必修教材第十一章第四节曾通过实例简单介绍过电磁波的特性。本节需要进一步介绍电磁波传播特性，并比较电磁波与机械波在传播介质、干涉、衍射以及传播速度、频率、波长的计算等方面的异同。同时还可以引导学生讨论电磁波为什么是横波，并借助阅读材料为感兴趣的学生提供深度学习的方向。

无线电波的常见传播方式有三种：天波、地波和空间波，这是对电磁波的衍射、反射及沿直线传播等规律的应用。在教学中可以引导学生发现无线电波的波长、频率变化范围非常广，因此在传播方式上存在较大差异，同时利用波长较长较易衍射等规律，介绍三种传播方式与无线电波的波长对应关系。可以通过三种传播方式的特征学习不同无线电波的实际应用，如地波传播更稳定，但在传播时能量会被不断吸收，常被用于超长距离的潜艇、舰艇等通讯；天波会受电离层及气候的影响，但是传播距离较远，常被用于无线电广播；空间波的传播效果较好，抗干扰强，但是需要建立很多中间站等。空间波传播比较有代表性的就是微波接力，微波接力需要每 40 ~ 60 km 建立一个中继站，提高功率可增加中继站间距。由于微波频率高，带宽较宽，所以能够传播的信息量大，实际生活中应用较广，雷达和通信卫星都是利用微波来进行无线电通信的。

太阳的活动会影响电磁波通讯。例如太阳黑子，指的是太阳表面的一种由炙热气体形成的漩涡，由于其温度（4 500 ℃）低于太阳表面的温度（6 000 ℃），看起来像太阳的黑斑。当太阳黑子产生时，会对外辐射高能射线，当高能射线进入电离层时会与大气分子发生剧烈碰撞，使电离层局部电子密度迅速增加，这会干扰电磁波利用天波进行传播。

在教学时应该引导学生发现电磁波无处不在，且电磁波的传递方式也是多种多样的。除了天波、地波及空间波的传播方式外，人们还在两点间建立物理连接，引导电磁波沿着指定路径传输，该方式被称为电磁波导，常见的电磁波导有平行双导线、波导管和光纤等。

电谐振是较为抽象的概念，此处设置“自主活动”的目的是为了帮助学生通过实验了解电谐振的条件及相关现象，收集感性和直观的素材，有助于进一步了解电磁波接收的原理。

教学中也可通过与受迫振动、共振的条件及现象的类比加强对电谐振的理解，建立物理概念和规律间的联系；还可以从能量角度了解电谐振的特点及意义，增强能量观念。

该内容学习时不涉及谐振电路的频率计算等，只需了解电谐振的现象及条件，并懂得电谐振是现代电磁波接收的重要理论基础。

电磁波传递信息的过程，除了包含发射和接收电磁波外，还需要将信息有效地“加载”在电磁波上。此处设置“STSE”是为了帮助学生进一步了解信息加载的方式，对如何利用电磁波实现通信有更清晰的认识。教学时可以通过材料阅读让学生辨析“调制”“调幅”“调频”“调谐”“解调”等概念及其相互关系。

图 8 – 18 数字调制示意图所展示的电磁波的调制及传播过程可配合教材第 97 页的手机通信的蜂窝网络与 5G 技术等内容一同学习，了解手机通信的基本原理，体会科学技术与现代生活的紧密联系。

此外，还可指导学生阅读相关书籍，查阅相关资料等，发展学习的兴趣特长。

对于 图 8 – 19 的学习，可以组织学生在阅读后进行讨论，解释图中的细节，比如发射过程中，话筒收音后信号是如何加载到电磁波上的？这一过程中载波发生器、调制器和放大器的作用是什么？又比如在信号接收过程中，当收音机的天线接收到电磁波后选台和解调的作用又是什么？对图中各过程的分析及解释有助于应用已学知识，有助于概念和规律的构建和完善，从而提升物理观念，实现理论与实际的紧密联系。

1．参考解答：根据 t = \(\frac{s}{c}\)，可知当 s = 2×（3.84×105×103）m 时，t = 2.56 s。

命题意图：了解电磁波传播特性。

主要素养与水平：运动与相互作用观念（Ⅰ）；模型建构（Ⅱ）；科学推理（Ⅱ）。

2．参考解答：根据 c = λf，可知当 c = 3×108 m/s 时，λ = 0.3 m。

命题意图：了解电磁波的波长、频率与波速的关系。

主要素养与水平：科学推理（Ⅱ）；科学本质（Ⅰ）。

3．参考解答：电磁波空间中任意一点的电场 E 的方向和磁场 B 的方向都和电磁波的传播方向垂直。

命题意图：了解电 磁波的传播特性。

主要素养与水平：运动与相互作用观念（Ⅱ）；模型建构（Ⅱ）；科学论证（Ⅱ）。

4．参考解答：收音机会发出噪声，这代表收音机接收的电台发射的电磁波受到干扰， 也说明电动剃须刀和手机也能够发射电磁波。

命题意图：获取电磁波发射与接收的感性素材。

主要素养与水平：运动与相互作用观念（Ⅰ）；模型建构（Ⅱ）；科学推理（Ⅰ）；科学论证（Ⅱ）。

5．参考解答：感应发射器通过与高压电源相连，产生电火花形成电磁波，是将电能转化为电磁场的能量，电磁波在空中传播，也传递了能量，接收器将该电磁波能量转化为电能（电火花）。

命题意图：通过对物理现象的解释提升物理观念。

主要素养与水平：能量观念（Ⅱ）；模型建构（Ⅱ）；科学推理（Ⅰ）；科学论证（Ⅱ）；科学本质（Ⅰ）。

平面电磁波的性质

电磁波是横波，其电场强度 E 与磁感应强度 B 的方向是相互垂直的，与传播方向也相互垂直。在最简单的简谐电磁波（即电场与磁场都做简谐变化的电磁波）中，E、B 与电磁波的传播方向构成右手螺旋定则，即右手四指并拢从 E 转向 B，大拇指伸直，则大拇指所指的即为电磁波的传播方向。

电磁波是偏振波，沿电磁波的传播方向，电场与磁场都在各自平面内振动，这种性质称为偏振，这也是所有横波所特有的。E 与 B 同相位，E 与 B 都在做周期性的变化，但是 E 与 B 相位相同，当 E 达到最大时，B 也达到最大，反之相同。

电磁波传播速度的大小 v 决定于介质的电容率 ε 和磁导率 μ。电磁波在介质中的传播速度为

\[v = \frac{1}{{\sqrt {\varepsilon \mu } }} = \frac{1}{{\sqrt {{\varepsilon _0}{\varepsilon _r}{\mu _0}{\mu _r}} }}\]

其中 ε0 为真空介电常数，εr 为相对介电常数，μ0 为真空磁导率，μr 为相对磁导率。

ε0 = 8.85×10−12 C2/（N·m2），μ0 = 4π×10−7 N/A2，从而可以计算出真空中电磁波的传播速度

\[c = \frac{1}{{\sqrt {{\varepsilon _0}{\mu _0}} }} \approx 3 \times {10^8}\;{\rm{m/s}}\]

电磁波的有线传输

平行双导线、波导管和光纤等连接方式也能传播电磁波，具体采用哪种方式与传输的电磁波频率、传播效果有直接关系。

平行双导线是指相互平行的两条金属导线，能传播 TEM 波（横电磁波），即在传播方向上没有电场和磁场分量。但当电磁波的频率提高到电磁波波长与双导线间距相近时，辐射损耗显著增加。

波导管主要用于传播微波中的厘米波及毫米波，常见的波导管为矩形、圆形空心金属管。波导管壁常由铜、铝等金属制成，有时内壁镀有银或金，波导管能将传输的电磁波完全限制在金属管内，但由于波导管存在截止频率，其中只能传输比截止频率高的能量（电磁波），而比截止频率低的能量会很快在波导中衰减。波导管在雷达、通信卫星、微波炉中广泛应用。

光纤为光导纤维，利用光的全反射进行信息的传输。虽然光纤的造价很高，但其传播损耗小，可靠性高，所以近年来有着很大的应用前景。为了保证电磁波的有效传播，光纤传输还需要建立中继站，中继器的作用是对信息中继和放大。若传播过程中信息损耗较小，则两中继站间的间距可增大。