人教版选修34 电磁波的发射和接收 第1课时 教案.docx

14.3电磁波的发射和接收【教学目标】1、知识与技能：了解无线电波的波长范围了解无线电波的发射过程和调制的简单概念了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理2、过程与方法：理解无线电波发射的过程3、情感态度与价值观：体会科学与技术的结合之美【重点难点】1、重点：调制、调幅、调频、调谐和解调2、难点：调制、调幅、调频、调谐和解调【教学用具】多媒体投影仪，示波器【教学方法】讲解法，学生自学、讨论法一、提出问题、引入新课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）（过渡）：现在的传递方式有线和无线之分，无线主要依靠电磁波，在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。上节课我们学习了电磁振荡的知识，知道：在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，电场能和磁场能主要在不同元件之间相互转化，辐射出去的电磁能或者电磁波很少。那么如何才能有效地发射和接收电磁波呢？二、新课过程（一）无线电波的发射师：要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点呢？（学生阅读教材，然后回答。）生：1.要有足够高的振荡频率。因为频率越高，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，只有这样才能有效地把电磁能（电磁波）传播出去。师：要满足上述两述条件，就需要把振荡电路改造变成开放电路（教师在黑板上画出图1、图2、图3、图4），那么如何改造呢？同学们仔细观察一下，图1到图4是如何变化？师生讨论得出：图2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3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4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。 图1 图2 图3 图4师：那么，实际中的开放电路是如何发射电磁波的呢？师：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5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，向四周发射调制：调幅与调频 （以教师讲解为主）师：发射电磁波是为了利用它传递某种信号。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：声音信号频率只有几百至几千赫兹，图象信号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。 师：一种调制的方法是使高频振荡电流的振幅随信号的强弱而改变，这种调制叫做调幅（结合课本相应图讲解）。另一种调制的方法是使高频振荡电流的频率随调制信号的强弱而改变，这种调制叫做调频（结合课本相应图讲解）图6电波的发射：结合图6阐述低频信号的调制和发射过程。低频信号电流叠加在高频振荡电流上，这就是调制，调制后的振荡电流通过互感作用经开放电路向外发射出电磁波。（二）电磁波的接收师：发射的无线电波如何被接收到呢? （学生先阅读课文，教师引导学生回答）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。师：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？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。（用示波器观察电谐振波形）。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。 如图7，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。图8中收音机内的接收电路就是调谐电路。图7 图8解调（以教师讲解为主）由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频振荡电流，还不是我们需要的声音或图像信号。因此还要使声音或图像信号从高频振荡电流中还原出来。从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做解调。解调是调制的逆过程，调制的方法不同，解调的方法也不同。如图9是调幅波的解调，也叫检波。解调类似于把绑在信鸽的信取下来。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。（三） 无线电波知识（学生自主学习为主）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。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，简述各波段无线电波的传播方式以及主要用途。还可以适当补充一些其它知识，如：调幅广播(am)一般使用中波和短波波段。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。例题1：一台收音机的接收频率范围从f1=2.2mhz到f=22mhz；设这台收音机能接收的相应波长范围从1到2，调谐电路中电容器的相应电容量变化范围从c1到c2，求1：2 ； c1：c2引导学生解答：，由得，所以例题2：请设计一个方框图说明调制、调谐、解调之间的关系。低频信号调制发射调谐电路解调输出课堂练习：1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：b2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：b3(多选)认真观察下方的四幅图，下列说法中正确的是()a无线电台发射的是甲所示的波b无线电台发射的是乙所示的波c无线电台发射的是丙所示的波d无线电台发射的是丁所示的波解析：认真观察四个图象，结合调制中的调幅波和调频波的特点，发射台的电波即为调幅波和调频波答案：cd4雷达是用来对目标进行定位的现代定位系统，海豚也具有完善的声呐系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，性能远远优于现代化的无线电系统下列关于雷达和海豚的说法正确的是()a它们都利用自身发射的电磁波进行定位b它们都利用自身发射的超声波进行定位c雷达利用自身发射的电磁波定位，海豚利用自身发射的超声波定位d雷达利用自身发射的超声波定位，海豚利用自身发射的电磁波定位解析：海豚生活在海里，借助于自身发射的超声波在黑暗中定位，捕捉食物；而雷达采用无线电波中的微波波段定位答案：c5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经调制后b经调谐后c经检波后d耳机中解析：为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。而图象是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经检波后，调幅振荡电流将被削去一半，而在耳机中只有低频信号电流。答案：ab6世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是(d)a因为收听到的电台离收音机最近b因为收听到的电台频率最高c因为接收到的电台电磁波能量最强d因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振解析：选台就是调谐过程，使f固f电磁波，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强。7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解析：影响电感l的因素有线圈匝数、粗细、长短及有无铁芯等，而对铁芯和匝数分析的题目较多。当调谐电路的固有频率等于电台发出信号的频率时，发生电谐振才能收听到电台信号。由题意知收不到电信号的原因是调谐电路固有频率低，由以上分析可知在c无法调节的前提下，可减小电感l，即可通过c、d的操作增大f。答案：cd8如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是(c)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放大调谐解调显示解析：电磁波的接收过程是调谐解调放大显示，故c正确。9(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。10.图中甲为一个调谐接收电路,图乙、图丙、图丁为电路中的电流随时间变化的图象,则()a.i1是l1中的电流图象b.i1是l2中的电流图象c.i2是l2中的电流图象d.i3是流过耳机的电流图象解析：l1中由于电磁感应,产生的感应电动势的图象同乙图相似,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中的电流图象应是丙图。高频部分通过c2,通过耳机的电流如同丁图中的i3,只有低频的音频电流,故选项a、c、d正确。答案：acd作业：1下列关于手机的说法，正确的是()a手机只能发射电磁波b手机只能接收电磁波c手机既可发射也可接收电磁波d手机既不能发射也不能接收电磁波【答案】c2关于电磁波的调制技术，下列说法不正确的是()a使高频载波的振幅随信号改变的调制叫做调幅b使高频载波的频率随信号改变的调制叫做调频c中、短波段的无线电广播，使用的是调幅方式d调幅波的优点是抗干扰能力强，传递过程中失真比较小【解析】调频波的振幅不变，抗干扰能力比较强，传递过程中失真比较小，所以不正确的是选项d.【答案】d3(多选)如图433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()图433a经调制后b经调谐后c经解调后d耳机中【解析】为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制调制的方法之一是使高频振荡电流的振幅随信号而变化，成为调幅振荡电流，这就是调幅在接收电路中，经过调谐，使电路与所需接收的电磁波产生电谐振，电路中将会出现调幅振荡电流经解调后，信号电流被从高频振荡电流中“取”出【答案】ab4下列关于信息传递的说法中，正确的是()a声、光和电磁波中，只有电磁波能够传递信息b固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息的c摄像机拍得的物体图象，直接通过发射天线发射传播信息d微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息【解析】声音可以传递信息，人们非常的熟悉光也可以传递信息，所以选项a错；移动电话、无线电广播和电视都是无线传递的，所以选项b错；摄像机拍得的物体图象，通过调制高频的无线电波到发射天线发射传播信息，选项c错，只有选项d对【答案】d5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】bce6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必须使用开放电路e必须使用闭合电路【解析】电磁波的发射过程中，一定要对低频输入信号进行调制，并加到高频电流上为了有效地向外发射，必须使电路开放，a、c、d正确，e错误而产生电谐振的过程是在接收电路，b不正确【答案】acd7马来西亚航班mh370失联前与塔台和卫星之间通过电磁波相联系以下说法正确的是()a航班与卫星间联系主要以微波的形式bmh370发出的电磁波频率是定值，不能改变c电磁波由真空进入介质，速度变小d电磁波由真空进入介质，频率不变e只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失【解析】航班与卫星间联系主要以微波的形式传播，天波遇到大气中的电离层就反射了，a项正确；mh370发出的电磁波，频率是可以改变的，b项错；电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变，c、d项正确；一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源的电磁振荡停止时，只