高中物理人教版选修 3-4第十四章第三节电磁波的发射和接收

1、电磁波的发射和接收,教学目标,了解有效地发射电磁波的两个条件,了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用,通过对电磁波的产生、发射、接收过程及基本电路的简单分析，领会无线电波在实际生活、生产中的应用流程,教学重点,知道并理解什么是调制、调幅、调频、调谐和解调,教学难点,知道并理解什么是调制、调幅、调频、调谐和解调,麦克斯韦的电磁场理论的两大观点是什么,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,怎样变化的电场才能发射电磁波,非均匀变化的电场才能发射电磁波,前情回顾,电磁波的频率和波长之间的关系是怎样的,电磁振荡的过程是怎样的,在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板

2、上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化,LC振荡电路,前情回顾,在图中的LC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,在电磁振荡过程中，电场能和磁场能主要在不同元件之间互相转化，辐射出去的能量很少,那么，如何有效地发射和接收电磁波,了解有效发射电磁波的条件,了解天线的工作原理,有效发射电磁波的条件,要有效发射电磁波，振荡电路必须具有如下特点,要有足够高的振荡频率,频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大,如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去,采用开放电路,振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把

3、能量辐射出去,有效发射电磁波的条件,为了发射电磁波，需要改进振荡电路,一方面增大电容器极板间距离、减少正对面积,另一方面减少线圈的匝数，以减少自感,开路电路,这样既提高了振荡频率又将磁场和电场分散到较大空间。 这种电路叫做开放电路,有效发射电磁波的条件,在实际应用中，开放电路的下部分导线通常接地，叫做地线。上部分导线尽可能分散到高处，叫做天线,天线：线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连,地线：线圈的一端用导线与大地相连,无线电波就是通过天线和地线所组成的巨大开放电路发射出去的,有效发射电磁波的条件,生活中的天线,有效发射电磁波的条件,振荡电流的产生,为了使开放电路中产生振荡电流，常用如图所示

4、的方法,当振荡器中产生振荡电流时，由于互感作用，就可以在开放振荡电路中产生相同频率的振荡电流，这种方法叫做感应耦合,发射端,有效发射电磁波的条件,发射端,有效发射电磁波的条件,实际的发射装置,天线,耦合电路,地线,振荡电路,利用电磁波可以传递各种信号：声音、电视图象,我们要传递的信号不是等幅高频振荡电流，而是一些低频信号,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,能否把它们直接发送出去,有效发射电磁波的条件,知识引入,电磁波发射,汽车运货,类比,高频电磁波,货车,要传送的声音、图象等信号,货物,装上货物的过程,调制信号过程,使电磁波随着待传递的信号而改变,了解无线电波的调制过

5、程分为调频与调幅,了解无线电波的发射过程,电磁波的发射,为了传送声音、文字、图象等信号，首先要把传递的信号转变成电信号,但这种电信号的频率较低，不能直接发射出去，需要将这种低频电信号加到高频振荡电流上发射出去,这种要把传递的电信号（叫做调制信号）加到高频振荡电路（叫做载波）上的过程叫做调制,调制的目的，使电磁波随各种信号而改变,进行调制的装置叫做调制器,电磁波的发射,常用的调制方式有调幅和调频两种,调幅：高频电流或电压的振幅随信号的强弱而改变，这种调制叫做调幅，用AM表示,调幅,一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图象信号采用调幅波,声音信号,高频振荡电流信号,电磁波的发射,调频,调频

6、：使高频电流或电压的频率随信号改变的调制方式叫做调频。用FM表示,电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波,调幅 (AM)：中波和短波波段 调频 (FM)：微波（甚高频和超高频波段,电磁波的发射,常用的调制方式有调幅和调频两种,声音信号,高频振荡电流信号,无线电话调制示意图,声音信号的调制过程,由振荡器（常用LC振荡电路）产生高频振荡电流，用调制器将需传送的电信号调制到振荡电流上，再耦合到一个开放电路中激发出无线电波，向四周发射出去,驻极体话筒,电磁波的发射,电磁波在传播时如果遇到导体，就会在导体中产生感应电流,空中的导体可以用来接收电磁波，这就是接收天线,电报大楼的接收天线,彩塔的接收

7、天线,感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同,电磁波在导体中激起感应电流时要消耗电能,我们生活的空间布满了强弱不同的电磁波，那么如何选出自己所需的无线电波呢,了解无线电波的解调,知道什么是调谐、电谐振,了解无线电波的接收过程,无线电波的接收,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,注意：电谐振就是电磁振荡中的“共振,无线电波的接收,接收天线,使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,注意,调谐的过程就是选择出所需要的电磁波的过程，也就是选台,调谐与电谐振不同，电谐振是一个物理现象，而调谐则是一个操作过程,无

8、线电波的接收,可变电容,用调谐器接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，这样我们就可以感知信号了吗,类比,不把原始信号分离出来，并不能知道信号表达的是什么内容,不卸货不知道装的是什么货物,无线电波的接收,解调：使声音或图像信号从调谐电路接收到的高频电流中还原出来的过程,它是调制的逆过程，又称“反调制,无线电波的接收,调幅波的解调也叫检波,无线电波发射和接收流程图,信号,振荡电流,调制,发射,调谐电路,解调,输出,无线电波的发射,无线电波的接收,调制和解调有什么不同,调制是使电磁波随信号改变，而解调是把信号从高频电流中还原出来，解调是调制的逆过程,无线电波发射和接收流程图,调幅和调频有什么不同,调

9、幅和调频分别使发射的电磁波的振幅、频率随信号的强弱而发生变化,无线电波发射和接收流程图,无线电波的发射应该采用怎样的电路,应该用开放电路,无线电波发射和接收流程图,无线电波,技术上把波长大于1mm（频率低于300GHz）的电磁波称做无线电波,通常使用的无线电波的波长范围从几毫米到几千米，按波长（频率）可把无线电波分为若干波段,不同波段的无线电波的传播特点不同， 发射和接收所用的设备和技术也不相同，因此用途也不相同,无线电波的传播方式,无线电波的传播方式,无线电波的波段划分,波段,长波,中波,中短波,短波,波长/m,300003000,3000200,20050,5010,频率/MHz,0.01

10、0.1,0.11.5,1.56,630,传播方式,地波,地波和天波,天波,主要用途,超远程无线电通讯和导航,无线电广播和电报通讯,无线电波的传播方式,无线电波的波段划分,波段,波长/m,频率/MHz,传播方式,主要用途,微波,米波,分米波,厘米波,毫米波,101,10.1,0.10.01,0.010.001,30300,3003000,300030000,30000300000,近似直线 传播,直线传播,无线电传播、电视、导航,电视、雷达、导航,为什么不同波段的无线电电波采用不同的传播方式,长波:波长较长，容易产生衍射现象,长波在地面传播时能绕过障碍物（大山、高大建筑物,微波: 频率很高；直线

11、传播,长波容易被电离层吸收；短波容易被电离层反射；微波容易穿过电离层,无线电波的传播方式,电磁波的波长越长，越易发生衍射现象,电磁波的波长越短，越易表现为直线传播的特性,无线电波的传播方式,无线电波的传播特性,靠大气电离层的反射传播,地波,天波,空间波,传播形式,沿地球表面空间传播,沿直线传播,适合的波段,长波、中波、中短波,中短波、短波,短波、超短波、微波,特点,衍射能力较强,反射能力较强,穿透能力较强,有5个容易混淆的名词：调制、调幅、调频、调谐、解调。请设计一个方框图来明确它们的关系，并特别说明调幅与调频的区别,调制：把信息加在载波上，就是使载波随信号改变，这种技术叫做调制 调幅：使高频载波的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅 调频：使高频载波的频率随信号改变，这种调制叫做调频 调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐 解调：从高频调制信号中取出低频信号的过程叫做解调,问题与练习,低频信号,调制,传播,接收,调谐,解调,低频信号,请向你的同学描述：调幅波（经调幅后的电磁波）图象的形状是怎样的？描述时，要求用到“截波”“音频信号”这两个名词,调幅波是在载波波形的基础上叠加了音频信号，调幅波的形状是上下对称的，以低频的音频信号作为包络线，载波的高频信号被包含在低频信号的包络线中,问