人教版选修34 电磁波的发射和接收 第1课时 教案.doc

14.3无线电波的发射和接收一、教学目标：1、了解无线电广播发射和接收技术中，调制、调幅、调频、调谐、解调的含义。2、了解电视摄像管的基本结构以及电视广播发射和接收过程。3、了解移动通信就的基本过程。了解基站的作用。4、了解通信技术的发展对人类文明的促进作用。二、教学重点：调制和解调三、教学难点：调制和解调四、教学方法：实验演示、启发式教学五、教学用具：信号源，示波器，收音机，录音机，调频发射机等。六、教学过程：（复习引入）问题：1古代人们有那些传递信息的方式？（烽火台，鸽子，驿站，邮差等）2请问现在我们有那些传递信息的方式？（广播，电视，电话，手机，互联网等）（过度）：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（引导同学简单回忆复习上节内容）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？(板书) 14.3 无线电波的发射和接收一、无线电波无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，无线电报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（教师可以结合教材上的表格，提示学生比较各个波段的波长范围和频率范围，简述各波段无线电波的传播方式以及主要用途可以适当补充一些实例） 二、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。2开放电路： l1l23无线电波是由开放电路发射出去的。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4、调制：调幅与调频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。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叫做调制。进行调制的装置叫做调制器耍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（画图），调幅广播(am)一般使用中波和短波波段。使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（画图），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。右图是调幅装置的示意图接在振荡器和线圈之间的话筒就是一个最简单的调制器，由声源发出的声音振动使话筒里的碳粒发生时松时紧的变化，它的电阻也发生时大时小的变化。所以，虽然振荡器产生的是高频等幅振荡电流，但是线圈通过的却是随声音而改变的高频调幅电流由于线圈的互感作用，从开放电路中发射的也是这种高频调幅电流。这种电磁波叫调幅波。三、无线电波的接收 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。1、在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。2、电谐振世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通讯设备，它们不断地向空中发射不同频率的电磁波，这些电磁波强弱不等地弥漫在我们周围。如果不加选择地把它们都接收下来，那必然是信号一片混乱，分辨不清，达不到我们传递信息的目的。所以，接收电磁波时，首先要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。这就要设法使我们需要的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。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。（用示波器观察电谐振波形） 3、调谐接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。图是收音机的调谐电路。调节可变电容器的电容来改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了这个电台。（演示调谐过程） 4、检波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，为什么呢，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，我们就可以听到或看到了。 下面介绍收音机中对调幅波的检波。右图是晶体二极管的检波电路，是利用晶体二极管的单向导电性来进行检波的。调谐电路中产生的是经过调幅的高频振荡电流，l1和l2绕在同一磁棒上，由于互感作用，在l2上产生的是高频交变电压由于二极管的单向导电性，通过它的是单向脉动电流，这个单向脉动电流既有高频成分，又有低频的声音信号，高频成分基本从电容器c（复习旁路电容器）通过，剩下的音频电流通过耳机发声。（用示波器观察检波过程）实际上就是一个晶体二极管收音机的电路图这种收音机声音很小，只能用开机收听本地电台为了提高收音机的接收性能，需要用放大器把微弱的信号放大图示是加有放大器的收音机方框图由天线和调谐电路接收到的高频调幅电流，先通过放大器进行高频放大，然后进行检波和低频放大，放大后的音频电流输送到喇叭，使它们发出声音。下面我们通过调幅和调频两种方式，来看看无线电波发射和接收的全过程。（1）调幅发射和接收。（实验演示）（2）调频发射和接收。（实验演示） 比喻： 高频电流火车 音频电流货物 调制发射传播调谐解调 装货出站运行进站卸货例题1.中央人民广播电台发射一种电磁波的频率为15.58 hz,如果你在上海的家中接收这一频率的电台节目,从电台信号发射到被接收历时多长时间?(设北京到上海的距离是1 454千米)解析:t=xc=1 4541033.0108 s4.8510-3 s.答案:4.8510-3 s例题2lc振荡电路电容器的电容为3105 f，线圈的自感系数为3 mh，它与开放电路耦合后，(1)发射出去的电磁波的频率是多大？(2)发射出去的电磁波的波长是多大？【解析】lc振荡电路与开放电路耦合后，振荡电路中产生的高频振荡电流通过两个电路线圈间的互感作用，使开放电路中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，所以发射出电磁波的频率就等于lc振荡电路中电磁振荡的频率(1)发射出去的电磁波的频率f hz530 khz.(2)发射出去的电磁波的波长 m566 m.【答案】(1)530 khz(2)566 m课堂练习：1下列关于无线电波的叙述正确的是()a无线电波是波长从几十千米到几毫米的电磁波b无线电波在任何介质中传播速度均为3.0108 m/sc无线电波不能产生干涉和衍射现象d无线电波由真空进入介质传播时，波长变短解析：无线电波的波长是从几十千米到几毫米的电磁波，故选项a正确；干涉、衍射是一切波都具有的特性，故选项c错误；无线电波由真空进入介质时，波速变小，故选项b错误；由vf知，频率不变，波速变小，波长变短，故选项d正确。答案：ad2(多选)下列说法中正确的是()a无线电技术中使用的电磁波叫作无线电波b无线电波在真空中的波长范围从几毫米到几十千米c无线电波的频率越低越容易发射d发射无线电波的目的是为了向远处传递电能解析：无线电波在电磁波谱中波长最长，其波长范围从几毫米到几十千米，所以a、b项正确；发射无线电波的条件是频率足够高且有开放电路，c项错；发射无线电波的目的是向远处传递信号，d项错答案：ab3在飞机上、医院内不允许使用手机的原因是()a使用手机可能引起火灾b飞机、医院的电子设备会受到手机电磁信号的干扰c这些场所工作人员太多d这些场所需要安静解析：手机发出的电磁信号会使飞机的导航设备、医院的电子设备受到干扰答案：b4下列关于电视的说法中错误的是()a电视信号的发射、接收过程是：景物电信号电磁波电信号图像b摄像机在1秒内传送24帧画面c显像管是将电信号还原成景物像的关键部件d画面更换迅速和视觉暂留现象使人们在荧光屏上看到的是活动景象解析：电视信号发射、接收的过程是景物电信号电磁波电信号图像，故a正确；摄像机在1秒内传送25帧画面，故b错误；显像管的作用是将电信号还原成景物的像，故c正确；因为画面更换迅速和视觉暂留现象，使人们在屏上看到的是活动景象，故d正确答案：b5电视机的室外天线能把电信号接收下来，是因为(a)a天线处在变化的电磁场中，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解析：室外天线处于空间变化的电磁场中，天线中产生了感应电流，此电流通过馈线输送给lc电路，此电流中空间各电台信号激起的电流均存在，但只有频率与调谐电路频率相等的电信号对应电流最强，然后再通过解调处理进入后面的电路，故选项a正确，b、c、d错误。6关于移动电话，下列说法正确的是(bd)a随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置b随身携带的移动电话(手机)内，既有无线电接收装置，又有无线电发射装置c两个携带手机的人，可以不通过固定的基地台转接，相互通话d无线寻呼机(bp机)内只有无线电接收装置，没有无线电发射装置解析：由于手机既能听到对方说话，又能说话让对方听到，因而既是发射装置又是接收装置，而寻呼机只能接收外来信号，不能向外发射，因而b、d对，但手机信号必须经过基地台处理转接才能收到，c错。7(北京市大兴区2018届高三上学期期末)无线充电器是指不用传统的充电线连接到需要充电的终端设备上的充电器。无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。所谓能量耦合是指两个或两个以上的电路元件的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。除此之外，无线充电中还涉及到磁场共振原理，以及其他的一些交流感应技术。根据上述描述，下列认识合理的是(b)a无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由奥斯特发现的b变压器是一种典型的能量耦合应用c无线充电器的优点之一是充电过程中没有电能量损失d无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是不同的解析：无线充电系统所涉及的电磁感应原理最早是由法拉第发现的，选项a错误；变压器是一种典型的能量耦合应用，选项b正确；采用电磁感应技术实现无线充电的优点是原理简单，适合短距离充电，但需特定的摆放位置才能精确充电，所以在充电过程中有电能量损失，选项c错误；根据电磁感应原理，无线充电器充电的时候发射端和接收端的交流电频率是相同的，选项d错误；故选b。8.关于无线电波的发射过程,下列说法正确的是()a.必须对信号进行调制b.必须使信号产生电谐振c.必须把传输信号加到高频电流上d.必须使用开放回路解析：该题考查电磁波的发射过程。电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行调制,用开放电路发射。为了有效地向外发射电磁波,必须使电路开放,a、c、d三项正确。而产生电谐振的过程是在接收电路,b项不正确。答案：acd9关于移动电话,下列说法正确的是()a.随身携带的移动电话(手机)内,只有无线电波的接收装置,没有无线电波的发射装置b.随身携带的移动电话(手机)内,既有无线电波的接收装置,又有无线电波的发射装置c.两个携带手机的人,可以不通过固定的基地台转接,相互通话d.收音机内只有无线电波的接收装置,没有无线电波的发射装置解析：由于手机既能听到对方说话,又能说话让对方听到,因而既有发射装置又有接收装置,而收音机只能接收外来信号,不能向外发射,因而b、d项正确,a项错误;但手机信号必须经过基地台处理转接才能收到,c项错误。答案：bd10下列说法不正确的是()a摄像机是一种将光信号转变为电信号的装置b电视机是一种将电信号转变为光信号的装置c摄像机在1秒内要送出25幅画面d电视机接收的画面是连续的【解析】摄像机在1秒内传送25幅图象电视机也以每秒25幅接收，并在荧光屏上显示，所以接收的画面是一幅一幅的，由于画面更换迅速，眼睛又有视觉暂留作用，我们感觉是连续的活动图象，选项d错【答案】d作业：1当代人类的生活和电磁波紧密相关，关于电磁波，下列说法正确的是()a只要把带电体和永磁体放在一起，就会在周围空间产生电磁波b电磁波在传播过程中，随介质的变化其波速是变化的c电视机、收音机和手机所接收的信号都属于电磁波d微波炉内所产生的微波不是电磁波，而是波长很短的机械波e电磁波在传播过程中其频率是不变的【解析】变化的磁场、电场才能产生电磁波，a错误；电磁波的传播速度与介质有关，而频率与介质无关，b、e正确；电磁波能够携带信号，用于通讯、广播等，c正确；微波炉内的微波是波长较短的电磁波，d错误【答案】bce2如图1432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象，则()甲乙丙图1432ai1是l1中的电流图象bi1是l2中的电流图象ci2是l2中的电流图象di3是流过耳机的电流图象ei3是l2中的图象【解析】l1中由于电磁感应，产生的感应电动势的图象是同甲图相似的，但是由于l2和d串联，所以当l2的电压与d反向时，电路不通，因此这时l2没有电流，所以l2中的电流图象应是乙图中的i2.高频部分通过c2，通过耳机的电流如同丙图中的i3，只有低频的音频电流，故选项a、c、d正确【答案】acd3.转换电视频道,选择自己喜欢的电视节目,称为()a.调幅b.调频c.调制d.调谐解析:转换电视频道,选择自己喜欢的电视节目,实际上是选择信号接收,选择电波的过程,即为调谐过程,d项正确.答案:d4.(双选)下列说法正确的是()a.载波是由振荡器产生的,它的主要特点是高频,经天线直接发出b.载波经调制放大后,经天线直接发出c.电磁波经接收天线,通过调谐把需要的电磁波选出来送到扬声器或显像管中还原即可d.电磁波经接收天线,通过调谐把需要的电磁波选出来后,再经过解调、放大后送到扬声器或显像管中还原成声音或图像解析:载波是振荡器产生的高频电磁波,不需放大,可由天线直接发射,故a正确;调制是为了把需要发送的信息加到载波上后再发射,电磁波经接收天线,通过调谐接收下来,再经解调、放大后才能送到扬声器或显像管中,所以b、c不正确,d正确.答案:ad5.如图所示为调幅振荡电流图象,此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段()a.经