4.2电磁场与电磁波 4.3 无线电波的发射和接收 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案围绕电磁场、电磁波及无线电波的发射与接收展开，通过课本导练的填空、思考题导入，衔接电磁振荡知识，搭建从理论到应用的学习支架，引导学生掌握核心概念与原理。 资料特色在于结合“思维探究”“小组讨论”等环节，设计实例习题（如5G网络、收音机制作），融合科学探究与科学思维，帮助学生构建物理观念，提升分析解决实际问题的能力。

第四章 电磁振荡与电磁波 2-3 电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收 【课标要求】知道电磁波的发射、传播和接收。 【学习目标】 1．掌握电磁场之间相互影响的因素。 2．掌握电磁波产生的原因。 3．掌握无线电波的发射原理。 4．掌握无线电波的接收原理。 【学习重难点】 重点：电磁振荡中电场能和磁场能的转化。 难点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。 课本导练 必备知识 一、电磁场 1．变化的磁场产生电场 （1）实验基础：如图所示，_____________________________________。 （2）麦克斯韦的见解：_____________________________________。 （3）实质：_____________________________________。 2．变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设：_____________________________________。 3．变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场． 二、电磁波 1．电磁波的产生：_____________________________________。 2．电磁波的特点 （1）_____________________________________； （2）电磁波是横波：_____________________________________； （3）_____________________________________。 3．电磁波具有能量 _____________________________________。 三、无线电波的发射 1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： （1）_____________________________________； （2）_____________________________________。 2．电磁波的调制：_____________________________________。 （1）调幅（AM）：_____________________________________； （2）调频（FM）： _____________________________________。 四、无线电波的接收 电谐振：_____________________________________。 （1）调谐：_____________________________________； （2）解调：_____________________________________。 五、电视广播的发射和接收 1．电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中_____________________________________。 2．高频电视信号的三种传播方式：_____________________________________。 3．电视信号的接收：_____________________________________。 1．“变化的磁场产生电场”，这是麦克斯韦电磁场理论的重要支柱之一。请你通过相关的实验事实和一定的逻辑推理，说明这个结论的正确性。 2．你能否用生活中的例子说明电磁波的存在？ 3．有4个容易混淆的名词：调制、调幅、调频、解调。请设计一个结构图来表明它们的关系，并说明调幅与调频的区别。 4．请向你的同学描述：调幅波（经调幅后的电磁波）图像的形状是怎样的？描述时，要求用到“载波”“音频信号”这两个名词。 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．我们通常听到的声音是靠声波来传播的，而手机接收的是电磁波。请你小结一下：声波和电磁波有哪些地方是相同的？有哪些地方存在着差异？ 2．我国第一颗人造卫星用20.009 MHz和19.995 MHz的电磁波发送信号，求这两种电磁波的波长。 3．某同学自己绕制天线线圈，制作一个最简单的收音机，用来收听中波的无线电广播。他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。为了收到这个电台，他应该增加还是减少线圈的匝数？说明理由。‍‍ 点评点拨 一、电磁场 思维探究 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？ 对麦克斯韦电磁场理论的理解 1．变化的磁场产生电场 （1）均匀变化的磁场产生恒定的电场． （2）非均匀变化的磁场产生变化的电场． （3）周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场． 2．变化的电场产生磁场 （1）均匀变化的电场产生恒定的磁场． （2）非均匀变化的电场产生变化的磁场． （3）周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场． 例1． 英国物理学家麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一．应用麦克斯韦的电磁场理论判断，如图表示四种电场随时间变化的图像中，能产生恒定的磁场的是（ ） A． B． C． D． 变式训练． 下列是一些磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像、哪个（些）能在磁场周围产生稳定的电场？并说明理由． 二、电磁波 思维探究 如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？ 电磁波的特点 1．电磁波是横波，在传播方向上的任一点，E和B彼此垂直且均与传播方向垂直．如图所示． 2．电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108m/s． 3．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射、反射、折射和偏振等现象，电磁波也是传播能量的一种形式． 4．电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c＝λf． 例2． 电磁波的发现和使用带来了通信技术的发展．在以下磁感应强度B随时间t变化的磁场中，能产生电磁波的是（ ） A． B． C． D． 变式训练1． 某电路中电场随时间变化的图像如下图所示，能发射电磁波的电场是哪一种（ ） A． B． C． D． 三、无线电波的发射 思维探究 在普通的 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．在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内互相转化，辐射出去的能量很少，怎样才能有效地发射电磁波呢？ 有效发射电磁波的条件 要有效地向外发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点： 1．要有足够高的振荡频率．频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去． 2．采用开放电路．采用开放电路可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图． 调制 1．概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种信号而改变． 2．调制的分类 （1）调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示． （2）调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示． 例3． 实际发射无线电波的过程如图甲所示.高频振荡器产生高频等幅振荡,如图乙所示.人对着话筒说话时产生低频信号,如图丙所示.则发射出去的电磁波图像应是 （ ） A． B． C． D． 变式训练1． 5G是“第五代移动通信网络”的简称，目前世界各国正大力发展 5G网络．5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段（如图所示），比目前4G及以下网络（通信频率在0.3GHz～3.0GHz间的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率．未来5G网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10G bps（bps为bits per second的英文缩写，即比特率、比特/秒），是4G网络的50-100倍．关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是 A．在真空中的传播速度更快 B．在真空中的波长更长 C．衍射的本领更强 D．频率更高，相同时间传递的信息量更大 四、无线电波的接收 思维探究 电磁波发射过程中，声音、图像信号与高频电磁波是什么关系，你能形象比喻它们的关系吗？ 无线电波的接收原理 利用电磁感应在接收电路产生和电磁波同频率的电流． 方法 1．利用调谐产生电谐振，使接收电路的感应电流最强． 2．利用解调把接收电路中的有用信号分离出来． 3．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． 调谐电路的调节 1．调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小． 2．频率公式 ，根据（1）中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L调大或调小． 例4． 一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机播放出来为止,下列描述该过程的顺序正确的是 (　　) A．调制→发射→调谐→解调→播放 B．调频→发射→解调→调谐→播放 C．调幅→调谐→发射→解调→播放 D．调频→调谐→发射→解调→播放 变式训练1． 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调制，调制分调幅和调频两种，如图所示，甲是需要输送的低频信号，乙和丙是调制后的电磁波，则下列说法中正确的是（ ） A．图甲低频信号可直接发射，且发射效率高 B．在电磁波的发射技术中，图中乙是调频波 C．在电磁波的发射技术中，图中丙是调幅波 D．通过电谐振可以把需要的电磁波接收下来 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 （1）无线电波不能发生干涉和衍射现象。（ ） （2）波长不同的电磁波在本质上完全不同。（ ） （3）振荡电路的频率越高，发射电磁波的本领越大。（ ） （4）要将传递的声音信号向远距离发射，必须以高频电磁波作为载波。（ ） （5）调制就是将低频信号变成高频信号，再放大后直接发射出去。（ ） 【参考答案】 课本导练 必备知识 【答案】 一、1．（1） 在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流．；（2）电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动． ；（3）变化的磁场产生了电场．； 2．既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场． 二、1．变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波．； 2．（1）电磁波在空间传播不需要介质． ；（2） 电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直． ； （3） 电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象．； 3． 电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程． 三、1．（1）要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大． ； （2） 振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路．； 2．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术．调制分为调幅和调频．； （1）使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制方法．； （2）使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制方法． 四、 当接收电路的固有频率跟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． ； （1）使接收电路产生电谐振的过程．；（2）把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程．调幅波的解调也叫检波． 五、1．需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播．； 2．地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输． ； 3．电视机接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号． 1．【答案】根据电磁感应现象，变化的磁场中的闭合回路会产生感应电流，即有了自由电荷的定向移动，说明闭合回路周围存在电场，促使自由电荷进行定向移动，如果没有闭合回路，电场也存在，所以变化的磁场产生电场。 2．【答案】手机信号的发射与接受，微波炉加热食品，收音机收听节目等等，都是电磁波的应用。 3．【答案】见解析 4．【答案】调幅波就是让载波的振幅随音频信号的波形改变而改变。 展示讨论 1．【答案】相同点：都有波的一切特性，比如都能产生反射、干涉、衍射等现象，波速、波长、频率具有同样的关系； 不同的：产生的机理不一样，声波是由机械振动产生的；电磁波中的无线电波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，光由电子的激发产生，射线由原子核衰变产生；还有电磁波传播不需要介质，声音的传播需要介质。 2．【答案】14.993m，15.004m 3．【答案】减小线圈匝数 点评点拨 一、电磁场 【答案】 振荡磁场 (即周期性变化的磁场)产生同频率的振荡电场。 变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 例1．【答案】B 变式训练．【答案】 乙，见解析 二、电磁波 【答案】 当火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了火花．在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器。证明了无线电辐射具有波的所有特性。 例2．【答案】A 变式训练1．【答案】D 三、无线电波的发射 【答案】 第一，要有足够高的振荡频率。 频率越高，发射电磁波的本领就越大。第二，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。 例3．【答案】B 变式训练1．【答案】D 四、无线电波的接收 【答案】 声音、图像信号可以比作书信，高频电磁波相当于邮车，调制相当于把书信放到邮车上。 例4．【答案】A 变式训练1．【答案】D 小结小测 二、课堂小测 【答案】 × × √ √ × 学科网（北京）股份有限公司 $