4.3 电磁波的发射、传播和接收 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理粤教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条件、调制技术、传播方式及接收原理，通过复习LC振荡频率与平行板电容公式，联立推导提升频率的电路改造方法，引出开放电路，搭建从电磁振荡到无线通信的知识支架。 该资料以公式联立推导和模型演变图示培养科学思维，结合广播、卫星通信实例渗透科学态度与责任，帮助学生建立完整通信链路认知，既提升学生数理推导与工程应用能力，也为教师提供清晰教学逻辑和丰富资源，便于高效教学。

教学设计 课程名称 电磁波的发射、传播和接收 选用教材 高中物理粤教版选修二 教学章节 第四章第三节 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 本节承接前两节 LC 电磁振荡、麦克斯韦电磁场理论知识，完整按照 “电磁波有效发射条件 — 开放电路改造原理 — 调制技术分类 — 无线电波三类传播方式与波段划分 — 电磁波接收调谐、检波原理” 的逻辑编排。教材首先指出闭合 LC 振荡电路无法高效向外辐射电磁波，结合振荡频率公式(f=1/(2π（LC）1/2​))、平行板电容公式(C=εr​S/(4πkd))完整推导高频发射的电路改造思路，讲解把闭合电路逐步改造为天线地线组成的开放电路；引入调制概念，区分调幅、调频两种信号加载方式并配图对比波形；划分长波、中波、短波、微波各波段，梳理地波、天波、直线传播三类传播路径，同步介绍同步通信卫星作为微波中继站的应用；最后讲解接收端核心流程，利用共振现象推导调谐电路选频原理，说明检波是调制的逆过程，实现音频、图像信号还原，整套内容串联理论公式、工程改造、生活通信实例，搭建起电磁波从发射到传播再到接收的完整工程物理链条，为学生理解广播、电视、卫星通信等现代无线技术提供理论支撑。 二、学情分析 1. 知识储备 学生已经掌握 LC 振荡电路的振荡规律，熟记电磁振荡频率公式、平行板电容器电容计算公式，理解麦克斯韦提出的电磁场相互激发理论，知道电磁波由交变电场磁场交替传播形成；掌握机械共振现象，能理解驱动力频率与物体固有频率相等时共振振幅最大的规律；能识别简单电路结构，看懂基础波形示意图，知晓广播、电视、手机等设备依靠无线信号传输，但完全不了解低频声音图像信号无法直接发射、必须依靠高频载波调制的底层原理，不清楚开放电路、调谐、检波等通信专用物理概念，也没有系统区分不同波长无线电波传播特性的知识储备。 2. 能力现状 学生具备基础电路读图、公式代入计算能力，能够根据两个关联公式联立推导变量变化规律；可以对比区分波形图像的振幅、频率差异，具备基础图像辨析能力；能结合生活通信设备提出简单疑问，但数理结合工程应用的转化能力薄弱，无法自主把 LC 电路公式推导结论对应到天线改造的实际操作；小组讨论仅能描述手机、广播等表层使用现象，不能反向拆解设备内部发射、接收电路的物理原理；对于 “调制 — 传播 — 调谐 — 检波” 完整链路缺乏连贯分析能力，容易割裂发射与接收的对应逻辑。 3. 思维认知痛点 学生存在多处典型思维误区：一是认为只要产生电磁振荡就能远距离发射电磁波，忽略闭合 LC 电路电场磁场集中在元器件内部、辐射能量极低的现实，无法理解高频、开放空间两大发射必要条件；二是混淆低频信号与高频载波的作用，疑惑为什么不能直接把人声、画面电信号发射出去，难以理解低频信号辐射能力不足的规律；三是无法区分调幅、调频两种调制波形对应的实际应用场景，分不清广播调频与电视图像调幅的差异；四是混淆三类无线电波传播方式，不能根据波长长短判断绕地传播、电离层反射、直线传输的适用波段；五是无法建立机械共振与电路调谐的类比思维，不理解调谐电路改变电容电感实现选台的底层逻辑；六是分不清调制与检波互为逆过程，不清楚检波需要从高频振荡电流里分离出原始低频信号。 三、教学目标 1. 物理观念 建立电磁波通信完整系统物理观念，掌握有效发射电磁波的两大必要条件，理解开放电路的改造逻辑；牢记振荡频率公式、平行板电容公式的推导结论，明白减小 L、C 数值可以提升振荡频率；区分调幅、调频两种调制方式，掌握地波、天波、直线传播三类无线电波传播特点；理解调谐共振选频、检波还原信号的接收原理，知晓卫星作为微波中继站的作用，形成 “发射调制 — 空间传播 — 接收调谐检波” 一体化无线通信认知。 2. 科学思维 通过联立振荡频率公式与电容公式，推导提升发射频率的电路改造方案，锻炼多公式联立数理推导思维；对比闭合 LC 电路到开放天线电路的四阶段改造图像，建立模型转化、理想化工程改造思维；类比机械共振规律推导调谐电路选频原理，培养类比迁移建模思维；对比调幅、调频波形，对比不同波段无线电波传播路径，建立分类对比归纳思维；梳理电磁波发射到接收完整链路，形成系统化逻辑链条分析思维。 3. 科学探究 观察闭合 LC 电路改造为开放天线的分步示意图，小组合作推导减小电容、电感提升振荡频率的具体操作；观察调幅、调频波形对比图，自主总结两种调制方式波形差异；结合无线电波传播示意图，分组分析长波、短波、微波分别适用的传播路径；结合简单调谐电路示意图，动手分析改变电容大小对电路固有频率的影响，完整走完 “理论推导 — 图像对比 — 类比建模 — 原理应用” 探究流程，提升电磁通信工程类探究能力。 4. 科学态度与责任 联立公式推导、波形对比分析、电路原理拆解过程中规范书写公式、如实总结图像规律，养成严谨规范、理论联系工程实际的科学演算素养；小组合作分析无线通信完整链路时分工配合，锻炼互助交流协同探究的团队意识；了解电磁波调制、传播、接收技术支撑广播、电视、卫星通信、移动通信等现代民生基础设施，认识电磁振荡物理理论是无线通信产业的底层根基；了解我国自主北斗卫星通信、5G 无线通信技术发展成就，引导学生扎实掌握电磁通信数理推导、电路分析能力，树立运用电磁物理知识研发国产无线通信设备、助力通信技术自主化发展的家国责任。 四、教学重难点 重点 1. 有效发射电磁波两大条件，联立(f=1/(2π(LC)1/2​))与(C=εr​S/(4πkd))推导提升频率的电路改造方法； 2. 闭合 LC 电路改造为天线开放电路的原理； 3. 调幅、调频两种调制方式的波形差异与实际应用； 4. 地波、天波、直线传播三类无线电波传播特性与对应波段； 5. 调谐共振选频原理、检波还原低频信号的接收完整流程。 难点 1. 联立振荡频率、电容两套公式，自主推导减小极板面积、增大板间距、减少线圈匝数的改造逻辑； 2. 理解低频信号无法直接远距离发射，必须依靠高频载波调制的底层规律； 3. 类比机械共振，推导调谐电路改变 L、C 调节固有频率实现选台的原理； 4. 区分微波直线传播局限，理解同步通信卫星作为中继站的作用； 5. 理清调制、检波互为逆过程的对应逻辑。 五、教学方法 公式联立推导法：结合振荡频率、平行板电容公式，完整推导高频发射的电路改造操作； 模型演变图示分析法：利用闭合电路转开放电路分步示意图，直观讲解天线改造原理； 波形对比辨析法：依托调制波形示意图，区分调幅、调频波形变化规律； 类比迁移法：类比机械共振现象讲解调谐电路选频原理； 图表归纳法：借助无线电波波段表格、传播路径示意图，归纳不同波长传播特性； 生活实例分析法：结合广播、电视、手机、卫星通信落地电磁波发射接收完整链路应用。 六、教学资源 闭合 LC 转开放电路演变图、调制波形对比图、无线电波三类传播路径示意图、简易调谐电路示意图；配套素材：振荡频率与电容公式推导学案、无线通信波段表格、调制调谐检波课堂计算题、广播卫星通信拓展阅读材料。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 复习旧知，引入电磁波发射问题（6 分钟）  旧知回顾推导：上节课我们学习 LC 电磁振荡，其振荡频率公式为(f=1/(2πLC​))，同时平行板电容器电容公式为(C=εr​S/(4πkd))。我们先联立两个公式分析：想要提高振荡频率，就要减小 L、C 的乘积，结合电容公式，减小极板正对面积 S、增大极板间距 d，都能降低电容 C，线圈减少匝数可以降低电感 L，两类操作都能提升振荡频率。  抛出矛盾问题：如果我们只用课本标准闭合 LC 振荡电路，电容器极板、线圈全部封闭在电路内部，电场磁场全部局限在元器件之间，向外辐射的电磁波能量极少，无法实现远距离广播、通信。那我们该如何改造电路，实现高效发射电磁波？今天学习电磁波发射、传播、接收完整流程。  出示闭合 LC 转开放电路演变图 逐一分步讲解四张子图的演变逻辑：图 a 是标准闭合 LC 电路，电场磁场完全封闭；图 b 拉大电容器极板距离、缩小正对面积；图 c 继续减少线圈匝数；图 d 彻底演变为一根天线导线，电场磁场全部扩散到外部广阔空间，这种改造后的电路称为开放电路。  出示基础推导计算题，题目具体如下：现有平行板电容器极板面积 0.04 平方米，板间距 0.002 米，若想要提升 LC 振荡频率，有哪些改造极板、线圈的可行操作，结合两套公式说明原理。带领学生代入两套公式分步分析变量变化对频率的影响。 在草稿纸上同步跟随教师联立振荡频率、平行板电容两套公式，完整记录两套核心公式，梳理减小 L、C 从而提升振荡频率的全部操作，理解高频是有效发射电磁波的第一条件。 观看闭合 LC 转开放电路演变图，依次对比四张电路结构变化，自主总结电路改造核心方向：拉大极板间距、缩小极板面积、减少线圈匝数，最终形成向外延伸的天线，让电场磁场扩散到外部空间，记住开放电路是发射电磁波的第二必要条件。 独立完成基础推导计算题，结合两套公式逐条说明改造操作如何改变 C、L 数值，进而提升振荡频率，熟练掌握公式联立分析变量变化的解题思路。 小组内交流两大发射条件的内在逻辑，互相解释 “高频”“开放空间” 分别解决辐射能量弱的哪一类问题，梳理完整的发射前置要求。 环节二 讲解调制原理，区分调幅与调频（12 分钟）  过渡衔接：人声、画面转化而来的低频电信号，自身振荡频率极低，即便接入开放天线，辐射传播距离也极短，无法远距离传输，因此需要把低频信号加载到高频振荡电流上，这个加载过程叫做调制。  出示调制方式波形对比图 分四张子图依次讲解：图 a 是原始低频声音信号波形；图 b 是等幅高频载波波形；图 c 是调幅波形，高频载波的振幅跟随低频信号强弱同步变化；图 d 是调频波形，高频载波的频率跟随低频信号强弱同步变化。细致区分两种调制的波形差异，同步讲解实际应用：音频广播多用调频，抗干扰能力强、传输不失真；电视图像信号使用调幅，伴音声音使用调频，避免图像与声音信号互相干扰。  结合开放天线示意图补充工程应用：广播电台、电视台高耸的发射天线，就是大型开放电路，一端天线伸向高空，一端地线接入地下，依靠感应耦合电路接入调制后的高频振荡电流，天线越高，电磁波辐射能力越强。  出示调制区分练习题，题目具体如下：收音机调频广播、电视画面信号分别采用哪一种调制方式，两种调制波形的核心变化区别是什么。带领学生结合波形图梳理答案，总结两类调制的波形变化特征。 观看调制方式波形对比图，依次识别低频信号、高频载波、调幅波形、调频波形，在笔记本上记录两类调制的波形变化规律，自主总结调幅改变振幅、调频改变频率的核心差异。 结合电台天线实例理解开放电路的工程应用，明白调制是解决低频信号无法远距离传播的核心技术，区分广播、电视不同信号对应的调制类型。 独立完成调制区分练习题，对照波形图准确回答调制类型与波形差异，理清调制技术在生活无线设备中的实际落地场景。 同桌互相描述调幅、调频波形外观差异，结合收听广播、观看电视的生活体验，交流两种调制方式抗干扰、传输保真度的区别。 环节三 无线电波三种传播方式与波段划分（10 分钟）  过渡引导：经过调制的高频电磁波以无线电波形式向外传播，不同波长无线电波绕射、反射、穿透能力不同，分为地波、天波、直线传播三类路径。  出示无线电波传播方式示意图 分三条路径逐一讲解：地波沿地球地表传播，波长越长越容易绕过地面障碍物，适合长波、中波；天波依靠高空电离层反射折返地面，适用于中短波；微波波长极短，无法被电离层反射，只能沿直线传播，受地球球面限制传输距离有限，需要中继站接力。同步出示波段表格，梳理长波、中波、短波、米波、分米波等各波段波长、频率、传播方式、实际用途。  补充同步通信卫星拓展：同步卫星作为高空微波中继站，地面天线将微波信号发射至卫星，卫星接收放大后转发回地面，大幅扩大直线传播微波的信号覆盖范围，是电视、移动通信远距离传输的核心设备。  出示传播方式匹配题，题目具体如下：超长波远洋导航、短波无线电报、城市电视微波信号分别依靠哪一种传播方式，说明判断依据。带领学生结合波长与传播路径规律分析作答。 观看无线电波传播方式示意图，清晰区分地波沿地面、天波经电离层反射、微波直线传输三条路径，结合波段表格对应不同波长适用的传播方式，完整记录三类传播路径的适用波段与传播特点。 理解同步通信卫星的中继作用，结合生活中远距离电视直播、跨地区手机通话实例，明白卫星解决微波直线传播距离受限的工程方案。 独立完成传播方式匹配题，根据波长长短判断对应传播路径，准确说出长波绕射、短波电离层反射、微波直线传输的核心判断依据。 小组合作整理波段表格关键信息，按波长从长到短梳理传播方式变化规律，归纳波长越长绕地能力越强、波长越短越接近直线传播的整体规律。 环节四 电磁波接收：调谐与检波原理（11 分钟）  过渡衔接：空间中同时存在大量不同频率的无线电波，接收端需要两步核心操作，第一步选出台需要的特定频率信号，第二步分离出原始低频声音、图像信号。  出示简单调谐电路示意图 类比机械共振完整推导调谐原理：机械振动中驱动力频率等于物体固有频率时共振振幅最大，同理 LC 接收电路固有频率与空中某一无线电波频率相同时，该频率信号会在电路中激起最强振荡电流，这个选频过程叫做调谐。结合振荡频率公式，改变电路可变电容器的电容 C，就能改变电路固有频率，实现切换不同电台的选台操作。  讲解检波逆过程：经过调谐选出的电流仍是携带低频信号的高频振荡电流，需要从高频电流中分离出原始低频电信号，这个分离过程称为检波，检波是调制的逆过程；分离出低频信号后经过放大，就能还原为人声、图片、画面，在收音机、电视终端播放。  课堂综合计算题，题目具体如下：调谐电路原有电容 0.00001 法拉，若想要接收频率更高的无线电波，结合振荡频率公式分析应当增大还是减小可变电容器电容，说明推导过程。带领学生代入频率公式分步分析变量变化规律。  完整课堂知识梳理：本节课完整学习电磁波发射两大条件，联立两套公式推导电路改造方法，掌握开放电路、调幅调频调制；区分无线电波三类传播路径与波段应用；理解接收端调谐共振选频、检波还原信号的完整流程，形成无线通信发射 — 传播 — 接收完整知识链条。  布置分层课后作业 基础作业：完整分步书写振荡频率、平行板电容两套公式，推导提升发射频率的电路改造方法；匹配不同波段无线电波对应的传播方式；区分调幅、调频波形差异。 提升作业：分析调谐电路可变电容改变时固有频率的变化规律，设计简易收音机调谐电路的改造思路。 拓展实践：查阅我国北斗通信卫星、5G 基站相关资料，说明卫星、基站分别对应哪一类无线电波传播方式。  指导学生整理本节课公式推导学案、波形对比草稿、波段表格，有序收纳课堂绘图草稿，保持桌面整洁。 观看简单调谐电路示意图，跟随教师类比机械共振推导调谐选频原理，完整复述 “固有频率匹配电波频率产生最强振荡” 的共振逻辑，结合振荡频率公式理解可变电容调节选台的底层原理。 分清调制、检波互为逆过程，梳理接收端完整流程：天线接收多频率电波→调谐选出目标高频信号→检波分离低频原始信号→放大还原声音图像，在笔记本上梳理接收步骤。 跟随教师完成综合计算题，代入振荡频率公式分析电容 C 与振荡频率 f 的反比变化关系，准确判断高频信号对应更小电容的调节操作，熟练运用公式分析电路变量调节规律。 跟随教师梳理本节课完整知识脉络，标记公式联立推导、调制波形辨析、三类传播路径、调谐共振原理四大重难点，课后主动与同学、教师交流推导、波形辨析相关疑问。 逐条记录分层课后作业要求，结合自身掌握情况规划作业完成顺序，基础作业巩固两套公式联立推导、传播方式匹配；提升作业强化调谐电路变量调节分析；拓展实践结合国产通信设备实例，深化电磁波传播技术的生活应用认知。 八、板书设计 c 九、课程思政 本节课依托振荡频率、平行板电容两套公式联立推导、闭合电路改造开放天线模型演变、调幅调频波形对比、三类无线电波传播路径归纳、调谐共振电路类比推导完整教学流程，学生在多公式联立演算、波形图像辨析、电路原理拆解过程中规范书写物理公式，如实记录波段传播规律，养成严谨求实、理论结合工程实际分析无线通信技术的科学演算素养；小组合作分析电磁波发射传播接收完整链路、匹配波段传播方式时分工配合，锻炼沟通互助、协同完成电磁工程定量探究的团队意识；通过学习调制、调谐、卫星中继等电磁波核心通信技术，认识 LC 振荡、麦克斯韦电磁场基础物理理论是广播、电视、移动通信、卫星导航等民生通信设备的底层支撑；了解我国自主研发北斗导航通信卫星、全国 5G 微波通信基站阵列等国产通信基础设施，依托电磁波传播、调制接收物理规律优化远距离信号传输稳定性，引导学生扎实掌握多公式联立推导、电路类比建模、波形图像辨析的电磁分析能力，树立运用电磁振荡与电磁波物理知识研发国产无线通信装备、助力通信技术全面自主化发展的家国责任。 十、教学反思和修改 教学反思 本节课严格按照教材逻辑完成电磁波发射条件公式联立推导、开放电路演变、调幅调频调制辨析、三类无线电波传播路径、接收端调谐检波完整流程教学，依托四张教材配图开展电路演变、波形、传播路径、调谐电路识图教学，多数学生能够记住两套核心公式、区分调幅调频，分清三类无线电波传播路径，但课堂存在明显短板：一是两套公式联立推导提升振荡频率环节，基础薄弱学生跟不上变量替换化简逻辑，无法自主梳理缩小极板面积、拉大间距、减少线圈匝数三类改造操作；二是类比机械共振讲解调谐原理时，部分学生无法建立机械振动与 LC 电路振荡的对应类比，难以理解可变电容调节固有频率的选台逻辑；三是波段表格内容较多，课堂梳理传播路径耗时较长，卫星微波中继拓展讲解时间被压缩；四是学生容易混淆调制、检波的先后顺序，分不清二者互为逆过程的对应关系，综合计算题代入频率公式时容易颠倒 L、C 与频率的变化关系。 修改措施 课前发放预习学案，提前复习 LC 振荡频率、平行板电容公式，预留公式联立推导填空练习，压缩课堂基础推导讲解时长；增加机械共振与电路调谐分层类比提问，用简易共振实验辅助展示振幅变化规律，分层引导学生建立机械、电路两类共振的对应类比逻辑；提前组织学生预习波段表格分类规律，简化课堂表格梳理时长，预留充足时间讲解同步通信卫星微波中继拓展内容；增加两道课堂随堂综合计算题，专门训练 L、C 数值变化对振荡频率的影响规律，针对学困生单独梳理公式联立化简完整步骤；课后布置两套公式完整推导默写、调制调谐检波流程梳理专项习题，强化多方程联立推演、调制接收完整链路逻辑梳理能力，增设国产卫星通信、5G 基站拓展小题，巩固电磁波传播、调制接收规律在国产通信设备中的应用认知。 学科网（北京）股份有限公司 $