电场教学设计莲山课件

电场教学设计莲山课件目录123电场基础理论库仑定律与电场强度电磁波的发射与接收绍场场试讲库仑讨线线结介电的基本概念、源电荷与探电解定律、电荷的量子化与守恒、多电探无电波基本概念、发射条件、天场场线匀场场计调术应荷、电强度的定义、电特性以及强荷系统的电叠加原理及电强度算构、制技、接收原理及用场电第一章电场基础理论场论现础现关键将绍场场电理是代物理学的基，也是理解电磁象的本章系统介电的基本概念及其特性，帮助学生建立电的空间分布模型010203场质场试关场单计电的基本概念与物理本源电荷与探电荷的系电强度的定义、位与算04场线电的概念与特性分析什么是电场？场围质态对电是电荷周的一种特殊物形，能放入其中的其他电荷施加力的作用这质态们质质区别种物形与我日常接触的普通物有本，它不可见但却真实存在场观电具有两个重要的客属性场对力的作用电可以放入其中的电荷施加力储场储这场质能量存电中存着能量，是电的本特性之一场迈纪场组场电是克尔·法拉第在19世提出的概念中的重要成部分，他用电的概传论为现础念替代了统的超距作用理，代物理学奠定了基场线图围场电的力示意，展示了电荷周的力分布场源电荷与试探电荷场源电荷试探电荷产场称为场场围场对测场称为试们过观试生电的电荷源电荷源电荷周的空间存在电，可以用于量电强度的微小正电荷探电荷我通察探电荷产场场场来断场试须其他电荷生作用力源电荷的大小和符号决定了电的强弱和方在电中受到的力判电的存在和强弱探电荷必足够小，以场向免干扰原有电场电强度的定义这场试为试场场场里，E表示电强度，F表示探电荷q所受的力，q探电荷的电荷量电强度反映了电在空间各点的强弱，是电的基本物理量电场强度的定义与单位电场强度的数学定义电场强度的矢量性质场电强度是矢量，具有大小和方向场·大小表示电的强弱试该其中·方向与正探电荷在点受力方向相同场·E表示电强度试·F表示探电荷所受的力试·q表示探电荷的电荷量场单顿库仑为关电强度的国际位是牛/N/C，也可表示伏特/米V/m，两者之间的系是1N/C=1V/m电场线的概念与特性电场线定义电场线密度场线场单积过场线数电是描述电空间分布的假想曲位面上通的电条表示电线线该场场场线场，其切方向与点电强度方向强度大小电越密，电强度场线终场线场一致电从正电荷出发，止于越大；电越稀疏，电强度越负电荷小电场线性质场线则场场线电不会相交（若相交一点有两个电方向，矛盾）电在真空中总是从势势区高电指向低电域图显场线终负观场线上示了电从正电荷射出，止于电荷的分布情况注意察电的密度变这场化，直接反映了电强度的空间分布匀强电场示意匀强电场的特点匀场场场匀场强电是指空间各点的电强度大小和方向都相同的电最典型的强电存在于带区缘应两个平行电金属板之间的域（忽略边效）匀场强电的主要特性场线为线·电平行等距直场·电强度大小处处相等场产匀场图场线·电方向处处相同平行板电容器生的强电示意注意电的平行场匀场计等距分布，表明强大小和方向处处相同强电强度算公式为势为其中U两板间电差，d板间距离匀场应阴线静显镜匀场强电在实际用中非常重要，如极射管、电加速器、电子微等设备都利用了强电的特性电场线分布示意图点电荷与匀强电场对比点电荷电场匀强电场产场线状匀场场线为线点电荷生的电呈放射分布，从强电的电平行等距直，表辐负汇场场正电荷向外射或向电荷聚电明电强度大小和方向在空间各点相匀场强度随着距离的增加而减小，遵循反平同典型的强电存在于平行板电容规区方律器中间域为库仑数为为为势为其中k常，q电荷量，r距其中U两板间电差，d板间距离离这场对杂场问题关应许场理解两种基本电分布模型于分析复电至重要实际用中，多电这场可以看作是些基本的叠加第二章库仑定律与电场强度库仑场论础规将讨库仑应过来场计定律是电理的基，描述了电荷间相互作用的基本律本章深入探定律及其用，通理解电荷间的相互作用构建电强度的算方法0102库仑内验础定律的基本容与实基电荷的量子化与守恒特性0304场场计多电荷系统的电叠加原理不同电荷分布的电算方法库仑定律简介库仑定律的内容库仑库仑定律描述了两个点电荷之间的相互作用力，由法国物理学家查尔斯·奥古斯丁·德·于1785过验现年通实发库仑静积们定律表明两个点电荷之间的电力与电荷量的乘成正比，与它之间距离的平方成反比其中静·F是两个电荷间的电力库仑数·k是常，k=9×10^9N·m²/C²₁₂·q和q是两个电荷的电荷量·r是两个电荷间的距离库仑图定律示意同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引，力的大小由公式决定静电力的特点·同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引静线过电力是一种中心力，作用通两个电荷库仑定律的实验基础扭秤实验库仑来测静这使用自己发明的扭秤量微小的电力，一精密仪器使他能够量化电荷间的相互作用验过现实程与发过带库仑现静积·通改变两个电小球的电荷量，发电力与电荷量乘成正比过带库仑现静·通改变两个电小球之间的距离，发电力与距离平方成反比验证静远过实明了电力是一种程作用力，可以穿真空发生作用这验结终归纳为库仑为础场关键些实果最定律，成电磁学的基之一，也是理解电概念的电荷的量子化与守恒电荷的量子化这数电荷是量子化的，意味着电荷总是以基本电荷e的整倍存在为数为其中n整，e电子电荷量这现来验证连续一发自于密立根油滴实，明了电荷的不性电荷守恒定律电荷守恒定律是物理学中的基本定律之一，它表明论终在一个孤立系统中，无发生什么物理或化学变化，电荷的总量始保持不变产转电荷既不会凭空生，也不会凭空消失，只能从一个物体移到另一个物体现对观现问题电荷的量子化和守恒是代物理学的基本概念，理解从基本粒子物理到宏电磁象的各种科学关都至重要多电荷系统的电场叠加原理电场叠加原理场计产场该电叠加原理是算多个电荷生的合成电的基本方法，原理表明产场该单独产场多个电荷在空间某点生的合成电强度，等于各个电荷在点生的电强度的矢量和对为于点电荷系统，可以表示场单其中，\vec{r}_i是从电荷指向点的位矢量场图产场产场电叠加原理示意多个电荷生的合成电是各个电荷生的电的矢量和应用要点别计产场·分算各个电荷生的电强度场·明确各电强度的方向规则进·按照矢量加法行合成对杂计·于复系统，可采用分量法算电场强度的计算实例单个点电荷电场强度电偶极子电场为产场组远产场点电荷q在距离r处生的电强度两个等量异号电荷成的电偶极子，在处生的电强度负内为为观方向正电荷向外，电荷向其中d两电荷间距离，r察点到偶极子中心的距离（r≫d）计为⁻⁹产场例算一个电荷量

3.2×10¹C的点电荷在距离2cm处生的电强度场计虑对称场对对称问题对称简计计应场质问电强度算需要考电荷的分布、性以及点的位置于具有性的，可以利用性化算算中注意电强度的矢量性，正确处理方向题库仑定律实验装置照片及示意图经典实验装置现代实验方法库仑测静组现验证库仑验扭秤是早期量电力的精密仪器，由以下部分成代定律的实采用更精密的仪器绝缘悬线静测静·提供极小的扭力以平衡电力·电子天平量微小的电力悬带带测测·挂小球电体，与另一电体相互作用·精密电荷量装置控制和量电荷量盘测转计辅测记录数·刻度用于量扭角度·算机助量系统自动和分析据过测转库仑现静这现术库仑验证误围内通量不同距离和电荷量下的扭角度，发了电力与距离和电荷些代技使定律的更加精确，差控制在极小范关量的系库仑验验证测时现论定律的实展示了物理学中精确量的重要性，同也体了从定性到定量研究的科学方法第三章电磁波的发射与接收场场传现术础将讨传关线术应电磁波是电和磁在空间的波动播，是代通信技的基本章探电磁波的发射、播和接收原理，重点注无电技的基本概念和用010203线线结调术传无电波的基本概念与特性电磁波的发射条件与天构制技与信息输原理0405调过线频谱应电磁波的接收与解程无电波的分类与用无线电波的基本概念无线电波的本质线场场传们无电波是电磁波的一种，是电和磁在空间的波动播它由麦论预验验证克斯韦理言，并由赫兹实线无电波的基本特性传约为⁸·播速度在真空中3×10m/s频围为·率范通常3kHz至300GHz围·波长范从几毫米到几千米质传·无需介即可播，可穿透真空线频关无电波的率f与波长λ系线传图场场时传为无电波播示意电和磁相互垂直，同也与播方向垂直其中c光速应用领域通信广播、电视、移动通信导航GPS、雷达系统疗医磁共振成像MRI天文射电天文学无线电波的发射条件高频振荡空间辐射产线频场场须扩生无电波需要高率的电流振电和磁的分布必展到足够大荡荡围内闭场通常情况下，发射电磁波的振的空间范合电路中的电和频场率在几百千赫兹到几吉赫兹之间磁主要集中在电路附近，不利于向频荡产较传远辐低振生的电磁波能量低，处射播效率不高开放结构开结线线线场线远开需要放的电路构，如直天或偶极子天，使电能够向处延伸放结关键电路构是高效发射电磁波的产线辐荡产生无电波的基本原理是加速运动的电荷会射电磁波振电路中的电流生变化场场过线辐线荡频的电和磁，通天向空间射能量发射效率与天长度、振率以及电流强关度有开放电路与天线结构开放电路基本结构开关键结场线远放电路是高效发射电磁波的构，它使电能够向处延伸开典型放电路包括线开称为线地放电路的下端接地，地线导线称为线天上端接高，天线线当频荡过时线结图显线线辐天与地之间形成一个特殊的电容器，高振电流通，其天构示意示天元件、地以及电磁波射方式场场断辐间的电和磁不变化，向外射电磁波常见天线类型线辐关简单线约为天长度通常与射波长相，最的偶极子天长度半波长线线线·偶极子天最基本的性天线·八木天具有定向性，常用于电视接收抛线卫·物面天高增益，用于星通信线辐为圆·全向天射模式形，用于广播振荡器与耦合电路振荡器的作用荡产续频线荡振器是生持高交变电流的电路，是无电发射的核心部分常见的振器包括荡谐产荡·LC振器利用电感和电容的振生振荡压应产稳荡·晶体振器利用石英晶体的电效生定振耦合电路的功能荡图将荡产频荡传给线振器与耦合电路示意耦合电路振器生的高振能量递天系统，主要方式包括过开应电感耦合通互感在放电路中感电流过将荡线连电容耦合通电容振电路与天接荡连线直接耦合振电路直接接到天系统荡产频过传给线线驻辐对传关振器生的高电流通耦合电路递天系统，在天中形成波，射电磁波耦合电路的阻抗匹配于能量的有效递至重要，不良的匹导配会致能量反射和发射效率降低调制技术简介调幅AM调频FM调过载来传调调频过载频来传调幅是通改变波的振幅输信息的制方式是通改变波的率输信息的制方式无线电波的接收原理电磁波感应原理础应场导应当线时电磁波接收的物理基是电磁感变化的磁可以在体中感出电流电磁波遇到接收天，其电场线线轴产频荡分量使天中的自由电子沿天向运动，生高振电流接收系统组成线获接收天捕空间电磁波信号调谐选择频电路特定率信号检调波器从制波中提取原始信息放大器放大微弱信号扬显输出设备如声器、示器等线图线获过调谐检还为无电接收原理电磁波被天捕，经、波和放大后原原始信号接收信号处理流程线获频

1.天捕各种率的电磁波信号调谐选择频

2.电路特定率的信号检调

3.波电路从制信号中提取原始信息当

4.放大电路放大信号至适强度电谐振与调谐电路电谐振现象谐现当励频频时产电振是电路中的一种重要象，外加激的率与电路的固有率一致，电路会生共现为振，表电流达到最大值谐频LC振电路的固有率为为其中L电感，C电容调谐电路原理调谐图过调节谐频现选电路示意通可变电容振率，实台功能调谐谐过调节数谐频电路利用电振原理，通电路参（主要是电容值）使电路的振率与待接收信实际应用频选择频号的率一致，从而性地接收特定率的信号调谐质数选择调频调电路的品因Q决定了其性·收音机的/幅电路频选择·电视机的道器频滤·移动通信中的道波器线·无接收机的前端电路选择频带宽Q值越高，性越好，但通度越窄检波与解调过程检波原理解调技术检调频频调调术波是从制高信号中提取原始低信息的不同制方式需要不同的解技过检滤调络检程波电路通常由晶体二极管和RC波组·AM解使用包波器电路成调鉴频·FM解使用器或PLL电路单导单过结二极管的向电性使电流只能向通，数调调检检滤·字制解使用相干波或非相干合RC电路的波作用，能够从AM信号中提取络调波出包（即原始制信号）信号放大与输出检过对频过驱扬波后的信号通常很弱，需要经放大电路放大于音信号，最后通功率放大器动声器发声现级频频频代接收机中通常采用多放大，包括高放大、中放大和低放大检调线关键环节将调载来术波与解是无电接收中的，它制波中的信息解包出，恢复原始信号随着技数调术应发展，字解技已广泛用，具有更高的抗干扰能力和信号保真度调幅与调频发射接收流程演示调幅AM系统调频FM系统调幅发射流程频获转换为

1.音信号由麦克风捕并电信号频

2.音放大器放大信号至合适电平调将频频载结

3.幅器音信号与高波合调

4.功率放大器放大制信号线将转换为辐

5.天电信号电磁波射调频发射流程过则过线获过调谐检还频接收程通天捕信号，经、波原原始音频预

1.音信号采集与处理预频

2.加重电路增强高分量调频载频

3.器使波率随信号变化线辐

4.功率放大与天射过获调谐选频鉴频调接收程包括捕信号、、限幅、解和去加重处理验扫维码验频过实演示描下方二查看实演示视，了解实际工作程无线电波波段分类及应用超长波3-30kHz1绕传特点穿透能力极强，可地球播应导军用海洋通信、航系统、事通信2长波30-300kHz特点衍射能力强，受地形影响小应导时中波300kHz-3MHz3用航空航、广播、间信号传层特点白天沿地面播，夜间可电离反射应4短波3-30MHz用AM广播、海事通信层远传特点可多次电离反射，距离播应线远甚高频30-300MHz5用国际广播、业余无电、洋通信传较特点视距播，少受干扰应6微波300MHz以上用FM广播、电视广播、移动通信线传特点直播，可形成窄波束应卫用星通信、雷达、WiFi、5G通信线传应场频传远带宽频带宽传选择频对计关不同波段的无电波具有不同的播特性和用景低波段播距离但小，高波段大但播距离短合适的段通信系统设至重要无线电波频谱图及应用场景示意无线电波在频谱中的位置频率分配与管理线谱频线频谱资无电波是电磁波中率最低的部无电是有限源，需要合理分配分，波长从几毫米到几千米不等在整和管理谱线个电磁波中，无电波位于微波之负责频谱协频围约为·国际电信联盟ITU全球下，率范3kHz至300GHz调线应场专频谱无电波的主要用景·各国设有门机构管理本国频谱虑术报现·划分考技特性和社会需求·通信从早期的电到代移动通信频专给传·一些段门分配科学研究使用·广播AM/FM广播、电视输导线导线术频谱资·航GPS、雷达、无电航随着无技的发展，源变得越观测来贵频谱为现·天文射电天文学宇宙射电源越宝，提高利用效率成代术通信技的重要研究方向课堂总结电场基础理论场围质态对·电是电荷周的特殊物形，能其他电荷施加力场为单·电强度定义位正电荷所受的力，是矢量场线负场·电从正电荷指向电荷，密度代表强大小匀场场场·强电是空间各点强大小和方向相同的电库仑定律与电场强度库仑规·定律描述了电荷间的相互作用力律单为·电荷是量子化的，最小位电子电荷·电荷守恒定律是物理学基本定律之一场场计·多电荷系统的电由电叠加原理算无线电波的发射与接收线带传·无电波是电磁波的一种，可携信息播频荡开结线·发射需要高振、放电路构和天调术调调频编码·制技包括幅、等，用于信息过获调谐选频检调·接收程包括捕信号、、波解线传应·不同波段的无电波有不同的播特性和用过课习们仅场论这论应线术识术应结为们现础通本程的学，我不掌握了电和电磁波的基本理，也了解了些理如何用于实际生活中的无电通信技物理学知与技用的合，我理解代通信世界提供了科学基教学设计展望与作业课后作业预习提示节课内进阶识下容电磁波的发射和接收知必做作业预习要点课习题

1.完成本P921-5导阅读栏关现历

1.了解半体二极管的工作原理

2.科学足迹目中于赫兹发电磁波的史习荡绘简单图说

2.复LC振电路的特性

3.制一个的AM接收电路并明各部分功能预习关内

3.教材P95-98相容选做作业调线频·查身边的电子设备使用的无电波段尝试简师单·制作易收音机（教提供材料清）写关应论·撰一篇于电磁波用的小文（500字左右）励验养鼓动手实，培科学探究精神课养维验励将论识应结过这习们对本程旨在培学生的物理思和实能力，鼓大家理知与实际用相合，探索电磁学的奥秘希望通些学活动，激发同学物理科学的兴趣热爱养养创和，培科学素和新精神。