人教版選修11 電磁波的發(fā)射和接收 第1課時(shí) 教案.docx

4.3電磁波的發(fā)射和接收【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能：了解無(wú)線電波的波長(zhǎng)范圍了解無(wú)線電波的發(fā)射過(guò)程和調(diào)制的簡(jiǎn)單概念了解調(diào)諧、檢波及無(wú)線電波的接收的基本原理2、過(guò)程與方法：理解無(wú)線電波發(fā)射的過(guò)程3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：體會(huì)科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合之美【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧和解調(diào)2、難點(diǎn)：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧和解調(diào)【教學(xué)用具】多媒體投影儀，示波器【教學(xué)方法】講解法，學(xué)生自學(xué)、討論法一、提出問(wèn)題、引入新課1古代人們有那些傳遞信息的方式？（烽火臺(tái)，鴿子，驛站，郵差等）2請(qǐng)問(wèn)現(xiàn)在我們有那些傳遞信息的方式？（廣播，電視，電話，手機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)等）（過(guò)渡）：現(xiàn)在的傳遞方式有線和無(wú)線之分，無(wú)線主要依靠電磁波，在無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電磁振蕩的知識(shí)，知道：在lc振蕩電路中，電場(chǎng)主要集中在電容器的極板之間，磁場(chǎng)主要集中在線圈內(nèi)部，電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能主要在不同元件之間相互轉(zhuǎn)化，輻射出去的電磁能或者電磁波很少。那么如何才能有效地發(fā)射和接收電磁波呢？二、新課過(guò)程（一）無(wú)線電波的發(fā)射師：要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有哪些特點(diǎn)呢？（學(xué)生閱讀教材，然后回答。）生：1.要有足夠高的振蕩頻率。因?yàn)轭l率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。2.振蕩電路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須分散到盡可能大的空間，只有這樣才能有效地把電磁能（電磁波）傳播出去。師：要滿足上述兩述條件，就需要把振蕩電路改造變成開(kāi)放電路（教師在黑板上畫(huà)出圖1、圖2、圖3、圖4），那么如何改造呢？同學(xué)們仔細(xì)觀察一下，圖1到圖4是如何變化？師生討論得出：圖2中，電容器的極板傾斜，張口變大，便于把電磁能輻射出去；線圈的匝數(shù)變少，其自感系數(shù)變小，便于發(fā)射高頻率的電磁波。圖3中電容器極板間的距離增大，正對(duì)面積減少，線圈匝數(shù)進(jìn)一步減少，便于發(fā)射較高頻率的電磁波，圖4中電容器極板間的距離進(jìn)一步增大，正對(duì)面積減少至為零，線圈匝數(shù)為零，以便能夠發(fā)射更高頻率的電磁波。 圖1 圖2 圖3 圖4師：那么，實(shí)際中的開(kāi)放電路是如何發(fā)射電磁波的呢？師：在實(shí)際應(yīng)用中常把開(kāi)放電路的下端跟地連接。跟地連接的導(dǎo)線叫做地線。線圈上部接到比較高的導(dǎo)線上，這條導(dǎo)線叫做天線。天線和地線形成了一個(gè)敞開(kāi)的電容器，電磁波就是由這樣的開(kāi)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(yuǎn)。實(shí)際發(fā)射無(wú)線電波的裝置中還需在開(kāi)放電路旁加一個(gè)振蕩器電路與之耦合，如圖5所示，振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過(guò)l2與l1的互感作用，使l1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開(kāi)放電路中激發(fā)出電磁波，向四周發(fā)射調(diào)制：調(diào)幅與調(diào)頻 （以教師講解為主）師：發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號(hào)。要想電磁波傳得遠(yuǎn)，就必須使用高頻率的電磁波。但我們要傳遞的信號(hào)卻是一些低頻信號(hào)，如：聲音信號(hào)頻率只有幾百至幾千赫茲，圖象信號(hào)頻率也不過(guò)上萬(wàn)赫茲，不可能把它們直接發(fā)送出去。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號(hào)而改變。在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號(hào)的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波（也就是載波）就載著要傳送的信號(hào)一起發(fā)射出去把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。高頻振蕩電流，類似于可遠(yuǎn)飛的信鴿；要傳送的信號(hào)類似于要發(fā)出的信件，調(diào)制類似于把信件綁在信鴿的身上。 師：一種調(diào)制的方法是使高頻振蕩電流的振幅隨信號(hào)的強(qiáng)弱而改變，這種調(diào)制叫做調(diào)幅（結(jié)合課本相應(yīng)圖講解）。另一種調(diào)制的方法是使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)弱而改變，這種調(diào)制叫做調(diào)頻（結(jié)合課本相應(yīng)圖講解）電波的發(fā)射：結(jié)合圖闡述低頻信號(hào)的調(diào)制和發(fā)射過(guò)程。低頻信號(hào)電流疊加在高頻振蕩電流上，這就是調(diào)制，調(diào)制后的振蕩電流通過(guò)互感作用經(jīng)開(kāi)放電路向外發(fā)射出電磁波。（二）電磁波的接收師：發(fā)射的無(wú)線電波如何被接收到呢? （學(xué)生先閱讀課文，教師引導(dǎo)學(xué)生回答）生：電磁波在空間傳播時(shí)，如果遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的頻率跟激起它的電磁波的頻率相同。因此利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，就可以接收到電磁波了。師：如何使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)呢？生：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。在無(wú)線電技術(shù)里，是利用電諧振來(lái)達(dá)到這個(gè)目的的。當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)中的共振。（用示波器觀察電諧振波形）。接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。 如圖7，調(diào)節(jié)可變電容器的電容可以改變 調(diào)諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺(tái)發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個(gè)頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強(qiáng)的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個(gè)電臺(tái)。圖8中收音機(jī)內(nèi)的接收電路就是調(diào)諧電路。由調(diào)諧電路接收到的感應(yīng)電流，是經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻振蕩電流，還不是我們需要的聲音或圖像信號(hào)。因此還要使聲音或圖像信號(hào)從高頻振蕩電流中還原出來(lái)。從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號(hào)過(guò)程，叫做解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，調(diào)制的方法不同，解調(diào)的方法也不同。如圖9是調(diào)幅波的解調(diào)，也叫檢波。解調(diào)類似于把綁在信鴿的信取下來(lái)。解調(diào)之后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大、重現(xiàn)，我們就可以聽(tīng)到或看到了。（三） 無(wú)線電波知識(shí)（學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主）在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對(duì)我們來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要，無(wú)論是廣播、電視還是無(wú)線電通信以及航空、航天中的自動(dòng)控制和通信聯(lián)系，都離不開(kāi)電磁波。無(wú)線電報(bào)的波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米。通常根據(jù)波長(zhǎng)或頻率把無(wú)線電波分成長(zhǎng)波、中波、中短波、短波和微波等幾個(gè)波段。（教師可以結(jié)合教材上相應(yīng)表格中數(shù)據(jù)，讓學(xué)生比較各個(gè)波段的波長(zhǎng)范圍和頻率范圍，簡(jiǎn)述各波段無(wú)線電波的傳播方式以及主要用途。還可以適當(dāng)補(bǔ)充一些其它知識(shí)，如：調(diào)幅廣播(am)一般使用中波和短波波段。調(diào)頻廣播(fm)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法來(lái)調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻(vhf)和超高頻(uhf)波段。例題：一臺(tái)收音機(jī)的接收頻率范圍從f1=2.2mhz到f=22mhz；設(shè)這臺(tái)收音機(jī)能接收的相應(yīng)波長(zhǎng)范圍從1到2，調(diào)諧電路中電容器的相應(yīng)電容量變化范圍從c1到c2，求1：2 ； c1：c2引導(dǎo)學(xué)生解答：，由得，所以課堂練習(xí)：1收音機(jī)的波段刻度盤中刻有khz、mhz字樣，它們分別表示()a千赫，兆赫b. 千米，兆米c千秒，兆秒 d千米/秒，兆米/秒a因?yàn)椤癶z”為赫茲，表示頻率，而“k”“m”為“千”“兆”由此可知選項(xiàng)a正確2隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，家庭中使用的電器越來(lái)越多下列電器中主要應(yīng)用電磁波工作的是()a洗衣機(jī) b電飯煲c微波爐 d電冰箱c在家用電器中，洗衣機(jī)、電冰箱是通過(guò)電動(dòng)機(jī)工作把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，電飯煲是利用電熱絲將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而微波爐是將電能通過(guò)微波變?yōu)殡姶拍?，進(jìn)一步變?yōu)閮?nèi)能，故選項(xiàng)c正確3電磁波從真空傳入水中時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()a頻率不變，波速變大，波長(zhǎng)變大b頻率不變，波速變小，波長(zhǎng)變小c波速不變，頻率變小，波長(zhǎng)變大d波速不變，頻率變大，波長(zhǎng)變小b電磁波的波長(zhǎng)、波速v和頻率f與機(jī)械波一樣，滿足cf，傳播過(guò)程中，頻率不變，c、d兩項(xiàng)錯(cuò)誤但電磁波在真空中的速度最大，而在介質(zhì)中速度都會(huì)減小，故從真空傳入水中時(shí)波速變小，波長(zhǎng)變小電磁波的波速與機(jī)械波的不同點(diǎn)是電磁波在真空中速度最大，為光速c，在任何其他介質(zhì)中的速度都比c小4下列能說(shuō)明電磁波具有能量的依據(jù)是()可見(jiàn)光射入人的眼睛，人看到物體放在紅外線區(qū)域的溫度計(jì)升溫很快收音機(jī)調(diào)到某個(gè)臺(tái)時(shí)，調(diào)諧電路發(fā)生電諧振射線具有很強(qiáng)的貫穿能力a bc dc人眼看到物體，說(shuō)明人眼感受到了可見(jiàn)光的能量，對(duì)；紅外線具有熱作用，說(shuō)明紅外線具有能量，對(duì)；電諧振在調(diào)諧電路中的感應(yīng)電流的能量來(lái)源于空中的無(wú)線電波，對(duì)；射線具有很高的能量說(shuō)明射線的貫穿能力強(qiáng)，對(duì)5(多選)關(guān)于紫外線的作用和特性，下列說(shuō)法正確的是()a一切物體都在不停地輻射紫外線b紫外線能殺菌消毒是因?yàn)樽贤饩€具有較高的能量，可以穿透細(xì)胞膜c紫外線具有較強(qiáng)的穿透能力，可以穿透人的皮膚、破壞內(nèi)臟器官d紫外線具有熒光作用bd一切物體都在不停地輻射紅外線，a錯(cuò)誤紫外線具有較高的能量，能破壞細(xì)胞核中的物質(zhì)，可以用來(lái)殺菌消毒，b正確紫外線穿透能力不強(qiáng)，不會(huì)穿透人的皮膚破壞內(nèi)臟器官，c錯(cuò)誤紫外線具有熒光效應(yīng)，用于設(shè)計(jì)防偽，d正確6驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的光能使鈔票上的熒光物質(zhì)發(fā)光，用遙控器發(fā)出的光束來(lái)控制電視機(jī)、空調(diào)等家電對(duì)于它們發(fā)出的光，下列判斷正確的是()a它們發(fā)出的都是紅外線b它們發(fā)出的都是紫外線c驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的是紅外線，遙控器發(fā)出的是紫外線d驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的是紫外線，遙控器發(fā)出的是紅外線d紫外線有很強(qiáng)的熒光效應(yīng)，能使熒光物體發(fā)光，故驗(yàn)鈔機(jī)發(fā)出的是紫外線；而紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，容易繞過(guò)障礙物，衍射現(xiàn)象明顯，可以很方便地遙控家用電器7太陽(yáng)表面溫度約為6 000 k，主要發(fā)出可見(jiàn)光；人體溫度約為310 k，主要發(fā)出紅外線；宇宙間的溫度約為3 k，所發(fā)出的輻射稱為“3 k背景輻射”它是宇宙“大爆炸”之初在空間上保留下的余熱，若要進(jìn)行“3 k背景輻射”的觀測(cè)，應(yīng)該選擇下列哪一個(gè)波段()a無(wú)線電波 b紫外線cx射線 d射線a由太陽(yáng)溫度約為6 000 k，主要發(fā)射可見(jiàn)光，人體溫度約為310 k，主要發(fā)射紅外線，可知，溫度越低，物體發(fā)出的電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，那么宇宙溫度約為3 k，對(duì)應(yīng)的“3 k背景輻射”，應(yīng)該發(fā)出的是比紅外線波長(zhǎng)還要長(zhǎng)的無(wú)線電波部分8某雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)20 cm，每秒脈沖數(shù)n5 000，每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間t0.02 s.問(wèn)電磁波的振蕩頻率為多少？最大偵察距離是多少？解析電磁波在空中的傳播速度可認(rèn)為等于真空中的光速c，由波速、波長(zhǎng)和頻率三者間的關(guān)系可求得頻率根據(jù)雷達(dá)的熒光屏上發(fā)射波形和反射波形間的時(shí)間間隔，即可求得偵察距離，為此反射波必須在后一個(gè)發(fā)射波發(fā)出前到達(dá)雷達(dá)接收器可見(jiàn)，雷達(dá)的最大偵察距離應(yīng)等于電磁波在雷達(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)傳播距離的一半由cf，可得電磁波的振蕩頻率f hz1.5109 hz.電磁波在雷達(dá)發(fā)射相鄰兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)傳播的距離xctc(t)3108 m6104 m，所以雷達(dá)的最大偵察距離xm30 km.答案1.5109 hz30 km作業(yè)：1(多選)關(guān)于電磁波的頻率、波速、波長(zhǎng)的關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是()a電磁波的頻率由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)b電磁波的頻率與波速無(wú)關(guān)c波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，頻率變大d電磁波的波速等于頻率和波長(zhǎng)的乘積abd電磁波的頻率由產(chǎn)生電磁波的波源決定，與介質(zhì)、波速都無(wú)關(guān)，選項(xiàng)a、b正確，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；由電磁波的波速、頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系可知選項(xiàng)d正確2如圖422所示的球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太陽(yáng)光的照射下，地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，在黑影中放一支溫度計(jì)，可發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)顯示的溫度明顯上升，則由此可斷定()圖422a含碘的二硫化碳溶液對(duì)于可見(jiàn)光是透明的b含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紫外線是不透明的c含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紅外線是透明的d含碘的二硫化碳溶液對(duì)于紅外線是不透明的c地面呈現(xiàn)的是圓形黑影，說(shuō)明可見(jiàn)光不能穿透；在黑影中放一支溫度計(jì)，發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)顯示的溫度明顯上升，說(shuō)明紅外線能夠穿透3關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是()a射線可用于紙幣防偽鑒別工作b紫外線用于加熱和烘干cx射線可用于機(jī)場(chǎng)檢查箱內(nèi)的物品d微波可用于測(cè)量鋼板厚度c射線是原子核發(fā)出的，是頻率很高的電磁波，它的穿透力很強(qiáng)，在醫(yī)院里用射線來(lái)殺死癌細(xì)胞，而紫外線能用于紙幣防偽鑒別工作，故a錯(cuò)誤；紫外線是波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短的電磁波，它的波長(zhǎng)從38010910109米，它有顯著的化學(xué)效應(yīng)和熒光效應(yīng)，故b錯(cuò)誤；x射線的頻率較高，穿透力較強(qiáng)，醫(yī)學(xué)上常用x射線作透視檢查，也可用于機(jī)場(chǎng)檢查箱內(nèi)的物品，故c正確；微波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，容易衍射，而頻率較低，不能穿透，故d錯(cuò)誤4無(wú)線電廣播中某波段的波長(zhǎng)范圍為187560 m，為了避免鄰臺(tái)干擾，兩個(gè)相鄰電臺(tái)的頻率至少