高中物理(新教材)选修二课件2：4-2-4-3电磁场与电磁波-无线电波的发射和接收 人教版

4.3无线电波的发射和接收4.2电磁场与电磁波学习目标1.知道电磁场的概念及产生.2.知道有效发射电磁波的两个条件.3.了解无线电波的特点及传播规律.4.了解调制（调幅、调频）、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用。5.了解电视广播的发射和接受过程。1．电磁场(1)麦克斯韦两个观点①变化的磁场产生________(如图所示)．②变化的电场产生________(如图所示)．电场磁场一、电磁场(2)电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系着，形成不可分割的统一的__________.2．电磁波(1)电磁波的产生：______的电场和磁场在较远的空间引起新的______的电场和磁场，这样________的电场和磁场由近及远向周围传播，形成了电磁波．(2)电磁波的特点：①电磁波在空间传播不需要________，电磁波的速度________光速c.②电磁波的电场强度E与磁感应强度B相互________.(3)电磁波能产生反射、________、干涉和________等现象．电磁场变化变化变化介质等于垂直折射衍射3．赫兹的实验(1)赫兹实验装置(如图所示)(2)实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花。(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的________。这种变化的电磁场以_______的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出___________，使得导线环的空隙中也产生了火花。(4)实验结论：赫兹证实了_________的存在。电磁场电磁波感应电动势电磁波二、对麦克斯韦电磁场理论及电磁波的理解如图所示是赫兹实验的装置示意图，请问赫磁通过此实验装置证实了什么问题？赫兹证实电磁波存在的实验装置提示：实验演示了电磁波的发射和接收，验证了麦克斯韦电磁场理论。1．电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡电场产生同频率的振荡磁场2．对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡电场产生同频率的振荡磁场3．对电磁场的理解(1)电磁场的产生：振荡电场产生同频率的振荡磁场，振荡磁场产生同频率的振荡电场，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场一环套一环，如图所示．电磁波的产生与传播示意图(2)电磁场并非简单地将电场、磁场相加，而是相互联系、不可分割的统一整体。在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直，以光速c在空间传播。例1：(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是(

)A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B．

周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场C．变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围不一定存在磁场，磁场周围不一定存在电场ABD爸爸出差在外，小明相隔千里与爸爸通电话，声音在瞬间就传递到爸爸耳边。1．小明的声音是怎样传递给爸爸的？2．介质对声波和电磁波的传播速度的影响有什么不同？三、电磁波提示：2．声波的传播速度由介质决定，与频率无关，即同种介质不同频率的声波传播速度相同。电磁波在真空中传播速度相同，均为3×108m/s。在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小。1.1．电磁波的形成过程麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。1．电磁波的形成过程麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。机械波电磁波周期性位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播情况传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播不需要介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率有关产生机理由(波源)质点的振动产生由电磁振荡(周期性变化的电流)激发是否横波可以是是是否纵波可以是否干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足明显衍射条件时均能发生明显衍射2．电磁波与机械波的比较例2：关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(

)A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场CD四、无线电波的发射有效地发射电磁波的振荡电路的特点（1）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）要有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，才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。由闭合电路变成开放电路实际的开放电路：线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫做地线。线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就是由这样巨大的开放电路发射出去的。2.无线电波的调制(1)载波：用来“运载”信号的高频等幅波叫载波，如图：(2)调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制。即把传递信号加到载波上的过程。(3)调制的方式经过调幅的高频振荡电流的波形信号①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变。如图所示为经过调幅的高频振荡电流的波形：②调频：高频电磁波的频率随信号的强弱而改变。如图所示为经过调频的高频振荡电流的波形：信号经过调频的高频振荡电流的波形提示：发射电磁波是为了利用它传递某种信号。要想电磁波传得远，就必须使用高频率的电磁波。但我们要传递的信号却是一些低频信号，如:声音信号频率只有几百至几千赫兹，图像信号频率也不过上万赫兹，不可能把它们直接发送出去。这就要求发射的电磁波随信号而改变。在电磁波发射技术中，如果把这种电信号“加”到高频等幅振荡电流上，那么，载有信号的高频振荡电流产生的电磁波(也就是载波)就载着要传送的信号一起发射出去。所以在发射电磁波时要对电磁波进行调制。思考：在发射电磁波时为什么要对电磁波进行调制?3.发射无线电波的目的：北斗导航卫星和地面的通讯嫦娥五号展示国旗手机通讯传递信息（信号）4.无线电波的发射过程由振荡器(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。一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号，都采用调幅波；电台的调频广播和电视中的伴音信号，都采用调频波。例3：实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的（）B解析：使电磁波随各种信号而改变的技术，叫作调制。调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，通过改变频率来实现信号加载，由各选项的图形可知，该调制波为调幅波，即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化，故选B。(1)接收天线：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流。因此，空中的导体可以用来接收电磁波，如图所示。五、无线波的接收(3)调谐：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。(4)解调：把信号从高频电流中还原出来的过程，是调制的逆过程，所以叫解调。调幅波的解调也叫检波。(2)电谐振：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，相当于机械振动中的共振。调谐和解调的区别：调谐就是一个选台的过程，即选携带有用信号的高频振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。图示为收音机的简单的调谐电路，通过可变电容改变调谐电路的固有频率，使其与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电台。3．无线电波的接收天线接收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经解调取出携带的信号，放大后再还原成声音或图象的过程。例4：关于电磁波的发射和接收，下列说法中不正确的是()A.音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波B.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，电路必须是闭台的C.当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强D.要使电视机的屏蒂上有图像，必须要有检波过程B解析：A.音频电流的频率比较低，放大后搭载到高频电磁波上。A正确，不符合题意；B.为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是开放电路，B错误，符合题意；C.当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，C正确，不符合题意；D.检波就是从调频或调幅的高频信号中把音频、视频等调制讯号分离出来的过程。要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程。D正确，不符合题意。例5：在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是（）A.调谐→高频放大→检波→音频放大B.检波→高频放大→调谐→音频放大C.调谐→音频放大→检波→高频放大D.检波→音频放大→调谐→高频放大【解析】在接收的过程中先进行调谐，选出需要的调制好的高频电磁波，由于在传播过程中，电磁波的能量有一定的衰减，对高频信号进行放大，用检波电路把音频信号从高频振荡电流上卸载下来，再对音频进行放大，故A正确。A六、电视广播的发射和接收地面无线电传输有线网络传输卫星传输光信号电信号高频电视信号摄像机调制器高频电视信号的三种传播方式：频率范围不同，调制方式不同例6：某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是()A.为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数B.为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHzC.使接收电路产生电谐振的过程叫做解调D.为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点D

备用工具&资料例6：某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用，假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下列说法正确的是()A.为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数B.为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到756kHzC.使接收电路产生电谐振的过程叫做解调D.为了能接收到长波，应把电路中电容器的电容调大一点D六、电视广播的发射和接收地面无线电传输有线网络传输卫星传输光信号电信号高频电视信号摄像机调制器高频电视信号的三种传播方式：频率范围不同，调制方式不同1．电磁场(1)麦克斯韦两个观点①变化的磁场产生________(如图所示)．②变化的电场产生________(如图所示)．电场磁场一、电磁场(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的________。这种变化的电磁场以_______的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出___________，使得导线环的空隙中也产生了火花。(4)实验结论：赫兹证实了_______