夏章軍

(惠水縣擺金中學(xué) 貴州 黔南 550602)

羅仕武

(惠水縣鴨絨中學(xué) 貴州 黔南 550602 )

1 引言

“電磁波發(fā)射和接收”是初中人教版九年級(jí)物理教科書下冊第二十一章信息的傳遞中第2節(jié)“廣播電視和移動(dòng)通信”的重難點(diǎn),是物理運(yùn)用于生活、生產(chǎn)的重要章節(jié).經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),學(xué)生對此部分物理知識(shí)的學(xué)習(xí)非常感興趣,但教材中以拓展性實(shí)驗(yàn)(仿真性實(shí)驗(yàn))來向?qū)W生演示,加之本節(jié)知識(shí)點(diǎn)不是中考的重點(diǎn)考查內(nèi)容,很多少數(shù)民族地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)由于資源配置和教師自身因素等原因,在教學(xué)過程中很少給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示,也不按照《課標(biāo)》的要求向?qū)W生講解,不利于學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)和掌握本節(jié)知識(shí)的重難點(diǎn),消減了學(xué)生對物理知識(shí)的深度探索.其實(shí),我們可以低成本利用生活中學(xué)生熟悉的生活資源對“電磁波發(fā)射與接收”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),一方面能對學(xué)生學(xué)習(xí)“信息傳遞”知識(shí)有幫助,另一方面能對少數(shù)民族地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)教師在開發(fā)和利用教學(xué)資源方面有參考價(jià)值.

2 電磁波發(fā)射與接收原理

“現(xiàn)代通信——網(wǎng)絡(luò)”作為最快捷的通訊方式,成為越來越多人的生活必備工具,而現(xiàn)代通信的原理無非就是利用電磁波作為載體進(jìn)行跨距離的信息傳遞,最本質(zhì)的東西就是如何發(fā)射和接收電磁波.電磁波主要是指頻率為300 MHz到3 000 GHz,波長為0.1 mm到1 m之間的無線電微波,按頻譜來劃分主要有分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波4個(gè)波段,從特性上來看,電磁波具有傳輸距離遠(yuǎn)、大氣損耗小、功率密度低、波束強(qiáng)度和方向易于控制等特性[1].因?yàn)殡姶挪ǖ倪@些特性,為“現(xiàn)代通信——網(wǎng)絡(luò)”的普及提供了有力保障.

電磁波的產(chǎn)生原理是:導(dǎo)線中電流的迅速變化導(dǎo)致導(dǎo)線周圍產(chǎn)生電磁波.接收原理是:利用導(dǎo)體接收電磁波產(chǎn)生感應(yīng)電流.那么無線電廣播信號(hào)是如何發(fā)射和接收的呢?主要是:把需要發(fā)射的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào),然后用調(diào)制器把電信號(hào)加載到高頻電磁波(載波)上,再通過天線發(fā)射到空中,傳向各地.如圖1所示是人教版九年級(jí)物理教材中無線電廣播信號(hào)發(fā)射過程的原理圖.無線電廣播信號(hào)的接收主要是通過接收機(jī)的天線,把發(fā)射臺(tái)所發(fā)出的電磁波信號(hào)接收下來轉(zhuǎn)化成電信號(hào),把信息還原出來.如圖2所示是人教版九年級(jí)物理教材中無線電廣播信號(hào)接收過程的原理圖[2].

圖1 無線電廣播信號(hào)發(fā)射原理圖

圖2 無線電廣播信號(hào)接收原理圖

3 電磁波發(fā)射與接收實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

學(xué)生電源,木塊,六平方銅芯導(dǎo)線,電子打火機(jī),廢舊電蚊拍(拆下逆變器、電容器、整流二極管、發(fā)光二極管、2N5609三極管、開關(guān)等),導(dǎo)線若干.

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置制作

(1)發(fā)射基座的設(shè)計(jì)制作

制作方法1:利用廢舊電子打火機(jī)制作

取20 cm至30 cm長的六平方銅芯線去掉絕緣層平均分成2段,彎折并固定在木塊上制作發(fā)射天線(相當(dāng)于發(fā)射基座),兩條發(fā)射天線之間的距離為1 cm至1.5 cm,取出打火機(jī)電子,用導(dǎo)線分別從打火機(jī)電子的正極和負(fù)極引出兩條線接到發(fā)射基座的兩條發(fā)射天線上,如圖3右邊所示.

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

制作方法2:利用生活中廢舊用電器制作

發(fā)射基座電路設(shè)計(jì):利用學(xué)生電源、廢舊電蚊拍(拆下開關(guān)、整流二極管、電容器、逆變器、三極管)設(shè)計(jì)電磁波發(fā)射電路,發(fā)射電路主要由高頻自激振蕩電路、三倍壓整流電路、放電電路、天線4部分組成,如圖4所示.

圖4 制作方法2發(fā)射基座電路圖

發(fā)射天線制作方法與制作方法1相同,取20 cm至30 cm長的六平方銅芯線去掉絕緣層平均分成2段,彎折并固定在木塊上制作發(fā)射基座,兩條天線之間的距離為1 cm至1.5 cm.根據(jù)發(fā)射基座電路圖4制作成發(fā)射基座.

(2)接收基座的制作

取20 cm至30cm長的六平方銅芯線去掉絕緣層平均分成2段,彎折并固定在木塊上制作接收射天線(相當(dāng)于接收基座),兩條發(fā)射天線之間的距離為1 cm至1.5 cm,同時(shí)將電蚊拍拆下的(φ3 mm)紅色發(fā)光二極管的兩腳分別接到接收基座的兩條接收天線上構(gòu)成接收基座.

圖3所示實(shí)物圖中的1是接收基座的接收天線,2是(φ3 mm)紅色發(fā)光二極管,3是發(fā)射基座的發(fā)射天線,4是依據(jù)圖4電路圖焊接的模塊,5是電子打火機(jī)的打火電子.

3.3 實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象

將制作好的實(shí)驗(yàn)裝置放在水平桌面上,發(fā)射基座和接收基座距離為1 cm至20 cm之間.

實(shí)驗(yàn)一:按方法1制作的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).按下電子打火機(jī)電子,由于壓電效應(yīng),瞬間產(chǎn)生15 000 V高壓加載到發(fā)射天線上,由于兩條發(fā)射天線之間的距離在1 cm至1.5 cm,間距較小,在高電壓的作用下,兩條天線之間產(chǎn)生電弧,同時(shí)產(chǎn)生電磁波發(fā)射到天線周圍,接收基座上的天線接收電磁波,產(chǎn)生感應(yīng)電流使φ3 mm紅色發(fā)光二極管發(fā)光.方法1設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是制作簡單,不足的地方是不能持續(xù)產(chǎn)生電磁波,不能使二極管持續(xù)發(fā)光,在實(shí)驗(yàn)演示過程中學(xué)生觀察不便,建議在較暗的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué).

實(shí)驗(yàn)二:按方法2制作的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).按下電源開關(guān)SB,由三極管VT和逆變器TU采用共集電極接法構(gòu)成的高頻振蕩器得電工作,把3 V直流電變成18 kHz左右的交流電,經(jīng)逆變器TU升壓到約600 V(輸出兩端實(shí)測),再經(jīng)二極管VD1、VD2、VD3及電容器C1、C2、C3構(gòu)成的三倍壓整流電路把電壓提升并轉(zhuǎn)變?yōu)? 545 V的直流高壓,經(jīng)過放電電路R2加到發(fā)射天線上,由于兩條發(fā)射天線之間的距離在1 cm至1.5 cm,間距較小,在高壓的作用下,兩條天線之間產(chǎn)生高壓電弧,同時(shí)瞬間在發(fā)射天線周圍產(chǎn)生電磁波并發(fā)射出去[3].當(dāng)接收基座的接收天線接收到發(fā)射基座發(fā)射出來的電磁波時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電流使φ3 mm紅色發(fā)光二極管發(fā)光.方法2設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能持續(xù)產(chǎn)生電磁波,能持續(xù)讓φ3 mm紅色發(fā)光二極管發(fā)光,實(shí)驗(yàn)效果較好,便于學(xué)生觀察,缺點(diǎn)是制作麻煩,需具備一定的模擬電路知識(shí).

4 實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新要點(diǎn)

電磁波發(fā)射與接收實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程,低成本地利用生活中學(xué)生熟悉的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)替代教材中的仿真實(shí)驗(yàn),使得實(shí)驗(yàn)效果更加具有真實(shí)性和直觀性.同時(shí)在少數(shù)民族鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)學(xué)生更容易學(xué)習(xí)和掌握廣播、電視和移動(dòng)通信的基本原理,同時(shí)學(xué)生也能深刻地體會(huì)到物理科學(xué)對生活的影響,從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣,并進(jìn)一步突出和突破了本節(jié)課的重難點(diǎn).本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不論是從資源的選擇上來看,還是從課堂教學(xué)的實(shí)踐上來看,都充分地體現(xiàn)了物理新課程標(biāo)準(zhǔn)提出“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”這一課程理念[4].

5 結(jié)束語

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開物理實(shí)驗(yàn)的支撐,在物理教學(xué)過程中教師應(yīng)該準(zhǔn)確地把握教學(xué)目標(biāo),以新的課程理念武裝自己的教學(xué)觀念,并結(jié)合課堂教學(xué)的需要,充分地利用日常生活中的各種低成本資源,把它開發(fā)成教學(xué)資源并在物理課堂教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐,有助于教師專業(yè)化的成長,有助于學(xué)生物理興趣的提高,有助于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成,從而真正地實(shí)現(xiàn)“教學(xué)相長”.