(jù)波長(zhǎng)或頻率把無(wú)線電波分成長(zhǎng)波、中波、中短波、短波和微波等幾個(gè)波段。（教師可以結(jié)合教材上相應(yīng)表格中數(shù)據(jù)，讓學(xué)生比較各個(gè)波段的波長(zhǎng)范圍和頻率范圍，簡(jiǎn)述各波段無(wú)線電波的傳播方式以及主要用途。還可以適當(dāng)補(bǔ)充一些其它知識(shí)，如：調(diào)幅廣播（AM）一般使用中波和短波波段。調(diào)頻廣播（FM）和電視廣播都采用調(diào)頻的方法來(lái)調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）波段。

例題1：一臺(tái)收音機(jī)的接收頻率范圍從f1=2．2MHz到f=22MHz；設(shè)這臺(tái)收音機(jī)能接收的相應(yīng)波長(zhǎng)范圍從λ1到λ2，調(diào)諧電路中電容器的相應(yīng)電容量變化范圍從C1到C2，求λ1：λ2；

C1：C2

引導(dǎo)學(xué)生解答：

由得，所以

例題2：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)方框圖說(shuō)明調(diào)制、調(diào)諧、解調(diào)之間的關(guān)系。

教學(xué)反思：