3. 电磁波的传播和接收（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

第3节 电磁波的传播和接收 1.物理观念：理解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念，能看懂无线电波接收示意图。了解什么是电磁波谱及不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。 2.科学思维：学会分析无线电波接收的工作原理，领会无线电波在实际生活生产中的应用流程。了解电磁波谱中各波段的主要特性和在科技、经济、社会发展中的应用。 3.科学探究：通过实物展示电视广播的接收过程，锻炼学生对实际问题的研讨能力。体会电磁波的应用对现代社会的影响，明确不同的电磁波具有的不同用途和危害,引发学生对波动现象的好奇心。 4.科学态度与责任：通过电磁波的应用,体会科技的发展对社会的推动作用。引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯,激发学生勇于探索的积极性。 1.了解无线电波的特点，知道电磁波波长λ、频率f及波速c之间的关系为λ＝(重点)。 2.知道什么是电磁波谱，知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，不同波长电磁波的特征及主要用途(重点)。 3.理解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波接收过程中的作用(难点)。 【知识回顾】 第2节 电磁波的产生与发射 一、电磁振荡 1.振荡电流： 和 都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生 的电路。 3.LC振荡电路：由 和 组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在 地变化。这种现象就是电磁振荡。 5.振荡规律： 6.LC电路的周期和频率公式：T= ，f= 。 二、电磁波的发射 有效发射电磁波的两个条件：1. 电路 2. 提高振荡 。 【自主预习】 第3节 电磁波的传播和接收 一、电磁波的特性 1.电磁波的产生：变化的 和 交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 2.电磁波的特点 (1)电磁波是 ，在传播方向上的任一点，E和B彼此 且均与传播方向 。如图所示。 (2)电磁波的传播 介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108 m/s。 (3)电磁波具有波的共性，能产生 、 、反射、折射和 等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (4)电磁波波长λ、频率f及波速c之间的关系为λ＝ 。 二、无线电波的传播 1.电磁波谱：按电磁波的 大小或 高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、 、可见光、 、X射线、γ射线等。不同电磁波具有不同的 ，具有不同的特性。 3.无线电波的三种传播方式： （地面传播）、 （电离层反射传播）和 （直线传播）。 三、电磁波的接收 1.无线电波的发射 (1)调制：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种 而改变。 (2)调制的分类 ①调幅(AM)：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变的调制技术。 ②调频(FM)：使高频电磁波的 随信号的强弱而改变的调制技术。 2.接收原理：电磁波在传播时如果遇到 ，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是 。 3.接收方法 (1)电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率 时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的 。 (2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 (3)解调：把声音或图像信号从 中还原出来的过程，这个过程也是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。 4.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，实际传播中需要通过载波将信号调制成 信号再进行传播。 (2)高频电视信号的三种传播方式：地面 传输、有线网络传输以及 传输。 (3)电视信号的接收：电视机接收到的高频电磁波信号经过 将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。 思考与讨论1 一、电磁波的特性 类比机械波的特点,电磁波有哪些特点? 思考与讨论2 二、无线电波的传播 1.不同的电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。如图所示： 提出问题: (1)什么是无线电波? (2)它是如何划分的? (3)它有哪些特性?又有哪些应用? 2.无线电波的有哪三种传播方式？ 思考与讨论3 三、电磁波的接收 1.无线电通信是怎样利用电磁波来传递信号呢？ 2.发射的电磁波是如何被接收到的呢? 3.无线电广播的是如何发射和接收的呢？ 示例 广播电视、移动通信等通信方式都需要频率资源，占用一定的频率带宽，通常一套电视信号的频带宽度为8MHz，若某多媒体广播电视的中心频率为411MHz，请计算这一广播电视频率范围对应的波长范围。 课堂小结： 1. (多选)下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因的说法正确的是(　　) A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强 B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快 C.经过调制后的电磁波在空间传播的波长不变 D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去 2.收音机的调谐电路如图所示，旋转收音机面板上的“调频”旋钮可以改变可变电容器C的电容，进而改变调谐电路的频率。某同学发现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。下列说法或做法正确的是(　　) A.为了收到这个电台，他应该增加线圈的匝数 B.将可变电容器的动片旋出一些后将接收到波长更大的电信号 C.调节“调频”旋钮的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同 D.收音机经过调谐电路后就可以得到我们所需要的声音信号 3.(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是(　　) A.调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去，调制的方法有调幅和调频 B.在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调谐 C.要使电视机的屏上有图像，必须有解调过程 D.接收电磁波时，通过调制来使接收电路中出现电谐振现象 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 电磁波的传播和接收 1.物理观念：理解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念，能看懂无线电波接收示意图。了解什么是电磁波谱及不同波长(或频率)范围的电磁波的特性以及应用。 2.科学思维：学会分析无线电波接收的工作原理，领会无线电波在实际生活生产中的应用流程。了解电磁波谱中各波段的主要特性和在科技、经济、社会发展中的应用。 3.科学探究：通过实物展示电视广播的接收过程，锻炼学生对实际问题的研讨能力。体会电磁波的应用对现代社会的影响，明确不同的电磁波具有的不同用途和危害,引发学生对波动现象的好奇心。 4.科学态度与责任：通过电磁波的应用,体会科技的发展对社会的推动作用。引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯,激发学生勇于探索的积极性。 1.了解无线电波的特点，知道电磁波波长λ、频率f及波速c之间的关系为λ＝(重点)。 2.知道什么是电磁波谱，知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，不同波长电磁波的特征及主要用途(重点)。 3.理解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波接收过程中的作用(难点)。 【知识回顾】 第2节 电磁波的产生与发射 一、电磁振荡 1.振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。振荡电流实际上是指频率很高的交变电流。 2.振荡电路：产生振荡电流的电路。 3.LC振荡电路：由电感线圈L和电容C组成的最简单的振荡电路。 4.电磁振荡：在LC振荡电路中，电路的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化。这种现象就是电磁振荡。 5.振荡规律： 6.LC电路的周期和频率公式：T=2π，f=。 二、电磁波的发射 有效发射电磁波的两个条件：1. 开放电路 2. 提高振荡频率。 【自主预习】 第3节 电磁波的传播和接收 一、电磁波的特性 1.电磁波的产生：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.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＝3.0×108 m/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)电磁波波长λ、频率f及波速c之间的关系为λ＝。 二、无线电波的传播 1.电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。不同电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 3.无线电波的三种传播方式：地波（地面传播）、天波（电离层反射传播）和空间波（直线传播）。 三、电磁波的接收 1.无线电波的发射 (1)调制：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(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术。 ②调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术。 2.接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。 3.接收方法 (1)电谐振：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，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振。 (2)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 (3)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程，这个过程也是调制的逆过程。调幅波的解调也叫检波。 4.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，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。 (2)高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。 (3)电视信号的接收：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。 思考与讨论1 一、电磁波的特性 类比机械波的特点,电磁波有哪些特点? 答案 电磁波的特点有 (1)电磁波在真空传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直且均与传播方向垂直。 (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=3.0×108 m/s。 (3)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (4)电磁波波长λ、频率f及波速c之间的关系为λ＝ 思考与讨论2 二、无线电波的传播 1.不同的电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。如图所示： 提出问题: (1)什么是无线电波? (2)它是如何划分的? (3)它有哪些特性?又有哪些应用? 答案 (1)无线电波：把波长大于1mm(频率低于300 GHz)的电磁波称作无线电波。 (2)按波长(频率)可以把无线电波划分为若干波段。不同波段的无线电波的传播特点不一样，发射、接收所用的设备和技术也不尽相同,因此各有不同的用途。 (3)无线电波的传播能力很强,传播过程中的波动性比较明显。广泛应用于通信、广播及其他信号传输。 2.无线电波的有哪三种传播方式？ 答案 地波（地面传播）、天波（电离层反射传播）和空间波（直线传播）。 思考与讨论3 三、电磁波的接收 1.无线电通信是怎样利用电磁波来传递信号呢？ 答案 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。即调制。 2.发射的电磁波是如何被接收到的呢? 答案 接收电路——调谐——电谐振——检波。 3.无线电广播的是如何发射和接收的呢？ 答案 (1)电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。 (2)电视信号的接收：在电视接收端，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。 示例 广播电视、移动通信等通信方式都需要频率资源，占用一定的频率带宽，通常一套电视信号的频带宽度为8MHz，若某多媒体广播电视的中心频率为411MHz，请计算这一广播电视频率范围对应的波长范围。 答案　0.723~0.737m 解析　电视信号的中心频率411MHz、频率宽度8MHz，可知该电视信号的电磁波频率范围是 407~415MHz，当频率为 对应的电磁波波长 当频率为 对应的电磁波波长 因此，该广播电视对应的电磁波波长范围为0.723~0.737m。 课堂小结： 1. (多选)下列关于无线电广播对电磁波进行调制的原因的说法正确的是(　　) A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强 B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快 C.经过调制后的电磁波在空间传播的波长不变 D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号有效地传递出去 答案　AD 解析　调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能力，也就是把含有信息的低频信号加载到高频电磁波上，频率变大，即辐射能量的本领变强，易于向外发射，A正确；电磁波在空气中的波速接近光速，传播速度不变，B错误；根据v＝λf可知，传播速度不变，频率改变，则波长必然改变，C错误；要把电磁波有效地发射出去，必须有足够高的频率，经过调制之后的波具有较高频率，从而把我们要告知对方的信号有效地传递出去，D正确。 2.收音机的调谐电路如图所示，旋转收音机面板上的“调频”旋钮可以改变可变电容器C的电容，进而改变调谐电路的频率。某同学发现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。下列说法或做法正确的是(　　) A.为了收到这个电台，他应该增加线圈的匝数 B.将可变电容器的动片旋出一些后将接收到波长更大的电信号 C.调节“调频”旋钮的目的是使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同 D.收音机经过调谐电路后就可以得到我们所需要的声音信号 答案　C 解析　收不到高频电台的信号，因此需要增加调谐电路的固有频率，根据f＝可知，减小线圈匝数，会导致自感系数减小，从而使固有频率增加，所以应该减小线圈匝数，故A错误；电容器的动片旋出一些相当于电容减小，因此固有频率会增加，根据公式λ＝可知，频率越大，波长越小，所以电容器的动片旋出一些后将接收到波长更小的电信号，故B错误；调节“调频”旋钮的目的是达到共振，使调谐电路的固有频率跟接收的电磁波频率相同，故C正确；收音机经过调谐电路后还需要通过解调才能得到我们需要的声音信号，故D错误。 3.(多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法正确的是(　　) A.调制的作用是把低频信号的信息加载到高频电磁波上去，调制的方法有调幅和调频 B.在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调谐 C.要使电视机的屏上有图像，必须有解调过程 D.接收电磁波时，通过调制来使接收电路中出现电谐振现象 答案　AC 解析　调制的作用是把低频信号加载到高频电磁信号上去，如果使高频电磁波的振幅随低频信号的变化而变化，则是调幅，如果使高频电磁波的频率随低频信号的变化而变化，则是调频，A正确；在电磁波的发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制，B错误；将信号从电磁波上还原出来的过程称为解调，所以要使电视机的屏上有图像，必须有解调过程，C正确；当接收电路的固有频率等于电磁波的频率时，会在接收电路中发生电谐振现象，通过调谐来使接收电路中出现电谐振现象，D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $