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4.3无线电波的发射和接收
〖教材分析〗
本节主要介绍无线电波的发射原理和接收原理。以有效发射电磁波的两个条件为线索，讲了开放电路以及调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念。然后从空间中选择我们需要的电磁波的角度讲了接收原理及方法。学好本节内容，一可以加深对本章所学知识的理解，了解物理学的技术应用到生活领域，加深对科学技术的亲近感，激发学生运用科学知识解决一些实际问题的兴趣。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念∶理解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振等概念，能看懂无线电波发射和接收示意图。
科学思维∶学会分析无线电波发射、接收的工作原理，领会无线单波在实际生活生产中的应用流程。
科学探究：通过实物展示电视广播的发射接收过程，锻炼学生对实际生活问题的研讨能力。
科学态度与责任∶通过电磁波的应用，体会科技发展的过程及对社会的推动作用。
〖教学重难点〗
教学重点：理解无线电波的发射和接收过程，以及调制、解调等概念。
教学难点：应用无线电技术，分析电视广播的发射和接收过程。
〖教学准备〗
多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入
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，也就不能有效地发射电磁波，那怎样才能有效地发射电磁波呢？
之前学习的LC振荡电路，它可以有效发射电磁波吗？
动图展示：振荡电路的变化过程。
二、新课教学
（一）无线电波的发射
1.有效发射电磁波的条件
第一，要有足够高的振荡频率。
振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关。频率越高，发射电磁波的本领就越大。
2.有效发射电磁波的方法
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根据振荡频率公式可知减小自感系数L或减小电容C，都可增大频率。
①减小电容C：增大板间距d，减小正对面积S
从而使电场和磁场扩展到电容器的外部。原先我们的电路是这样的，现在增大板间距d，减小正对面积S变成这样。这样的振荡电路叫作开放电路。
②减小自感系数L：开放电路变为成为一条导线
这样就能使得频率很高，就可以有效地把电磁波发射出去了。
3.实际应用
地线：线圈的一端用导线与大地相连
天线：线圈的另一端与架在空中
此时天线和大地就构成了一个巨大的电容。无线电波就从这巨大的开放电路中发射出去啦。
再将发射塔建的很高，这样电容极板间距离很大，使得电容C就会更小小，保证电磁波传递的较远。
问题：发射电磁波干嘛？
用来远距离传递信号，这可是人类的重要发明。人们用无线电报传递电码符号，用无线广播传递声音，用电视广播传递图像和声音。
4.如何利用无线电波传递各种信号
困难：信号的频率太低，发射不出去；振荡器产生的高频电磁波不具有信号特征。
办法：把信号加载在高频电磁波上
具体做法
有一种叫调制的电子技术，能使高频电磁波随着各种信号而改变，他可以把声音图像信号加载到高频电磁波上。习惯上把需要被传递的信号叫做调制信号，把充当运载工具的高频正弦波叫做载波，用来调制的设备叫做调制器。
比如改变振动的幅度这种调制叫做调幅，简称AM。
或者改变振动的频率，这种调制叫做调频，简称FM。
都能使高频电磁波随信号变化而改变。于是，通过把改造后的高频电磁波发射出去，也就把信号传递出去。
5.无线电的发射过程
用话筒收集声音信号，用振荡电路产生高频电磁波。
问题：那我们如何接收无线电信号呢？
1.接收原理和设备
①原理:电磁感应现象，导体遇到电磁波会产生感应电流。
②设备：接收天线
存在的困难：世界上有许许多多的无线电台、电视台以及各种无线电通信设备，它们不断地向空中发射各种频率的电磁波，这些电磁波弥漫在我们周围。天线不会分辨，而是把所有的电磁波都转换为感应电流，结果跟噪音一样，无法传递信息。
办法：在诸多的信号中筛选出能在接收天线中激起的感应电流最强的那部分。
问题：如何实现筛选呢？
2.筛选装置
可以用LC电路，因为当某个电磁波的频率<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>与LC电路的固有频率相等时，他产生了感应电流就会最强，从而很容易选中他。这种现象类似机械振动中的共振，被叫做电谐振。于是只要调节电路的固有频率，就能筛选出不同的电磁波.
由于改变线圈很不方便，所以一般就改变电容，如图所示的可变电容器。
接收电路发生电谐振的过程，就被叫做调谐。能够调谐的电路称为调谐电路。比如生活中选择电台就是调谐过程。
问题：那这个感应电流就是原信号吗？
不是，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。
3.解调过程：还原声音和图像信号
高频电流中分离出信号的过程叫做解调。意为解除调制，它是调制的逆过程。
当然，调制的方法不同，解调的方法也不同，其中调幅波的解调也叫减波，至此终于还原出想要的信号啦。但因为路途遥远，这也使得信号已经很虚弱了，那就得用放大电路补充能量。信号完全复活后，输入喇叭或者显示器，最终还原为声音和图像啦，完成了信息的传递。
4.无线电的接收全过程
（三）电视广播的发射和接收
电视可以说是20世纪最有影响力的发明之一，他第一次真正打开了人们的眼界，极大的丰富了人们的生活，下面就来详细了解一下。在1927年，英国发明家贝尔德在伦敦公开表演了向远处传递活动图像的技术，标志着电视的诞生。之后飞速发展，形成了一个现代电视系统。
1.电视信号的采集过程与发射
如图所示，这个摄像管中的摄像镜头把景物呈下来，摄像管的屏幕上，然后电子枪发出电子束，通过偏转线圈的控制，将图像从行扫描一遍。如右图所示，从这里开始，像这样扫描下去，一直到这里结束。将屏幕上每个点的明暗情况，也就是景物的光信号都转变为强弱不同的图像电信号。同时，电视的伴音信号则通过话筒来采集，把声信号也转换为变化的声音电信号。经过调制后加载到高频电磁波上，通过发射天线传播出去。
2.电视信号的主要传播方式
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
①地面无线电传输
②有线网络传输
优点：信号不受外界干扰，收视质量更好。
③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。
3.电视信号的接收
电视台发出的高频电磁波，通过传播被天线接收到后（或者有线传输），经过调谐筛选出正确的高频信号，再通过解调之后分离出图像电信号和声音电信号。其中图像电信号被传输到显像管中，控制着电子束的强弱，当电子束像摄像管那样扫描屏幕时，也就重现了电视画面，摄像机在一秒内要扫描25幅画面，那显像管儿也就以相同的频率在屏幕上扫描出25幅画面。由于人眼的视觉暂留效应，加上画面的更换迅速，人感觉到看到的便是活动的画面。而声音电信号经过放大后被传送到扬声器就能听到声音。整个过程就是两种电信号转化为光信号和声信号。
4.电视广播的发射和接收的全过程
课堂练习
例1：（单选）为了使需要传递的信息(如声音、图像等)加载在电磁波上发射到远方，必须对振荡电流进行( )
解：把低频信号加到高频电磁波上去的过程叫调制．2．调制有调幅和调频两种，选C。
例2：要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是( )
解：振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关。频率越高，发射电磁波的本领就越大。根据振荡频率公式 <Object: word/embeddings/oleObject3.bin> ,可知减小自感系数L或减小电容C，都可增大频率。增大板间距d，减小正对面积S。选B。
例3：(多选)下列说法正确的是( )
A.摄像机实际上是将光信号转变为电信号的装置
B.电视接收机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
C.由于画面更换迅速和视觉暂留现象使人们看到的是活动的图像
D.电视机接收到的画面是连续的
解：通过摄像机摄到景物的光信号,再通过特殊装置转变为电信号,在1 s内传递25幅画面;电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号,最后还原为图像和景物,每秒要接收到25幅画面,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们感觉到的便是活动的图像,所以A、B、C选项正确。
例4：(多选)关于无线电广播的接收,下列说法正确的是( )
A.用调谐器取出的高频电流,通过喇叭即可听到声音
B.接收到的高频电流只有通过解调,才能产生音频电流
C.调谐器的作用就是将音频信号从高频信号中取出
D.通过解调电路的电流,再通过喇叭才能听到声音
解：本题主要在于区分解调和调谐的概念,解调又叫检波,是把有用信号从高频信号中取出的过程;调谐是使接收电路产生电谐振的过程。选BD。
〖板书设计〗
4.3无线电波的发射和接收
- 1.原理;电磁感应现象，导体遇到电磁波会产生感应电流。 2.设备 ∶接收天线 3.筛选装置∶调谐电路
〖教学反思〗
本节课内容比较抽象，电磁波看不见摸不着，但是又是真实存在于生活中。通过类似思维导图的形式，把无线电波的发射和接收过程展示出来，起到了很好
的效果。有利于学生的理解和认识。
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