人教版選修34 電磁波的發(fā)射和接收 第1課時 教案.docx

14.3電磁波的發(fā)射和接收【教學(xué)目標】1、知識與技能：了解無線電波的波長范圍了解無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡單概念了解調(diào)諧、檢波及無線電波的接收的基本原理2、過程與方法：理解無線電波發(fā)射的過程3、情感態(tài)度與價值觀：體會科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合之美【重點難點】1、重點：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧和解調(diào)2、難點：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧和解調(diào)【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)、討論法一、提出問題、引入新課1古代人們有那些傳遞信息的方式？（烽火臺，鴿子，驛站，郵差等）2請問現(xiàn)在我們有那些傳遞信息的方式？（廣播，電視，電話，手機，互聯(lián)網(wǎng)等）（過渡）：現(xiàn)在的傳遞方式有線和無線之分，無線主要依靠電磁波，在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電磁振蕩的知識，知道：在lc振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內(nèi)部，電場能和磁場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、新課過程（一）無線電波的發(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。因為頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。2.振蕩電路的電場和磁場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，正對面積減少，線圈匝數(shù)進一步減少，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一步增大，正對面積減少至為零，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，實際中的開放電路是如何發(fā)射電磁波的呢？師：在實際應(yīng)用中常把開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敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發(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。實際發(fā)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個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。要想電磁波傳得遠，就必須使用高頻率的電磁波。但我們要傳遞的信號卻是一些低頻信號，如：聲音信號頻率只有幾百至幾千赫茲，圖象信號頻率也不過上萬赫茲，不可能把它們直接發(fā)送出去。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號而改變。在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波（也就是載波）就載著要傳送的信號一起發(fā)射出去把要傳遞的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。高頻振蕩電流，類似于可遠飛的信鴿；要傳送的信號類似于要發(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的強弱而改變，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)制信號的強弱而改變，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闡述低頻信號的調(diào)制和發(fā)射過程。低頻信號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互感作用經(jīng)開放電路向外發(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，如果遇到導(dǎo)體，會使導(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)電流最強呢？生：當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強。在無線電技術(shù)里，是利用電諧振來達到這個目的的。當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強。這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振。（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發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個電臺。圖8中收音機內(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。因此還要使聲音或圖像信號從高頻振蕩電流中還原出來。從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號過程，叫做解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，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。解調(diào)之后的信號再經(jīng)過放大、重現(xiàn)，我們就可以聽到或看到了。（三） 無線電波知識（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，電磁波對我們來說越來越重要，無論是廣播、電視還是無線電通信以及航空、航天中的自動控制和通信聯(lián)系，都離不開電磁波。無線電報的波長從幾毫米到幾十千米。通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成長波、中波、中短波、短波和微波等幾個波段。（教師可以結(jié)合教材上相應(yīng)表格中數(shù)據(jù)，讓學(xué)生比較各個波段的波長范圍和頻率范圍，簡述各波段無線電波的傳播方式以及主要用途。還可以適當補充一些其它知識，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1：一臺收音機的接收頻率范圍從f1=2.2mhz到f=22mhz；設(shè)這臺收音機能接收的相應(yīng)波長范圍從1到2，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1：2 ； c1：c2引導(dǎo)學(xué)生解答：，由得，所以例題2：請設(shè)計一個方框圖說明調(diào)制、調(diào)諧、解調(diào)之間的關(guān)系。低頻信號調(diào)制發(fā)射調(diào)諧電路解調(diào)輸出課堂練習(xí)：1在飛機上、醫(yī)院內(nèi)不允許使用手機的原因是()a使用手機可能引起火災(zāi)b飛機、醫(yī)院的電子設(shè)備會受到手機電磁信號的干擾c這些場所工作人員太多d這些場所需要安靜解析：手機發(fā)出的電磁信號會使飛機的導(dǎo)航設(shè)備、醫(yī)院的電子設(shè)備受到干擾答案：b2下列關(guān)于電視的說法中錯誤的是()a電視信號的發(fā)射、接收過程是：景物電信號電磁波電信號圖像b攝像機在1秒內(nèi)傳送24幀畫面c顯像管是將電信號還原成景物像的關(guān)鍵部件d畫面更換迅速和視覺暫留現(xiàn)象使人們在熒光屏上看到的是活動景象解析：電視信號發(fā)射、接收的過程是景物電信號電磁波電信號圖像，故a正確；攝像機在1秒內(nèi)傳送25幀畫面，故b錯誤；顯像管的作用是將電信號還原成景物的像，故c正確；因為畫面更換迅速和視覺暫留現(xiàn)象，使人們在屏上看到的是活動景象，故d正確答案：b3(多選)認真觀察下方的四幅圖，下列說法中正確的是()a無線電臺發(fā)射的是甲所示的波b無線電臺發(fā)射的是乙所示的波c無線電臺發(fā)射的是丙所示的波d無線電臺發(fā)射的是丁所示的波解析：認真觀察四個圖象，結(jié)合調(diào)制中的調(diào)幅波和調(diào)頻波的特點，發(fā)射臺的電波即為調(diào)幅波和調(diào)頻波答案：cd4雷達是用來對目標進行定位的現(xiàn)代定位系統(tǒng)，海豚也具有完善的聲吶系統(tǒng)，它能在黑暗中準確而快速地捕捉食物，避開敵害，性能遠遠優(yōu)于現(xiàn)代化的無線電系統(tǒng)下列關(guān)于雷達和海豚的說法正確的是()a它們都利用自身發(fā)射的電磁波進行定位b它們都利用自身發(fā)射的超聲波進行定位c雷達利用自身發(fā)射的電磁波定位，海豚利用自身發(fā)射的超聲波定位d雷達利用自身發(fā)射的超聲波定位，海豚利用自身發(fā)射的電磁波定位解析：海豚生活在海里，借助于自身發(fā)射的超聲波在黑暗中定位，捕捉食物；而雷達采用無線電波中的微波波段定位答案：c5如圖所示為調(diào)幅振蕩電流圖象，此電流存在于電磁波發(fā)射和接收中的哪些階段()a經(jīng)調(diào)制后b經(jīng)調(diào)諧后c經(jīng)檢波后d耳機中解析：為了把信號傳遞出去，需要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調(diào)制。而圖象是將信號加上后使高頻振蕩電流的振幅隨信號變化，這叫調(diào)幅。在接收電路中，經(jīng)過調(diào)諧，回路中將出現(xiàn)調(diào)幅振蕩電流，經(jīng)檢波后，調(diào)幅振蕩電流將被削去一半，而在耳機中只有低頻信號電流。答案：ab6世界各地有許多無線電臺同時廣播，用收音機一次只能收聽到某一電臺的播音，而不是同時收聽到許多電臺的播音，其原因是(d)a因為收聽到的電臺離收音機最近b因為收聽到的電臺頻率最高c因為接收到的電臺電磁波能量最強d因為接收到的電臺電磁波與收音機調(diào)諧電路的頻率相同，產(chǎn)生了電諧振解析：選臺就是調(diào)諧過程，使f固f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振激起的感應(yīng)電流最強。7調(diào)諧電路的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出仍接收不到較高頻率電臺發(fā)出的電信號，要收到電信號，應(yīng)()a增多調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)b加大電源電壓c減少調(diào)諧電路中線圈的匝數(shù)d將線圈中的鐵芯取走解析：影響電感l(wèi)的因素有線圈匝數(shù)、粗細、長短及有無鐵芯等，而對鐵芯和匝數(shù)分析的題目較多。當調(diào)諧電路的固有頻率等于電臺發(fā)出信號的頻率時，發(fā)生電諧振才能收聽到電臺信號。由題意知收不到電信號的原因是調(diào)諧電路固有頻率低，由以上分析可知在c無法調(diào)節(jié)的前提下，可減小電感l(wèi)，即可通過c、d的操作增大f。答案：cd8如圖所示為電視接收過程示意圖，其工作過程順序正確的是(c)a解調(diào)放大調(diào)諧顯示b調(diào)諧放大解調(diào)顯示c調(diào)諧解調(diào)放大顯示d放大調(diào)諧解調(diào)顯示解析：電磁波的接收過程是調(diào)諧解調(diào)放大顯示，故c正確。9(北京市大興區(qū)2018屆高三上學(xué)期期末)無線充電器是指不用傳統(tǒng)的充電線連接到需要充電的終端設(shè)備上的充電器。無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。所謂能量耦合是指兩個或兩個以上的電路元件的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸能量的現(xiàn)象。除此之外，無線充電中還涉及到磁場共振原理，以及其他的一些交流感應(yīng)技術(shù)。根據(jù)上述描述，下列認識合理的是(b)a無線充電系統(tǒng)所涉及的電磁感應(yīng)原理最早是由奧斯特發(fā)現(xiàn)的b變壓器是一種典型的能量耦合應(yīng)用c無線充電器的優(yōu)點之一是充電過程中沒有電能量損失d無線充電器充電的時候發(fā)射端和接收端的交流電頻率是不同的解析：無線充電系統(tǒng)所涉及的電磁感應(yīng)原理最早是由法拉第發(fā)現(xiàn)的，選項a錯誤；變壓器是一種典型的能量耦合應(yīng)用，選項b正確；采用電磁感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)無線充電的優(yōu)點是原理簡單，適合短距離充電，但需特定的擺放位置才能精確充電，所以在充電過程中有電能量損失，選項c錯誤；根據(jù)電磁感應(yīng)原理，無線充電器充電的時候發(fā)射端和接收端的交流電頻率是相同的，選項d錯誤；故選b。10.圖中甲為一個調(diào)諧接收電路,圖乙、圖丙、圖丁為電路中的電流隨時間變化的圖象,則()a.i1是l1中的電流圖象b.i1是l2中的電流圖象c.i2是l2中的電流圖象d.i3是流過耳機的電流圖象解析：l1中由于電磁感應(yīng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的圖象同乙圖相似,但是由于l2和d串聯(lián),所以當l2的電壓與d反向時,電路不通,因此這時l2沒有電流,所以l2中的電流圖象應(yīng)是丙圖。高頻部分通過c2,通過耳機的電流如同丁圖中的i3,只有低頻的音頻電流,故選項a、c、d正確。答案：acd作業(yè)：1下列關(guān)于手機的說法，正確的是()a手機只能發(fā)射電磁波b手機只能接收電磁波c手機既可發(fā)射也可接收電磁波d手機既不能發(fā)射也不能接收電磁波【答案】c2關(guān)于電磁波的調(diào)制技術(shù)，下列說法不正確的是()a使高頻載波的振幅隨信號改變的調(diào)制叫做調(diào)幅b使高頻載波的頻率隨信號改變的調(diào)制叫做調(diào)頻c中、短波段的無線電廣播，使用的是調(diào)幅方式d調(diào)幅波的優(yōu)點是抗干擾能力強，傳遞過程中失真比較小【解析】調(diào)頻波的振幅不變，抗干擾能力比較強，傳遞過程中失真比較小，所以不正確的是選項d.【答案】d3(多選)如圖433所示為調(diào)幅振蕩電流圖象，此電流存在于電磁波發(fā)射和接收中的哪些階段()圖433a經(jīng)調(diào)制后b經(jīng)調(diào)諧后c經(jīng)解調(diào)后d耳機中【解析】為了把信號傳遞出去，需要將信號“加”到高頻振蕩電流上，這就是調(diào)制調(diào)制的方法之一是使高頻振蕩電流的振幅隨信號而變化，成為調(diào)幅振蕩電流，這就是調(diào)幅在接收電路中，經(jīng)過調(diào)諧，使電路與所需接收的電磁波產(chǎn)生電諧振，電路中將會出現(xiàn)調(diào)幅振蕩電流經(jīng)解調(diào)后，信號電流被從高頻振蕩電流中“取”出【答案】ab4下列關(guān)于信息傳遞的說法中，正確的是()a聲、光和電磁波中，只有電磁波能夠傳遞信息b固定電話、移動電話、廣播和電視都是利用導(dǎo)線中的電流傳遞信息的c攝像機拍得的物體圖象，直接通過發(fā)射天線發(fā)射傳播信息d微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信都可以用來傳遞信息【解析】聲音可以傳遞信息，人們非常的熟悉光也可以傳遞信息，所以選項a錯；移動電話、無線電廣播和電視都是無線傳遞的，所以選項b錯；攝像機拍得的物體圖象，通過調(diào)制高頻的無線電波到發(fā)射天線發(fā)射傳播信息，選項c錯，只有選項d對【答案】d5當代人類的生活和電磁波緊密相關(guān)，關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()a只要把帶電體和永磁體放在一起，就會在周圍空間產(chǎn)生電磁波b電磁波在傳播過程中，隨介質(zhì)的變化其波速是變化的c電視機、收音機和手機所接收的信號都屬于電磁波d微波爐內(nèi)所產(chǎn)生的微波不是電磁波，而是波長很短的機械波e電磁波在傳播過程中其頻率是不變的【解析】變化的磁場、電場才能產(chǎn)生電磁波，a錯誤；電磁波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，而頻率與介質(zhì)無關(guān)，b、e正確；電磁波能夠攜帶信號，用于通訊、廣播等，c正確；微波爐內(nèi)的微波是波長較短的電磁波，d錯誤【答案】bce6關(guān)于無線電波的發(fā)射過程，下列說法正確的是() a必須對信號進行調(diào)制b必須使信號產(chǎn)生電諧振c必須把傳輸信號加到高頻電流上d必須使用開放電路e必須使用閉合電路【解析】電磁波的發(fā)射過程中，一定要對低頻輸入信號進行調(diào)制，并加到高頻電流上為了有效地向外發(fā)射，必須使電路開放，a、c、d正確，e錯誤而產(chǎn)生電諧振的過程是在接收電路，b不正確【答案】acd7馬來西亞航班mh370失聯(lián)前與塔臺和衛(wèi)星之間通過電磁波相聯(lián)系以下說法正確的是()a航班與衛(wèi)星間聯(lián)系主要以微波的形式bmh370發(fā)出的電磁波頻率是定值，不能改變c電磁波由真空進入介質(zhì)，速度變小d電磁波由真空進入介質(zhì)，頻率不變e只要發(fā)射電路的電磁振蕩停止，產(chǎn)生的電磁波立即消失【解析】航班與衛(wèi)星間聯(lián)系主要以微波的形式傳播，天波遇到大氣中的電離層就反射了，a項正確；mh370發(fā)出的電磁波，頻率是可以改變的，b項錯；電磁波由真空進入介質(zhì)，速度變小，頻率不變，c、d項正確；一旦電磁波形成了，電磁場就會向外傳播，當波源的電磁振蕩停止時，只