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2019-2020年高中物理 3.3 電磁波譜 電磁波的應用教案 教科版選修3-4 三維教學目標 1、知識與技能 （1）了解光信號和電信號的轉換過程； （2）了解電視信號的錄制、發(fā)射和接收過程； （3）了解雷達的定位原理。 2、過程與方法： 3、情感、態(tài)的與價值觀 教學重點：電磁波在信息社會的作用。 教學難點：電磁波在信息社會的作用。 1、電視和雷達 （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，紐約州斯克內克塔迪一家老資格的無線電臺開始每周三次進行試驗性廣播。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年達到近100萬臺。1955年，將近3000萬臺，1960年，達6000萬臺，于1951年問世的彩色電視機以及大屏幕電視機也進入美國人家庭。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品陳列室里。我國在1958年以前還沒有電視廣播，國內不能生產電視機。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交給國營天津無線電廠，廠領導立即組織試制小組，黃仕機同志主持設計。當年，試制組多數成員只有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，他們根據當時國內元器件生產能力和工藝加工水平，制定了“電視接收和調頻接收兩用、通道和掃描分開供電、采用國產電子管器件”的電視機設計方案。 我國第一臺電視機的試制成功，填補了我國電視機生產的空白，是我國電視機生產史的起點，今天我國已成為世界電視機生產大國。 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行掃描。掃描的路線如圖所示，從a開始，逐行進行，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?。天線則把帶有圖像信號的電磁波發(fā)射出去。 掃描行數：普通清晰度電視（LDTV——Low Definition Television的簡稱）200-300線，標準清晰度電視（SDTV）500-600線，高清晰度電視（HDTV）1000線以上。 信號的調制與發(fā)射 調制過程見圖18-17甲圖。請注意，攝象機無法在屏幕上顯現聲音信號，因此，這里還有一個同步錄音后，將聲波（機械波）轉換成點信號的過程。最后，圖象（電）信息和聲音（電）信息都要同時調制在高頻載波中去。 攝像機在一秒內傳送25張畫面，這些畫面都要通過發(fā)射設備發(fā)射出去。電視接收機也以相同的速率在熒光屏上顯現這些畫面。由于畫面更換迅速，眼睛又有視覺暫留現象，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生感應電流，經過調諧、解調等處理，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。伴音信號經解調取出后送到揚聲器。 電視技術還廣泛應用在工業(yè)、交通、文化教育、國防和科學研究等各個方面。 現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傳送出去。 介紹：數字電視和等離子電視 數字電視是電視數字化和網絡化后的產物。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字化信息，同時令信息數字化存儲以便觀眾隨時調用。其圖像水平清晰度達到１２００線以上，聲音質量也非常高。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，數字電視的優(yōu)點體現在：第一，提高了頻率資源的利用率。利用數字壓縮技術可以在一個標準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，可以提供數據廣播。第四，逐步改變觀眾傳統(tǒng)的收視習慣，由被動收看到準視頻點播（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年全面推進數字高清晰度電視，xx年基本實現數字化，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，從而產生彩色影像的電視產品。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成屏幕，每個等離子對應的每個小室內都充有氖氙氣體，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生紫外光，并激發(fā)平板顯示屏上的紅綠藍三基色熒光粉發(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 雷達是利用無線電波測定物體位置的無線電設備。 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，因此雷達用的是微波。 雷達的天線可以轉動。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的指示器直接顯示出來的。當雷達向目標發(fā)射無線電波時，在指示器的熒光屏上呈現一個尖形脈沖；在收到反射回來的無線電波時，在熒光屏上呈現第二個尖形脈沖，如圖所示。根據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．現代雷達往往和計算機相連，直接對數據進行處理。 利用雷達可以探測飛機、艦艇、導彈等軍事目標，還可以用來為飛機、船只導航。在天文學上可以用雷達研究飛近地球的小行星、慧星等天體，氣象臺則用雷達探測臺風、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)射到接受經歷時間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標到雷達的距離為______km。該雷達發(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，所以目標到雷達的距離為60km。由c= fλ可得λ= 0.1m 【例2】 一臺收音機，把它的調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，應該______（增大還是減?。╇姼芯€圈的匝數。 解：調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。當調節(jié)C達不到目的時，肯定是L太大，所以應減小L，因此要減小匝數。