第2节 电磁波的发射、传播和接收（导学案）物理鲁科版选择性必修第二册

2. 电磁波的发射、传播和接收 导学案 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。 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。 【知识回顾】 电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。 2．电磁波的特点 (1)电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。 (2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光是电磁波。 (3)电磁波的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 (4)电磁波能发生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 (5)电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，电磁波传播过程就是能量传播过程。 【自主预习】 一、无线电波的发射 1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点 (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)应采用开放电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。 2．开放电路 实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。 3．无线电发射技术 (1)载波：携带要传递的信号的高频电磁波。 (2)调制：使载波随各种信号而改变的技术。 (3)调制的分类： 调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变的调制。 调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变的调制。 二、电磁波的传播 1．无线电波通常有三种传播途径：地波、天波和空间波。 2．传播特点 (1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中，通常采用地波的形式传播长波、中波和中短波。 (2)天波：靠大气层中电离层的反射传播的无线电波。短波最适合采用天波的形式传播。 (3)空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和微波通信，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径。 三、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．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的现象。 3．调谐 使接收电路产生电谐振的过程。 4．解调 使声音或图像信号从接收到的高频感应电流中还原出来的过程，这个过程是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。 5．高频电视信号的传播方式有三种：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。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。 【思考交流1】 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。 【问题体验1】电磁波的发射 （一）有效发射电磁波的条件和方法 有效发射电磁波的条件是什么？如何改装第1节学习的LC电路，就可以有效的发射电磁波了？ 1.有效发射电磁波的条件和方法 第一：要有足够高的振荡频率。 振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关。频率越高，发射电磁波的本领就越大。 提高振荡频率的方法有哪些？ ①减小电容C：增大板间距d，减小正对面积S ②减小自感系数L 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。 振荡电路变为成为一条导线 实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。 天线和大地构成一个巨大的电容 声音、文字、图象等转变成电信号能直接发射吗？怎么做才能发射出去？ （二）调制 2.调制——使载波随各种信号而改变的技术 为了传送声音、文字、图象等信号，首先要把传递的信号转变成电信号。但这种电信号的频率较低，不能直接发射出去，需要将这种低频电信号加到高频振荡电流上发射出去。 ①调制：把传递的电信号（叫做调制信号）加到高频振荡电路（叫做载波）上的过程。进行调制的装置叫做调制器。 ②常用的调制方式——调幅、调频 调幅：使高频振荡电磁波的振幅随调制信号而改变叫做调幅。 调幅广播(AM)一般使用中波和短波波段。 声音信号的调制过程 调频：使高频振荡电流的频率随调制信号而改变叫做调频。 ①调频广播(FM)和电视广播都采用调频的方法来调制； ②通常使用微波中的甚高频(VHF)和超高频(UHF)波段。 电磁波的接收的原理和设备是什么？从诸多信号中把我们需要的信号筛选出来的电路是什么电路？其原理是什么？ 【问题体验2】电磁波的传播与接收 （1） 接收原理和设备 ①原理:电磁感应现象，导体遇到电磁波会产生感应电流。 ②设备：接收天线 接收电磁波后首先要从诸多的信号中筛选出自己想要的，这就要设法使我们所需的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。如何实现筛选呢？ （二）调谐 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。  调谐电路 调谐：使接收电路发生电谐振的过程 （三）解调与接收 3.解调过程还原声音和图像信号 这是原信号吗？ 这是原信号+载波 解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来 4.无线电的接收过程 【归纳总结1】电磁波的传播特性 传播方式 适合的波段 特点 地波 沿地球表面空间传播 长波、中波、中短波 衍射能力较强 天波 靠大气电离层的反射传播 中短波、短波 反射能力较强 空间波 沿直线传播 短波、超短波、微波 穿透能力较强 1.在无线电广播的接收中，调谐和解调是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是(　　) A．调谐→高频放大→解调→音频放大 B．解调→高频放大→调谐→音频放大 C．调谐→音频放大→解调→高频放大 D．解调→音频放大→调谐→高频放大 【答案】A 【详解】调谐是从众多的电磁波中选出所需频率的高频信号，然后进行高频放大，再从放大后的高频信号中“检”出高频信号所承载的低频声音信号(解调)，最后将这些低频声音信号放大后通过扬声器播放出来，综上所述，A对。 2.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。 3.2023年4月15日，神舟十五号航天员乘组进行了第四次出舱活动。在地面工作人员和舱内航天员邓清明的密切配合下，两名出舱航天员费俊龙、张陆圆满完成全部既定工作任务，安全返回问天实验舱。下列说法正确的是（　　） A．地面工作人员发出指令的声音是由声带振动产生的 B．地面工作人员可以利用音色区分航天员 C．地面工作人员与舱内的航天员利用电磁波传递信息 D．舱外的两名航天员大声说话就能直接利用声波进行交流 【答案】ABC 【详解】A．声音的产生是由于声带的振动，A正确； B．音色由发声体本身决定，利用音色可以区分航天员，B正确； CD．声音的传播需要介质，太空中没有空气，所以航天员之间以及他们和地面的交流都需要通过电磁波传递信息，故C正确，D错误。 故选ABC。 4.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。 5.（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。 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。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 电磁波的发射、传播和接收 导学案 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。 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。 【知识回顾】 电磁波 1．电磁波的产生：变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了 。 2．电磁波的特点 (1)电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。 (2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光是电磁波。 (3)电磁波的电场强度E与磁感应强度B互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 (4)电磁波能发生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。 (5)电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，电磁波传播过程就是能量传播过程。 【自主预习】 一、无线电波的发射 1．要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点 (1)要有 的振荡频率。频率越高，发射电磁波的本领越大。 (2)应采用 电路。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。 2．开放电路 实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作 ；线圈的另一端与高高地架在空中的 相连。 3．无线电发射技术 (1)载波：携带要传递的信号的 电磁波。 (2)调制：使 随各种信号而改变的技术。 (3)调制的分类： 调幅：使高频电磁波的 随信号的强弱而变的调制。 调频：使高频电磁波的 随信号的强弱而变的调制。 二、电磁波的传播 1．无线电波通常有三种传播途径： 、 和 。 2．传播特点 (1)地波：沿地球表面空间传播的无线电波。在无线电技术中，通常采用地波的形式传播 、中波和中短波。 (2)天波：靠大气层中电离层的反射传播的无线电波。 最适合采用天波的形式传播。 (3)空间波：像光束那样沿直线传播的无线电波。这种传播方式适用于超短波和 ，此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利用空间波作为传输途径。 三、无线电波的接收 1．接收原理 电磁波在传播时遇到 ，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 。 2．电谐振 当接收电路的 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的现象。 3．调谐 使接收电路产生 的过程。 4．解调 使声音或图像信号从接收到的高频感应电流中还原出来的过程，这个过程是调制的逆过程。调幅波的解调也叫 。 5．高频电视信号的传播方式有三种：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的 方式。 【思考交流1】 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。 【问题体验1】电磁波的发射 （一）有效发射电磁波的条件和方法 有效发射电磁波的条件是什么？如何改装第1节学习的LC电路，就可以有效的发射电磁波了？ 1.有效发射电磁波的条件和方法 第一： 提高振荡频率的方法有哪些？ 第二： 天线和大地构成一个巨大的电容 声音、文字、图象等转变成电信号能直接发射吗？怎么做才能发射出去？ （二）调制 2.调制——使载波随各种信号而改变的技术 ①调制： ②常用的调制方式——调幅、调频 调幅： 声音信号的调制过程 调频： 电磁波的接收的原理和设备是什么？从诸多信号中把我们需要的信号筛选出来的电路是什么电路？其原理是什么？ 【问题体验2】电磁波的传播与接收 （1） 接收原理和设备 ①原理: ②设备： 接收电磁波后首先要从诸多的信号中筛选出自己想要的，这就要设法使我们所需的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。如何实现筛选呢？ （二）调谐 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 。 调谐电路 调谐： （三）解调与接收 3.解调过程还原声音和图像信号 这是原信号吗？ 这是原信号+载波 解调： 4.无线电的接收过程 【归纳总结1】电磁波的传播特性 传播方式 适合的波段 特点 地波 长波、中波、中短波 衍射能力较强 天波 中短波、短波 反射能力较强 空间波 短波、超短波、微波 穿透能力较强 1.在无线电广播的接收中，调谐和解调是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是(　　) A．调谐→高频放大→解调→音频放大 B．解调→高频放大→调谐→音频放大 C．调谐→音频放大→解调→高频放大 D．解调→音频放大→调谐→高频放大 2.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 3.2023年4月15日，神舟十五号航天员乘组进行了第四次出舱活动。在地面工作人员和舱内航天员邓清明的密切配合下，两名出舱航天员费俊龙、张陆圆满完成全部既定工作任务，安全返回问天实验舱。下列说法正确的是（　　） A．地面工作人员发出指令的声音是由声带振动产生的 B．地面工作人员可以利用音色区分航天员 C．地面工作人员与舱内的航天员利用电磁波传递信息 D．舱外的两名航天员大声说话就能直接利用声波进行交流 4.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 5.（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 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？ 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $