資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第十五章 怎樣傳遞信息——通信技術(shù)簡介
15.2 廣播和電視
教學目標：
1.物理觀念：
（1）了解無線電廣播的大致工作過程。
（2）大致了解電視的工作過程。
2.科學思維：
用類比的方法，高頻電磁波是聲音、圖像信息的“搭載” 工具 。
3.科學探究：
做一做 電磁波的發(fā)射與接收；組裝最簡單的收聽廣播裝置。
4.科學態(tài)度與責任：
通過了解廣播、電視的工作過程，初步認識科技對現(xiàn)代生活的影響。
教學重點：無線電信號的發(fā)射和接收過程；初步認識科技對現(xiàn)代生活的影響。
教學難點：初步培養(yǎng)學生收集資料、處理信息的能力。
教學課時：1課時
教學用具：多媒體、示波器、發(fā)射器、接收器、收音機、臺燈。
教學互動設(shè)計：
1、 創(chuàng)設(shè)情景，導入新課
2023年9月21日，“天宮課堂”第四課在中國空間站正式開講，神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮進行授課。本次太空授課活動繼續(xù)采取天地互動方式進行，共設(shè)立北京航空航天大學等5個地面課堂。航天員將在軌展示介紹中國空間站夢天實驗艙工作生活場景，演示球形火焰實驗、奇妙“乒乓球”實驗、動量守恒實驗以及又見陀螺實驗，并與地面課堂進行互動交流。
我們幾乎每天都要聽廣播、看電視，這些聲音和圖像是怎樣傳過來的呢？
二、新課講授，師生互動
問題與思考
在上一節(jié)的實驗中，收音機接收到電磁波時只是發(fā)出“嘎、嘎 ”的聲音，好似你收到朋友的信件是一張白紙，不知道是什么含義。人們希望得到的是語言、音樂、文字、圖片、活動的圖像等有著確定和豐富意義的信息，怎樣利用電磁波來傳送這些信息呢
人們設(shè)想用變化的電流表示聲音和圖像信息，借助這種電流產(chǎn)生的電磁波向遠處傳送信息。
后來人們發(fā)現(xiàn)，上述這種變化的電流頻率較低，向空間輻射電磁波的能量太小，損耗得很快，因此不能將信號傳遞到較遠的地方。那么，能不能模仿用箭和鴿子傳遞信件的方法，讓蘊涵聲音和圖像信息的電流信號“搭載”在高頻電流上再以電磁波發(fā)射出去呢
如果上述的通信方案可行，發(fā)送的一方將怎樣實現(xiàn)這種“搭載” 接收的一方又怎樣把“搭載”的聲音和圖像信息取下來呢
（一）音頻、視頻和射頻信號調(diào)制
高頻率的振蕩電流能夠產(chǎn)生高頻率的電磁波并向外發(fā)射，我們稱這種電流為射頻信號。聲音和圖像信息都要“搭載”在電磁波上才能傳送至遠方，必須把聲音和圖像經(jīng)過話筒和攝像機變成電流信號才能實現(xiàn)這種“搭載”。我們稱由聲音轉(zhuǎn)換成的電流信號為音頻信號，由圖像轉(zhuǎn)換成的電流信號為視頻信號。
音頻信號的頻率較低， 與聲音的頻率相同， 在20Hz到20kHz之間。視頻信號的頻率變化范圍較大，為幾赫到幾兆赫。如圖所示是上述三種信號的示意圖，音頻和視頻信號的頻率都低于“搭載”它們的射頻信號。
電流的頻率示意圖
實現(xiàn)上述“搭載”的過程稱為調(diào)制，調(diào)制過程是在專門的電路——調(diào)制器中完成的。通常，中、短波廣播是用音頻信號去控制射頻信號，讓射頻電流的幅度隨著音頻電流變化，稱為調(diào)幅(AM)。電視節(jié)目的聲音和調(diào)頻廣播是用音頻信號控制射頻信號，讓射頻電流的頻率隨著音頻電流變化，稱為調(diào)頻(FM)。
（二）無線電廣播的發(fā)射和接收
以中、短波調(diào)幅廣播為例，發(fā)射和接收的過程如圖所示。
錄音設(shè)備把事先錄制的節(jié)目(語言和音樂)轉(zhuǎn)換成音頻電流。如果是直播，則由話筒把聲音轉(zhuǎn)換成音頻電流。載波發(fā)生器產(chǎn)生射頻電流。將以上信號送人調(diào)制器，得到的調(diào)幅電流再送入發(fā)射機進行功率放大，最后由天線將“搭載”著聲音信息的電磁波發(fā)射出去。
收音機的天線接收到許多電臺的電磁波，首先將這些信號電流送入調(diào)諧電路。
旋轉(zhuǎn)收音機的調(diào)諧旋鈕，就能從中選出某一個電臺特定頻率的信號，這個過程稱為調(diào)諧。然后這個調(diào)幅電流經(jīng)過解調(diào)器的處理，取出當初的音頻信號。這個音頻電流經(jīng)過放大后送到揚聲器。揚聲器把電信號轉(zhuǎn)換成聲波，聽眾就能聽到廣播節(jié)目了。
天線的作用很重要，用于發(fā)射和接收電磁波。天線的種類和樣式有很多，如水平天線、直立天線、拋物面天線等。發(fā)射天線(如圖所示)架設(shè)在很高的地方，適于發(fā)射不同頻率的電磁波。收音機的天線很小巧，接收短波的拉桿天線露在收音機外面，接收中波的磁性天線藏在機殼中。
你知道嗎？
無線電通信發(fā)展簡史
1895年，馬可尼發(fā)明了用電磁波遠距離傳送信號的方法。1899年，美國柯林斯達造出了第一個無線電話系統(tǒng)。1906年，費森登在美國建立了第一個無線電話發(fā)射臺。1919年，英國建立了第一座播送語言和音樂節(jié)目的無線電臺。1921年，人類首次實現(xiàn)了短波跨洋傳播。
1925年，英國貝爾德發(fā)明了第一臺實用電視機。1930年，人類實現(xiàn)了微波通信 現(xiàn)在，人類可以將文字、聲音、數(shù)據(jù)、圖像等信息，通過電磁波傳向四面八方。
（三）電視的發(fā)射和接收
電視與廣播的不同是它能夠傳送圖像。第一步操作是攝像，如圖所示。
在攝像管內(nèi)的感光器件上呈現(xiàn)出景物通過光學鏡頭所成的實像，感光器件將圖像的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸出視頻電流。用視頻電流和音頻電流去調(diào)制載波發(fā)生器送來的射頻電流，再經(jīng)過發(fā)射機的功率放大，由天線將“搭載”著圖像和聲音信息電視演播的電磁波發(fā)射出去，如圖甲所示。
電視機的天線接收到許多電視臺的電磁波。由調(diào)諧電路選擇其中某一個電視臺的信號，經(jīng)過解調(diào)器取出視頻和音頻信號，分別放大后，由顯像管還原成圖像，由揚聲器放出聲音，如圖乙所示。
有線電視是借助光纜或同軸電纜來傳送廣播電視信號或本地播放的電視信號的網(wǎng)絡(luò)。它可以同時傳送上百套電視節(jié)目，抗干擾能力強、成本低、功能多，可以傳送高清晰度的電視節(jié)目。
科學窗
模擬信號和數(shù)字信號
傳遞信息的電信號有兩種：模擬信號和數(shù)字信號。例如話筒將聲音轉(zhuǎn)換成電流時，電流的頻率和幅度全都“模仿”著聲音的頻率和幅度變化， 所以這種信號稱為模擬信號(analog signal) 。目前的廣播和大部分電視中的聲音和圖像使用的都是模擬信號，錄音帶和一些錄像帶上記錄的也是模擬信號。模擬信號的特點是連續(xù)變化，如圖所示。
模擬信號的缺點是放大時會使信號的“形狀”改變而造成失真，傳輸過程中受到的干擾不易排除。例如汽車發(fā)動機的火花塞工作時會產(chǎn)生電磁波，使得電視畫面上出現(xiàn)雜亂的點或條紋。
計算機中的信息，無論文字、聲音、圖像都是用二進制數(shù)“0”和“1”編碼的， 稱為數(shù)字信號(digital signal) 。數(shù)字信號的特點是跳躍變化的，“0”代表低電壓、“1代表高電壓。如圖所示為字母“K”的數(shù)字信號，它的編碼是“01001011”。
數(shù)字信號的優(yōu)點是易于用計算機做高速和復雜的處理，抗干擾能力強，能夠進行高密度的存儲等。CD盤、VCD盤、DVD盤、計算機內(nèi)的硬盤和可攜帶的U盤上記錄的都是數(shù)字信號。
做一做
1.組裝最簡單的收聽廣播的裝置。先架設(shè)一個較長的天線，方法是取一根約3m長的電線(可用鐵絲代替)，水平張拉在室外離地面高度約2m的地方，或者從樓上向窗外垂下約3m長的軟導線。再將一根鐵棍插入潮濕的土地中或利用樓內(nèi)的鐵質(zhì)水管作為地線。
然后按照圖甲在天線和地線間并聯(lián)一只二極管D和高阻抗耳機E，就可以收聽到一些信號較強的電臺的播音了。
但是上述的電路會出現(xiàn)幾個電臺的播音混在一起互相干擾的現(xiàn)象，解決的辦法是增加一個調(diào)諧電路，如圖乙所示。如何選用圖中的可變電容器C和繞制線圈L，可以查閱電子小制作的資料或者請老師指導。
2. 用市場上銷售的電子套件組裝簡單的直放式收音機。
三、總結(jié)反思，超越自我
1. 能產(chǎn)生高頻率電磁波并向外發(fā)射的電流為射頻信號，由聲音轉(zhuǎn)換成電流信號為音頻信號，由圖像轉(zhuǎn)換成的電流信號為視頻信號。
2.無線電廣播：錄音機產(chǎn)生音頻電流，載波發(fā)生器產(chǎn)生射頻電流，通過調(diào)制器、發(fā)射機、天線將產(chǎn)生高頻電磁波發(fā)射到空中。收音機天線接收高頻電磁波，通過調(diào)諧器、解調(diào)、放大還原成聲音。
3.電視用電磁波傳遞圖像和聲音信號。分音頻、視頻信號調(diào)制、發(fā)射、接收、解調(diào)、還原為聲音和圖像。
四、板書設(shè)計，整合提升
1.能產(chǎn)生高頻率電磁波并向外發(fā)射的電流為射頻信號，由聲音轉(zhuǎn)換成電流信號為音頻信號，由圖像轉(zhuǎn)換成的電流信號為視頻信號。
2.無線電廣播：錄音機產(chǎn)生音頻電流，載波發(fā)生器產(chǎn)生射頻電流，通過調(diào)制器、發(fā)射機、天線將產(chǎn)生高頻電磁波發(fā)射到空中。收音機天線接收高頻電磁波，通過調(diào)諧器、解調(diào)、放大還原成聲音。
3.電視用電磁波傳遞圖像和聲音信號。分音頻、視頻信號調(diào)制、發(fā)射、接收、解調(diào)、還原為聲音和圖像。
五、大海揚帆，嘗試遠航
1. 下列說法不正確的是（ ）
A. 高頻率的振蕩電流產(chǎn)生高頻率的電磁波并向外發(fā)射，這種電流為射頻信號
B. 聲音和圖像信息都要“搭載”在電磁波上才能傳至遠方
C. 由圖像轉(zhuǎn)換成的電信號為音頻信號
D. 由聲音轉(zhuǎn)換成的電信號為音頻信號
2． 關(guān)于無線電廣播說法不正確的是（ ）
A.話筒把音頻電流轉(zhuǎn)換成聲音
B.載波發(fā)生器產(chǎn)生射頻電流，
C.調(diào)制器將音頻電流和射頻電流調(diào)制成調(diào)幅電流
D.天線將“搭載”著聲音信號的電磁波發(fā)射出去
3． 下列關(guān)于無線電廣播說法不正確的是（ ）
A.信號的接收是由收音機完成的
B.信號的發(fā)射是由廣播電臺完成的
C. 調(diào)諧器選出的信號含有高頻成分，通過解調(diào)器取出音頻信號
D.揚聲器把聲波轉(zhuǎn)換電信號
4． 2023 年9月21日，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，景海鵬、朱楊柱、桂海潮授課。我們在學校收看中央電視臺直播，下列說法不正確的（ ）
A.電視通過電磁波傳播視頻和音頻信號
B.攝像機把圖像變成電信號，話筒把聲音轉(zhuǎn)換成電信號，發(fā)射機把電信號加載到頻率很高的電流上，由天線將“搭載”著圖像和聲音信息發(fā)射出去
C.電視機將高頻信號接收，由解調(diào)器取出視頻和音頻信號，放大后由顯像管還原成圖像和聲音
D.揚聲器將取出放大的音頻信號還原聲聲音
5．下列說法錯誤的是（ ）
A. 電流的頻率和幅度模仿聲音的頻率和幅度的變化的信號為模擬信號
B. 模擬信號連續(xù)變化，傳輸過程受到干擾
C. 計算機的信息用二進制“0”和“1”編碼為數(shù)字信號
D.數(shù)字信號易于計算機做高速和復雜處理，抗干擾能力弱
參考答案1.C；2.A；3.D；4.C；5.D。
六、作業(yè)：P183.T2
課外作業(yè)P183.T1 、T3。
P183閱讀材料 能夠記錄、播放聲音 和圖像的家用電器。
教學反思：
21世紀教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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