人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计2：4 2-4 3电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收教案

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE14.2-4.3电磁场与电磁波电磁波的发射和接收教学目标1.了解麦克斯韦电磁波理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。2.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会物理实验对物理学发展的基础意义。3.知道什么样的电磁振荡电路有利于向外发射电磁波．4.了解无线电波的发射过程和调制的简单概念,了解调谐、检波及无线电波接收的基本原理．教学重点1.电磁场理论的主要观点及赫兹证明电磁波存在的实验2.电磁波有效发射的条件，调制的含义及调制方式。3.无线电波接收原理。教学难点1.赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法2.无线电波调制的含义及调幅和调频的区别。3.“电谐振”概念。教学过程新课引入问题：电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？新课学习探究一、电磁场麦克斯韦假设的两大观点：变化的磁场产生电场这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。变化的电场产生磁场电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。 变化的磁场周围产生电场 变化的电场周围产生磁场电磁场理论的理解——变化的磁场产生电场〖思考〗如图，交流电产生了周期变化的磁场，上面的线圈中产生电流使灯泡发光老师引出：1、如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流电场吗?（有电场，无电流）2、线圈不存在时，线圈所处的空间还有电场吗?（有电场，无电流）3、若改成恒定的直流电，还有电场吗?（无）麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关，导体环只是用来显示电流的存在。〖说明〗:1、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)。2、变化的磁场产生电场”，这实际上是个假设。这个假设基于电磁感应现象，是很自然的。电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场理解:(1)电场均匀变化产生稳定磁场(2)非均匀变化产生变化磁场说明：1、根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。电磁场与电磁波的概念根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:探究二、电磁波4、电磁波的形成过程麦克斯韦预言光也是电磁波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。”。5、电磁波的特点：１、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．２、电磁波的传播不需要介质，波速V取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。C＝3.0×108m/s6、电磁波与机械波的区别7、赫兹的电火花实验实验现象：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了火花。实验原理：当与感应圈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电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。检波器微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。赫兹的成就1）、在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。2）、物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。探究三、无线电波的发射和接收1．若要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具有的特点（1）要有足够高的频率：发射电磁波的功率与振荡频率的四次方成正比．如果是低频信号，要用高频信号运载才能更有效地发射出去．（2）采用开放电路，使振荡电路的电磁场必须尽可能地分散到大的空间．天线和地线也可组成开放电路．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．调制的装置如图所示．2．电磁波的发射与调制（1）调幅：使高频振荡的振幅随信号而改变叫调幅．调幅作用如图所示．甲：声音信号的波形．乙：高频等幅振荡电流的波形．丙：经过调幅的高频振荡电流的波形．（2）调频：使高频振荡的频率随信号而改变叫调频．调频的作用如图所示．甲：声音信号的波形．乙：高频等幅振荡信号的波形．丙：经过调频的高频振荡电流的波形．（3）电磁波的发射方框图．3．无线电波的接收（1）接收原理电磁波在传播时遇到导体会使导体中产生感应电流，所以导体可用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。（2）接收装置用天线和地线组成的接收电器来接收电磁波，如图所示：（3）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，这种现象叫电谐振．（4）调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．调谐的方法一般是改变电路的或．（5）检波：从接收到高频振荡中“检”出所携带的波，叫检波．检波是调谐的逆过程，也叫解调．检波电路如图．检波作用，如图．甲：检波前的高频调幅电流，乙：检波后的单向脉动电流，丙：流过耳机的音频电流．毫米的电磁波叫无线电波．无线电波可以分成若干波段．波段波长频率传播方式主要用途长波米千赫地波超远程无线电通讯和导航中波米千赫地波和天波无线电广播和电报通讯中短波米千赫短波米兆赫天波微波米波米兆赫近似直线传播无线电广播、电视、导航分米波分米兆赫直线传播电视、雷达、导航厘米波厘米兆赫毫米波毫米兆赫例题.如图所示为某人收音机的接收电路，其电感为，为了接收波长为的电磁波，其电容器应调到________．〖思路点拨〗当接收电路中的振荡电路的固有频率与波长为的电磁波的频率相同时，即达到电谐振。〖答案〗〖解析〗该电磁波的频率为．那么该电路的固有频率也应调到，由电磁振荡的频率公式得：，代入数据得：．4.电视广播的发射和接收电视广播的发射和接收过程地面无线电传输高频电视信号的传播方式：有线网络传输卫星传输不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。随堂练习1、（多选）关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是（）A在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论B变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场C恒定的电场可以在周围的空间产生磁场D麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在〖答案〗：BD〖解析〗：麦克斯韦提出了电磁波理论，后被赫兹证明，故A错D对，变化的磁场周围一定产生变化的电场。恒定的电场周围不产生磁场。故B对C错。2、（单选）如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波()〖答案〗D〖解析〗由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电场时(如A图)，由于它不激发磁场，故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会激发出电场，故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图)，才会激发出振荡的磁场，振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始，便会形成电磁波。3、(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是()A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播B.电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质C.由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大D.由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小〖答案〗AC〖解析〗由电磁波和声波的概念可知A正确;因为电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，故B错误;电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度，在真空中的传播速度最大;声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大，故C正确;无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质时频率都不变，所以由波长λ=及它们在不同介质中的传播速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，故D错误。4、（单选）关于电磁波的特点，下列说法中不正确的是()A.电磁波中电场和磁场互相垂直，电磁波沿二者垂直的方向传播B.电磁波是横波C.电磁波传播不需要介质D.电磁波不具有干涉和衍射现象〖答案〗D〖解析〗电磁波具有波所特有的各种属性，即电磁波具有干涉、衍射、反射等现象。5.有波长分别为的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到时．（1）哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强？（2）如果想接收到波长为的无线电波，应该把调谐电路中可变电容器的动片旋进一些还是旋出一些？〖答案〗见〖解析〗〖解析〗（1）根据公式，得．．．所以波长为的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强．（2）要接收波长为的无线电波，应增大调谐电路的固有频率，因此，应把调谐电路中可变电容器的动片旋出一些．6.图中为某火箭发射场，为山区，为城市．发射场正在进行某型号火箭的发射试验．为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号．已知传输无线电广播所用的电磁波波长为，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发________（填“无线电广