電磁波的發(fā)射和接收2.doc

航帆教育隨堂知識(shí)題庫185 無線電波的發(fā)射和接收【教學(xué)目的】1、了解無線電波的波長范圍2、了解無線電波的發(fā)射過程和調(diào)制的簡(jiǎn)單概念3、知道無線電波接收過程的調(diào)諧、檢波及無線電波的接收的基本原理【教學(xué)重點(diǎn)】接收電路的調(diào)諧原理【教學(xué)難點(diǎn)】調(diào)制原理、檢波原理【教具】“無線電波的發(fā)射和接收”演示儀【教學(xué)過程】、復(fù)習(xí)&引入復(fù)習(xí)提問2：電磁波在真空中的傳播速度是多少？學(xué)生：光速c = 3.0108m/s 。電磁波的速度和光的傳播速度相等，是一種巧合，還是具有某種必然性？光本身是不是電磁波？這個(gè)問題，其實(shí)麥克斯韋在兩百年前已經(jīng)給出了結(jié)論，我們會(huì)在后面的課程中詳細(xì)介紹。這里先有必要告訴大家的是，電磁波的種類是很多的。除了傳輸手機(jī)信號(hào)、電視信號(hào)的是電磁波，可見光、紅外線（紫外線）是電磁波，X射線、刀是電磁波，CT掃描、核磁共振也是利用電磁波。它們構(gòu)成了一個(gè)龐大的電磁波家族。不過，遵從循序漸進(jìn)的原則，我們先還是了解一下這個(gè)家族中比較平易近人的一員，那就是一、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(bào)的波長從幾毫米到幾十千米不等。它們的主要作用是通訊和導(dǎo)航，根據(jù)波長（或頻率）又可以把無線電波分成長波、中波、中短波、短波和微波等幾個(gè)波段。各個(gè)波段的無線電波的作用、傳播方式也是不同的，具體分類見下表：波段波長頻率傳播方式主要用途長波30000m3000m10KhZ100kHZ地波超遠(yuǎn)程無線電通信和導(dǎo)航中波300m200m100kHZ1500kHZ地波和天波調(diào)幅（AM）無線電廣播、電報(bào)、通信中短波200m50m1500kHZ6000kHZ短波50m10m6MHZ30MHZ天波微波米波（VHF）10m1m30MHZ300MHZ近似直線傳播調(diào)頻無線電廣播、電視、 導(dǎo)航分米波（UHF）1m0.1m300MHZ3000MHZ直線傳播電視雷達(dá)導(dǎo)航厘米波10cm1cm3000MHZ30000MHZ毫厘波10mm1mm30000MHZ300000MHZ請(qǐng)大家注意表格中波長和波的傳播方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，你能用已有的知識(shí)進(jìn)行解釋嗎？學(xué)生：思考、討論，答問（答案：波長越長，衍射越容易；反之，趨于直線傳播。）無線電波能夠如此廣泛地為人類服務(wù)，它是怎樣實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能的呢？二、無線電波的發(fā)射無線電波的發(fā)射要解決兩大問題：1、盡可能地發(fā)射得更遠(yuǎn)；2、信息加載。關(guān)于問題1，前一節(jié)已經(jīng)介紹由閉合電路變成開放電路的努力。這里只需補(bǔ)充一點(diǎn)，傳播越遠(yuǎn)，輻射出去的能量就越多，開放電路需要補(bǔ)充的能量也就越多。這個(gè)補(bǔ)充的過程是通過圖1所示的耦合電路實(shí)現(xiàn)的。過程解釋（互感知識(shí)復(fù)習(xí)）下面我們要介紹載波和信號(hào)的概念。為了電磁波盡可能遠(yuǎn)地發(fā)射，應(yīng)盡可能地提高它的頻率，但是，電磁波需要傳遞的信號(hào)頻率是可以隨意提高的嗎？（譬如聲波，頻率本身就是音調(diào)，改變之后，其不成了超聲波？）既然信號(hào)頻率不能提高，我們就需要另外一個(gè)高頻波來運(yùn)載信號(hào)，這個(gè)波不妨稱為載波（就象小孩不能遠(yuǎn)行，需要大人背著走）。將信號(hào)加入載波的過程叫調(diào)制。當(dāng)然，如果信號(hào)本身是機(jī)械波，我們還需要先將信號(hào)轉(zhuǎn)換成變化規(guī)律完全相同的電磁波。調(diào)制又分為調(diào)幅和調(diào)頻兩種。下面分別做簡(jiǎn)要介紹使高頻振蕩電流的振幅隨調(diào)制信號(hào)而改變叫做調(diào)幅（如圖2），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(hào)而改變叫做調(diào)頻（如圖3），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。經(jīng)過調(diào)制的無線電波具備高頻和低頻兩種成分，既滿足了遠(yuǎn)距離傳送的要求，也自始至終攜帶著發(fā)射源需要傳送的信號(hào)。三、無線電波的接收從要求的角度看，無線電波接收的過程是發(fā)射的逆過程，即擯棄載波、取出信號(hào)的過程。詳細(xì)考查接收過程，可以分為兩步：1、諧振；2、檢波（解調(diào)）。1、諧振。世界上有許許多多的無線電臺(tái)、電視臺(tái)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(hào)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(shí)，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(tái)。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(gè)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(shí)，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(dòng)中的共振。圖4就是一個(gè)典型的諧振回路。調(diào)協(xié)過程與原理（LC周期公式對(duì)應(yīng)）學(xué)生：思考2、檢波。檢波包括兩個(gè)過程：整流和濾波。整流介紹（整流的必要性、二極管單向?qū)щ娦裕V波介紹（濾波的必要性、電容旁路或電感扼流）圖5展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的無線電波接收電路，請(qǐng)大家從圖中認(rèn)識(shí)什么元件起整流作用、什么元件起濾波作用。學(xué)生：認(rèn)識(shí)、尋找檢波過程對(duì)應(yīng)的波形變化過程如圖6所示（這里以調(diào)幅波為例）很顯然，經(jīng)過檢波之后，“信號(hào)”已經(jīng)被完整地取出來，信息傳送的目的也就達(dá)成了。演示：無線電波的發(fā)射和接受四、小結(jié)本節(jié)課介紹了什么是無線電波，以及它的發(fā)射和接收過程。雖然充斥著很多的名詞，但要求都不高。不過作為一個(gè)高中生，了解這些物理常識(shí)還是非常必要的。最后需要指出的是，實(shí)際的發(fā)射和接收電路比我們今天介紹的要復(fù)雜得多（譬如，起碼還有一個(gè)信號(hào)放大的問題，等等），我們今天只是介紹了一