高中物理第2节 电磁波的发射、传播和接收教学课件ppt

这是一份高中物理第2节 电磁波的发射、传播和接收教学课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了课前自主学习，电场和磁场，表面弯曲，固有频率，电谐振，电感线圈，可变电容器，课堂合作探究，课堂小结，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。

一、无线电波的发射　任务驱动　无论广播、电视还是手机通讯都离不开电磁波，包含语音和图像信息的电磁波是怎样有效地发射出去呢？提示：把包含信息的电磁波(例如传递声音、电视图像)进行调制，把调制好的电磁波用开放电路发射出去。
1.要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个条件：第一，振荡频率_____，发射电磁波的本领越大。第二，___________必须分散到足够大的空间。2.开放电路：实际的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作_____，线圈的另一端高高地架在空中，叫作_____。
3.感应耦合法：如图中电容器C、电感L2构成振荡电路产生的高频振荡电流，通过电磁感应，使线圈L1中产生同_____的振荡电流，再传送到发射天线，在天线四周的空间产生电磁波。
4.调制及调制的方式：(1)把_____的电信号“加载”到_____等幅振荡电流上称为调制。(2)调制的方法有两种，一是_____，使高频电磁波的_____随信号的强弱而改变，如图中甲是_____波；另一种叫_____，使高频电磁波的_____随信号的强弱而改变，如图中乙为_____波。
二、电磁波的传播　任务驱动　无线电波有哪几种传播途径？提示：有地波、天波和空间波三种传播途径。
1.地波：(1)定义：沿地球表面空间传播的无线电波，就是地波。(2)影响地波传播效果的因素是无线电波的_____，宜采用地波的形式传播的是_____、_____和中短波。不宜采用地波的形式传播的是短波和_____。2.天波：(1)定义：天波是靠大气中电离层的反射传播的无线电波。(2)电离层对电磁波的反射和吸收与_____有关，_____最适合采用天波的形式传播。
3.空间波：(1)像光束那样沿直线传播的无线电波。(2)发射天线越高，空间波传播得越___。这种传播方式适用于超短波和_____通信。(3)空间波的传播距离仍受到地球 _________的限制。
三、电磁波的接收　任务驱动　我们周围存在着各种频率的无线电波。收音机怎样能从诸多的信号中把需要的信号选择出来呢？ 提示：天线接收到的无线电波，先在LC调谐电路中选出需要的无线电波，再经过解调过程把声音信号从高频振荡电流上选出来。
1.电谐振现象：与机械振动中的共振现象类似，当接收电路的_________跟接收到的电磁波的_____相等时，接收电路里产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。2.调谐：在无线电技术中，对空间存在的各种频率的电磁波，需要选择某一种特定的频率接收，这个选择过程称为调谐。3.调谐的基本原理就是_______。4.调谐电路：能进行_____的接收电路称为调谐电路。LC调谐电路，它的主要部分由_________和___________组成。
主题一　电磁波的发射探究点1　开放电路【实验情境】观察下面两幅图片思考
【问题探究】(1)观察图1，如何把闭合振荡电路改造成开放电路的？提示：减少电容器的极板面积，增大电容器两极板间的距离，使电容器变成两条直线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线，形成一个更加开放的电路更有利于电磁波的发射。(2)图2感应耦合法的振荡电路的原理是什么？提示：LC振荡电路产生的高频振荡电流，通过电磁感应，使线圈L1中产生同频率的振荡电流，再传送到发射天线，在天线四周的空间产生电磁波。
探究点2　调频和调幅【问题探究】(1)电台发射的信号，如声音信号，为什么不直接将声音信号转化为电信号发射出去，而是加载到高频信号中发射呢？提示：因为声音信号频率较低，而电台要向远处发射电磁波，要有足够高的频率，实践证明，只有提高发射频率才能提高发射能力，高频电磁波就是那些有用的低频信号的“载体”，而把频率较低的信号加载到高频电磁波上去的过程就是调制过程。
(2)对电磁波进行调制的方法有哪些？是如何对电磁波进行调制的？提示：有调幅和调频两种。调幅是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变化。调频是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变化。
【结论生成】1.电磁波发射的开放电路：(物理观念)(1)有效发射电磁波的条件：①高频电路：频率越高，发射电磁波的本领越大。②开放电路：振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，这样才能有效地把能量辐射出去。(2)实际应用中的开放电路是由天线与地线和匝数很少的线圈组成的，对应的L、C都很小，以满足电磁波频率高的条件。
2.电磁波两种调制方式的比较：(科学思维)(1)调幅：使电磁波的振幅随信号改变，频率始终保持不变，如图所示。
(2)调频：使电磁波的频率随信号而改变，如图所示。
【典例示范】　实际发射的无线电波如图所示，高频振荡器产生高频等幅振荡电流如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振荡电流如图乙所示。根据这两个图像，发射出去的电磁波图像应是图中的(　　)
【解析】选B。振荡器产生高频等幅振荡电流，话筒里面有碳膜电阻，它的阻值随压力的变化而变化。当我们对着话筒说话时，空气对它的压力随着声音信号的变化而变化，那么它的电阻也就随声音信号的变化而变化，振荡电流的振幅也就随着声音信号的变化而变化，这就是调制，它不但影响了正半轴，也影响了负半轴，故B正确，故A、C、D错误。
【探究训练】　(多选)为了有效地把能量以电磁波形式发射到尽可能大的空间，除了使用开放电路外，还可以提高高频振荡电路的频率，下列方法可行的是(　　)A.增大电容器极板间的距离B.减小电容器极板的面积C.增加线圈的匝数D.在线圈中增加铁芯
【解析】选A、B。实行开放电路和提高发射频率是提高电磁波发射能力的两种有效方法；由f= 、C= ，电感L由线圈的匝数和有无铁芯决定，由以上决定因素可知，选项A、B正确。
【补偿训练】　　(多选)用一平行板电容器和一个线圈组成LC振荡电路，要减小电磁波的发射频率，可采用的做法是(　　)A.增大电容器两极板间的距离B.减小电容器两极板间的距离C.减小电容器两极板的正对面积D.增大电容器两极板的正对面积
【解析】选B、D。由f= 可知，要减小f，就必须增大平行板电容器的电容C或线圈的自感系数L；由C= 可知，要增大C，就必须减小电容器两极板间的距离、增大电容器两极板的正对面积或在电容器两极板间加入电介质，故B、D正确。
主题二　电磁波的传播和接收探究点1　电磁波的传播【生活情境】如图是地波、天波和空间波的传播的图示。
【问题探究】(1)长波、中波为什么能沿地球表面传播而短波不能呢？提示：在无线电技术中，长波、中波和中短波的波长较长，能成功绕过障碍物，短波和微波的波长过短，绕过障碍物的能力很差。(2)为什么短波可以用天波来传递呢？提示：电离层对电磁波的反射和吸收与频率有关，频率越高，吸收越少，反射的越多；频率越低，吸收越多，反射的越少，短波最适合采用天波的形式传播。
(3)微波和超短波的波长更短，频率更高，为什么不能用天波传播而采用空间波呢？提示：频率更高的微波和超短波像光一样能穿透电离层，进入宇宙空间，而不能被电离层反射回来，所以不能采用天波，我们可以利用通信卫星作为中继站，用空间波把微波传递给通信卫星，通信卫星再把微波传递到地面，这样就可以避免空间波的传播受到障碍物的阻挡、地球表面弯曲的限制。
探究点2　电磁波的接收【图例情境】
【问题探究】(1)空中有许许多多的电磁波，用如图1所示的调谐电路能接收到我们所需要的电磁波的原理是什么？提示：使LC回路的固有频率等于所要接收的电磁波的频率，以使接收电路产生电谐振，则该电磁波在LC电路中产生的感应电流最强。(2)以接收声音信号为例，如图2，说明无线电波是如何接收的？提示：如题图2中，通过调节调谐电路中振荡电流的频率，使调谐电路发生电谐振，接收到我们需要的无线电波，然后把声音信号从高频电流中解调出来，经过放大就可在扬声器中重现了。
【结论生成】1.无线电波通常的传播途径及特点：(科学思维)
2.电磁波的接收途径及调谐电路：(物理观念)(1)无线电波的接收流程图：
(2)通过电谐振来选台：①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，接收电路中产生的振荡电流最强的现象，类似于机械振动中的共振。②调谐：使接收电路发生电谐振的过程。(3)通过解调获取信号：把声音或图像等信号从高频振荡电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。(4)放大电路：经解调取出携带的信号，放大后再通过扬声器和显像管还原成声音或图像的过程。
【典例示范】　(多选)关于电磁波的接收，下列说法正确的是(　　)A.当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流B.当处于电谐振时，只有被接收的电磁波才能在接收电路中产生感应电流C.由调谐电路接收的感应电流，再经过耳机就可以听到声音了D.由调谐电路接收的感应电流，再经过检波、放大，通过耳机才可以听到声音
【解析】选A、D。当处于电谐振时，所有的电磁波仍能在接收电路中产生感应电流，只不过频率跟接收电路固有频率相等的电磁波，在接收电路中激发的感应电流最强，A正确，B错误；由调谐电路接收的感应电流，要再经过检波(也就是解调)、放大，通过耳机才可以听到声音，故C错误，D正确。
【误区警示】相近概念的辨析(1)调频和调幅：这是调制的两种方式，使电磁波的频率随信号改变的调制方式叫调频；使电磁波的振幅随信号改变的调制方式叫调幅。(2)调制和解调：把低频电信号加载到高频等幅振荡电流上叫调制；把低频电信号从高频载波中检出来叫解调，是调制的逆过程。
【探究训练】1.蓝牙耳机使用无线电波与手机连接。蓝牙耳机内包含一块小小的蓝牙模块以及支持连接的蓝牙无线电和软件。通过蓝牙耳机发出从手机传来的声音时，在接收电路中必须经过下列过程中的(　　)A.调幅　　　　　　B.调频C.调谐D.调制
【解析】选C。接收电路中必须通过调谐接收到载有信号的电磁波，C正确；调制是电磁波在发射过程中必须有的环节，调幅和调频是调制的两种方式，故A、B、D错误。
2.(多选)关于电磁波的传播，下列叙述正确的是(　　)A.地波是沿地球表面空间传播的，它适合传播微波B.电磁波频率越高，越易沿直线传播C.波长越长的无线电波使用天波效果好D.只要有三颗均匀分布的同步卫星在赤道上空传递微波，就可以把信号传遍全世界
【解析】选B、D。电磁波波长越长，衍射性越好，越易沿地面传播，地波不适合传播微波，故B对，A错；频率越低，波长越长，电离层吸收的越多，反射的越少，短波最适合采用天波的形式传播，C错；由于同步卫星相对地面静止在赤道上空36 000 km高的地方，用它做微波中继站，只要有三颗互成120°的同步卫星，就几乎可覆盖全球，D对。
【补偿训练】　　如图所示为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是(　　)A.解调——放大——调谐——显示B.调谐——放大——解调——显示C.调谐——解调——放大——显示D.放大——调谐——解调——显示
【解析】选C。电磁波的接收过程是调谐——解调——放大——显示，故C正确。
1.下列关于无线电广播要对电磁波进行调制的原因说法正确的是(　　)A.经过调制后的高频电磁波向外辐射能量的本领更强B.经过调制后的电磁波在空间传播得更快C.经过调制后的电磁波在空间传播时波长才能不变D.经过调制后的高频电磁波才能把我们要告知对方的信号传递过去
【解析】选D。声音信号的频率很低，衰减快，不能直接发射，高频电磁波衰减慢、辐射能力强，适合发射，A、C错，D对。经过调制后的电磁波在空间传播的速度不变，故B错。
【补偿训练】　　关于电磁波的发射和接收，下列说法中正确的是(　　)A.发射长波、中波、短波的天线使用的是LC闭合电路B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调谐C.使接收电路产生电谐振的过程叫作调制D.把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫解调
【解析】选D。发射长波、中波、短波的天线使用的是LC开放电路，故A错误；使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，故B错误；使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，故C错误；把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫解调，故D正确。
2.(多选)WiFi的实质就是把有线网络信号转换成无线信号，关于WiFi无线信号的传播，下列叙述正确的是(　　)A.WiFi信号频率越高，越难沿直线传播B.WiFi信号频率越高，越易沿直线传播C.WiFi信号可以用地波进行传播D.WiFi信号可以用空间波传播【解析】选B、D。由c=λf可判定：电磁波频率越高，波长越短，衍射性越差，不易沿地面传播，而跟光的传播相似，沿直线传播，故B对，A和C错；WiFi信号是频率很大的电磁波，可以用空间波直接传到手机，D正确。
3.(多选)如图所示为调幅振荡电流图像，此电流存在于电磁波发射和接收中的哪些阶段(　　)A.经调制后　　　B.经调谐后C.经解调后D.耳机中
【解析】选A、B。为了把信号传递出去，需要将信号“加”到高频振荡电流上，这就是调制。而题中图像是将信号加上后使高频振荡电流的振幅随信号变化，这叫调幅。在接收电路中，经过调谐，回路中将出现调幅振荡电流，经解调后，低频信号从高频电流中还原出来，而在耳机中只有低频信号电流，A、B正确。
【总结提升】调谐和解调的作用及其区别(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振荡电流，在接收电路中产生最强的感应电流的过程；解调是将高频电流中携带的有用信号分离出来的过程。
4.关于电磁波，以下说法正确的是(　　)A.电磁波是由变化的电场和磁场组成的纵波B.要有效地发射电磁波，振荡电路必须有足够大的振荡周期C.调制可以使电磁波随各种信号而改变，而调谐和解调是电磁波接收中两个非常必要的环节D.一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，其顺序为：调制—发射—解调—调谐—播放
【解析】选C。电磁波是由变化的磁场和电场组成的横波，故A错误；要有效地发射电磁波，振荡电路必须有足够大的振荡频率，故有较小的周期，故B错误；调制可以使电磁波随各种信号而改变，而调谐和解调是电磁波接收中两个非常必要的环节，故C正确；一首乐曲从电台“出发”开始到从收音机的调频台播放出来为止，其顺序为：调制—发射—调谐—解调—播放，故D错误。
【补偿训练】　　下列说法正确的是(　　)A.发射的图像信号不需要调制过程B.接收到的图像信号要经过调制、解调C.电视信号包括图像信号和伴音信号两种D.图像信号和伴音信号传播的速度不同