第2节 电磁波的发射、传播和接收（教学设计）物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦电磁波的发射（调制原理）、传播（地波、天波、空间波）和接收（调谐与检波）核心知识，以马可尼实验案例导入提问，通过LC振荡电路演示能量衰减，连接机械波前序知识，构建“问题-实验-模型”学习支架。 特色在于实验驱动与模型建构，对比开放与封闭电路培养科学思维，结合卫星通信实例落实物理观念，实验设计与例题练习提升学生探究能力，为教师提供可操作方案，助力核心素养培养。

第2节 电磁波的发射、传播和接收（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第2节 电磁波的发射、传播和接收 教学 目标 物理观念 能理解电磁波发射的调制原理、三种传播方式（地波、天波、微波）的特点，掌握接收时调谐与检波的作用，建立“信号处理→电磁波传播→信号还原”的完整认知链。 科学思维 能区分调幅与调频的技术差异，分析不同传播方式的适用场景，运用电磁波传播规律解释通信设备的工作逻辑，提升分类辨析与逻辑推理能力。 科学探究 能参与“简易电磁波发射与接收”模拟实验，设计调谐电路参数、观察信号还原现象，分析实验误差原因，培养实验设计与现象分析能力。 科学态度 与责任 认识电磁波通信技术对信息社会的推动作用，了解电磁辐射的合理防护方法，树立科学利用电磁波、兼顾技术发展与安全防护的责任意识。 教学 重难点 重点：掌握电磁波发射的调制、接收的调谐与检波原理及传播特点。 难点：理解调制与检波的技术逻辑，区分不同传播方式的适用场景。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1895年,意大利科学家马可尼在自家阳台上,用一台简陋的装置，成功让无线电信号跨越了2公里。他激动地写下：“我成功了！人类终于可以不用电线传递信息了！” 马可尼是如何让电波‘飞’起来的？ 电波如何在空气中传播？ 我们就来当一回“电波侦探”，破解这些谜题。 回忆机械波干涉条件，思考光如何发生干涉，提出初步猜想。 新课讲授 一、电磁波的发射 环节1：发现问题 （1）演示发射： 教师连接电磁波发射装置：一个高频LC振荡电路（L1、C）通过感应耦合线圈L2连接至垂直天线AB与地线CD。在远处放置一个由矩形线框和氖管组成的接收装置。调节发射端与接收端的距离，观察氖管亮度变化。引导学生注意：“当C、D与A、B间距离越小，即接收装置越靠近发射天线，氖管越亮。” （2）提出疑问： 教师提问：“为什么距离越远，感应电流越弱？这说明电磁波的能量在传播过程中发生了什么？”引导学生认识到电磁波携带能量，且随距离衰减。进一步追问：“如果我们要让电磁波传得更远，除了提高功率，还能从发射端结构上做哪些改进？” 环节2：构建模型 （1）剖析封闭电路局限： 教师展示标准LC回路示意图，讲解：“在传统LC电路中，电容器极板间距小，电场几乎完全集中在极板之间；电感线圈匝数多，磁场主要集中在线圈内部。这种结构导致电磁场被‘束缚’在电路元件附近，向外辐射的能量极少，不利于远距离传播。” （2）推导发射条件： 教师引导学生思考：“如何让电场和磁场扩散到更大的空间？”通过类比水波需要开阔水面才能传播，引出第一个条件：必须将振荡电路改造为“开放电路”。具体做法是将电容器极板拉开，变成两条导线——一条升入高空作天线，一条接入大地作地线。此时天线与大地构成一个巨大的电容器，电场延伸至广阔空间；同时电流沿天线流动产生环绕的磁场，形成向外辐射的电磁波。 （3）强调频率要求： 教师指出：“即使电路开放，若振荡频率太低，辐射效率依然不高。因为辐射功率与频率的四次方成正比。因此，第二个条件是：振荡频率必须足够高。”结合公式，说明可通过减小L（如减少线圈匝数）或减小C（如增大极板间距、减小面积）来提高频率。 环节3：深化理解 （1）讲解调制技术： 教师提出：“声音信号频率低（20Hz~20kHz），直接发射效率极低且多个信号会混杂。怎么办？”引入调制概念：“必须将低频信号‘搭载’到高频等幅振荡电流上再发射。”展示调幅（AM）与调频（FM）波形图，解释：“调幅是让高频波的振幅随音频信号变化，频率不变；调频是让高频波的频率随音频信号变化，振幅不变。” （2）比较调制方式： 教师引导学生讨论：“为什么调频广播音质更好？”提示学生思考干扰因素（如雷电产生高频脉冲主要影响振幅），得出结论：调频抗干扰能力强，失真小。举例说明AM用于中波广播，FM用于高保真音乐广播。 1.观察实验现象，记录氖管亮度随距离的变化规律。 2.参与讨论，理解电磁波能量随距离衰减的特性。 3.对比封闭LC电路与开放电路的结构差异，理解电场磁场分布对辐射的影响。 4.理解高频振荡的重要性，掌握提高频率的方法（减小L、C）。 5.学习调制概念，区分调幅与调频的波形特征和应用场景。 新课讲授 二、电磁波的传播 环节1：建立体系 （1）引入传播方式分类： 教师指出：“电磁波发射后，并非都沿直线传播。不同波长的无线电波因与地球环境相互作用不同，形成了三种典型传播路径：地波、天波、空间波。” （2）讲解地波传播： 教师展示地球表面障碍物（山、建筑）示意图，解释：“长波、中波能绕过障碍物传播，称为地波。这是因为波长较长时，衍射现象显著。长波可沿地表传播数千公里，适合远距离通信；中波白天主要靠地波，传播距离较近。” （3）讲解天波传播： 教师展示大气电离层结构图，说明：“短波可被距地面约60~400km的电离层反射回地面，实现远距离跳跃式传播，称为天波。但电离层密度受太阳活动影响大，信号不稳定，收音机常出现声音忽大忽小现象。” （4）讲解空间波传播： 教师指出：“超短波和微波波长短，绕射能力弱，几乎不被电离层反射，主要以直线方式传播，称为空间波。因此电视塔、手机基站都要建得很高。但由于地球曲率限制，传播距离有限，通常不超过几十公里。” 环节2：拓展应用 （1）举例说明应用： 教师提问：“为什么我们能用卫星电话与太空中的飞船通话？”引导学生回答：“微波穿透电离层，通过空间波与卫星中继通信。”进一步介绍卫星电视、雷达、5G通信均依赖空间波。 （2）组织小组讨论： 教师布置任务：“请各小组讨论并填写表格：比较地波、天波、空间波的传播方式、适用波段、优点、缺点及典型应用。”教师巡视指导，最后投影展示正确答案。 新课讲授 三、电磁波的接收 环节1：感知现象 （1）演示接收： 教师调整接收装置中的矩形线框面积（改变电感L），观察氖管亮度变化。当线框面积与发射端匹配时，氖管最亮。提问：“为什么只有特定尺寸时信号最强？” （2）引入电谐振： 教师解释：“当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，发生电谐振，产生最强振荡电流，类似机械共振。这就是选台的物理基础。” 环节2：解析流程 （1）讲解调谐过程： 教师展示LC调谐电路模型，转动可变电容器旋钮，说明：“通过改变C来调节接收电路的固有频率，使其与某一电台的载波频率相同，实现‘选台’，这个过程叫调谐。” （2）剖析解调原理： 教师强调：“接收到的是高频已调波，不能直接驱动耳机发声。必须从中提取原始音频信号，这个过程叫检波或解调。”展示晶体二极管检波电路图，讲解：“二极管单向导电，将交流变脉动直流；电容‘通高频阻低频’，滤除高频成分，留下音频电流驱动耳机。” （3）接收过程： 流程图：“天线接收→调谐选台→高频放大→解调（检波）→音频放大→耳机发声”。结合PPT动画演示整个过程，强化系统认知。 【例题1】下图的电路广泛的存在于收音机、电子琴等用电器中，如果我们在电路左侧的输入端输入正弦交流电，在AB端和CD端分别用示波器监测电路的输出信号。下列同学对示波器监测到的信号判断正确的是（　　） A．电路正常工作时，AB端监测到的信号图样如丁所示，CD端监测到的信号图样如甲所示 B．电路正常工作时，AB端监测到的信号图样如乙所示，CD端监测到的信号图样如丙所示 C．如果电路中的某个二极管虚焊断路，AB和CD端监测到的信号图样可能如乙和丙所示 D．改变电感的自感系数和电容器的电容都可以改变CD端输出信号的频率 【答案】C 【详解】AB．电路正常工作时，当输入端上端电势高时，右上、左下两个二极管导通，电流由A流向B；当输入端下端电势高时，右下、左上两个二极管导通，电流由A流向B；则AB端监测到的信号图样如甲所示；因线圈“通直流、阻交流”，电容器“通交流、阻直流”，则CD端监测到的信号是直流成分，即图样如丁所示，选项AB错误； C．如果电路中的某个二极管虚焊断路，则只能有半个周期的电流通过，则AB和CD端监测到的信号图样可能如乙和丙所示，选项C正确； D．由以上分析可知，改变电感的自感系数和电容器的电容不能改变CD端输出信号的频率，选项D错误。故选C。 针对训练1在幽深的海底，要想知道潜水器所在位置并不容易，因为海水是导电媒质，电磁波在海水中的传播衰减很大，且频率越高衰减越大，导致使用无线电波的定位手段在海水中失灵。声波是最有效的水下远距离传播信息的载体。声波在海水中传播时也会被海水吸收一部分，而且频率越高吸收就越厉害，频率低的声波反而被吸收得少。结合以上信息，下列说法正确的是（　　） A．无线电波在海水中传播时，会使海水中产生感应电流 B．若海水清澈，光在海水中的传播衰减就会很小 C．无线电波在介质中的传播速度除了与介质有关外，还与本身的频率有关 D．声波的频率越低，在海水中传播的距离越远，传播的速度越小 【答案】AC 【详解】A．海水是导电媒质，无线电波在海水中传播时，会使海水中产生感应电流，故A正确； B．光在海水中的传播衰减，主要是由于产生感应电流而导致的，故B错误； C．无线电波在介质中的传播速度，除了与介质有关外，还与本身的频率有关，故C正确； D．根据题意可知，声波的频率越低，在海水中传播的距离越远，声波是机械波，机械波的传播速度只取决于介质，则声波在海水中传播的速度不变，故D错误。 故选AC。 1.听讲并笔记，理解三种传播方式的基本概念。 2.观察电离层图示，理解天波反射机制及其不稳定性。 3.理解空间波的直线传播特性及受地球曲率限制。 4.参与讨论卫星通信原理，认识空间波的重要应用。 5.小组合作完成传播方式对比表，提升归纳总结能力。 1.观察实验，发现“面积相同时信号最强”的现象。 2.理解电谐振的概念及其与机械共振的类比关系。 3.动手模拟调谐操作，理解“调台”背后的物理原理。 4.学习解调过程，认识二极管和电容在电路中的作用。 5.跟随教师梳理接收全过程，建立完整的信息还原链条。 课 堂 练 习 1.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(　　) 【答案】　B 【详解】　使电磁波随各种信号而改变的技术，叫作调制．调制共有两种方式：一种是调幅，即通过改变电磁波的振幅来实现信号加载；另一种是调频，即通过改变频率来实现信号加载，由各选项的图形可知，该调制波为调幅波，即发射信号的振幅随声音信号振幅的变化而变化。故选B。 2.电磁波的发射、传播及接收过程如图所示，下列说法正确的是（　　） A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的 B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量 C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是短波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强 D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象 【答案】ABD 【详解】A．信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的；故A正确； B．电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量，故B正确； C．能直接穿过电离层，以空间波的形式进行直线传播是微波，这种直线传播受大气的干扰小、能量损失少、信号强，故C错误； D．调节频道主要是在调节LC电路中的电容C，改变其固有频率而产生“电谐振”现象，故D正确。 故选ABD。 3.如图甲所示为LC振荡电路，图乙的图像表示LC振荡电路中，电容器上极板电荷量随时间变化的关系，下列说法正确的是（　　） A．时间内，线圈中磁场能在减少 B．两时刻电路中电流最大 C．时间内，电容器内的场强在增大 D．增大电路的振荡周期，可以使该电路更有效地发射电磁波 【答案】A 【详解】A．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在增大，故电容器的电场能在增大，线圈中的磁场能在减少，故A正确； B．从图像可知，两时刻电容器的电荷量最大，故电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，故B错误； C．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在减少，电容器内的场强在减小，故C错误； D．根据电磁波发射的特点可知，要有效地发射电磁波，振荡电路必须要有足够高的振荡频率，需要减小电路的振荡周期，故D错误。 故选A。 4.（2025·浙江·高考真题）有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图1中， B．图2中，匀速转动的线圈电动势正在增大 C．图3中，电容器中电场的能量正在增大 D．图4中，增大电容C，调谐频率增大 【答案】C 【详解】A．理想变压器原副线圈与匝数的关系为，A错误； B．从图2所示位置转动至线框与磁感线垂直的过程中，逐渐转向中性面，因此线框中的电动势逐渐减小，B错误； C．电容器中电场强度方向竖直向上，因此下极板带正电，上极板带负电，根据线圈的磁场方向结合安培定则可知电流流向正极板，因此电容器正在充电，电场的能量正在增大，C正确； D．电容C增大，根据电磁振荡的频率可知调谐频率减小，D错误。 故选C。 5.如图为公交车上车时刷卡的情景，当听到“嘀”的声音，表示刷卡成功。刷卡所用的IC卡内部有电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。刷卡时，读卡机向外发射某一特定频率的电磁波，IC卡内的LC振荡电路产生电谐振，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．读卡机发射的电磁波不能在真空中传播 B．IC卡是通过X射线工作的 C．读卡机在发射电磁波时，需要进行调谐和解调 D．IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能 【答案】D 【详解】A．电磁波能在真空中传播，故A错误；B．IC卡工作肯定不是依靠X射线，X射线的辐射能量较大，长时间接触对人体有害，故B错误；C．读卡机发射的电磁波到IC卡的距离很近，所以不需要进行调谐和解调，故C错误；D．IC卡既能接收读卡机发射的电磁波，也有向读卡机传输数据的功能，故D正确。故选D。 6.雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。试回答下列问题∶ （1）雷达是如何接收电磁波的？ （2）利用雷达可以测出飞机的运动方向和速度。某固定雷达正在跟踪一架匀速飞行的飞机，其每隔固定时间T0发射一短脉冲的电磁波（如图中幅度大的波形），收到的由飞机反射回的电磁波经雷达处理后显示如图中幅度较小的波形，反射滞后的时间已在图中标出。其中T0、T和ΔT为已知量，光在真空中的传播速度为c。则飞机的运动方向和飞机的速度大小分别为多少？ 【答案】（1）见解析；（2）远离雷达方向， 【详解】（1）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，这就是雷达接收电磁波的原理。 （2）由屏幕上显示的波形可以看出，反射波滞后于发射波的时间越来越长，说明飞机离信号源的距离越来越远，飞机向远离雷达方向运动； 从雷达发出第一个电磁波起开始计时，经被飞机接收，故飞机第一次接收电磁波时与雷达距离 第二个电磁波从发出至返回，经T+ΔT时间，飞机第二次接收电磁波时与雷达距离 飞机从接收第一个电磁波到接收第二个电磁波内前进了，接收第一个电磁波时刻为，接收第二个电磁波时刻为所以接收第一个和第二个电磁波的时间间隔为 故飞机速度为解得。 课 堂 小 结 电磁波的“出道三部曲”——发射、传播、接收！总结如下： 1.发射：天线‘抖’出大舞台。‌ 2.传播：光速‘飞’越不堵车。‌ 3.接收：天线‘抓’住信号秀。‌ 板 书 设 计 第2节 电磁波的发射、传播和接收 一、发射：打包快递 振荡电流+开放电路（“发射器”）→载着信号的电磁波“出库”。 二、传播：空中运输 靠天波/地波/空间波赶路，像快递选不同运输路线。 三、接收：签收快递 接收天线“捕捉”信号→调谐（选频道）+解调（拆快递）→还原信号。 作业 布置 ‌1.观察家里电视天线或Wi-Fi路由器，画图说明它们如何“发射”电磁波，并写一句话解释“共振调谐”的作用。‌ 2.用手机和镜子，尝试用光反射传递信息（如写一个字母），记录过程并思考：“这和电磁波传播有啥相似？”‌ 3.举一个生活例子（如收音机调台），说明“接收天线如何抓取特定波段信号”，50字以内，越生动越好！ 教学反思 1. 调制、调谐、检波概念易混淆，需用“信号加工→筛选→还原”逻辑链梳理，结合简易实验演示区分核心作用。 2. 三种传播方式的适用场景讲解笼统，可补充具体通信案例（如收音机、卫星通信），强化特性与应用的关联。 3. 学生对发射天线“开放电路”的理解不足，应通过对比闭合与开放电路的差异，结合磁场线分布图示简化抽象原理。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $