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
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=εrS/(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 | |||
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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。
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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。
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四、教学重难点 |
重点
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难点
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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
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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=εrS/(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 | 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 |
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