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高中物理《電磁波的發(fā)射和接收》優(yōu)秀教案
【教學目標】
（一）知識與技能
1．了解無線電波的波長范圍。
2．了解無線電波的發(fā)射過程和調制的簡單概念。
3．了解調諧、檢波及無線電波接收的基本原理。
�。ǘ┻^程與方法
通過觀察總結了解無線電波的基本應用，了解現代技術的應用方法，學會基本原理。
（三）情感、態(tài)度與價值觀
通過對無線電波應用原理的基本認識感悟科學技術的價值和重要性。端正科學態(tài)度，培養(yǎng)科學的價值觀。
【教學重點】
對本節(jié)基本概念的理解。
【教學難點】
對調諧的理解，無線電波發(fā)射與接收過程。
【教學方法】
演示推理法和分析類比法
【教學用具】
信號源，示波器，收音機，錄音機，調頻發(fā)射機，計算機多媒體，實物投影儀等。
【教學過程】
�。ㄒ唬┮胄抡n
師：在信息技術高速發(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系，都離不開電磁波．在無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波，那么無線電波是怎樣發(fā)射和接收的呢？這節(jié)課我們就來學習電磁波的發(fā)射和接收。
�。ǘ┻M行新課
1．無線電波的發(fā)射
師：請同學們討論，在普通LC振蕩電路中能否有效地發(fā)射電磁波？
學生討論。
生：在普通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部。在電磁振蕩過程中，電場能和磁場能的相互轉化主要是在電路內部完成的，輻射出去的能量很少。不能有效地發(fā)射電磁波
師：有效地發(fā)射電磁波的條件是什么？
學生閱讀教材有關內容。
師生總結：要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路要滿足如下條件：
�。�1）要有足夠高的振蕩頻率。
（2）振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去。
引導學生討論：如何改造普通的LC振蕩電路，才能使它能夠有效地發(fā)射電磁波？
師生一起討論后，引出開放電路的概念。將閉合電路變成開放電路就可以有效地把電磁波發(fā)射出去。
如圖所示，是由閉合電路變成開放電路的示意圖。
師：無線電波是由開放電路發(fā)射出去的。
講解：在實際應用中常把開放電路的下端跟地連接。跟地連接的導線叫做地線。線圈上部接到比較高的導線上，這條導線叫做天線。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，如圖所示。
振蕩器電路產生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射．
師：發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號。例如無線電報傳遞的是電碼符號，無線電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號而改變。電磁波是怎樣傳遞這些信號的呢？
講解：在電磁波發(fā)射技術中，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生的電磁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叫做調制。
進行調制的裝置叫做調制器。要傳遞的電信號叫做調制信號。
使高頻振蕩電流的振幅隨調制信號而改變叫做調幅（AM）。
使高頻振蕩電流的頻率隨調制信號而改變叫做調頻（FM）。
右圖是調幅裝置的示意圖．接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個最簡單的調制器，由聲源發(fā)出的聲音振動使話筒里的碳粒發(fā)生時松時緊的變化，它的電阻也發(fā)生時大時小的變化。所以，雖然振蕩器產生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調幅電流．由于線圈的互感作用，從開放電路中發(fā)射的也是這種高頻調幅電流。這種電磁波叫調幅波。（多媒體演示：調幅波）
�。ㄓ檬静ㄆ饔^察調幅波形）
2．無線電波的接收
師：處在電磁波傳播空間中的導體，會產生感應電流，導作中感應電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導體，就可以接收到電磁波，這樣的導體就是接收天線。
在無線電技術中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波。
講解：世界上有許許多多的無線電臺、電視臺以及各種無線電通訊設備，它們不斷地向空中發(fā)射不同頻率的電磁波，這些電磁波強弱不等地彌漫在我們周圍。如果不加選擇地把它們都接收下來，那必然是信號一片混亂，分辨不清，達不到我們傳遞信息的目的。所以，接收電磁波時，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺。這就要設法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應電流最強。在無線電技術里，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，接收電路中產生的振蕩電流最強。這種現象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振。
�。ㄓ檬静ㄆ饔^察電諧振波形）
師：接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路。
如圖是收音機的調諧電路。調節(jié)可變電容器的電容來改變調諧電路的頻率，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諧電路里激起較強的感應電流，這樣就選出了這個電臺。（演示調諧過程）
講解：收音機接收的經過調制的高頻振蕩電流（對應圖講解），這種電流通過收音機的耳機或揚聲器，并不能使它們振動而發(fā)聲，為什么呢，假定某一個半周期電流的作用是使振動片向某個方向運動，下一個半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動片向反方向運動．高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動片的慣性相當大，所以在振動片還沒有來得及在電流的作用下向某個方向運動的時候，就立刻有一個幾乎同樣大的作用要使它向反方向運動，結果振動片實際上不發(fā)生振動．要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，使揚聲器(或耳機)中的動片隨聲音信號振動。
從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調制信號過程，叫做檢波。檢波是調制的逆過程，因此也叫解調。由于調制的方法不同，檢波的方法也不同。檢波之后的信號再經過放大、重現，我們就可以聽到或看到了。
下面介紹收音機中對調幅波的檢波。
右圖是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向導電性來進行檢波的。調諧電路中產生的是經過調幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向導電性，通過它的是單向脈動電流，這個單向脈動電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號，高頻成分基本從電容器C（復習旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機發(fā)聲。（用示波器觀察檢波過程）實際上就是一個晶體二極管收音機的電路圖．這種收音機聲音很小，只能用開機收聽本地電臺．為了提高收音機的接收性能，需要用放大器把微弱的信號放大．圖示是加有放大器的收音機方框圖．由天線和調諧電路接收到的高頻調幅電流，先通過放大器進行高頻放大，然后進行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發(fā)出聲音。
下面我們通過調幅和調頻兩種方式，來看看無線電波發(fā)射和接收的全過程。
�。�1）調幅發(fā)射和接收。（實驗演示）
�。�2）調頻發(fā)射和接收。（實驗演示）
比喻：
高頻電流→火車 音頻電流→貨物
調制→發(fā)射→傳播→調諧→解調
裝貨→出站→運行→進站→卸貨
師：我們再來看一下無線電波的分段。（投影）
波段 波長 頻率 傳播方式 主要用途
長波 30 000 m~3 000 m 10 kHz~100 kHz 地波 超遠程無線通訊和導航
中波 3 000 m~200 m 100 kHz~1 500 kHz 地波和天波 調幅無線電廣播、電報、通信
中短波 200 m~50 m 1500 kHz~6 000 kHz
短波 50 m~10 m 6MHz~30 MHz 天波
微波 米波 10 m~1 m 30MHz~300MHz 近似直線傳播 調頻無線電廣播、電視、導航
分米波 1 m~0.1 m 300 MHz~3 000 MHz 直線傳播 電視、雷達、導航
厘米波 10 cm~1 cm 3 000 MHz~30 000 MHz
毫米波 10 mm~1 mm 30000MHz~300 000 MHz
（三）課堂總結、點評
本節(jié)課主要學習了以下內容
1．電磁波的產生和發(fā)射條件。
2．開放電路的結構和特點。
3．電磁波的發(fā)射過程和接收過程
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完成P92“問題與練習”中的題目。閱讀P91“科學足跡”。
預習下一節(jié)：電磁波的發(fā)射和接收。
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