2020年高中物理《电磁波的发射和接收》优秀教案

高中物理电磁波的发射和接收优秀教学计划(a)知识和技能1.了解无线电波的波长范围。2.了解无线电波传输过程和调制的简单概念。3.了解调谐、检测和无线电波接收的基本原理。(2)过程和方法通过观察和总结，我们可以了解无线电波的基本应用，了解现代技术的应用方法，并学习基本原理。(3)情感、态度和价值观通过对无线电波应用原理的基本理解，了解科学技术的价值和重要性。端正科学态度，培养科学价值观。理解本节中的基本概念。了解调谐、无线电波发射和接收过程。演示推理和分析类比信号源、示波器、收音机、录音机、调频发射机、计算机多媒体、物理投影仪等。(a)开设新课程老师：随着信息技术的飞速发展，电磁波对我们越来越重要。无论是无线电、电视还是无线电通信，以及航空航天中的自动控制和通信环节，电磁波都是不可或缺的。无线电技术中使用的电磁波称为无线电波。无线电波是如何传播和接收的？在这节课中，我们将学习如何发射和接收电磁波。(二)开设新的课程1.无线电波的传输老师：请讨论电磁波是否能在普通的液晶振荡器电路中有效发射。学生讨论。健康：在普通的液晶振荡器电路中，电场主要集中在电容器极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，电场能量和磁场能量的相互转换主要在电路内部完成，很少能量辐射出去。不能有效发射电磁波老师：有效发射电磁波的条件是什么？学生阅读教科书的相关内容。教师和学生得出结论，要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须满足以下条件：(1)要有足够高的振荡频率。(2)振荡电路的电场和磁场必须分散在尽可能大的空间中，以便有效地传输电磁场的能量。引导学生讨论：如何改革普通液晶振荡器电路，使其能有效发射电磁波？在老师和学生一起讨论之后，介绍了开路的概念。将闭合电路变成开路可以有效地发射电磁波。如图所示，这是一个从闭合电路变为开路的示意图。无线电波是由开路发出的。说明：在实际应用中，开路的下端经常接地。连接到地面的电线称为地线。线圈的上部连接到一根更高的导线上，称为天线。天线和地线形成一个开路电容，电磁波通过这种开路发射出去。电视发射塔应该建得很高，以使电磁波发射得很远。如图所示，应在开路电路旁边添加一个振荡器电路，以与实际传输无线电波的设备耦合。振荡器电路产生的高频振荡电流使L1通过L2和L1之间的互感产生相同频率的振荡电流。振荡电流激发开路中的无线电波，并将它们发射出去。t:发射电磁波是为了利用它们来传输某些信号。例如，无线电报传输代码符号，无线电广播传输声音，电视广播不仅传输声音，还传输图像。这要求发射的电磁波随信号而变化。电磁波是如何传递这些信号的？说明：在电磁波发射技术中，如果将该电信号“添加”到高频恒幅振荡电流中，则携带该信号的高频振荡电流产生的电磁波将与待发射的信号一起发射出去。将待传输的信号“相加”到高频恒幅振荡电流中，使电磁波随各种信号变化的技术称为调制。这右边的图片是调幅装置的示意图。连接在振荡器和线圈之间的麦克风是最简单的调制器。声源发出的声音振动会使麦克风中的碳颗粒由松变紧，电阻也由大变小。因此，尽管振荡器产生高频恒定振幅振荡电流，线圈通过随声音变化的高频振幅调制电流。由于线圈的互感，该高频调幅电流也从开路中发出。这种电磁波被称为调幅波。(多媒体演示：调幅波)(用示波器观察调幅波形)2.无线电波的接收老师：电磁波传播空间中的导体会产生感应电流。感应电流的频率与激发它的电磁波的频率相同。因此，放置在电磁波传播空间中的导体可以接收电磁波。这种导体就是接收天线。在无线电技术中，由天线和地线组成的接收电路接收电磁波。说明：世界上有许多广播电台、电视台和各种无线电通信设备。他们不断向空气中发射不同频率的电磁波。这些电磁波在我们周围不同程度地散射。如果不加区别地接收，信号肯定会混乱不堪，无法分辨清楚，也无法达到我们传递信息的目的。因此，当接收电磁波时，我们必须首先从许多电磁波中选择我们需要的，通常称为选择站。这是为了让我们需要的电磁波在接收天线中感应出最强的电流。在无线电技术中，电共振被用来实现这个目标。当接收电路的固有频率与接收电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。这种现象称为电共振，相当于机械振动中的共振。(用示波器观察电共振波形)老师：接收电路产生电共振的过程叫做调谐，而可以调谐的接收电路叫做调谐电路。图为收音机的调谐电路。调整可变电容器的电容以改变调谐电路的频率，使其与无线电台发射的待接收电磁波的频率相同。该频率的电磁波在调谐电路中激发强感应电流，从而选择无线电台。(演示调整过程)说明：收音机接收的调制高频振荡电流(对应的图形说明)不会使收音机的耳机或扬声器振动产生声音。为什么？假设某个半周电流的功能是在某个方向上移动振动片，下一个半周电流将以几乎相同的功能在相反的方向上移动振动片。高频电流的周期很短，半周期较短，振动片的惯性很大。因此，在振动片能在电流的作用下向某一方向移动之前，它会立即产生几乎相等的作用，使它向相反的方向移动。因此，振动片实际上不会振动。要听到声音，必须从高频振荡电流中“检测到”声音信号，以便扬声器(或耳机)中的移动部件会随着声音信号振动。从接收到的高频振荡电流中“检测”所携带的调制信号的过程称为检测。检测是调制的逆过程，因此也称为解调。由于调制方式不同，检测方法也不同。在检测之后，信号被放大和复制，我们可以听到或看到它。无线电中调幅波的检测如下所述。右图显示了晶体二极管的检测电路，该电路利用晶体二极管的单向导电性进行检测。调谐电路中产生的是调幅高频振荡电流。L1和L2被缠绕在同一根磁棒上。由于互感，在L2产生高频交流电压。由于二极管的单向导电性，单向脉动电流通过它。单向脉动电流既有高频成分又有低频声音信号。高频分量基本上通过电容C(检查旁路电容)，剩余的音频电流通过耳机发出声音。(用示波器观察检测过程)实际上是一个晶体二极管收音机的电路图。这台收音机声音很低，只能打开来听当地的广播。为了提高收音机的接收性能，需要一个放大器来放大微弱的信号。该图是带有放大器的收音机的框图。由天线和调谐电路接收的高频调幅电流首先由放大器在高频下放大，然后在低频下检测和放大。放大的音频电流被发送到喇叭，使它们发出声音。让我们来看看通过调幅和调频的无线电波发射和接收的整个过程。(1)调幅发送和接收。(实验演示)(2)调频发射和接收。(实验演示)隐喻：高频电流列车音频电流货物调制传输传播调谐解调装载出站运行入站卸载老师：让我们再来看看无线电波的分割。(投影)波段波长频率传播模式的主要目的是长波30 000米3 000米10千赫100千赫地波超长距离无线通信与导航中波3 000米200米100千赫1 500千赫地波和天波调幅无线电广播、电报和通信中短波200米50米1500千赫6 000千赫短波50米10米6兆赫30兆赫天波微波米波10米1米30兆赫 300兆赫近似线性传播调频广播、电视、导航分米波1米0.1米300兆赫3 000兆赫线性传播电视、雷达、导航厘米波10厘米1厘米3 000兆赫30 000兆赫毫米