电磁波通信实验的探究与制作——新课程下的探究性科学实践活动，本文主要内容关键词为：电磁波论文,新课程论文,实践活动论文,通信论文,性科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在《科学》教材第二册第一章第七节“信息的获取和利用”中，涉及了有关电磁波的知识，由于教材中只是笼统地介绍了它的作用，并没有与之相关的实验和直观教具，因此我们设计了“电磁波通信实验的探究与制作”这一探究性综合实践活动，以便加深学生对电磁波的进一步了解和认识。
平时，我们经常看到有些学生在玩一种激光灯。该激光灯是一种半导体激光器，它具有照射距离远、光束发散度小、光强度衰减低等优点。既然它能够远距离传递光能，那么利用它是否可以进行通信呢？下面，我们不妨来进行一下实验。
一、实验的步骤
步骤一：为了验证激光通信实验，我们首先要制作发射器和接收放大器。
发射器的制作：
将电子门铃（如图1）拆开，剪断通向喇叭的线后取下喇叭，在门铃的外壳上安装一个插座，将原通向喇叭的线连接到该插座上（如图2），这样发射器就制作好了。为了检验信号的有无，可将拆下的喇叭上连接一个与插座配合的插头，制作一个源信号检测器（如图3）
图1 电子门铃
图2 电子门铃的改进
图3 源信号检测器
接收放大器的制作：
集成电路TDA2822M是一款优秀的功率放大器，它具有结构简单、外围元件少、电压范围宽等特点，将所有元件焊接在印刷线路板上，只要元件正确、接线无误、电路不需调试即可成功。这样，一个接收放大器就制作完成了，如图4。
步骤二：开机实验
图4 接收放大器
图5 信号传输线
(1)有线通信的实验
用单芯同轴缆线和插头制作一根信号传输线，如图5。先将源信号检测器插到发射器上，当喇叭里传出音乐声后，拔掉检测器，然后将传输线两头分别插入发射器和接收放大器的插座中，这时，接收放大器内的喇叭中也传出同样的音乐声。
(2)激光通信的实验
激光通信是无线通信之一。为了做好该实验，必须先制作好激光发射头和激光接收头。用激光灯和插头制作激光发射头（如图6），用光敏电阻和插头制作激光接收头（如图7），然后再进行实验，具体操作如下：
图6 激光发射头
图7 激光接收头
注意：激光接收头要用一面透红光（可用红色滤光塑料纸）、其他面封闭的遮光罩，遮光罩内壁也须粘贴红纸。
将激光发射头和激光接收头分别插入发射器和接收放大器的插座中，手持激光发射头向激光接收头照射。当光斑落到接收头红色受光面上，则喇叭里会传出清晰的音乐声；反之（或用手遮挡激光），则无声。从而验证了激光也可以用于通信。
实验效果：当学生听到放置到很远距离（100米以上）的接收器中传出音乐声后，非常激动，原来激光通信就这么简单，因此许多同学对通信产生了浓厚兴趣。
二、实验的拓展
拓展一：
同学们对激光通信深信不疑，但也提出了一个问题：激光通信具有速度快、距离远抗干扰、损耗小等优点，但它遇到障碍物后就不行了，这个问题如何解决呢？那就要利用光纤通信。
在科学中，光纤传递光的模拟实验很早就有了，具体结构如图8所示：在盛满水的不透明水桶侧面开一小孔，桶底设置一光源（电灯泡），通电后可以发现水流的落点有一光斑，由此可知光能够转弯。那么，光纤通信该如何实验呢？具体操作如下：
图8光纤模拟实验
图9 光纤通信接口
在上面“激光通信的实验”的基础上，取一根据塑料光纤（市场上有一种塑料光纤花卉灯，可拆下代替），将其两端平面分别与激光灯和光敏电阻（应加遮光罩封闭）吻合（如图9），然后开机实验。
实验效果：当学生看到音乐信号竟然从一根细细的塑料丝中被传递过去，既惊讶，又好奇，现场气氛热烈。接下来，可引导学生查阅（上网）有关光纤通信的知识，了解光纤通信在日常生活和科技领域里的应用与发展。
拓展二：
不论是激光通信，还是光纤通信，我们都可以直观地感受到信号传递媒体的存在，那么，有没有我们看不到信号传递媒体的通信方式呢？有，利用红外线就可以进行通信。
红外线是一种肉眼看不见的射线，它的应用对我们来说并不陌生，许多家用电器中的控制方式就是采用了红外线遥控。其实，红外线遥控就是一种信号通信方式，只不过是传递控制信号而已。下面，我们就做一个实验来验证一下吧！具体操作如下：
图10 红外线发射头
图11 红外线接收头
(1)利用红外线发射二极管制作一个红外线发射头（如图10）；利用红外线接收二极管制作一个红外线接收头（如图11）。
(2)将红外线发射头和接收头分别插入发射器和接收放大器的插座中，适当调整发射与接收间的距离，直到喇叭中传出清晰的音乐声为止。
实验效果：当同学们做完了红外线通信实验后，兴趣盎然，探究欲望强烈。从实验中，他们又发现了许多影响红外线通信的问题，如红外线的强弱、发射方向、障碍物等因素，然后寻找方法并逐一进行实验与论证。
三、实验的探究
从上面一系列实验中，同学们发现只要改变信号发射头和信号接收头的方式，就会产生一种新的通信方式。现有条件下，还有没有其他通信方式呢？于是，有的同学就想到了电磁感应，能否利用电磁感应的方式进行通信呢？带着这个问题学生进行了实验探究。
(1)寻找电磁元件。经过试验，最终选择了市场上容易购到的继电器。
(2)利用继电器制作电磁发射头和接收头（发射与接收制作方法相同，如图12）。继电器不需改造，直接将插头线焊接在继电器的线圈两端。
(3)将电磁发射头和接收头分别插入发射器和接收放大器的插座中，调整发射与接收间的距离，观察信号接收效果。
图12 电磁发射头和接收头
图13 简易电子放大器
实验效果：实验很顺利，也很成功，同学们非常高兴，因为自己的猜想得到了科学的验证。但它存在一个通信距离近（只有2cm左右）的问题，怎么解决呢？此时，可以告诉学生在接收放大器的前端增加一级简易放大电路（如图13），即可提高一定的通信距离。有兴趣的同学可进一步实验。