4.2　电磁波的发射、传播和接收 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕电磁波的发射、传播和接收展开，通过铝管与感应线圈的情境实验导入，引导学生从发射条件（高频、开放电路）、调制方式（调幅、调频），到传播途径（地波、天波、空间波）及接收原理（电谐振、调谐、检波），构建完整知识脉络，形成学习支架。 其亮点在于融合科学探究（情境实验操作）、科学思维（发射接收电路模型建构与公式应用）和科学态度与责任（5G通信技术联系），通过“低频信号类比货物”等方法总结知识，助力学生深化物理观念和探究能力，为教师提供系统的素养培养教学资源。

第2节　电磁波的发射、传播和 接收 1.能说出电磁波的发射、传播和接收的过程。知道无线通信的基本原理。2.能正确区分调制、调幅、调频、调谐等概念。3.知道电磁波的三种传播方式。 [定位·学习目标]　 探究·必备知识 「知识梳理」 知识点一　电磁波的发射 1.为有效地发射电磁波,振荡电路必须满足两个条件 (1)振荡频率足够 。 (2)电场、磁场尽可能分布到较大的空间。 2.实际应用:为满足以上要求,可 电容器的极板面积, 极板间距,使电容器变成两条长的直导线,一条深入高空成为 ,另一条接入地下成为 ,形成 。 高 减小 增大 天线 地线 开放电路 调制 把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上 分类 调幅 (AM) 使电磁波的 随信号改变,频率始终保持不变 调频 (FM) 使电磁波的 随信号而改变 3.电磁波的调制 振幅 频率 知识点二　电磁波的传播 无线电波通常有三种传播途径: 、 和 。 地波:沿 传播的无线电波。 天波:靠大气中 的反射传播的无线电波。 空间波:像光束那样沿 传播的无线电波。 地波 天波 空间波 地球表面空间 电离层 直线 知识点三　电磁波的接收 1.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。因此,空中的导体可以用来接收电磁波。 2.电谐振与调谐 (1)电谐振:两个电路的振荡 相同时,电磁波会使接收电路中产生 的电流。 (2)调谐:选择某一特定频率,使接收电路产生 的过程。 3.检波:把声音或图像信号从高频载波中“检”出来的过程称为检波,是 的逆过程,也叫 。 频率 最强 电谐振 调制 解调 1.思考判断 (1)频率越高,振荡电路发射电磁波的本领越大。(　 　) (2)电视台发射的电磁波都经过了调制。(　 　) (3)当接收电路的固有频率和电磁波频率相同时,出现电谐振现象。(　 　) (4)收音机能够直接接收声波。(　 　) (5)要使电视机的屏幕上出现图像,必须将电视机接收到的无线电信号解调。 (　 　) (6)调制的两种方法是调谐和调频。(　 　) √ × 「新知检测」 √ √ √ × 2.思维探究 (1)说话的声音一般只能传几十米,最多只有几百米,而当我们的声音通过无线电广播却可以传到几千米以外,甚至传遍全球,为什么? 【答案】 (1)我们说话的声音是在空气中传播的声波,能量很低,而且在空气中的损耗很大,传播不太远的距离就损耗殆尽了,而无线电广播中的声音信号是搭载在高频电磁波上的,高频电磁波的能量很高,而且在空气中损耗很小,因而能传播很远的距离。 (2)在电磁波的接收中,为什么要进行“选台”?“选台”的原理是什么? 【答案】 (2)天空中有各种频率的电磁波,携带着各种信号,这些电磁波在天线中均会产生感应电流,如果把它们都接收下来,那必然是混乱的信号,因此要进行“选台”。“选台”的原理是利用电谐振,当接收电路的固有频率与某电磁波的频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强。 突破·关键能力 要点一　电磁波的发射 「情境探究」 将两根铝管固定在感应线圈的两极上,另两根铝管接微安表头并固定在绝缘手柄上,如图所示。 (1)接通感应线圈电源,把手柄上两铝管平行靠近感应线圈上的两铝管,你看到了什么现象?为什么? 【答案】 (1)微安表头指针偏转;因为绝缘手柄上的铝管接收到了电磁波。 (2)当把感应线圈两极上的铝管拆掉后,把手柄靠近感应线圈有什么现象?为什么? 【答案】 (2)没有装铝管时,微安表头指针不偏转,说明绝缘手柄上的铝管没有接收到电磁波。因为发射电磁波要有天线。 「要点归纳」 1.发射电磁波的条件 (1)要有足够高的振荡频率。理论研究表明,振荡电路向外界辐射能量的本领,即单位时间内辐射出去的能量,与振荡频率密切相关,频率越高,发射电磁波的本领越大。 (2)开放电路要使振荡电路的电场和磁场尽可能分布到较大的空间。 2.电磁波的发射示意图 [例1] 实际发射无线电波的过程如图所示。高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图甲所示,人对着话筒说话时产生低频信号如图乙所示。根据图像,发射出去的电磁波图像应是(　　) B A B C D 【解析】 高频振荡器产生高频等幅振荡,话筒结构里边有碳膜电阻,它的阻值随压力变化而变化。当我们对着它说话时,空气对它的压力随着声音而变化,那么它的电阻也就随声音信号而变化,振荡电流的振幅也就随着声音信号而变化,这就是调制。它不但影响了正半周,也影响了负半周,故选B。 ·学习笔记· (1)无线电波的发射:由振荡器(常用LC振荡电路)产生高频振荡电流,用调制器将需要传送的电信号调制到振荡电流上,再耦合到一个开放电路中激发出无线电波,向四周发射出去。 (2)一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号,都采用调幅波;电台的调频广播和电视中的伴音信号,都采用调频波。 (3)低频信号类比成货物,高频波类比成运载工具,调制的过程类比成将货物装载到运载工具上。 [针对训练1] 无线电广播需要对电磁波进行调制的原因是(　　) A.未经调制的高频电磁波无法向外界辐射 B.调制后的电磁波在空间传播的波长保持不变 C.调制后的电磁波在空间传播得更快 D.调制后的高频电磁波才能把要发射的信号传递出去 D 【解析】 未经调制的高频电磁波也能向外界辐射,但是传递目的地不确定,所以A错误;调制后不同频率的电磁波在空间传播的波长不同,所以B错误;电磁波在空间传播速度一般不变,所以C错误;经过调制后的高频电磁波才能把要发射的信号传递出去,所以D正确。 要点二　电磁波的接收 「情境探究」 (1)我们在城市里可以看见矗立在高楼顶上的天线,它的作用是什么? 【答案】 (1)天线用以接收空中的电磁波。 (2)我们应该如何从众多信号中选出我们所需要的信号呢? 【答案】 (2)通过调谐电路选出我们所需要的信号。 「要点归纳」 1.原理 利用电谐振,当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时,接收电路产生的振荡电流最强。 2.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电磁波,在接收电路中产生最强的感应电流的过程;解调是将高频电磁波中携带的有用信号分离出来的过程。 3.接收电路示意图 [例2] (双选)关于无线电波的接收,下列说法正确的是(　 　) A.当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波频率相同时,该电磁波在接收电路中激起的感应电流最强 B.使接收电路中产生电谐振的过程叫作调频 C.收音机的接收电路是LC振荡电路 D.从接收到的高频载波中“检”出所携带的信号,叫作调谐 AC 【解析】 接收电路与电磁波发生电谐振时,即接收电路的固有频率等于电磁波的频率时,电路中激起的感应电流最强,故A正确;使接收电路中产生电谐振的过程叫作调谐,故B、D错误;收音机的接收电路是LC振荡电路,故C正确。 调谐与电谐振的理解 (1)电谐振相当于机械振动中的“共振”。 (2)调谐与电谐振不同,电谐振是一个物理现象,而调谐则是一个操作过程。 ·学习笔记· [针对训练2] 在如图所示的电路中,C1=200 pF,L1=40 μH,L2=160 μH,当可变电容器C2为　　　　 pF时,可以使回路2与回路1发生电谐振,发生电谐振时的频率是　　　　 MHz,此操作过程叫作　　　　。  50 1.78 调谐 提升·核心素养 「模型·方法·结论·拓展」 调谐电路的分析方法 1.调节方向:由题目给出的情境准确判定出电路的固有频率该调大还是调小。 3.判定电容和电感大小的决定因素。决定电容的因素:极板正对面积S、极板间距d、相对介电常数εr;决定电感的因素:线圈匝数、线圈粗细、有无铁芯。这样就可以在2的基础上作出最准确的细微调节。 [示例] (双选)如图所示,调谐电路可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出仍接收不到较高频率电台发出的电信号。要接收到电信号,应(　 　) A.增加调谐电路中线圈的匝数 B.加大电源电压 C.减少调谐电路中线圈的匝数 D.将线圈中的铁芯取走 CD 「科学·技术·社会·环境」 5G通信 第五代移动通信技术是一项蜂窝移动通信技术,是2G、3G和4G系统的延伸。5G时代的网速让人瞠目结舌,它背后的衍生行业以及拉动的行业成果更让人惊喜。它的衍生让很多行业有了解放双手的迹象,并且工业的进步也将带给制造业和其他行业非常大的便利。 [示例] 5G是“第五代移动通信技术”的简称。相信很多人都经历过手机信号不好或不稳定的情况,5G能有效解决信号问题。由于先前的3G、4G等已经将大部分通讯频段占用,留给5G的频段已经很小了。5G采用了比4G更高的频段,5G网络运用的是毫米波,将网络通信速度提高百倍以上,但毫米波也有明显缺陷,穿透能力弱,目前解决的办法是缩减基站体积,在城市各个角落建立类似于路灯的微型基站。综合上述材料,下列说法不正确的是(　　) A.5G信号不适合长距离传输 B.手机信号不好或不稳定有可能是因为多普勒效应或地面楼房钢筋结构对信号有一定的屏蔽作用 C.5G信号比4G信号更容易发生衍射现象 D.随着基站数量增多并且越来越密集,可以把基站的功率设计得小一些 C 【解析】 因为5G信号穿透能力弱,信号衰减严重,故不适合长距离传输,故A正确;因5G信号穿透能力弱,手机信号不好或不稳定的情况有可能是接收端正在远离,或是电磁屏蔽现象,即多普勒效应或地面楼房钢筋结构对信号有一定的屏蔽作用,故B正确;5G采用了比4G更高的频段,即5G比4G频率更高,波长更短,更不容易发生衍射现象,故C错误;随着基站数量增多并且越来越密集,可以把基站功率设计得小一些,建立微型基站,故D正确。 检测·学习效果 1.(双选)要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应该采取的措施是(　 　) A.增大电容器极板间距 B.使振荡电容器的正对面积足够大 C.尽可能使电场和磁场向外部空间分散开 D.增加回路中的电容和电感 AC 2.世界各地有许多无线电台同时广播,用收音机一次只能收听到某一电台的播音,而不是同时收听到许多电台的播音,其原因是(　　) A.收听到的电台离收音机最近 B.收听到的电台频率最高 C.接收到的电台电磁波能量最强 D.接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同 D 【解析】 接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有频率相同,在接收电路中激起的振荡电流最强,故D正确,A、B、C错误。 3.无线电广播系统方框图如图所示,下列关于a、b装置说法正确的是(　　) A.a是调制,b是调谐 B.a是调制,b是解调 C.a是调谐,b是解调 D.a是调谐,b是调制 B 【解析】 在无线电广播中,人们先将声音信号转换为电信号,然后将这些信号由高频电磁波带着向周围空间传播,可知a是调制。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线电广播的大致过程。其中“收音”的顺序大致为:天线接收电磁波→调谐器选出某一频率的电磁波→解调器从高频电流中取出音频电信号,放大后送到扬声器→扬声器把音频电信号转换成声音,可知b是解调。 4.“小蜜蜂”是老师上课常用的扩音设备,随着无线电技术的应用,很多老师用上了蓝牙“小蜜蜂”(蓝牙属于电磁波),麦克风与扩音器不用导线连接,老师拿着麦克风在教室中间说话,放在讲台上的扩音器也能工作。下列说法正确的是(　　) A.“小蜜蜂”只能接收到来自麦克风的信号 B.麦克风中只要有变化的电场,就一定能发出蓝牙信号 C.“小蜜蜂”接收电磁波时,通过调谐来使接收电路中出现电谐振现象 D.麦克风回路可通过增大发射电磁波的波长来提高LC振荡电路发射电磁波的本领 C 【解析】 因为蓝牙属于电磁波,周围空间存在其他电磁波信号,所以“小蜜蜂”不只接收到了来自麦克风的信号,A错误;均匀变化的电场产生恒定的磁场,不能产生电磁波信号,B错误;“小蜜蜂”接收电磁波时,需要使接收电磁波的LC振荡电路的固有频率与电磁波的频率相同,从而发生电谐振,这个过程叫作调谐,C正确;减小发射电磁波的波长,则会提高频率,可以提高LC振荡电路发射电磁波的本领,D错误。 5.移动电话是现代人们最常用的通信工具之一,每个移动电话都是一个发射器,它通过　　　 　把你讲话的信号发射到空中;同时它又是一个 　　　　接收器,在空中捕获　　　　,使你得到对方讲话的信息。  电磁波 电磁波 电磁波 【解析】 移动电话间通话的发射和接收信息都是利用电磁波。 感谢观看 【解析】 发生电谐振时两电路的固有频率相同。为使回路发生电谐振,可以改变可变电容器C2,使f2=f1,即=,C2== pF=50 pF,发生电谐振时的频率f1=≈1.78×106 Hz=1.78 MHz,此操作过程叫作调谐。 2.由频率公式f=,根据1中的调节方向,可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小。 【解析】 当调谐电路的固有频率等于接收电磁波的频率时,发生电谐振才能较好地接收到电台信号。题图调谐电路接收不到信号的原因是调谐电路的固有频率低,由f=知,在电容器C无法再调节的情况下,可减小电感L以提高f,故选项C、D正确。 【解析】 要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领,应从两个方面考虑,一是提高振荡频率,二是使电磁场尽可能地分散开,C正确;由f=可知,当增大电容器极板间的距离时,C变小,f增大,A正确;使电容器正对面积变大,C变大,f变小,B错误;增大回路中的L、C,f变小,D错误。 $