2019-2020年高二物理無線電波的發(fā)射和接收.doc

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2019-2020年高二物理無線電波的發(fā)射和接收 一、教學(xué)目的 1．無線電波的波長范圍 2．了解無線電波的發(fā)射與接收； 二、教學(xué)重點：調(diào)制和解調(diào) 三、教學(xué)難點：調(diào)制和解調(diào) 四、教學(xué)方法：實驗演示、啟發(fā)式教學(xué) 五、教學(xué)用具：信號源，示波器，收音機(jī)，錄音機(jī)，調(diào)頻發(fā)射機(jī)等。 六、教學(xué)過程： （復(fù)習(xí)引入）問題： 1．古代人們有那些傳遞信息的方式？（烽火臺，鴿子，驛站，郵差等） 2．請問現(xiàn)在我們有那些傳遞信息的方式？（廣播，電視，電話，手機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)等） （過度）：現(xiàn)在的傳遞方式有線和無線之分，無線主要依靠電磁波，上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了什么是電磁波（引導(dǎo)同學(xué)簡單回憶復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容）．在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對我們來說越來越重要，無論是廣播、電視還是無線電通信以及航空、航天中的自動控制和通信聯(lián)系，都離不開電磁波．在無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波，那么無線電波是怎樣發(fā)射和接收的呢？ (板書) 18.5 無線電波的發(fā)射和接收 一、無線電波 無線電技術(shù)中使用的電磁波叫無線電波，無線電報的波長從幾毫米到幾十千米。 通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成長波、中波、中短波、短波和微波等幾個波段．（教師可以結(jié)合教材上的表格，提示學(xué)生比較各個波段的波長范圍和頻率范圍，簡述各波段無線電波的傳播方式以及主要用途．可以適當(dāng)補(bǔ)充一些實例．） 二、無線電波的發(fā)射 1．要有效地向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有兩個特點： （1）要有足夠高的振蕩頻率，理論研究表明，振動電路向外輻射能量的本領(lǐng)，即單位時間內(nèi)輻射出去的能量，與頻率的四次方成正比，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。 （2）振蕩電路的電場和磁場，必須分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去。 2．開放電路： 3．無線電波是由開放電路發(fā)射出去的。 在實際應(yīng)用中常把開放電路的下端跟地連接。跟地連接的導(dǎo)線叫做地線。線圈上部接到比較高的導(dǎo)線上，這條導(dǎo)線叫做天線。天線和地線形成了一個敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發(fā)射出去的。電視發(fā)射塔要建得很高，是為了使電磁波發(fā)射得較遠(yuǎn)。實際發(fā)射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個振蕩器電路與之耦合，如圖所示：振蕩器電路產(chǎn)生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振 L1 L2 蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)出無線電波，向四周發(fā)射． 4、調(diào)制：調(diào)幅與調(diào)頻 發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號。例如無線電報傳遞的是電碼符號，無線電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號而改變。 在電磁波發(fā)射技術(shù)中，如果把這種電信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，那么，載有信號的高頻振蕩電流產(chǎn)生的電磁波就載著要傳送的信號一起發(fā)射出去．把要傳遞的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號而改變叫做調(diào)制。 進(jìn)行調(diào)制的裝置叫做調(diào)制器．耍傳遞的電信號叫做調(diào)制信號． 使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號而改變叫做調(diào)幅（畫圖），調(diào)幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。 使高頻振蕩電流的頻率隨調(diào)制信號而改變叫做調(diào)頻（畫圖），調(diào)頻廣播(FM)和電視廣播都采用調(diào)頻的方法來調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)波段。  右圖是調(diào)幅裝置的示意圖．接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個最簡單的調(diào)制器，由聲源發(fā)出的聲音振動使話筒里的碳粒發(fā)生時松時緊的變化，它的電阻也發(fā)生時大時小的變化。所以，雖然振蕩器產(chǎn)生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調(diào)幅電流．由于線圈的互感作用，從開放電路中發(fā)射的也是這種高頻調(diào)幅電流。這種電磁波叫調(diào)幅波。 三、無線電波的接收 處在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)作中感應(yīng)電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導(dǎo)體，就可以接收到電磁波。 1、在無線電技術(shù)中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波。 2、電諧振 世界上有許許多多的無線電臺、電視臺以及各種無線電通訊設(shè)備，它們不斷地向空中發(fā)射不同頻率的電磁波，這些電磁波強(qiáng)弱不等地彌漫在我們周圍。如果不加選擇地把它們都接收下來，那必然是信號一片混亂，分辨不清，達(dá)不到我們傳遞信息的目的。所以，接收電磁波時，首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺。這就要設(shè)法使我們需要的電磁波在接收天線中激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)。在無線電技術(shù)里，是利用電諧振來達(dá)到這個目的的。當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)。這種現(xiàn)象叫做電諧振，相當(dāng)于機(jī)械振動中的共振。 （用示波器觀察電諧振波形） 3、調(diào)諧 接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧，能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路。 圖是收音機(jī)的調(diào)諧電路。調(diào)節(jié)可變電容器的電容來改變調(diào)諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺發(fā)出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調(diào)諧電路里激起較強(qiáng)的感應(yīng)電流，這樣就選出了這個電臺。（演示調(diào)諧過程） 4、檢波 收音機(jī)接收的經(jīng)過調(diào)制的高額振蕩電流（對應(yīng)圖講解），這種電流通過收音機(jī)的耳機(jī)或揚(yáng)聲器，并不能使它們振動而發(fā)聲，為什么呢，假定某一個半周期電流的作用是使振動片向某個方向運(yùn)動，下一個半周期電流就以幾乎同樣大的作用使振動片向反方向運(yùn)動．高頻電流的周期非常短，半周期更短，而振動片的慣性相當(dāng)大，所以在振動片還沒有來得及在電流的作用下向某個方向運(yùn)動的時候，就立刻有一個幾乎同樣大的作用要使它向反方向運(yùn)動，結(jié)果振動片實際上不發(fā)生振動．要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，使揚(yáng)聲器(或耳機(jī))中的動片隨聲音信號振動。 從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調(diào)制信號過程，叫做檢波。檢波是調(diào)制的逆過程，因此也叫解調(diào)。由于調(diào)制的方法不同，檢波的方法也不同。檢波之后的信號再經(jīng)過放大、重現(xiàn)，我們就可以聽到或看到了。 下面介紹收音機(jī)中對調(diào)幅波的檢波。 右圖是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向?qū)щ娦詠磉M(jìn)行檢波的。調(diào)諧電路中產(chǎn)生的是經(jīng)過調(diào)幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產(chǎn)生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向?qū)щ娦裕ㄟ^它的是單向脈動電流，這個單向脈動電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號，高頻成分基本從電容器C（復(fù)習(xí)旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機(jī)發(fā)聲。（用示波器觀察檢波過程）實際上就是一個晶體二極管收音機(jī)的電路圖．這種收音機(jī)聲音很小，只能用開機(jī)收聽本地電臺．為了提高收音機(jī)的接收性能，需要用放大器把微弱的信號放大．圖示是加有放大器的收音機(jī)方框圖．由天線和調(diào)諧電路接收到的高頻調(diào)幅電流，先通過放大器進(jìn)行高頻放大，然后進(jìn)行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發(fā)出聲音。 下面我們通過調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式，來看看無線電波發(fā)射和接收的全過程。 （1）調(diào)幅發(fā)射和接收。（實驗演示） （2）調(diào)頻發(fā)射和接收。（實驗演示） 比喻： 高頻電流→火車 音頻電流→貨物 調(diào)制→發(fā)射→傳播→調(diào)諧→解調(diào) 裝貨→出站→運(yùn)行→進(jìn)站→卸貨 作業(yè)：自學(xué)第六節(jié) 電視 雷達(dá)