第三节 电磁波的发射 传播和接收 教学设计

第三节电磁波的发射传播和接收一、教材分析本节以有效发射电磁波的两个条件为线索，闸述了无线电波在发射中的开放电路以及调制、调频、调幅概念，然后介绍了电磁波传播的三种主要方式，接着介绍了电磁波接收过程中的调谐、解调。本节主要是联系实际的知识，教学中只要求简单介绍原理，使学生有个大致的认识即可。无线电波的发射是要解决如何运用无线电波传递人们需要的信息。在发射时需要解决的问题有两个:①如何向外有效地发射无线电波？这需要利用开放电路与高频电磁波。②如何有效地传递人们需要的信息、这需要通过调制来解决。教材用表4-3-1介绍了不同波段无线电波传播的方式及其应用，接着介绍了中、长波在传播中的优缺点，介绍了同步通信卫星在无线电信号传输过程中的作用。在我们在周围空间中把需要的电磁波选出来，即选台，需要经历调谐和解调的过程，再经过放大、重现后得到所需要的各种信息。二、学情分析电磁波是看不见，摸不着的物质，但电磁波又跟我们的生活息息相关。学生在前面两节的学习中，已经知道了振荡电路产生振荡电流的原理，也知道以及振荡频率的公式，也知道了电磁波是如何产生的。这为本节的学习打下了基础。三、教学目标1、知道有效地发射电磁波的两个条件，知道无线电波的发射过程需要调制。了解电磁波的传播方式，知道不同波长的电磁波的传播特点。初步了解电磁波的接收原理，接收电磁波需要调谐、解调两个过程。2、通过对电磁波的发射、传播、接收过程的学习，形成电磁波是种客观存在的物质的物理现念。3、通过对基本电路的分析，体验由科学思维到科学探究的过程。4、通过了解无线电波在实际生产、生活中的应用，体会物理.技术.社会三者的关系。四、教学重、难点教学重点：1、电磁波的发射；2、电磁波的接收。教学难点：1、电磁波的发射与接收过程，是抽象的过程，这给学生学习带来定困难。2、调制过程，不是高频信号和低频信号的简单叠加，它不同于机械波的叠加。五、教学流程复习复习提出问题引入新课电磁波的产生电磁波的证实电磁波的发射电磁波的传播电磁波的接收电磁波的接收课堂练习课堂小结教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图复习旧知识引出新课复习：变化的电场和磁场相互激发,由近及远向周围空间传播出去，因此在空间中可能存在着电磁波。二电磁波的证实赫兹通过实验证实了电磁波的存在并测出了电磁波在真空中的传播速度就是光速，从而证实了麦克斯韦的伟大预言。回忆前面学习过的知识复习知识为新课做知识的准备，同时养成从旧知识提出新问题的习惯。提出问题引入新课问题：电磁波在生活中有什么应用呢回答：广播电台、手机通信、导航、雷达等都用到了电磁波引出这节课学习的内容：1如何有效发射电磁波2电磁波如何携带声音图像等信息3携带着信息的电磁波在空间传播的方式有哪些4如何接收想要接收的电磁波5如何将声音、图像等信息提取出来思考电磁波在日常生活中有什么应用从原有的知识提出新的问题新课教学：有效发射电磁波的条件（二）开放电路这是我们前面学习过的LC振荡电路，该电路是一个闭合电路。电场能主要集中在电容器内，磁场能主要集中在线圈内；两种能量大部分在电路中相互转化，发射出去的能量很少。而有效发射电磁波需要两个条件：1.要有足够高的振荡频率。频率越高发射电磁波的本领就越大；2.LC振荡电路的电场和磁场要分散到尽可能大的空间。问题：如何提高LC振荡电路的频率？根据振荡频率公式，要使振荡频率高，电路中LC的乘积应比较小。根据自感系数的决定因素，可通过减少线圈匝数来减小自感系数L。结合平行板电容器的电容公式,通过减小电容器两极板的正对面积、增大极板间距可减小电容器的电容C；问题：如何让电磁场分布到足够大的空间？将闭合回路改成开放电路，如图：将LC振荡电路进行改造，增大电容器极板间的距离，减小电容器两极板的正对面积，减少自感线圈的匝数，甚至演化成为一条导线，电场和磁场扩展到电容器的外部，这样的振荡电路称开放电路。实际应用中广播电台或电视台的天线都可以看成是开放电路，它的一端伸向高空，另一端接入地下。电磁波就由这样一个开放电路发射出去。从教师的讲解中，知道发射电磁波的两个条件，并思考如何设计电路满足发射电磁波的条件。从闭合的LC回路的特点和发射电磁波的的两个条件，提出如何修改LC回路以满足发射电磁波的要求。培养学生应用知识解决问题的能力。新课教学：（三）调制问题：如何将声音、图像等信息通过电磁波传送出去呢？解答：信号传输前，首先要将声音、图像等信息转变为电信号；但这种电信号频率很低，不能直接送到天线上向空间发射。把声音图像的信息加载到高频振荡电磁波上，让高频振荡电磁波的振幅或者频率随信号变化。这样，高频电磁波既含有了信号的变化特征，又可以有效发射出去。把低频电信号加载到高频振荡电流上这个过程称为调制。实现调制过程的装置叫调制器。用于加载和传递信号的高频振荡电流叫载波。打个比方，信号传输的过程就像运送货物，那么，低频电信号就像要被运送出去的货物，高频振荡电流（载波）就像运载货物的工具，比如货车。调制就类似于把货物装到货车上去的过程。调制的方式有两种：调幅（AM)、调频（FM)注意：注意的是调制过程，并不是两列电信号的简单叠加。该过程需要特殊的仪器，调制器去完成。问题：中央人民广播电台音乐之声的频道是FM87.4MHZ，用刚才学的知识说明一下FM87.4MHZ是什么意思呢思考问题，知道调制的作用以及调制的过程。通过解决“低频信号有信息的变化特性但不能直接发射、高频电磁波能直接发射但不含信息变化特征”这一矛盾，学会解决问题的思路和方法。通过思考音乐之声频道FM87.4M的物理意义，形成理论联系实际的习惯。新课教学：（四）电磁波的发射装置发射电磁波采用感应耦合开放电路，如图所示。根据电磁感应的原理左边的调制信号被复制到右边的开放电路上，通过天线发射出去活动：整理一下把信息通过电磁波发射出去的过程。整理电磁波发射出去的基本流程。学生在学习过程中要经常学会整理知识。新课教学：电磁波的传播方式问题：电磁波发射出去了，它们在空间又是如何传播的呢首先来了解一下无线电波的知识。（一）无线电波1.无线电波：无线电技术中使用的电磁波。2.波长不同的无线电波，有着不同的传播特性。无线电波波长越长，越容易绕过障碍物；波长越短，越不易绕过障碍物，直线传播的特性越明显。根据无线电波的传播特点，无线电波不同波段采用不用的传播方式。无线电波的传播方式：简单来说：具体区分：思考电磁波是如何传播的，学习电磁波的传播方式。根据不同波长的电磁波的传播特点，以及电磁波具有的几种传播方式，思考不同的波段的电磁波应采用哪种传播方式。培养学生分析问题解决问题的能力。新课教学：电磁波的接收问题：空间有许多不同频率的电磁波。如何从中把需要的选出来呢？原理：在空间传播的电磁波如果遇到导体，会在导体中产生微弱的感应电流。（一）调谐1.电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强的现象。“电谐振”类似于机械振动中的“共振”。2.调谐：接收电路产生电谐振的过程。3.调谐电路：能够调谐的接收电磁波的电路。然而接收到的高频电磁波，并不能直接转换成声音或图像必须经过解调器。把它所携带的低频信号从高频振荡电流中检出来，这个过程叫检波（二）检波（解调）1.从高频振荡电流中“检”出它所携带的低频信号电流的过程称为检波。2.检波是调制的逆过程，所以又叫解调。类比于机