《无线电波的发射和接收》教学设计

无线电波的发射和接收
教学目标
(1)知道有效发射电磁波的条件，根据这个条件思考天线应有的形状。

(2)知道在电磁波的发射过程中调频、调幅两种调制方法。

(3)知道接收需要的电磁波要进行调谐，知道还原信号还要进行解调。

(4)将电谐振与力学中的共振相类比，体会物理学中的统一性。

教学重难点
教学重点
根据有效发射电磁波的条件得出天线应有的形状的过程
教学难点
天线应有的形状、调制和解调过程
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：展示LC振荡电路的电路图。

教师设问：在普通的LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。

在电磁振荡的过程中，电场能和磁场能主要是在电路内互相转化，辐射出去的能量很少，怎样才能有效地发射电磁波呢？
教师活动：将话题引入无线电波的发射和接收。

讲授新课
一、无线电波的发射
教师活动：讲解有效发射电磁波的条件。

有效发射电磁波的条件：
⏹ 要有足够高的振荡频率
⏹ 振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间
频率越高，发射电磁波的本领越大理论研究表明，单位时间内发射出去的电磁波的能量与振荡频率的四次方成正比。

根据振荡频率公式
f = 可知要使振荡频率高，电路中LC 的乘积应比较小。

结合平行板电容器的电容 r 4πS
C kd ε=
可以通过减小电容器两极板的正对面积、增大极板间距来满足要求。

可以通过减小线圈的匝数来减小电感。

如果将振荡电路深化成一根导线，导线的两端作为电容器的两个极板，中间的导线作为线圈。

这样既起到了减小电容和电感的效果，同时还可以使电场和磁场扩展到电容器的外部。

这样的振荡电路称为开放电路。

教师活动：讲解实际中使用的电路。

实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。

无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。

教师设问：刚才我们研究怎样将电磁波辐射到空间中去，但这不是我们的目的，请同学思考使这些电磁波载上信号？请同学们手机查询资料来回答这个问题。

学生活动：手机查询资料，小组讨论老师所提问题。

然后小组代表发言。

教师活动：理答。

为了利用电磁波传递信号，例如传递声音、电视图像，就要让高频的电磁波随着被传递的信号而改变。

这种用来携带信号的高频电磁波叫作载波。

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制。

一种调制的方法是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅。

一般电台的中波、中短波、短波广播以及电视中的图像信号采用调幅波。

如图所示是调幅的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调幅的变频振荡电流的波形。

另一种调制的方法是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频。

电台的立体声广播和电视中的伴音信号，采用调频波。

如图所示调频的作用，其中甲为声音信号的波形；乙为高频等幅振荡电流的波形；丙为经过调频的高频振荡电流的波形。

二、无线电波的接收
教师设问：根据前面的学习，电磁波的传播，靠的是电和磁的相互感应。

那么，请同学思考怎样才能接收到这结载有信号的电磁波呢？
学生活动：小组讨论老师所提问题，然后小组代表发言。

教师活动：理答。

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，这就是接收天线。

教师设问：天线接收到了电磁波信号，而空间的电磁波包含各种频率，如果不加选择，那么接收到的将是混乱的信号。

这个问题是怎样解决的呢？
学生活动：思考老师所提问题，然后集体回答。

教师活动：理答。

接收电磁波后首先要从诸多的信号中把需要的信号选择出来，这就要设法使我们所需的电磁波在接收天线中激起的感应电流最强。

在无线电技术中，利用电谐振可以达到这个目的。

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。

使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐。

调节可调电容器的电容改变电路的固有频率，使它跟要接收的电磁波的频率相同，这个电磁波在调谐电路中激起较强的感应电流，于是就选出了这个电台。

教师活动：讲解解调。

由调谐电路接收到的感应电流，是经过调制的高频电流，还不是我们需要的声音或图像信号，因此还要把声音或图像信号从高频电流中还原出来。

这个过程是调制的逆过程，所以叫作解调。

调幅波的解调也叫检波。

解调之后我们得到原来的信号，经过放大就可以在扬声器或显示器中重现了。

三、电视广播的发射和接收
教师设问：请同学们查询资料，了解电视广播的发射和接收。

学生活动：手机查询相关资料，了解电视广播的发射和接收。

教师活动：讲解电视广播的发射和接收。

电视广播信号也是一种无线电信号。

在现代电视发射系统中，首先通过摄像机的感光器件将景物的光信号转变为电信号。

这种电信号可以通过线路直接传输，但是由于传输失真、损耗等原因，很难远距离传播。

因此，需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。

目前，高频电视信号的传播方式主要有三种，即地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。

不同的传播方式使用不同频率范围的电磁波，采取不同的调制方式。

在电视接收端，接收到高频电磁波信号以后，经过解调处理，就可以将得到的电信号通过显示设备转变为图像信息。

接收天线收到的电磁波除了载有图像信号外，还有伴音信号。

伴音信号经解调后送到扬声器。

典题剖析
例1 (多选)关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是( )
A. 为了使振荡电路有效地向空间辐射能量，必须是闭合电路
B. 音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
C. 当接收电路的固有频率与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
D. 要使电视机的屏幕上有图像，必须要有检波过程
答案：BCD
解析：有效发射电磁波，必须采用开放电路和高频发射；一般的音频电流的频率较低，不能直接用来发射电磁波；电磁波接收原理是一种叫电谐振的现象，与机械振动中的共振有些相似；电视机显示图像时，必须通过检波过程，把有效的信号从高频信号中取出来，否则就不能显示．故A错误，B、C、D正确。

例2 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施( )
A．增大电容器极板的正对面积
B．增大电容器极板的间距
C．增大自感线圈的匝数
D．提高供电电压
答案：B
解析：要增大无线电波向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，即减小L或减小C，要减小L，可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法；要减小C，可采用增大板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法．故B正确。

课堂小结。