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2019-2020年高中物理 《電磁波的應(yīng)用》教案 粵教版選修3-4 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 （1）了解光信號和電信號的轉(zhuǎn)換過程； （2）了解電視信號的錄制、發(fā)射和接收過程； （3）了解雷達(dá)的定位原理。 2、過程與方法： 3、情感、態(tài)的與價值觀 教學(xué)重點：電磁波在信息社會的作用。 教學(xué)難點：電磁波在信息社會的作用。 1、電視和雷達(dá) （1）電視 電視的歷史： 1927年，美國人研制出最早的電視機。1928年，美國通用公司生產(chǎn)出第一臺電視機。 1925年，美國開始試驗發(fā)射一些電視圖像，不僅小，而且模糊不清。1927年，紐約州斯克內(nèi)克塔迪一家老資格的無線電臺開始每周三次進(jìn)行試驗性廣播。1939年，全國廣播公司在紐約市試驗廣播。 美國最早的電視機，熒光屏是圓形的，只有5-9英寸大，差不多要坐在電視機跟前才能看清。但是，電視很快以驚人的速度沖進(jìn)了美國人的家庭（第二次世界大戰(zhàn)中，電視的發(fā)展一度陷入停頓。1947年美國家庭中約有1．4萬臺電視機，1949年達(dá)到近100萬臺。1955年，將近3000萬臺，1960年，達(dá)6000萬臺，于1951年問世的彩色電視機以及大屏幕電視機也進(jìn)入美國人家庭。目前美國約有l(wèi)．2l億臺電視機，平均不到兩個人就有一臺電視機）。 中國最早的電視誕生在1958年3月17日。 這天晚上，我國電視廣播中心在北京第一次試播電視節(jié)目，國營天津無線電廠（后改為天津通信廣播公司）研制的中國第一臺電視接收機實地接收試驗成功。 這臺被譽為“華夏第一屏”的北京牌820型35cm電子管黑白電視機，如今擺在天津通信廣播公司的產(chǎn)品陳列室里。我國在1958年以前還沒有電視廣播，國內(nèi)不能生產(chǎn)電視機。1957年4月，第二機械工業(yè)部第十局把研制電視接收機的任務(wù)交給國營天津無線電廠，廠領(lǐng)導(dǎo)立即組織試制小組，黃仕機同志主持設(shè)計。當(dāng)年，試制組多數(shù)成員只有20歲上下，他們對電視這門綜合電、磁、聲、光的新技術(shù)極其生疏，沒有見過電視機，參考資料也很少，通過對資料、國外樣機、樣件的研究，他們根據(jù)當(dāng)時國內(nèi)元器件生產(chǎn)能力和工藝加工水平，制定了“電視接收和調(diào)頻接收兩用、通道和掃描分開供電、采用國產(chǎn)電子管器件”的電視機設(shè)計方案。 我國第一臺電視機的試制成功，填補了我國電視機生產(chǎn)的空白，是我國電視機生產(chǎn)史的起點，今天我國已成為世界電視機生產(chǎn)大國。 電視的錄制 電視在電視發(fā)射端，由攝像管（圖18-14）攝取景物并將景物反射的光轉(zhuǎn)換為電信號。 攝像鏡頭把被攝景物的像投射在攝像管的屏上，電子槍發(fā)出的電子束對屏上的圖像進(jìn)行掃描。掃描的路線如圖所示，從a開始，逐行進(jìn)行，直到b。電子束把一幅圖像按照各點的明暗情況，逐點變?yōu)閺娙醪煌男盘栯娏鳌Ｌ炀€則把帶有圖像信號的電磁波發(fā)射出去。 掃描行數(shù)：普通清晰度電視（LDTV——Low Definition Television的簡稱）200-300線，標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）500-600線，高清晰度電視（HDTV）1000線以上。 信號的調(diào)制與發(fā)射 調(diào)制過程見圖18-17甲圖。請注意，攝象機無法在屏幕上顯現(xiàn)聲音信號，因此，這里還有一個同步錄音后，將聲波（機械波）轉(zhuǎn)換成點信號的過程。最后，圖象（電）信息和聲音（電）信息都要同時調(diào)制在高頻載波中去。 攝像機在一秒內(nèi)傳送25張畫面，這些畫面都要通過發(fā)射設(shè)備發(fā)射出去。電視接收機也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫面。由于畫面更換迅速，眼睛又有視覺暫留現(xiàn)象，所以我們感覺到的是連續(xù)的活動景像。 ⑷電視信號的接收 在電視接收端，天線收到電磁波后產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過調(diào)諧、解調(diào)等處理，將得到的圖像信號送到顯像管（圖18-16），還原成景物的像。顯像管里的電子槍發(fā)射的電子束也在熒光屏上掃描，掃描的方式和步調(diào)與攝像管的掃描同步。同時，顯像管電子槍發(fā)射電子束的強弱受圖像信號的控制，這樣在熒光屏上便出現(xiàn)了與攝像屏上相同的像。電視機天線接收到的電磁波除了載有圖像信號外，還有伴音信號。伴音信號經(jīng)解調(diào)取出后送到揚聲器。 電視技術(shù)還廣泛應(yīng)用在工業(yè)、交通、文化教育、國防和科學(xué)研究等各個方面。 現(xiàn)代化的辦公室常常用到傳真機。電視傳遞的是活動的圖像，而傳真?zhèn)鬟f的是靜止的圖像，如圖表、書信、照片等。傳真的原理和電視相似，也是把圖像逐點變成電信號，然后通過電話線或其他途經(jīng)傳送出去。 介紹：數(shù)字電視和等離子電視 數(shù)字電視是電視數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化后的產(chǎn)物。相對于傳統(tǒng)的模擬電視，它可以同時傳輸和接收多路視頻信號和其他數(shù)字化信息，同時令信息數(shù)字化存儲以便觀眾隨時調(diào)用。其圖像水平清晰度達(dá)到１２００線以上，聲音質(zhì)量也非常高。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，數(shù)字電視的優(yōu)點體現(xiàn)在：第一，提高了頻率資源的利用率。利用數(shù)字壓縮技術(shù)可以在一個標(biāo)準(zhǔn)有線電視模擬頻道中傳輸4—10套電視節(jié)目。第二，提高電視信號的傳輸和接收質(zhì)量，可以保證用戶接收到和前端播出效果基本相同的電視信號。第三，可以提供數(shù)據(jù)廣播。第四，逐步改變觀眾傳統(tǒng)的收視習(xí)慣，由被動收看到準(zhǔn)視頻點播（NVOD）收看，以至下一步的收看真正的視頻點播(VOD)。頻率資源的增加有利于節(jié)目數(shù)量的增加和頻道的專業(yè)化，可滿足不同觀眾群體的需要。我國將在xx年全面推進(jìn)數(shù)字高清晰度電視，xx年基本實現(xiàn)數(shù)字化，xx年停止模擬信號的播出。觀眾家里只要能夠收看有線電視，那么，再接上一個機頂盒就可以收看豐富多彩的數(shù)字電視了。 等離子電視（PDM——Plasma Display Monitor的簡稱）: 等離子（PDP）是指通過在兩張薄玻璃板之間充填混合氣體，施加電壓使之產(chǎn)生離子氣體，然后使等離子氣體放電并與基板中的熒光體發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生彩色影像的電視產(chǎn)品。它以等離子管作為發(fā)光元件，大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕，每個等離子對應(yīng)的每個小室內(nèi)都充有氖氙氣體，在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產(chǎn)生紫外光，并激發(fā)平板顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個等離子管作為一個像素，由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產(chǎn)生各種灰度和色彩的圖像，類似顯像管發(fā)光。等離子電視又被稱做“壁掛式電視”，不受磁力和磁場影響，具有機身纖薄、重量輕、屏幕大、色彩鮮艷、畫面清晰、亮度高、失真度小、視覺感受舒適、節(jié)省空間等優(yōu)點。目前，常見的等離子電視有42、52、60寸。 （2）雷達(dá) 雷達(dá)是利用無線電波測定物體位置的無線電設(shè)備。 電磁波如果遇到尺寸明顯大于波長的障礙物就要發(fā)生反射，雷達(dá)就是利用電磁波的這個特性工作的．波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強，因此雷達(dá)用的是微波。 雷達(dá)的天線可以轉(zhuǎn)動。它向一定的方向發(fā)射不連續(xù)的無線電波（叫做脈沖）。每次發(fā)射的時間不超過1ms，兩次發(fā)射的時間間隔約為這個時間的100倍。這樣，發(fā)射出去的無線電波遇到障礙物后返回時，可以在這個時間間隔內(nèi)被天線接收。測出從發(fā)射無線電波到收到反射波的時間，就可以求得障礙物的距離，再根據(jù)發(fā)射電波的方向和仰角，便能確定障礙物的位置了。 實際上，障礙物的距離等情況是由雷達(dá)的指示器直接顯示出來的。當(dāng)雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無線電波時，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)一個尖形脈沖；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現(xiàn)第二個尖形脈沖，如圖所示。根據(jù)兩個脈沖的間隔可以直接從熒光屏上的刻度讀出障礙物的距離．現(xiàn)代雷達(dá)往往和計算機相連，直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 利用雷達(dá)可以探測飛機、艦艇、導(dǎo)彈等軍事目標(biāo)，還可以用來為飛機、船只導(dǎo)航。在天文學(xué)上可以用雷達(dá)研究飛近地球的小行星、慧星等天體，氣象臺則用雷達(dá)探測臺風(fēng)、雷雨云。 2、電磁波譜 按電磁波的波長或頻率大小的順序排列成譜，叫電磁波譜。按波長從長到短的順序排列，依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。 【例1】 某防空雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率為f=3103MHZ，屏幕上尖形波顯示，從發(fā)射到接受經(jīng)歷時間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標(biāo)到雷達(dá)的距離為______km。該雷達(dá)發(fā)出的電磁波的波長為______m。 解：由s= cΔt=1.2105m=120km。這是電磁波往返的路程，所以目標(biāo)到雷達(dá)的距離為60km。由c= fλ可得λ= 0.1m 【例2】 一臺收音機，把它的調(diào)諧電路中的可變電容器的動片從完全旋入到完全旋出，仍然收不到某一較高頻率的電臺信號。要想收到該電臺信號，應(yīng)該______（增大還是減?。╇姼芯€圈的匝數(shù)。 解：調(diào)諧電路的頻率和被接受電臺的頻率相同時，發(fā)生電諧振，才能收到電臺信號。由公式可知，L、C越小，f越大。當(dāng)調(diào)節(jié)C達(dá)不到目的時，肯定是L太大，所以應(yīng)減小L，因此要減小匝數(shù)。