第二十一章 電磁波及其應用-人教版九年級物理單元解讀講義

第二十一章電磁波及其應用（單元解讀講義）

第一部分課標解讀

2.4.6知道電磁波。知道電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速。了解電磁波的應用及

其對人類生活和社會發展的影響。

5.2.3了解物理學在信息技術中的應用。

第二部分單元目標

1.了解電磁波的產生和傳播，知道電磁波的波長、頻率和目磁波在真空中的傳播速度。初步了解不同

頻率范圍的電磁波及其應用。能利用電磁波的相關知識解釋生活中的有關現象。

2.在學習電磁波的過程中，體會類比推理的科學方法。

3.經歷電磁波的產生和傳播的演示實驗過程，培養實驗觀察與分析解釋的能力。

4.通過對電磁波的應用及我國在天文觀測領域的成就的了解，體會物理學對人類生活和社會發展的意

義。

5,了解無線電廣播信號、電視信號和移動通信信號發射和接收的大致過程，能解釋利用電磁波通信中

的有關現象。

6.通過對廣播、電視和移動通信工作過程的學習，提高分析概括能力。

7.了解生活中發射和接收電磁波的設施和設備，養成勤于觀察的習慣。

8.了解電磁波在改變人類通信方式方面的巨大作用，體會科學技術對社會發展的重要作用。

9.初步了解衛星通信和光纖通信的原理，能解釋有關現象。

10.通過閱讀衛星通信和光纖通信的相關材料進行學習，發展通過閱讀提取事要信息、分析、歸納的

能力。

11.經歷水流導光的實驗過程，發展科學探究能力。

12.了解通信方式的變革為人類生活帶來的便利，體會物理學對社會發展的促進作用。

第三部分單元重難點

一、本單元教學重點

1.電磁波的產生和傳播。

2.無線電廣播及電視信號的發射和接收過程。

3.電磁波的應用。

二、本單元教學難點

1.數字通信和模擬通信。

2.電磁波的波長、波速和頻率。

3.廣播和電視信號的發射與接收。

4.光纖通信的原理。

第四部分單元內容分析

本章主要根據課程標準的要求，讓學生了解電磁波的應用及其對人類生活和社會發展的影響，著重了

解電磁波在通信技術中的應用。這是電磁學部分的最后一章，在這個階段，學生已經了解電磁感應等內

容，并且學過聲波的知識，這為學生學習電磁波的知識奠定了基礎。

本章內容分為兩部分。笫一部分是第1節，以信息技術為依正，介紹電磁波的產生和傳播，簡單介紹

電磁波的應用，包括電磁波能夠傳遞信息和能量。雖然我們周圍存在各種頻率的電磁波，但由于電磁波看

不見、摸不著，因此教材通過實驗，說明電磁波是如何產生和傳播的。教材除了通過圖片展示各種電磁波

及其應用，還說明了生活中常用的微波爐的工作原理，介紹了我國建成的世界上最大的球面射電望遠鏡。

第二部分包括第2節和第3節，介紹電磁波在通信技術方面的應用。我們的生活已經離不開廣播、電視和移

動通信了，第2節先采用圖文結合的形式介紹了無線電廣播信號的發射和接收，然后分別介紹了電視信號

和移動通信信號的發射和接收。第3節進一步介紹了衛星通信和光纖通信的工作原理，以及我國在這些領

域取得的成就，為學生展示了現代通信的發展。

第1節電磁波的海洋

本節主要包括電磁波是怎樣產生的、電磁波是怎樣傳播的、電磁波大家族三部分內容。我們生活在電

磁波的海洋里，電磁波與日常生活和社會發展密切相關。通過對電磁波的產生與傳播的學習，學生初步認

識電磁波及其特征：通過了解電磁波大家族中不同頻率范圍的電磁波在生活中的應用，學生認識電磁波的

重要作用。

本節教學的重點是了解電磁波的產生與傳播、不同頻率范圍電磁波的應用，難點是了解電磁波的波

長、頻率和波速。此前學生己經學習了電磁感應及聲波等知識，具備了一定的知識基礎。突破教學難點的

關鍵是將電磁波的波長、頻率、波速與水波進行類比，這樣可以使學生更直觀地理解電磁波的性質和傳播

方式，從而加深對電磁波的認識。

1.問題

教材通過一個現象明顯的小實驗創設真實的問題情境，啟發學生思考收音機發出“咔咔”聲的原因，

讓學生感受電磁波是真實存在的。教學中，建議教師打開收音機并調到沒有電臺的位置.，在收音機旁邊進

行下列實驗：一是將導線兩端接觸、摩擦；二是將導線的一端與電池負極相連，另一端與電池正極相連，

但不摩擦；三是將導線的一端與電池負極相連、用另一端與電池正極摩擦，使它們時斷時續地接觸；四是

將導線的一端與電池負極斷開，用另一端與電池正極摩擦。通過四組對比實驗，引導學生思考收音機發出

“咔咔”聲的原因，進而引出本節教學內容。

2.電磁波是怎樣產生的

教材通過前面的演示實驗，讓學生直觀感受到電磁波的存在。隨后，教材通過與水波、聲波的形成類

比，使電磁波的產生更加形象化，便于學生接受。電磁波產生的機理很復雜，只需要讓學生知道迅速變化

的電流能產生電磁波即可。

3.電磁波是怎樣傳播的

電磁波是看不見、摸不著的，但學生很熟悉水波的形狀，教學中可以充分利用教材圖21.1-2,通過類

比水波介紹電磁波的波長、頻率和波速等概念。學生已經學習了聲音的傳播，教師可以通過聲音的傳播需

要介質引出問題：電磁波的傳播是否也需要介質?然后通過演示實驗引導學生了解電磁波的傳播。

4.電磁波大家族

電磁波頻率的單位是赫茲（Hz）。由于通常電磁波的頻率都很高，因此常用單位還有千赫（kHz）和

兆赫（MHz）。學生對頻率的單位不太熟悉，關于單位間的換算關系的教學，建議教師通過類比其他單位

的換算進行，如長度單位等。可以結合教材的“想想做做”，讓學生觀察收音機刻度板上的數字和單位，

思考它們表示的意思，讓學生在觀察與思考中加深認識。然后讓學生打開收音機，轉動調諧旋鈕，看看能

收聽到廣播節目時的頻率是多少，深化學生對頻率的認識，激發學生對物理學的興趣和好奇心。

電磁波是個大家族。電磁波包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和y射線。人們將這些電

磁波按照波長大小或頻率高低的順序排列成譜，就是電磁波譜，如教材圖21.1-5所示。不同頻率范圍的電

磁波在我們的生活中發揮著重要作用。教師可以引導學生通過實例分析或查閱資料，了解不同頻率范圍電

磁波的應用及共對人類生活和社會發展的影響，體會科學、技術、社會與環境的關系.教師還可以引導學

生了解我國在電磁波應用方面取得的成就，增強民族自豪感。

第2節廣播、電視和移動通信

本節主要包括無線電廣播信號的發射和接收、電視信號的發射和接收、移動通信信號的發射和接收三

部分內容。通過對這三部分內容的學習，了解電磁波在信息傳遞方面的應用。

本節教學的重難點是了解廣播、電視和移動通信信號的發射和接收過程。生活中無線電廣播、電視和

手機的使用十分普遍，教師應緊密聯系生活現象和實際案例開展教學，充分體現“從生活走向物理，從物

理走向社會”的課程理念。

1.問題

教材通過聯系生活實際，以聽到電視的聲音、看到電視的圖像、用手機瀏覽網頁、打電話等學生熟悉

的情境，展示電磁波在信息傳遞中扮演的重要角色。教學中，教師可以利用教材中的情境，也可以通過圖

片、視頻等形式，列舉FI常生活中應用電磁波的其他實例，使學生感受電磁波在信息傳遞中的重要性，啟

發學生思考這些信息是怎樣被發射和接收的，開始本節內容的學習。

2.無線電廣播信號的發射和接收

教學中，教師可以先引導學生通過查閱資料、自主閱讀教材等方式，了解無線電廣播信號發射和接收

的相關知識，然后利用教材圖2122講解無線電廣播的工作過程，并適當介紹調制、解調等概念。講解時

引導學生思考以下問題。

（1）無線電廣播信號是從哪里完成發射的？

（2）聲音信號是如何被發射到空中的？

（3）信號是被什么電器接收的？

（4）接收到的信號是如何變成聲音的？

3.電視信號的發射和接收

無線電廣播傳遞的是聲音信號，電視傳遞的不僅有聲音信號，還有圖像信號。教師可以結合教材內容

及下圖，引導學生對電視信號發射和接收的程進行自主學習與交流分享，讓學生對此有大致的了解即可。

教學中要提醒學生注意，這里說的電視信號是指無線信號。電視信號的傳輸方式有多種，目前應用最

廣泛的是有線電視，教學中教師可以結合生活實例作簡單介紹。

4.移動通信信號的發射和接收

手機在現代生活中具有重要的作用，已經成為人們不可或缺的工具。手機不僅提供了便捷的溝通方

式，還通過其智能功能顯著提高了人們的生活品質。

在學過無線電廣播和電視的工作過程后，就更容易理解手機的工作原理。教學中，教師還應引導學生

關注我國在無線電通信方面的新成就，如珠峰大本營的5G基站等，增強學生的民族自豪感。

第3節衛星通信和光纖通信

本節主要包括衛星通信和光纖通信兩部分內容。它們是電磁波在現代通信技術中的兩種重要應用。本

節內容旨在讓學生認識到通信技術與人類生產生活息息相關，了解科技為人類生活帶來的便利，體會物理

學的應用價值，從而提高學生的學習興趣。

1.問題

在前面學習內容的基礎上，教材提出問題：微波不能沿地球表面繞射，怎樣才能把微波信號傳遞到遠

方呢?以此引導學生從解決實際問題出發，開啟本節內容的學習。教師要簡單介紹相關背景知識，為學生

的學習和思考作好鋪墊。

2.衛星通信

教材圖21.3-2直觀形象地說明了中繼站的作用。微波大致沿直線傳播，中繼站可以把上一站傳來的微

波信號經過處理后，再發射到下一站去。教師可以將中繼站的工作過程類比為接力賽，幫助學生理解其工

作原理。

“想想議議”引導學生思考，在遇到雪山、大洋等無法建設中繼站的情況時如何傳遞信號。教材圖

21.3-3可以激發學生展開豐富的想象，討論能否用地球的衛星一一月球進行微波中繼通信。教學中，建議

教師引導學生開展充分的討論，使學生更容易理解衛星通信。

3.光纖通信

學生通過各種媒體、對電纜、光導纖維以及光纖通仇這些術訝已不附生，建以教師引肆羋生閱讀教材

或考上網查閱資料了解相關內容。要做好教材圖21.3-6所示的水流導光的演示實驗，使學生知道光可以沿

著彎曲的水流傳播，進而使學生理解光也可以沿音彎曲的玻璃傳I",為學生理解光纖通信打好基礎。

為提升水流導光的實驗效果，教師要注意以下幾個方面。一是實驗環境。選擇較暗的環境進行實驗、

減少環境光的干擾，讓激光在水流中傳播的路徑更容易被觀察到。二是器材選擇。建議使用激光筆作為光

源，因為激光具有良好的準直性和較強的亮度，能使光在水流中傳播的路徑更清晰。選擇透明且質地均勻

的盛水容器，如玻璃水槽或塑料水瓶，避免容器表面有劃痕或雜質影響光的傳播。出水裝置采用細口的噴

嘴，這樣水流穩定且星細小的柱狀，有利于光在水流中發生全反射，使導光現象更明顯。三是實驗操作。

要保證水流連續、光滑，避免出現氣泡和分又的情況。要使激光盡可能沿著水流的方向入射，以滿足全反

射條件，讓光在水流中傳播更遠的距離。教師還應引導學生關注我國在光纖通信方面的科技成就，讓學生

了解隨著互聯網的發展，光纖通信也將迎來更廣闊的發展空間，激發學生學習科學的興趣，培養學生關心

科技前沿的意識。

第五部分教學策略

一、通過類比展示電磁波，提升科學思維能力

電磁波是很抽象的，學生缺乏對它的直接感知。考慮到水波是學生在生活中所熱悉的，并且學生已學

過聲波的相關知識，教材除了通過實驗讓學生感知電磁波，還將電磁波與水波、聲波類比，計學生獲得對

電磁波的形象認識，體會類比的思維方法，從而逐漸提升科學思維能力。教材先在第1節的“問題”中，

通過實驗演示時斷時續的電流能夠產生電磁波，收音機能接收到這種電磁波，從而發出“咔咔”聲，讓學

生感知電磁波是真實存在的。

水波、聲波是由機械振動產生的，電磁波是由電磁振蕩產生的，傳播出去就形成了波。機械振動與電

磁振蕩具有相似性。機械振動是指物體或物體的一部分在平衡位置附近做往復運動，位移、速度和加速度

隨時間周期性變化的現象，而電磁振蕩是指電場強度和磁感應強度隨時間周期性變化的現象。對初中學生

來說，電磁波產生的機理一一電磁振蕩很復:雜，為了使學生容易理解，教材結合“問題”中的實臉，只說

明迅速變化的電流能產生電磁波，并用水波、聲波的形成類比電磁波的形成，使其形象化。教材還通過類

比水波的波長、頻率和波速，給出了電磁波的波長、頻率和波速的概念。

在用類比的方法讓學生J'解電磁波的產生和傳播時，往往會使學生順著類比的思路想到電磁波和機械

波在傳播的介質方面也可能存在相似性。由于這種相似性是不存在的，因此教材設計實驗，演示放在真罩

中的手機可以接收到罩外傳給它的電磁波，說明電磁波在真空中也可以傳播，從而讓學生看到實際不存在

這種相似性，也就是聲波的傳播需要介質，但電磁波的傳播不需要介質。這里對類比方法的應用更深入，

既能夠通過相似性是否存在的對比，讓學生對電磁波的傳播特點印象深刻，又能夠使學生認識到使用類比

的方法時要注意，根據相似性得出的推論有可能不正確，一定要經過檢驗。

二、簡潔生動介紹通信技術，設計活動提升興趣

本章內容涉及使用電磁波實現的?些現代通信技術。為了使學生更好地了解這些內容，教材用深入淺

出的語言簡潔生動地介紹了多種通信方式及其基本原理，沒有在通信技術的細節上過多地展開。

廣播、電視和移動通信的工作過程都涉及電磁波的發射和接收，所以教材把這些內容放在同一節中。

利用電磁波的目的是將它作為傳遞信息的載體。教材利用圖片注解無線電廣播的工作過程，幫助學生理

解。這部分內容沒有涉及具體的技術細節，如器件的結構、原理等。教材“拓展實驗”中的“電磁波的發

射和接收”，介紹了利用計算機可以顯示出接收到的電磁波的波形。并且可以通過改變發射的電磁波的頻

率，讓學生直觀地看到接收到的電磁波的波形隨著頻率的變化而變化。

教材通過設計各種活動，讓學生饒有興趣地參與學習和討論。如第3節的“想想議議”，通過討論是

否可以用地球的衛星一一月球作為中繼站進行微波通信，激發學生展開豐富的想象，使學生更容易理解衛

星通信。為了讓學生能夠理解光纖通信，教材設計了光沿著彎曲的水流傳播的演示實驗。使學生知道光不

但能夠沿直線傳播，也可以沿著彎曲的水流傳播，進而使學生了解光也能沿著光導纖維傳播。因為即使光

導纖維彎曲，從它一端射入的光也會沿著它傳播，再從另??端射出，并且光的頻率很高，因此可以用光傳

遞大展的信息。

三、以傳播信息的頻率為線索，提開學生的信息素養

信息理論表明。作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。因此，教材以傳播信

息的頻率越來越高為線索，介紹廣播、電視、移動通信、衛星通信和光纖通信等，使學生了解現代通信技

術的基本原理，有助于學生建立起對信息傳播方式的基本理解。提升信息素養。

在現代信息社會中，人們需要交流的信息越來越多，這就需要把信息的通路修得越來越寬。例如，微

波比中波和短波的頻率更高、可以傳遞更多的信息，因而可以采用通信衛星作為微波通信的中繼站，進而

實現全球通信.

我們知道。光也是一種電磁波，而且頻率很高。如果用光來通信，其容量要比短彼、微波高出百萬倍

甚至千萬倍。光導纖維也可以像電纜一樣做成多芯的光纜。光纖通信與有線電通信相似。以電話為例，在

發送端。說話的聲音通過電話機變成強弱變化的電信號，電信號進入激光發射機，經能量轉換后，輻射出

相應的強弱變化的光信號。光信號沿著光導纖維傳輸到光接收機，再轉化成相應的電信號。受話機又把電

信號復原成聲音，我們就可以聽到對方講話了。光纖通信有很多優點，它已經成為現代通信網絡的核心技

術，廣泛應用于互聯網、通信等領域，

四、展現我國科技發展成就，弘揚科學家精神

電磁波的發現和應用是航天技術、宇宙探測技術和現代通信技術的基礎，本章教材展示了我國在這叫

方面取得的重大成就，弘揚科學家精神，厚植愛國主義情懷。

本章的章首介紹了中國火星探測器天問一號的發射過程，說明在奔向火星的漫長旅途中，天問一號探

測器的航行控制和與遙遠地面的聯絡、傳遞信號都需要利用電磁波。第