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2019-2020年高中物理 3.3 電磁波譜 電磁波的應(yīng)用教案 教科版選修3-4 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）了解光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程； （2）了解電視信號(hào)的錄制、發(fā)射和接收過(guò)程； （3）了解雷達(dá)的定位原理。 2、過(guò)程與方法： 3、情感、態(tài)的與價(jià)值觀 教學(xué)重點(diǎn)：電磁波在信息社會(huì)的作用。 教學(xué)難點(diǎn)：電磁波在信息社會(huì)的作用。 1、電視和雷達(dá) （1）電視 電視的歷史： 1927年，美國(guó)人研制出最早的電視機(jī)。1928年，美國(guó)通用公司生產(chǎn)出第一臺(tái)電視機(jī)。 1925年，美國(guó)開(kāi)始試驗(yàn)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(wú)線電臺(tái)開(kāi)始每周三次進(jìn)行試驗(yàn)性廣播。1939年，全國(guó)廣播公司在紐約市試驗(yàn)廣播。 美國(guó)最早的電視機(jī)，熒光屏是圓形的，只有5-9英寸大，差不多要坐在電視機(jī)跟前才能看清。但是，電視很快以驚人的速度沖進(jìn)了美國(guó)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(guó)家庭中約有1．4萬(wàn)臺(tái)電視機(jī)，1949年達(dá)到近100萬(wàn)臺(tái)。1955年，將近3000萬(wàn)臺(tái)，1960年，達(dá)6000萬(wàn)臺(tái)，于1951年問(wèn)世的彩色電視機(jī)以及大屏幕電視機(jī)也進(jìn)入美國(guó)人家庭。目前美國(guó)約有l(wèi)．2l億臺(tái)電視機(jī)，平均不到兩個(gè)人就有一臺(tái)電視機(jī)）。 中國(guó)最早的電視誕生在1958年3月17日。 這天晚上，我國(guó)電視廣播中心在北京第一次試播電視節(jié)目，國(guó)營(yíng)天津無(wú)線電廠（后改為天津通信廣播公司）研制的中國(guó)第一臺(tái)電視接收機(jī)實(shí)地接收試驗(yàn)成功。 這臺(tái)被譽(yù)為“華夏第一屏”的北京牌820型35cm電子管黑白電視機(jī)，如今擺在天津通信廣播公司的產(chǎn)品陳列室里。我國(guó)在1958年以前還沒(méi)有電視廣播，國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)電視機(jī)。1957年4月，第二機(jī)械工業(yè)部第十局把研制電視接收機(jī)的任務(wù)交給國(guó)營(yíng)天津無(wú)線電廠，廠領(lǐng)導(dǎo)立即組織試制小組，黃仕機(jī)同志主持設(shè)計(jì)。當(dāng)年，試制組多數(shù)成員只有20歲上下，他們對(duì)電視這門(mén)綜合電、磁、聲、光的新技術(shù)極其生疏，沒(méi)有見(jiàn)過(guò)電視機(jī)，參考資料也很少，通過(guò)對(duì)資料、國(guó)外樣機(jī)、樣件的研究，他們根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)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(kāi)供電、采用國(guó)產(chǎn)電子管器件”的電視機(jī)設(shè)計(jì)方案。 我國(guó)第一臺(tái)電視機(jī)的試制成功，填補(bǔ)了我國(guó)電視機(jī)生產(chǎn)的空白，是我國(guó)電視機(jī)生產(chǎn)史的起點(diǎn)，今天我國(guó)已成為世界電視機(jī)生產(chǎn)大國(guó)。 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(hào)。 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(duì)屏上的圖像進(jìn)行掃描。掃描的路線如圖所示，從a開(kāi)始，逐行進(jìn)行，直到b。電子束把一幅圖像按照各點(diǎn)的明暗情況，逐點(diǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱不同的信號(hào)電流。天線則把帶有圖像信號(hào)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(jiǎn)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(hào)的調(diào)制與發(fā)射 調(diào)制過(guò)程見(jiàn)圖18-17甲圖。請(qǐng)注意，攝象機(jī)無(wú)法在屏幕上顯現(xiàn)聲音信號(hào)，因此，這里還有一個(gè)同步錄音后，將聲波（機(jī)械波）轉(zhuǎn)換成點(diǎn)信號(hào)的過(guò)程。最后，圖象（電）信息和聲音（電）信息都要同時(shí)調(diào)制在高頻載波中去。 攝像機(jī)在一秒內(nèi)傳送25張畫(huà)面，這些畫(huà)面都要通過(guò)發(fā)射設(shè)備發(fā)射出去。電視接收機(jī)也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫(huà)面。由于畫(huà)面更換迅速，眼睛又有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，所以我們感覺(jué)到的是連續(xù)的活動(dòng)景像。 ⑷電視信號(hào)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(guò)調(diào)諧、解調(diào)等處理，將得到的圖像信號(hào)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(shí)，顯像管電子槍發(fā)射電子束的強(qiáng)弱受圖像信號(hào)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(jī)天線接收到的電磁波除了載有圖像信號(hào)外，還有伴音信號(hào)。伴音信號(hào)經(jīng)解調(diào)取出后送到揚(yáng)聲器。 電視技術(shù)還廣泛應(yīng)用在工業(yè)、交通、文化教育、國(guó)防和科學(xué)研究等各個(gè)方面。 現(xiàn)代化的辦公室常常用到傳真機(jī)。電視傳遞的是活動(dòng)的圖像，而傳真?zhèn)鬟f的是靜止的圖像，如圖表、書(shū)信、照片等。傳真的原理和電視相似，也是把圖像逐點(diǎn)變成電信號(hào)，然后通過(guò)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(duì)于傳統(tǒng)的模擬電視，它可以同時(shí)傳輸和接收多路視頻信號(hào)和其他數(shù)字化信息，同時(shí)令信息數(shù)字化存儲(chǔ)以便觀眾隨時(shí)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(diǎn)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(gè)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(hào)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(hào)。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(dòng)收看到準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVOD）收看，以至下一步的收看真正的視頻點(diǎn)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(guó)將在xx年全面推進(jìn)數(shù)字高清晰度電視，xx年基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，xx年停止模擬信號(hào)的播出。觀眾家里只要能夠收看有線電視，那么，再接上一個(gè)機(jī)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(jiǎn)稱）: 等離子（PDP）是指通過(guò)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(gè)等離子對(duì)應(yīng)的每個(gè)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(huì)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(jiàn)光。每個(gè)等離子管作為一個(gè)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(chǎng)影響，具有機(jī)身纖薄、重量輕、屏幕大、色彩鮮艷、畫(huà)面清晰、亮度高、失真度小、視覺(jué)感受舒適、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。目前，常見(jiàn)的等離子電視有42、52、60寸。 （2）雷達(dá) 雷達(dá)是利用無(wú)線電波測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備。 電磁波如果遇到尺寸明顯大于波長(zhǎng)的障礙物就要發(fā)生反射，雷達(dá)就是利用電磁波的這個(gè)特性工作的．波長(zhǎng)越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強(qiáng)，因此雷達(dá)用的是微波。 雷達(dá)的天線可以轉(zhuǎn)動(dòng)。它向一定的方向發(fā)射不連續(xù)的無(wú)線電波（叫做脈沖）。每次發(fā)射的時(shí)間不超過(guò)1ms，兩次發(fā)射的時(shí)間間隔約為這個(gè)時(shí)間的100倍。這樣，發(fā)射出去的無(wú)線電波遇到障礙物后返回時(shí)，可以在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)被天線接收。測(cè)出從發(fā)射無(wú)線電波到收到反射波的時(shí)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(shí)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(lái)的。當(dāng)雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射無(wú)線電波時(shí)，在指示器的熒光屏上呈現(xiàn)一個(gè)尖形脈沖；在收到反射回來(lái)的無(wú)線電波時(shí)，在熒光屏上呈現(xiàn)第二個(gè)尖形脈沖，如圖所示。根據(jù)兩個(gè)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(jì)算機(jī)相連，直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 利用雷達(dá)可以探測(cè)飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈等軍事目標(biāo)，還可以用來(lái)為飛機(jī)、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(tái)則用雷達(dá)探測(cè)臺(tái)風(fēng)、雷雨云。 2、電磁波譜 按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序排列成譜，叫電磁波譜。按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短的順序排列，依次是無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)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(shí)間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標(biāo)到雷達(dá)的距離為_(kāi)_____km。該雷達(dá)發(fā)出的電磁波的波長(zhǎng)為_(kāi)_____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(tái)收音機(jī)，把它的調(diào)諧電路中的可變電容器的動(dòng)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(tái)信號(hào)。要想收到該電臺(tái)信號(hào)，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(tái)的頻率相同時(shí)，發(fā)生電諧振，才能收到電臺(tái)信號(hào)。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(shí)，肯定是L太大，所以應(yīng)減小L，因此要減小匝數(shù)。