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第二十一章 电磁波及其应用
第二节 广播、电视和移动通信
物理观念：培养学生对电磁波在通信技术中重要作用的认识，形成电磁波传播的基本观念。
科学思维：通过分析广播、电视和移动通信的原理，锻炼学生的逻辑思维和问题解决能力。
科学探究：引导学生通过实验和实际操作，体验电磁波的应用，提升实践探究能力。
科学态度与责任：通过了解广播、电视和移动电话的工作过程，初步认识科技对现代生活的影响。激发学生对科学技术的兴趣，培养严谨的科学态度和责任感。
我们的生活中已经离不开广播、电视和移动电话，它们是现代无线电通信技术在生产技术和社会生活中的重要应用。
我们几乎每天都要听广播、看电视、打电话，这些图像和声音是怎样传过来的？
1.无线电广播信号的发射——由广播电台完成
广播电台
话筒
天线
主要由三部分组成：话筒、调制器、天线。
话筒把播音员的声音信号转换成电信号，通过调制器加载到高频电流上，通过天线产生电磁波发射到空中。
知识点一：无线电广播信号的发射和接收
（1）话筒、调制器与天线的主要作用
高频振荡器
产生高频电流
调制器把音频电流加载到高频电流上且进行放大
话筒把声音信号转换成电信号（音频电流）
天线把载有音频电流的电磁波发射出去
利用假期参观科技馆。将复杂公式分解记忆。物理公式的灵活运用需要分组讨论解决疑难问题，物理学习要注重过程而非结果。建立系统的物理知识框架应当绘制概念图梳理知识脉络，理论与实践结合效果最佳。分组讨论解决疑难问题，物理作为自然科学的基础学科，物理概念的历史演变，建立物理量之间的数量级概念。关注物理单位的换算关系。创新思维能突破学习瓶颈。比较不同条件下的物理变化，系统化的知识才能灵活运用。
（2）归纳：无线电广播信号的发射过程
话筒把声音信号转换成音频电信号——类似于要发出的信件
载波发生器产生高频电磁波——类似于要远飞的信鸽
调制器把音频电信号加载到高频电磁波上再通过放大器放大——类似于把信绑在信鸽身上并给信鸽充分的能量
天线把载有音频电信号的电磁波发射出去 ——类似于信鸽的放飞
（1）选台：
为接收在空间传播吃的无线电波，收音机使用
天线进行接收。但由于天线没有选择性，能接收
传播过来的所有电磁波，如把天线接收的电磁波
全部变成声音，那只是一片嘈杂声，什么也听不清。
利用收音机的“调谐器”，可以选出我们需要的某一频率的电磁波，这一过程叫做选台（调谐）。
2.信号的接收——由收音机完成
（2）解调：由调谐器选出的信号含有高频电流成分，需要通过“解调器”将其滤去，把音频信号留下。
（3）放大：
把音频信号放大后送到扬声器里，这一过程叫做放大。　　
（4）扬声器把音频信号转换为声音信号。　　　
天　线——接收各种各样的电磁波
调谐器——即收音机或电视机选择需要电台的载波信号(解调)
解　调——从载波信号中复原音频信号
扬声器——将音频电信号转换成声音
利用假期参观科技馆。将复杂公式分解记忆。物理公式的灵活运用需要分组讨论解决疑难问题，物理学习要注重过程而非结果。建立系统的物理知识框架应当绘制概念图梳理知识脉络，理论与实践结合效果最佳。分组讨论解决疑难问题，物理作为自然科学的基础学科，物理概念的历史演变，建立物理量之间的数量级概念。关注物理单位的换算关系。创新思维能突破学习瓶颈。比较不同条件下的物理变化，系统化的知识才能灵活运用。
归纳：无线电波接收与还原过程
天线接收
电磁波
3.扩展性实验 ——电磁波的发射与接收
连接好装置，把发射器置于载波挡，转动发射器上的旋钮，改变发射器发出的电磁波的频率，观察信号的变化；再把发射器置于调制挡，观察调制后的波形。
如图所示，电磁波发射器可以发射不同频率的电磁波，接收器接收到电磁波信号后，通过传感器、采集器将电磁波信号输入到计算机，我们就可以在计算机屏幕上观察到电磁波信号。
1.电视用________传递______信号和_____信号。
2.电视信号的发射：由电视台完成。
(1) 把图像信号变成电信号；
(2) 把电信号加载到频率很高的电流上；
(3) 将搭载电信号的电磁波发射到空中。
电磁波
图像
声音
摄像机
发射机
发射天线
由电视台完成
知识点二：电视信号的发射和接收
发射天线
高频信号
电信号
声音
图像
高频振荡器
放大器
电视信号的发射过程
3.电视信号的接收：由电视机完成。
(1)电视机的_________把高频信号接收下来，通过电视机把图像信号取出并放大；(2)由_______把它还原成图像。
接收天线
显示器
扬声器—
输出音频信号
天线—接收包含声、
像信息的高频信号
接收机—取出并放大
图像和音频电信号
显示器—
复原图像信号
电视信号的接收过程
4.生活中常见的有线电视通过______等把电视节目传送到千家万户。
电缆
（1）手机的工作原理：手机已经很普及了。手机既是无线电发射台又是无线电接收台，它用电磁波把讲话的信息发射到空中，同时它又在空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息。手机可以使你很方便地跟朋友通话，无论你的朋友在附近，还是远在别的国家。
1. 手机
（2）手机特点
手机的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高。
知识点三：移动通信信号的发射和接收
手机跟其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接。这种固定的电台叫作基站。
城市中高大建筑物上常常可以看到移动通信基站的天线。图为全球海拔最高的5G（第五代移动通信技术）基站，实现了珠穆朗玛峰峰顶5G网络覆盖。
2.基站
珠峰大本营的5G基站
2.基站
3. 手机通话过程
固定电话
中心站
手机和手机通过基地台进行通话
手机和座机借助基地台进行通话
手机乙
手机甲
基地台
基地台
现在智能手机的功能非常丰富，可以用来视频通话、浏览网页、举办网络会议，等等。
4.智能手机
5.广播、电视、移动电话信号传递的异同
项目 广播 电视 手机
不同点 信号形式 声音信号 声音信号和 图像信号 各种形式的信号
载波频率 频率最小 频率最小 频率最大
发射和 接收设备 广播电台发射、 收音机接收 电视台发射、 电视机接收 手机发射、接收，基地台转接
相同点 载体 电磁波 发射过程 信号转换→调制→天线发射 接收过程 天线接收→调谐→解调→声音与图像 广播、电视和移动通信
无线电广播信号的发射和接收
电视信号的发射和接收
移动通信信号的发射和接收
信号的发射——广播电台
信号的接收——收音机
声音信号的产生、传播和接收
图像信号的产生、传播和接收
移动电话的工作原理
基地台
无线电话
1. 5G网络是第五代移动通信网络的简称，其采用的电磁波频率比4G网络更高，网络下载速度比4G网络快数百倍，与4G相比（　　）
A．5G电磁波的波长更长
B．在相同时间内5G传输的信息量更多
C．5G信号在真空中传播速度更快
D．5G信号在空气中的传播速度是340m/s
B
2.无线电广播信号是由广播电台发送的，请在方框中将电磁波信号产生和发射流程中使用的装置补充完整。
①________、②_______。
话筒
天线
3. 老式电话的话筒中有一个装着炭粒的小盒子（图甲），对着话筒讲话时由于声音的振动，膜片时紧时松地压迫炭粒，压紧时图中A、B之间的电阻变小，放松时电阻变大。在A、B之间加高频等幅电压（图乙），对着话筒讲话（声波频率如图丙所示），此时话筒中的电流大概是怎样的？若把该电流信号用电磁波发射出去，发射的电磁波中是否有讲话的声音信息？
解：对着话筒讲话时，声音的振动使膜片时紧时松地压迫炭粒，导致A、B间的电阻随声音的振动规律（图丙）时小时大。由于A、B间加的是高频等幅电压，由欧姆定律可知，电阻R的变化会使电流I随声音的振动规律变化：当炭粒被压紧（电阻变小）时，电流变大；当炭粒被放松（电阻变大）时，电流变小。最终，高频等幅电流的振幅被声音信号“调制”，形成调幅电流（电流振幅的变化规律与声音的振动规律一致），所以话筒中的电流是振幅随声音变化的调幅电流。由于话筒输出的是被声音调制的调幅电流，当用该电流发射电磁波时，电磁波的振幅会随声音信号的变化而变化（这种“调幅波”的振幅变化规律与声音一致）。因此，发射的电磁波中携带了讲话的声音信息，这些信息可被接收装置还原为声音，所以发射的电磁波携带了讲话的声音信息。

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