资源简介

/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电磁波与通信技术
章首语
本章以电磁波为核心,围绕现代通信技术的原理与发展展开,共分四节,内容层层递进:第一节电磁波,从物理本质出发,引导学生认识电磁波的产生、传播特性及其应用价值,奠定全章知识基础;第二节广播和电视,以传统通信技术为载体,剖析电磁波在信息传递中的具体应用,帮助学生理解技术与社会的互动关系;第三节现代通信技术及其发展前景,聚焦光纤通信、卫星通信、互联网等前沿领域,展现技术革新对人类生活的深远影响;第四节探寻移动通信技术的变迁,通过历史脉络梳理与技术对比,引导学生感悟科技发展的内在逻辑与社会需求驱动的创新本质。本章融合物理规律、技术应用与人文思考,体现了“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念。
初中学生已具备初步的电与磁知识,但对电磁波的抽象性(如不可见性、波动性)理解存在困难。生活中,学生对手机、WiFi、卫星电视等通信工具高度熟悉,但对其背后的物理原理缺乏系统认知。他们对科技发展充满兴趣,但可能对技术伦理、信息安全等问题思考不足,教学中需借助直观实验、生活案例与信息技术手段,化抽象为具体,激发探究兴趣,并引导辩证思考技术发展的双刃剑效应。
1.知道电磁波。知道电磁波在真空中的传播速度。知道波长、频率和波速。了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。
例1　举例说明电磁波的存在。
例2　了解广播电台节目的发射频率和波长。
例3　知道移动通信和卫星通信等都应用了电磁波。
活动建议:
查阅资料,了解我国北斗卫星导航系统的作用和优势,讨论电磁波在卫星通信技术中的应用。
【物理观念】
理解电磁波是物质存在的一种形式,能够传递能量和信息,掌握其产生条件(变化的电流)及传播特性(真空中波速为3×108 m/s,波速公式v=λf);认识电磁波与机械波的本质区别(如传播介质依赖性),并解释其在不同技术中的应用,如广播、电视、微波炉的工作原理;理解现代通信技术(如光纤通信、卫星通信、移动通信)的物理基础,建立“技术以科学规律为核心”的认知。
【科学思维】
通过对比不同波段电磁波(如长波、短波、微波)的应用场景,分析技术选择的合理性,培养批判性思维;运用模型建构与逻辑推理,解释通信系统的工作流程(如信号发射、传输、接收),绘制电磁波传递信息的链路图;结合波速公式,解决实际问题(如计算雷达测距、电磁波频率与波长关系),强化数学工具与物理规律的结合。
【科学探究】
设计简易实验验证电磁波的存在及特性(如利用收音机检测电磁波信号),体会科学探究的实证性与严谨性;通过案例分析(如5G技术的关键突破),探究技术发展的科学驱动与社会需求的双重作用;开展项目式学习(如“未来通信技术设想”),综合运用电磁波知识解决实际问题,培养创新与实践能力。
【科学态度与责任】
辩证分析通信技术对社会的影响(如便利性与隐私风险),树立技术应用的伦理意识;通过我国通信技术发展历程(如5G技术突破),增强民族自豪感与科技强国的使命感;关注电磁波的安全使用(如辐射防护),培养科学理性与社会责任感。
本章教学立足学生认知规律与生活经验,采用“生活化情境导入—实验探究建构概念—技术溯源深化理解—实践应用内化素养”的路径展开。教学中,通过“收音机、手机信号传递”“广播电视工作原理”等真实问题创设情境,激发学生学习兴趣;可以借助示波器观测电磁波、自制简易天线接收广播信号等分层递进式实验,将抽象理论具象化,引导学生在观察、推理中理解电磁波特性;最后,了解移动通信的发展史,体会现代通信技术的巨大变革,辩证认识科学技术的双面性,利用在“科技进步与隐私保护”辩论活动中深化技术伦理思考。全章注重学科融合、实践创新与价值观引领,兼顾知识建构与核心素养的协同发展。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电磁波与通信技术
第一节　电磁波
教 材 解 读 　本节内容是本章知识结构的核心,本节的教学是围绕“电磁波的产生与描述”“电磁波的传播”和“电磁波的应用”进行的。在教学过程中通过观察生活中的现象让学生感知电磁波的存在,进而理解电磁波的传播(传播条件、相关物理量的计算),通过了解雷达、隐形飞机等设备的工作过程,激发学生探究科学的兴趣和热情。
学 习 目 标 物理观念 　1.了解电磁波的产生和传播。 　2.知道光是一种电磁波,知道电磁波在真空中传播的速度是3×108 m/s。 　3.知道波长、频率和波速的关系,会用波速公式进行简单计算。 　4.了解电磁波的应用。
科学思维 　通过对电磁波的了解,提高学生应用科学文化知识解决实际问题的能力和概括总结的能力。
科学态度 与责任 　通过对电磁波的学习,培养学生想象与实践结合的科学态度。初步认识科学技术对社会发展的作用,深入体会物理与生活的密切联系,激发学生敢于向科学挑战、热爱科学的情感。
重点 难点 　重点:波长、频率和波速的关系。 　难点:通过设计实验、动手实验等活动,使学生体会到物理就在我们身边。
合 作 探 究 　探究电磁波的传播不需要介质 　材料:手机,水槽,水,木盒子,真空罩 　过程: 　(1)把手机放进塑料袋,再放入水槽中,用另一个手机呼叫它。 　(2)把手机放在密闭的木制盒子里,然后用另一个手机呼叫它。 　(3)把手机放在真空罩中,然后用另一个手机呼叫它。 　现象:都能接到来电。 　原理:电磁波的传播不需要介质。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 多媒体播放电影片段情报人员发电报传递情报。 师:影片中情报人员用电报将情报传递了出去,大家知道电报是通过什么来传递信息的吗 生:电磁波。 师:对!本节我们就来学习有关电磁波的知识。 学生讨论,交流 教师播放视频,学生观看并思考问题。
【探究新知】 一、电磁波的产生与描述 过渡设问:电视信号、手机信号都是利用电磁波来传递的,电磁波是怎样产生的呢 演示实验:电磁波的产生。(见教材P179) 探究归纳:变化的电流能在周围产生电磁波。电台采用专门的电子器件和电路,产生大小和方向周期性变化的电流,这种电流称为振荡电流。振荡电流可以产生电磁波。 二、电磁波的传播 1.电磁波的传播不需要介质 过渡设问:声音的传播需要固体、液体、气体等介质,电磁波的传播需要介质吗 演示实验:把一个手机放入真空罩中,拨打这个手机的号码,看手机有没有反应。 观察、思考、交流 提高学生观察能力以及概括总结能力。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
探究归纳:电磁波的传播不需要介质,真空也可以传播电磁波。 2.电磁波的几个要素 多媒体展示图片: 归纳: (1)波长:相邻的两个波峰(或波谷)的距离。 单位:米。 (2)频率:1 s内有多少次波峰或波谷通过,波的频率就是多少。 单位:赫兹(Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)。 (3)波速:波传播的快慢。单位:米/秒。 3.电磁波的传播速度 归纳:光也是一种电磁波,光速即为电磁波的传播速度,真空光速:c=3.0×108 m/s。 4.电磁波谱 多媒体展示图片:电磁波谱。 观察、思考、合作、归纳总结 观察、理解、类比 培养学生合作探究和创新能力。 让学生细心阅读,理解,总结,会做简单的有关电磁波的计算。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
电磁波谱 三、电磁波的应用 过渡设问:电磁波与我们的生活是密切相关的,大家想一想电磁波在我们生活中都有哪些应用 多媒体展示以下图片: 家用微波炉 微波炉将电磁波的能量转化为食物的内能,电磁波能够传递能量。 电磁波能够传递信息。 观察、思考、总结 阅读,了解,交流、讨论 体会物理与生活的密切联系,激发学生敢于向科学挑战、热爱科学的情感。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
师生共同归纳电磁波的用途:①在医学上:医生用γ射线做脑部手术,用X射线透视来判断身体某些部位是否出现异常。②在通信中:在通信领域利用无线电波来传输信息,如收看电视、收听广播、接收手机信号等。③在生活中:日常用的电视机、空调等设备的遥控器都是红外线遥控,即都是利用电磁波来工作的。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略)
学点1　电磁波的产生和描述
如图15-1-5所示,打开收音机的开关,调节调谐旋钮到没有电台广播的位置。在收音机旁用一根导线的两端分别连接电池组的正极和钢锉的一端,另一根导线一端连接电池组的负极,另一端在钢锉的表面上滑动,这时会听到收音机发出“嗒、嗒……”声。
图15-1-5
问题1:收音机发出“嗒、嗒……”声,表明收音机已经接收到　电磁波　。其原因是当导线另一端在钢锉的表面上滑动时,在接通和断开的瞬间,电路中的　电流大小　就迅速变化,产出　电磁波　。
问题2:电磁波是个大家族,光　是　(选填“是”或“不是”)一种电磁波;超声波、次声波　不是　(选填“是”或“不是”)电磁波。
学点2　电磁波的传播
问题1:在一列波中,凸起的最　高　处叫作波峰,凹下的最　低　处叫作波谷。邻近的两个　波峰　(或　波谷　)之间的距离叫作波长。在确定位置,1 s内有多少次波峰或者波谷通过,波的　频率　就是多少。用来描述波传播　快慢　的物理量叫作波速。
问题2:如图15-1-6所示,航天员王亚平在天宫一号上与地面的中小学生现场连线进行太空授课。讲课的视频和声音通过电磁波借助天链系列中继卫星传播到了千家万户。这些例子都说明电磁波　能　(选填“能”或“不能”)在真空中传播,这表明电磁波的传播　不需要　(选填“需要”或“不需要”)介质,其传播速度是　3.0×108 m/s　。
图15-1-6
学点3　电磁波的应用
问　题:电磁波已经成为现代社会的重要资源,除了广泛应用于通信领域,电磁波在生活中还有许多应用。例如:微波炉用　微波　来加热食物,医院用　X射线　检查身体,用　紫外线　进行消毒,用　红外线　测量体温、辅助开展物理治疗,等等。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电磁波与通信技术
第一节　电磁波
方式　【情境导入】
多媒体播放电影片段:情报人员发电报传递情报(图15-1-1)。
图15-1-1
师:影片中情报人员用电报将情报传递了出去,大家知道电报是通过什么来传递信息的吗
生:电磁波。
师:对!本节我们就来学习有关电磁波的知识。引入新课。
实验改进:电磁波的产生与接收
(1)原实验缺点:教材P179演示实验至少有两个不足之处:一是直接采用短路连接的方式,对学生理解“电路要避免短路”这一知识会造成干扰;二是短路连接会对电池造成较大损坏。
(2)实验改进:
①实验器材:一个红色发光二极管,一个4.7 Ω电阻,一个开关,两节电池,若干导线,收音机。
②实验电路图:如图15-1-2所示。
图15-1-2
③实验操作说明:按电路图连接电路,当快速重复闭合、断开开关时,红色发光二极管随着开关的通断而一亮一灭,说明电路中电流发生了变化,这时收音机发出“嗒嗒”声,从而得出电磁波产生的条件是:电路中有变化的电流。
(3)改进实验的优点:一是避免了短路对电池的过大损坏;二是通过观察二极管的发光情况,从而知道电路中电流的有无以及变化情况,并结合收音机的发声情况,更能明显地得出电磁波产生的条件。
[中考解读] 本节内容中,电磁波的产生与传播是中考的热点,电磁波的应用、有关波长或频率的计算是常考点,中考中多以选择题、填空题和实验探究题的形式进行考查。
[考点对接] 1.电磁波的传播
例1　(广州中考)某手机网络频率范围是1920 MHz~1935 MHz,下列说法中正确的是 (　　)
A.1920 MHz的电磁波波长比1935 MHz的短
B.1920 MHz的电磁波不能在没有空气的月球上传播
C.1920 MHz的电磁波在真空中传播的速度比1935 MHz的小
D.1920 MHz和1935 MHz的电磁波在真空中传播的速度相同
[答案] D
例2　(河南中考)对电磁波的认识,下列说法中错误的是 (　　)
A.可见光也是一种电磁波
B.红外线比紫外线的频率低
C.真空中不同电磁波的传播速度不同
D.电磁波的频率越高,波长越短
[答案] C
[考点对接] 2.电磁波谱及应用
例3　(广州中考)如图15-1-3所示是电磁波及其应用实例,下列说法正确的是 (　　)
图15-1-3
A.紫外线是紫色的
B.电视机遥控器用γ射线遥控
C.体检时胸透用的电磁波频率比无线电波低
D.可见光与无线电波在真空中的传播速度相同
[答案] D
例4　(潍坊中考)电磁波家庭成员很多,有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等,电磁波与人们的生活密不可分,已应用到我们生活的各个方面。关于电磁波的应用,下列说法中正确的是 (　　)
A.验钞机利用红外线来辨别钞票真伪
B.手机利用紫外线传递信号
C.遥控器利用紫外线实现对电视机的遥控
D.微波炉利用电磁波来加热食品
[答案] D
材料一——红外一体化摄像机
随着人们安全防范意识的提高,对重要场所24小时连续电视监控的需要和红外成像技术的成熟,红外一体化摄像机的使用率越来越高,已逐渐发展成为一种趋势,不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、图书文献库、监狱等重要部门应用,而且也在居民小区等一般电视监控工程中得到使用(如图15-1-4所示)。
图15-1-4
光是一种电磁波,具有与无线电波一样的本质。人眼可见的只是光的一部分,我们称其为可见光,可见光的波长范围为380 nm~780 nm,可见光波长由长到短依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫光,波长比紫光短的称为紫外线,波长比红光长的称为红外线。
红外线的波长在780 nm~1000 μm之间,介于无线电波与可见光之间。红外灯按其红外线辐射机理分为半导体固体发光红外灯和热辐射红外灯两种。目前在CCTV红外摄像机中前者使用较多。红外发射二极管红外灯的原理是:由红外发光二极管矩阵组成发光体,红外发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏置电压,向PN结注入电流激发红外光。光谱频率分布为中心波长830 nm~950 nm,半峰带宽约40 nm,它是窄带分布,为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方,并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角,即半功率角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
红外一体化摄像机成像原理是:在夜视监控系统中,常规的办法是利用可见光照明,但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点,因此使用较少;目前隐蔽、科学的夜视监控采用的是红外摄像技术。红外摄像技术分为被动式和主动式。被动红外摄像技术利用的原理是任何物质在绝对零度(-273.15 ℃)以上都有红外线辐射,物体的温度越高,辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪,但是,这种特殊的红外摄像机造价昂贵,因此仅限于军事或特殊场合使用。而主动红外摄像技术,是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外线),应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围景物和环境反射回来的红外线实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟、稳定,已成为夜视监控的主流。红外一体化摄像机是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为一体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外线的光谱特性(即可以感受可见光,也可以感受红外线),配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度、摄像机的配置、一定焦距的感红外镜头以及是否有良好的供电散热处理是判断红外一体化摄像机性能的重要参数。目前市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的,这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解,能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等做合理的搭配。
　　材料二——紫外线的危害
紫外线强烈作用于皮肤时,可发生光照性皮炎,皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿等,严重的还可引起皮肤癌。
紫外线作用于中枢神经系统,可出现头痛、头晕、体温升高等症状。作用于眼部,可引起结膜炎、角膜炎,称为光照性眼炎,还有可能诱发白内障,在焊接过程中产生的紫外线会使焊工患上电光性眼炎(可以治愈)。
紫外线在一年四季都存在,虽然冬季太阳光显得比较温和且北方多雾,但紫外线仅仅比夏天弱约20%,仍然会对人体皮肤和眼睛等部位造成很大危害,所以冬季仍需避免紫外线照射。长期被紫外线照射易造成皮肤产生各种色斑,所以即使是在寒冷的冬天,户外活动时也应涂抹隔离霜或防晒霜。如果是外出进行滑雪运动或在雪地里长时间停留时,最好还要戴上护眼镜,以防止紫外线和雪地强光对眼睛的刺激。
近年来,大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层,破坏了这道保护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示,1979年以来我国大气臭氧层总量逐年减少,在20年间臭氧层减少了14%。而臭氧层每递减1%,皮肤癌的发病率就会上升3%。目前,各地气象局会发布紫外线指数,以帮助人们适当预防紫外线辐射。
北京市气象局提醒人们当紫外线为最弱(0~2级)时对人体无太大影响,外出时戴上太阳帽即可;在紫外线达到3级时,外出时除戴上太阳帽外还需备有太阳镜,并在身上涂上防晒霜,以避免皮肤受到太阳辐射的危害;当紫外线强度达到5~6级时,外出时必须在阴凉处行走;紫外线达到7~9级时,在上午10时至下午4时这段时间最好不要到沙滩上晒太阳;当紫外线指数大于等于10级时,应尽量避免外出,因为此时的紫外线辐射极具伤害性。
　　材料一　红外一体化摄像机 　　材料二　紫外线的危害 　　——详见电子资源
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑