《電磁波的發(fā)射和接收》名師教案2

1/8電磁波的發(fā)射和接收北京交通大學(xué)附屬中學(xué)分校陳瑩一、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)以學(xué)生的發(fā)展為目標(biāo)，以聯(lián)系生活實(shí)際來驅(qū)動(dòng)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，問題引領(lǐng)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法論思想，學(xué)習(xí)比喻、逆向思維的方法。以“共享單車的使用”視頻，“古今信息的傳遞”“各種電器”圖片導(dǎo)入,目的是喚起學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象的觀察，從而調(diào)動(dòng)他們深入研究問題的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和思考。從教學(xué)上來說，通過問題情境的設(shè)置引起學(xué)習(xí)需要；通過實(shí)驗(yàn)演示形成學(xué)習(xí)期待。二、教學(xué)背景分析教材：本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)體現(xiàn)了物理學(xué)科知識(shí)來源于生活又服務(wù)于生活的學(xué)科本質(zhì)。雖然教材和考綱對(duì)本節(jié)知識(shí)的要求不高，但對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，探求物理學(xué)科本質(zhì)是個(gè)很好的題材。學(xué)生：已經(jīng)對(duì)電、磁、光現(xiàn)象都有所了解，對(duì)生活中的這些現(xiàn)象的應(yīng)用及各種電器的使用都熟知，但沒有深入了解過電磁波是如何發(fā)射和接收的。對(duì)抽象的概念的理解是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。三、核心素養(yǎng)通過《電磁波的發(fā)射和接收》的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力、對(duì)抽象概念的理解能力和科學(xué)研究的方法論思想。能夠通過對(duì)電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、接收過程及基本電路的簡單分析，領(lǐng)會(huì)物理在生活中的應(yīng)用。四、教學(xué)目標(biāo)(含重、難點(diǎn))①了解有效地發(fā)射電磁波的兩個(gè)條件；②了解調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)諧、解調(diào)、電諧振在電磁波發(fā)射、接收過程中的作用；③了解無線電波的波長范圍。教學(xué)重點(diǎn)：①電磁波有效發(fā)射的條件，調(diào)制的含義及調(diào)制方式；②無線電波傳播、接收原理。教學(xué)難點(diǎn)：①無線電波調(diào)制的含義及調(diào)幅和調(diào)頻的區(qū)別；②“電諧振”概念。五、教學(xué)過程與教學(xué)資源設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)目的課前：登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。查看優(yōu)教平臺(tái)上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況。（優(yōu)教提示：請(qǐng)登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）創(chuàng)設(shè)情境：1．視頻引課：共享單車2．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）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）按時(shí)完成預(yù)習(xí)任務(wù)觀看討論思考發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對(duì)性教學(xué)熱點(diǎn)問題提升興趣引入新課：現(xiàn)在的傳遞方式有線和無線之分，無線主要依靠電磁波，在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波。以無線電波為例，研究電磁波是如何發(fā)射和接收的？新課內(nèi)容：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁振蕩的知識(shí)，知道在LC振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內(nèi)部，電場能和磁場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。問1：如何才能有效地輻射電磁波，即有效地輻射電磁波的條件是什么呢？要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）要有足夠高的振蕩頻率理論研究表明，單位時(shí)間內(nèi)輻射出去的能量，與頻率的四次方成正比，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。（2）電磁場必須分散到盡可能大的空間一、電磁波的發(fā)射：問2：如何有效地實(shí)現(xiàn)輻射電磁波的條件？試提出解決方案開放電路：問3：實(shí)際中的開放電路是怎樣的？實(shí)際應(yīng)用中常把開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)敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發(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)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個(gè)振蕩器電路與之耦合，如圖所示：振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射。問4：在電磁波發(fā)射過程中有哪幾種方式呢？1、調(diào)制：調(diào)幅與調(diào)頻把要傳遞的信號(hào)“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫做調(diào)制。進(jìn)行調(diào)制的裝置叫做調(diào)制器．要傳遞的電信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)．使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)幅（畫圖），調(diào)幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)頻（畫圖），調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法來調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)波段。2、類比思想：(電磁波發(fā)射——高鐵運(yùn)貨)“貨物”——要傳送的聲音、圖象等訊號(hào)“高鐵”——振蕩器產(chǎn)生的高頻交變電流（載波）“裝上貨物”的過程——調(diào)制信號(hào)過程3、調(diào)幅裝置示意圖：接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個(gè)最簡單的調(diào)制器，由聲源發(fā)出的聲音振動(dòng)使話筒里的碳粒發(fā)生時(shí)松時(shí)緊的變化，它的電阻也發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化。所以，雖然振蕩器產(chǎn)生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調(diào)幅電流．由于線圈的互感作用，從開放電路中發(fā)射的也是這種高頻調(diào)幅電流。這種電磁波叫調(diào)幅波。①用示波器觀察調(diào)幅波形；②圖片展示調(diào)幅波的形成。4、利用類比方法理解調(diào)頻波的產(chǎn)生二、無線電波的傳播問5：不同頻率的電磁波傳播的方式是否相同？1、識(shí)表分析2、動(dòng)圖說明無線電波的幾種傳播形式，引導(dǎo)學(xué)生分析為何不同。傳播方式大致可分為地波、天波和空間波三種形式。(一)地波沿地球表面空間向外傳播的無線電波叫地波，如圖所示。波具有衍射特性，當(dāng)無線電波的波長大于或相當(dāng)于山坡、建筑物等障礙物的尺寸時(shí)，它可以繞過障礙物繼續(xù)向前傳播?？紤]到能量損失，只有中、長波才利用地波方式傳播。由于地波傳播穩(wěn)定可靠，在超遠(yuǎn)程無線電通訊和導(dǎo)航等方面多采用中長波。(二)天波依靠電離層的反射作用傳播的無線電波叫做天波，如下圖所示。在地球表面的大氣層中，大約在60km到400km的范圍內(nèi)，由于太陽光的照射，氣體分子分解為帶正電的離子和自由電子，這就是電離層。電離層一方面可以反射無線電波，反射本領(lǐng)隨頻率增大而減小。波長短于10m的微波會(huì)穿過電離層飛向宇宙，它只能反射短波或波長更長的無線電波。電離層另一方面要吸收無線電波，吸收本領(lǐng)隨頻率減小而增大，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傳播。天波傳播受外界影響較大，它與電離層強(qiáng)度、太陽輻射強(qiáng)度等多種因素有關(guān)，由于這些原因，收音機(jī)夜晚收到的電臺(tái)比白天多。無線電波的傳播途徑(三）空間波沿直線傳播的無線電波叫做空間波，它包括由發(fā)射點(diǎn)直接到達(dá)接收點(diǎn)的直射波和經(jīng)地面反射到接收點(diǎn)的反射波，如上圖所示。由于地球表面是圓球形的，沿直線傳播的微波不能傳播很遠(yuǎn)，一般為幾十千米。空間波受氣干擾小，能量損耗小，接收到的信號(hào)較強(qiáng)而且較穩(wěn)定，所以電視、雷達(dá)都采用以空間波方式傳播的微波。三、無線電波的接收問6：空間存在多種多樣的電磁波，如何挑選出需要的那一種？處在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體中感應(yīng)電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，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。1、在無線電技術(shù)中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波。2、電諧振要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺(tái)。在無線電技術(shù)里，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。3、調(diào)諧接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。右圖是收音機(jī)的調(diào)諧電路。調(diào)節(jié)可變電容器的電容來改變調(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)。4、檢波收音機(jī)接收的經(jīng)過調(diào)制的高額振蕩電流（對(duì)應(yīng)圖講解），這種電流通過收音機(jī)的耳機(jī)或揚(yáng)聲器，并不能使它們振動(dòng)而發(fā)聲。要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號(hào)，使揚(yáng)聲器(或耳機(jī))中的動(dòng)片隨聲音信號(hào)振動(dòng)。從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號(hào)過程，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，因此也叫解調(diào)。由于調(diào)制的方法不同，檢波的方法也不同。檢波之后的信號(hào)再經(jīng)過放大、重現(xiàn)，我們就可以聽到或看到了。視頻展示“發(fā)射和接收電磁波”（學(xué)生講解并證明電磁波是橫波視頻）四、課堂小結(jié)：1、設(shè)計(jì)一個(gè)方框圖說明調(diào)制、調(diào)諧、解調(diào)之間的關(guān)系。2、比喻：高頻電流+火車音頻電流→貨物調(diào)制→發(fā)射→傳播→調(diào)諧→解調(diào)裝貨→出站→運(yùn)行→進(jìn)站→卸貨五、課堂訓(xùn)練：（優(yōu)教提示：打開優(yōu)教配套習(xí)題，使用互動(dòng)答題卡，更快更便捷地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況）1、要有效地發(fā)送低頻電信號(hào)，必須把低頻電信號(hào)附加在高頻載波上，這個(gè)過程在電磁波的發(fā)射過程中叫做（）A、調(diào)諧B、解調(diào)C、調(diào)制D、檢波2、轉(zhuǎn)換電視頻道時(shí)，選擇自己喜歡的電視節(jié)目，稱為（）A、調(diào)制B、調(diào)諧C、調(diào)頻D、調(diào)幅3、利用所學(xué)物理知識(shí)，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相關(guān)問題。IC卡內(nèi)部有一個(gè)由電感線圈L和電容C構(gòu)成的LC振蕩電路。公交車上的讀卡機(jī)（刷卡時(shí)“嘀”的響一聲的機(jī)器）向外發(fā)射某一特定頻率的電磁波。刷卡時(shí)，IC卡內(nèi)的線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電流，給電容C充電，達(dá)到一定的電壓后，驅(qū)動(dòng)卡內(nèi)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸。下列說法正確的是A．IC卡工作所需要的能量來源于卡內(nèi)的電池B．僅當(dāng)讀卡機(jī)發(fā)射該特定頻率的電磁波時(shí)，IC卡才能有效工作C．若讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波偏離該特定頻率，則線圈L中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流D．IC卡只能接收讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波，而不能向讀卡機(jī)傳輸自身的數(shù)據(jù)信息4、（2017豐）最近北京的馬路邊出現(xiàn)了某種新型的共享單車，如圖甲所示，這種單車外觀結(jié)構(gòu)簡單，沒有鏈條，但單車質(zhì)量比普通自行車大，達(dá)到了25kg。如圖乙所示，單車的車鎖內(nèi)集成了嵌入式芯片、GPS模塊和SIM卡等，便于監(jiān)控單車在路上的具體位置，實(shí)現(xiàn)防盜。同時(shí)手機(jī)APP上有定位系統(tǒng)，也能隨時(shí)了解單車的實(shí)時(shí)位置；手機(jī)還可以通過掃描二維碼自動(dòng)開鎖，關(guān)鎖后APP就顯示計(jì)時(shí)、計(jì)價(jià)等信息，其工作原理如圖丙所示。此外，單車能夠在騎行過程中為車內(nèi)電池充電，滿足定位和自動(dòng)開鎖等過程中的用電。根據(jù)以上信息下列說法不正確的是A．單車比普通自行車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更容易改變B．單車某個(gè)時(shí)刻的準(zhǔn)確位置信息是借助通訊衛(wèi)星定位確定的C．單車是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)充電的D．單車和手機(jī)之間是利用電磁波傳遞信息的資料：收音機(jī)中對(duì)調(diào)幅波的檢波。如圖是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向?qū)щ娦詠磉M(jìn)行檢波的。調(diào)諧電路中產(chǎn)生的是經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產(chǎn)生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向?qū)щ娦?，通過它的是單向脈動(dòng)電流，這個(gè)單向脈動(dòng)電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號(hào)，高頻成分基本從電容器C（復(fù)習(xí)旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機(jī)發(fā)聲。（用示波器觀察檢波過程）實(shí)際上就是一個(gè)晶體二極管收音機(jī)的電路圖．這種收音機(jī)聲音很小，只能用開機(jī)收聽本地電臺(tái)．為了提高收音機(jī)的接收性能，需要用放大器把微弱的信號(hào)放大．圖示是加有放大器的收音機(jī)方框圖．由天線和調(diào)諧電路接收到的高頻調(diào)幅電流，先通過放大器進(jìn)行高頻放大，然后進(jìn)行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發(fā)出聲音。問題思考交流討論實(shí)驗(yàn)理解討論理解分析討論討論分析知識(shí)理解思考理解圖片展示觀察實(shí)驗(yàn)理解思考分析討論理解思考思考分析交流討論觀察思考培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析的能力。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣并培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)理解能力識(shí)圖能力學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)培養(yǎng)識(shí)圖觀察能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)觀察能力滲透類比思想培養(yǎng)閱讀分析能力培養(yǎng)分析問題的能力滲透類比思想培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析的能力。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)閱讀分析問題的能力六、板書設(shè)計(jì)：§14.3電磁波的發(fā)射和接收比喻：高頻電流+火車音頻電流→貨物調(diào)制→發(fā)射→傳播→調(diào)諧→解調(diào)裝貨→出站→運(yùn)行→進(jìn)站→卸貨七、布置作業(yè)：1、自學(xué)第4節(jié)信息化社會(huì)；2、完成練習(xí)冊(cè)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容；3、有興趣的同學(xué)可以上網(wǎng)查找有關(guān)資料。八、課后反思：1、本節(jié)課的學(xué)習(xí)，以“共享單車的使用”視頻，“古今信息的傳遞”“各種電器”圖片導(dǎo)入，目的是喚起學(xué)生