《电磁波的发射和接收》名师教案2

1/8电磁波的发射和接收北京交通大学附属中学分校陈莹一、指导思想与理论依据以学生的发展为目标，以联系生活实际来驱动学科知识的学习，问题引领培养学生科学研究的方法论思想，学习比喻、逆向思维的方法。以“共享单车的使用”视频，“古今信息的传递”“各种电器”图片导入,目的是唤起学生对生活现象的观察，从而调动他们深入研究问题的学习动机和思考。从教学上来说，通过问题情境的设置引起学习需要；通过实验演示形成学习期待。二、教学背景分析教材：本节内容的学习体现了物理学科知识来源于生活又服务于生活的学科本质。虽然教材和考纲对本节知识的要求不高，但对激发学生学习兴趣，探求物理学科本质是个很好的题材。学生：已经对电、磁、光现象都有所了解，对生活中的这些现象的应用及各种电器的使用都熟知，但没有深入了解过电磁波是如何发射和接收的。对抽象的概念的理解是本节课的重点和难点所在。三、核心素养通过《电磁波的发射和接收》的学习过程，培养学生空间想象能力、对抽象概念的理解能力和科学研究的方法论思想。能够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，领会物理在生活中的应用。四、教学目标(含重、难点)①了解有效地发射电磁波的两个条件；②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；③了解无线电波的波长范围。教学重点：①电磁波有效发射的条件，调制的含义及调制方式；②无线电波传播、接收原理。教学难点：①无线电波调制的含义及调幅和调频的区别；②“电谐振”概念。五、教学过程与教学资源设计环节与教学内容学生活动设计目的课前：登陆优教平台，发送预习任务。查看优教平台上学生反馈的预习情况。（优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务）创设情境：1．视频引课：共享单车2．古代人们有那些传递信息的方式？（烽火台，鸽子，驿站，邮差等）现在我们有那些传递信息的方式？（广播，电视，电话，手机，互联网等）按时完成预习任务观看讨论思考发现薄弱点，针对性教学热点问题提升兴趣引入新课：现在的传递方式有线和无线之分，无线主要依靠电磁波，在无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。以无线电波为例，研究电磁波是如何发射和接收的？新课内容：我们已经学习了电磁振荡的知识，知道在LC振荡电路中，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，电场能和磁场能主要在不同元件之间相互转化，辐射出去的电磁能或者电磁波很少。问1：如何才能有效地辐射电磁波，即有效地辐射电磁波的条件是什么呢？要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：（1）要有足够高的振荡频率理论研究表明，单位时间内辐射出去的能量，与频率的四次方成正比，频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）电磁场必须分散到尽可能大的空间一、电磁波的发射：问2：如何有效地实现辐射电磁波的条件？试提出解决方案开放电路：问3：实际中的开放电路是怎样的？实际应用中常把开放电路的下端跟地连接，跟地连接的导线叫做地线。线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线。天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是由这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建得很高，是为了使电磁波发射得较远。实际发射无线电波的装置中还需在开放电路旁加一个振荡器电路与之耦合，如图所示：振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L2与L1的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发出无线电波，向四周发射。问4：在电磁波发射过程中有哪几种方式呢？1、调制：调幅与调频把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使电磁波随各种信号而改变叫做调制。进行调制的装置叫做调制器．要传递的电信号叫做调制信号．使高频振荡电流的振幅随调制信号而改变叫做调幅（画图），调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频（画图），调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。2、类比思想：(电磁波发射——高铁运货)“货物”——要传送的声音、图象等讯号“高铁”——振荡器产生的高频交变电流（载波）“装上货物”的过程——调制信号过程3、调幅装置示意图：接在振荡器和线圈之间的话筒就是一个最简单的调制器，由声源发出的声音振动使话筒里的碳粒发生时松时紧的变化，它的电阻也发生时大时小的变化。所以，虽然振荡器产生的是高频等幅振荡电流，但是线圈通过的却是随声音而改变的高频调幅电流．由于线圈的互感作用，从开放电路中发射的也是这种高频调幅电流。这种电磁波叫调幅波。①用示波器观察调幅波形；②图片展示调幅波的形成。4、利用类比方法理解调频波的产生二、无线电波的传播问5：不同频率的电磁波传播的方式是否相同？1、识表分析2、动图说明无线电波的几种传播形式，引导学生分析为何不同。传播方式大致可分为地波、天波和空间波三种形式。(一)地波沿地球表面空间向外传播的无线电波叫地波，如图所示。波具有衍射特性，当无线电波的波长大于或相当于山坡、建筑物等障碍物的尺寸时，它可以绕过障碍物继续向前传播。考虑到能量损失，只有中、长波才利用地波方式传播。由于地波传播稳定可靠，在超远程无线电通讯和导航等方面多采用中长波。(二)天波依靠电离层的反射作用传播的无线电波叫做天波，如下图所示。在地球表面的大气层中，大约在60km到400km的范围内，由于太阳光的照射，气体分子分解为带正电的离子和自由电子，这就是电离层。电离层一方面可以反射无线电波，反射本领随频率增大而减小。波长短于10m的微波会穿过电离层飞向宇宙，它只能反射短波或波长更长的无线电波。电离层另一方面要吸收无线电波，吸收本领随频率减小而增大，中波和中短波一部分被吸收，因此，只有短波多采用天波方式传播。天波传播受外界影响较大，它与电离层强度、太阳辐射强度等多种因素有关，由于这些原因，收音机夜晚收到的电台比白天多。无线电波的传播途径(三）空间波沿直线传播的无线电波叫做空间波，它包括由发射点直接到达接收点的直射波和经地面反射到接收点的反射波，如上图所示。由于地球表面是圆球形的，沿直线传播的微波不能传播很远，一般为几十千米。空间波受气干扰小，能量损耗小，接收到的信号较强而且较稳定，所以电视、雷达都采用以空间波方式传播的微波。三、无线电波的接收问6：空间存在多种多样的电磁波，如何挑选出需要的那一种？处在电磁波传播空间中的导体，会产生感应电流，导体中感应电流的频率与激起它的电磁波频率相同，因此，利用放在电磁波传播空间中的导体，就可以接收到电磁波。1、在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波。2、电谐振要从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫做选台。在无线电技术里，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。3、调谐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。右图是收音机的调谐电路。调节可变电容器的电容来改变调谐电路的频率，使它跟要接收的电台发出的电磁波的频率相同，这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了这个电台。4、检波收音机接收的经过调制的高额振荡电流（对应图讲解），这种电流通过收音机的耳机或扬声器，并不能使它们振动而发声。要听到声音，必须从高频振荡电流中“检”出声音信号，使扬声器(或耳机)中的动片随声音信号振动。从接收到的高频振荡电流中“检”出所携带的调制信号过程，叫做检波。检波是调制的逆过程，因此也叫解调。由于调制的方法不同，检波的方法也不同。检波之后的信号再经过放大、重现，我们就可以听到或看到了。视频展示“发射和接收电磁波”（学生讲解并证明电磁波是横波视频）四、课堂小结：1、设计一个方框图说明调制、调谐、解调之间的关系。2、比喻：高频电流+火车音频电流→货物调制→发射→传播→调谐→解调装货→出站→运行→进站→卸货五、课堂训练：（优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷地掌握学生的学习情况）1、要有效地发送低频电信号，必须把低频电信号附加在高频载波上，这个过程在电磁波的发射过程中叫做（）A、调谐B、解调C、调制D、检波2、转换电视频道时，选择自己喜欢的电视节目，称为（）A、调制B、调谐C、调频D、调幅3、利用所学物理知识，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。公交车上的读卡机（刷卡时“嘀”的响一声的机器）向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是A．IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B．仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作C．若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L中不会产生感应电流D．IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息4、（2017丰）最近北京的马路边出现了某种新型的共享单车，如图甲所示，这种单车外观结构简单，没有链条，但单车质量比普通自行车大，达到了25kg。如图乙所示，单车的车锁内集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等，便于监控单车在路上的具体位置，实现防盗。同时手机APP上有定位系统，也能随时了解单车的实时位置；手机还可以通过扫描二维码自动开锁，关锁后APP就显示计时、计价等信息，其工作原理如图丙所示。此外，单车能够在骑行过程中为车内电池充电，满足定位和自动开锁等过程中的用电。根据以上信息下列说法不正确的是A．单车比普通自行车运动状态更容易改变B．单车某个时刻的准确位置信息是借助通讯卫星定位确定的C．单车是利用电磁感应原理实现充电的D．单车和手机之间是利用电磁波传递信息的资料：收音机中对调幅波的检波。如图是晶体二极管的检波电路，是利用晶体二极管的单向导电性来进行检波的。调谐电路中产生的是经过调幅的高频振荡电流，L1和L2绕在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上产生的是高频交变电压．由于二极管的单向导电性，通过它的是单向脉动电流，这个单向脉动电流既有高频成分，又有低频的声音信号，高频成分基本从电容器C（复习旁路电容器）通过，剩下的音频电流通过耳机发声。（用示波器观察检波过程）实际上就是一个晶体二极管收音机的电路图．这种收音机声音很小，只能用开机收听本地电台．为了提高收音机的接收性能，需要用放大器把微弱的信号放大．图示是加有放大器的收音机方框图．由天线和调谐电路接收到的高频调幅电流，先通过放大器进行高频放大，然后进行检波和低频放大，放大后的音频电流输送到喇叭，使它们发出声音。问题思考交流讨论实验理解讨论理解分析讨论讨论分析知识理解思考理解图片展示观察实验理解思考分析讨论理解思考思考分析交流讨论观察思考培养学生观察、分析的能力。激发学生学习物理的兴趣并培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。培养理解能力识图能力学科素养培养培养识图观察能力培养实验观察能力渗透类比思想培养阅读分析能力培养分析问题的能力渗透类比思想培养学生观察、分析的能力。培养学生应用物理知识解决实际问题的能力培养阅读分析问题的能力六、板书设计：§14.3电磁波的发射和接收比喻：高频电流+火车音频电流→货物调制→发射→传播→调谐→解调装货→出站→运行→进站→卸货七、布置作业：1、自学第4节信息化社会；2、完成练习册相关章节内容；3、有兴趣的同学可以上网查找有关资料。八、课后反思：1、本节课的学习，以“共享单车的使用”视频，“古今信息的传递”“各种电器”图片导入，目的是唤起学生