4.4无线电波的发射、传播与接收 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦无线电波的发射条件、调制原理及传播方式，通过开放发射电路对比图导入，衔接LC振荡与电磁波基础，搭建“发射条件→调制原理→传播方式”的完整学习支架。 以对比图解、波形辨析等直观教学法为特色，注重科学思维（对比建模、分类归纳）与科学探究（观察讨论），如调幅调频波形区分、传播方式与应用匹配，融入课程思政，助力学生建立通信观念、提升思维能力，为教师提供清晰教学流程与纠错策略。

教学设计 课程名称 无线电波的发射、传播与接收 选用教材 高中物理教科版选修二 教学章节 第四章第四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是电磁振荡与电磁波全章应用落地课，综合 LC 振荡、电磁波基础理论，完整讲解无线电通信全流程，分为三大核心板块。第一板块依托开放发射电路对比图，对比封闭 LC 振荡电路与带天线地线的开放发射电路，梳理电磁波有效发射的两个必备条件：电路充分开放、振荡频率足够高，解释天线地线将电场磁场扩散至广阔空间，高频电磁波辐射能力更强；第二板块借助调幅调频波形与广播装置图，区分载波、音频信号、调幅波、调频波四种波形，讲解调制的作用是把低频声音信号加载到高频载波上，介绍调幅、调频两种主流调制方式，结合广播发射装置说明变压器耦合实现调制发射的完整流程；第三板块依靠无线电波多种传播方式示意图，介绍无线电波三类传播路径：地波沿地表传播、天波依靠电离层反射传播、直线传播依靠地面中继站或通信卫星传输，对应不同波长无线电波的适用场景。整体搭建 “开放发射电路对比图掌握电磁波发射条件→调幅调频波形与广播装置图理解调制原理→无线电波传播示意图区分三种传播途径” 完整探究链条，把抽象电磁理论和广播、卫星通信、移动通信等现实通信技术结合，完成第四章全部知识闭环。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握 LC 电磁振荡、电磁波产生与传播基础，知道变化电场磁场交替激发形成电磁波；生活中每天接触手机、广播、卫星电视等无线电设备，但不清楚声音低频信号无法直接远距离发射，不理解调制的作用；无法区分封闭 LC 电路不能有效发射电磁波的原因，对天线、地线的功能没有清晰认知；不知道不同波长无线电波对应不同传播方式，不了解电离层、中继站、通信卫星在信号传输中的作用。 2. 能力基础 学生具备单一 LC 振荡现象分析能力，但对比封闭、开放电路辐射差异的对比归纳能力薄弱；区分调幅、调频波形特征、解释调制作用的图像分析能力不足；系统梳理无线电波三种传播方式、匹配对应波长与应用场景的综合梳理能力偏弱。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：低频声音信号可以直接远距离发射；封闭 LC 振荡电路能高效向外辐射电磁波；频率越低的电路发射电磁波能力越强；所有无线电波都依靠电离层反射传播；调幅和调频两种波形没有本质区别。 三、教学目标 1. 物理观念 建立分层完整无线电通信观念：有效发射电磁波需要满足电路开放、振荡频率高两个条件，天线与地线将电磁场扩散到空间；低频音频信号无法远距离辐射，需要通过调制加载到高频载波上，分为调幅、调频两种调制方式；无线电波分为地波、天波、直线传播三种传播方式，长波适合地波，中短波依靠电离层反射形成天波，超短波微波只能直线传播，借助中继站、通信卫星扩大传输距离；整套无线电通信分为发射、调制、传播、接收完整流程，全部依托电磁波规律实现。 2. 科学思维 依托开放发射电路对比图建立封闭与开放电路辐射差异的对比建模思维；借助调幅调频波形与广播装置图建立信号、载波、调制波形的对应演绎思维；利用无线电波传播示意图建立三类传播路径分类归纳、场景匹配的系统综合思维，三层思维同步开展训练。 3. 科学探究 观察开放发射电路对比图，对比封闭 LC 电路与天线地线开放电路，熟记电磁波发射两大条件；看懂调幅调频波形与广播装置图，区分载波、音频信号、调幅波、调频波，理解调制的意义，看懂广播发射装置结构；解读无线电波多种传播方式示意图，分清地波、天波、直线传播的传播路径、适用波长与配套设施；完整经历 “开放发射电路对比图学习电磁波发射条件→调幅调频波形图认识调制原理与广播发射装置→无线电波传播示意图梳理三类传播方式” 标准化无线电通信探究流程。 4. 科学态度与责任 无线电通信技术支撑移动通信、卫星导航、广播电视、远程物联网等数字产业，电磁物理理论是信息时代底层根基，引导学生学好物理助力我国通信芯片、卫星航天技术自主创新；无线电频谱属于公共资源，国家制定严格通信频段管理规范，树立规范使用无线电设备、遵守电磁通信法规的法治意识；长距离跨区域通信依靠中继站、通信卫星协同配合，培养分工协作、统筹规划的工程思维；无线电波广泛服务生活同时，大功率射频设备存在电磁干扰，树立合理规范使用电子设备的意识；从 LC 振荡到卫星通信，物理理论持续推动通信技术迭代，感受科学技术改变生活、联通世界的巨大价值。 四、教学重难点 重点 无线电波有效发射的两个条件；调制的意义，调幅、调频的区分 无线电波三种传播方式：地波、天波、直线传播的特点与适用场景 难点 理解低频信号不能直接发射，必须调制到高频载波上的内在逻辑 区分不同波长无线电波对应的传播方式，理解电离层、卫星中继的作用 五、教学方法 对比图解分析法：开放发射电路对比图，对比封闭、开放电路辐射能力差异； 波形图解辨析法：调幅调频波形图，直观区分两种调制方式的波形特征； 流程图解梳理法：无线电波传播示意图，分层梳理三类传播路径与配套设施； 生活情境结合法：结合广播、手机、卫星电视实例匹配对应通信原理； 易错概念抢答辨析法：出示发射条件、调制、传播方式相关判断题，纠正认知偏差。 六、教学资源 教科版高中物理选择性必修第二册课本；三棱镜色散实物图、电视遥控器红外实物图、伦琴 X 射线手骨照片、完整电磁波谱总图；各波段电磁波应用分层思考题；医院放射防护、卫星红外遥感科普图文素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 开放发射电路对比图引入，学习无线电波发射两大条件（13 分钟） · 投影开放发射电路对比图 · 左侧为封闭 LC 振荡电路，右侧为带天线、地线的开放发射电路，对比两幅电路结构差异。 · 分层讲解电磁波有效发射的两个必备条件：第一，电路必须充分开放，封闭 LC 电路的电场能、磁场能局限在电容、线圈内部，无法向外辐射；将电容器极板拉开形成天线、地线，电磁场可以扩散到广阔空间，实现电磁波远距离传播；第二，振荡电路频率必须足够高，频率越高，电路辐射电磁波的能力越强，低频电路几乎无法向外辐射能量。同步解释天线向上伸向天空、地线接入大地的分工作用，二者配合构建开放空间。 · 抛出同桌交流任务两分钟：普通封闭 LC 振荡电路不能远距离发射电磁波，核心原因是什么，结合电路开放条件分析，教师巡回倾听各组发言，收集不同观点。 · 出示全班辨析思考题：低频电路辐射电磁波能力更强、封闭 LC 电路可以高效发射电磁波，判断对错，点名学生作答并完整说明理论依据。 · 过渡铺垫：仅产生高频电磁波无法传递声音、图像信息，下一张调幅调频波形图学习如何把声音信号加载到高频电波上。 · 认真观察开放发射电路对比图，分清封闭 LC 电路、带天线地线开放电路结构差异，看懂天线、地线拓展电磁场分布的作用。 · 完整记录电磁波发射两大条件：电路充分开放、振荡频率足够高，圈画开放、高频核心关键词。 · 和身旁同桌相互交流封闭 LC 电路无法发射电波思辨问题，分工说出电磁场束缚在电容线圈内部，无法扩散到外部空间。 · 独立判断辨析题对错，完整写出纠正对应的发射条件规律，规避两类基础认知误区。 · 梳理天线、地线的功能，明确开放电路是远距离发射电磁波的硬件基础。 环节二 调幅调频波形与广播装置图探究，掌握调制原理与两种调制方式（16 分钟） · 投影调幅调频波形与广播装置图 · 依次展示高频载波波形、音频信号波形、调幅波、调频波，右侧配套无线电广播调幅发射装置电路图。 · 分层分步讲解调制完整逻辑：人说话、音乐产生的音频信号属于低频波，低频波辐射能力极弱，无法远距离传播；高频等幅载波辐射能力强，但不携带声音信息；调制就是把低频信号加载到高频载波上，让高频电波携带声音向外发射；两种调制方式：调幅是让载波振幅跟随音频信号变化，调频是让载波频率跟随音频信号变化；结合广播发射装置讲解，麦克风采集音频信号，通过变压器耦合送入高频振荡电路，完成调幅后经天线发射载有声音的无线电波。 · 布置四人小组简短讨论任务三分钟：为什么广播、手机通信不直接发射音频低频信号，必须使用高频载波调制。 · 汇总小组发言，统一得出结论：低频信号辐射能力极差，无法远距离传播，高频载波辐射能力强，调制后可以携带信息远距离传输。 · 抛出同桌交流任务两分钟：调幅波和调频波最直观的波形区别是什么，对照图中波形分析。 · 认真观察调幅调频波形与广播装置图，区分四种波形外观特征，看懂广播装置内麦克风、高频振荡器、耦合线圈、天线完整结构。 · 完整抄写调制作用、调幅与调频区分要点：调幅改变振幅，调频改变频率，高频载波搭载低频信息实现远距离传输。 · 四人小组围绕低频信号不能直接发射思辨问题充分交流，小组代表举手完整分享讨论结论与依据。 · 和身旁同桌相互交流调幅调频波形区分思辨问题，分工说出调幅波高低起伏由信号决定，调频波振幅保持不变、疏密发生变化。 · 区分载波、信号波、调制波三者关系，建立音频信号依靠高频载波传输的完整逻辑。 环节三 无线电波多种传播方式示意图拓展，梳理三类传播路径与应用（13 分钟） 投影无线电波多种传播方式示意图 图中标注发射台、三种传播路径：地波沿地面传播、天波向上经电离层反射折返地面、直线传播依靠中继站或通信卫星传输，标注电离层、中继站、通信卫星、接收站全部设施。 分层讲解三类无线电波传播方式：第一，地波：长波、中波沿地表传播，绕开地面障碍物，适合远距离地面广播；第二，天波：中短波向上射入电离层，发生反射回到地面，实现跨区域远距离广播；第三，直线传播：超短波、微波无法被电离层反射，只能沿直线传播，地面传输受地形遮挡，需要架设高塔中继站，跨大洲传输依靠通信卫星中转，对应手机 5G、卫星电视。同步说明波长决定传播方式，波长越短越适合直线传播。 抛出同桌交流任务两分钟：5G 手机信号无法依靠电离层远距离反射，只能直线传播，需要大量基站中继，结合传播方式分析原因。 出示四道分层辨析判断题：低频音频可直接发射、频率越低辐射越强、微波依靠天波传播、封闭电路可发射电波，全班集体举手判断对错，逐题纠正误区。 完整梳理本节课逻辑链：开放发射电路对比图掌握电磁波发射两大条件→调幅调频波形与广播装置图理解调制原理、调幅调频区分→无线电波传播示意图梳理地波、天波、直线传播三类路径与对应通信应用。 布置课后分层作业，拓展实践思考任务：列举生活中分别依靠地波、直线传播工作的电子设备。 认真观察无线电波多种传播方式示意图，顺着三种传播路径看清地波、天波、直线传播的行进路线，看懂电离层、中继站、通信卫星的中转作用。 完整记录三种传播方式对应的波长范围、传播特点、实际应用，圈画微波只能直线传播、需要卫星 / 基站中继核心要点。 和身旁同桌相互交流 5G 基站思辨问题，分工说出微波波长很短，不能被电离层反射，只能直线传播，地形遮挡会阻断信号，必须密集架设中继基站。 集体判断四道辨析题对错，针对每一道错题结合本节课发射、调制、传播知识完整说明纠正依据，规避四类顽固认知误区。 整合电磁波发射、调制、传播全部知识点，形成无线电通信完整知识框架。 环节四 习题巩固 + 课堂总结（3 分钟） · 出示四道分层思考题：电磁波发射两大条件简答、调幅调频波形区分填空、无线电波三种传播方式匹配、微波通信配套设施问答。 · 带领学生复盘三张配图对应的核心内容：开放发射电路对比图掌握电路开放、高频振荡两大发射条件；调幅调频波形与广播装置图理解调制意义，区分调幅、调频两种加载信号方式；无线电波多种传播方式示意图梳理地波、天波、直线传播路径、适用波长与配套中转设施。 · 集中纠正四类典型认知误区：低频信号直接发射、低频辐射能力更强、微波依靠电离层天波传播、封闭 LC 电路高效辐射电波。 · 布置课后分层作业：基础题抄写电磁波发射条件、三种传播方式特点；提升题完成调幅调频区分、传播方式匹配简答题；实践作业找出家中依靠无线电波工作的设备并区分传播类型。 · 独立完成四道分层思考题，动笔书写完整分析、简答依据，自行对照梳理错题，标记容易混淆的发射、调制、传播逻辑。 · 跟随教师复盘本节课无线电通信完整探究主线，理清三张配图对应的三大核心知识板块。 · 记录四类典型认知误区，在课本对应位置标注提醒自己规避。 · 完整记录课后三层作业，区分概念识记、匹配简答、生活观察三类任务。 环节五课堂收尾 · 回扣开篇开放发射电路对比图进行收尾总结：本节课我们学习无线电波远距离发射的两个必备条件，通过调幅、调频波形理解把音频信号加载到高频载波的调制原理，借助传播示意图分清地波、天波、直线传播三种无线电传输路径，至此电磁振荡与电磁波全章内容学习完毕，完整掌握从 LC 振荡到卫星移动通信的整套电磁通信理论。 · 完整回顾本节课全部核心内容：电磁波发射条件、调制作用与两种调制方式、无线电波三类传播途径与配套设施，清晰记住三张配图对应的完整探究主线，自主整合第四章全章电磁知识构建完整体系。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托开放发射电路对比图、调幅调频波形与广播装置图、无线电波多种传播方式示意图三组教材素材，沿着电磁波发射条件、调制通信原理、多路径信号传输的完整脉络落实多维育人目标。第一，从基础 LC 电磁振荡电路到卫星远距离通信，简单电磁物理原理迭代发展出现代 5G、卫星导航、深空探测等高端通信技术，基础物理学科是数字信息产业、航天工程的底层支撑，激励学生深耕物理，助力我国通信芯片、航天卫星领域科技自主创新；第二，无线电频谱属于国家管控公共资源，广播、移动通信设备严格划分专用频段，引导学生树立遵守无线电管理法规、规范使用射频电子设备的法治意识；第三，远距离跨洲通信需要地面中继站、太空通信卫星协同配合，培养统筹规划、多方协作的工程辩证思维；第四，无线电广播、移动通信联通城乡、跨越山海，缩小信息鸿沟，体现物理技术服务民生、促进社会互联互通的社会价值；第五，整套无线电通信体系建立在麦克斯韦电磁场、LC 振荡等前人理论基础之上，体现科学发展继承前人成果、持续创新突破的发展规律，培养学生求真务实、勇于探索的科学精神；第六，微波直线传播受地形遮挡限制，工程师设计基站组网、卫星中转方案解决传输难题，引导学生学会运用物理知识解决现实工程阻碍。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课三类电路、波形、实景示意图贴近通信生活，四人小组调制原理讨论、同桌传播方式辨析交流参与积极性较高，但课堂存在四类顽固认知误区，学生电波发射条件、调制意义、波长与传播方式匹配、辐射强弱规律的理解存在明显薄弱点：第一，大量学生误以为人耳音频低频信号可以直接远距离发射，无法理解低频辐射能力极弱的核心逻辑；第二，颠倒频率与辐射能力关系，认为频率越低越容易向外发射电磁波；第三，混淆微波传播路径，误以为微波可以依靠电离层反射形成天波；第四，认为封闭 LC 振荡电路无需天线地线就能远距离辐射电波；同时部分学生自主区分调幅调频波形、匹配波长对应传播方式的图像归纳推理能力偏弱，容易混淆调制类型与传播路径。 2. 修改措施 第一，课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：低频信号不可直接发射、频率越高辐射越强、微波只能直线传播、开放电路才能远距离发射电波； 第二，课堂增加四轮抢答互动练习：发射条件判断、调制作用简答、调幅调频区分、传播方式匹配问答，快速纠正基础认知误区； 第三，延长四人小组调制原理、三种传播方式对比讨论时长，帮扶图像归纳薄弱学生梳理清晰波形差异、波长与传播路径对应关系； 第四，课后配套分层作业，基础层抄写电磁波发射条件、三种传播方式完整特点；提升题完成调幅调频区分、无线电波传播匹配简答题；拓展作业观察生活中无线电通信设备并记录传播类型； 第五，第四章复习课课前两分钟快速复盘发射条件、调制原理、三类传播方式三大核心知识点，整合全章电磁振荡、电磁波、电磁波谱、无线电通信完整内容。 学科网（北京）股份有限公司 $