师:同学们,大家好!今天我们来学习沪粤版物理九年级下册19.2“广播电视与通信”的内容。短途旅行时,打开汽车上的车载广播,它能实时播报路况信息,让你知晓前方是否拥堵,以便提前规划新路线;也能播放美妙动听的音乐,舒缓旅途的疲惫。若选择宅在家里,打开电视,陪父母坐在沙发上观看喜爱的电视节目,是多么轻松惬意。
现代生活中,无线电、广播和电视让我们的生活更加丰富多彩。上节课我们已学习了电磁波的一些基础知识,那收音机里播放的动听音乐、电视机屏幕上显示的生动画面,是怎样通过电磁波传送的呢?好,接下来请同学们翻开课本,阅读关于无线电广播与电视这部分内容,并回答以下问题:第一,电磁波的信号是如何发射和接收的?第二,具体的传播过程是怎样的?
通过自学书本可知,广播信号的发射由广播电台完成,收音机或车载广播负责信号的接收与还原。为什么要将声音产生的音频电信号放大后再发射,接收后又还原呢?这是因为声音产生的低频电磁波在传播过程中会被地表吸收,无法有效传输,就好比写了一封信,徒手扔不远。那怎么办呢?这时我们需要一位“信鸽”帮忙送信。下面来看具体过程:
我们利用麦克风(话筒)将声音信号转化为电信号,不同强弱的声音使变化的电流产生变化的低频电磁波。而载波发生器发出的是高频电磁波,因为当电磁波的频率高于10万赫兹时,就能在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,具备远距离传输能力,这种电磁波叫做射频。调制器和放大器中的调制电路将音频电信号加载到射频上,然后利用天线将电磁波发射到空中。这就像把写好的信(低频电磁波)绑在信鸽(射频)上,通过天线放飞出去,这就是无线电广播信号的发射过程。
那它是如何接收的呢?收音机或车载广播的接收天线能接收各种各样的电磁波。由于不同广播频率不同,这里有个选择过程。调谐器将选择出需要的广播电台的检波信号,比如安徽音乐广播的信号,它是频率为89.5兆赫兹的高频电磁波。收音机通过选台选到89.5兆赫兹的频率,就选择了所需的电台检测信号,再通过解调电路将电信号从载波信号中复原出来。整个过程中,收音机的天线就像一个大网,把天上飞的各种“信鸽”都网起来,然后挑出选定的“信鸽”,把信从“信鸽”身上取下,最后扬声器将复原的音频电信号转化为声音,这就是读信的过程。
好,电台广播与电视传递的信息有什么区别呢?没错,电视比广播多了画面。类似地,电视的发射与接收也用到了电磁波,电视用电磁波传递图像和声音信号。这里解释一下图像与视频的关系,人类视觉的时间敏感度和分辨率依据视觉刺激的类型和特征而变化,且个体之间存在差异。人类视觉系统每秒可处理10 - 12个图像,并能单独感知它们,高于这个速度则被视为运动。简单说,一秒钟出现10 - 12个以上的图像时,人眼看到的就不再是单独画面,而是动起来的动画。比如电视标准是每秒放映25帧,即每秒放映25幅画面,以达到动画效果。
来看图像信号的工作过程。摄像机在演播室拍摄画面并同步录音,剪切不同机位画面,制作好电视节目。这时将打包好的节目画面转化为图像电信号,对应的声音转换为音频电信号。发射机将图像电信号和音频电信号分别加载在高频电流上,然后用天线将信号发射到空中。
电视信号又是如何被接收的呢?电视的天线接收到图像电信号和音频电信号,通过接收器里的解调电路,将图像和音频电信号分别从高频电流中复原出来,利用显示器、扬声器分别将图像、音频电信号转化为画面和声音,这就是电视的接收和工作过程。
了解了广播电视的通信过程,那卫星又是如何实现通信的呢?请大家阅读课本59 - 60页关于卫星通信的内容,了解大致过程,并回答以下问题:第一,卫星通信系统由哪几部分构成?第二,同步卫星中的“同步”表示什么意思?它在卫星通信中起了怎样的作用?第三,地面中继站在卫星通信中起什么作用?第四,卫星通信有什么优点?
通过自学书本可知,用来传输的是微波,它几乎沿直线传播,不会拐弯,想在地球表面传播,就需在地面每隔50千米建立一个中继通信站,如同一场长久的接力比赛。我国国土面积大,地貌复杂,难以建立多个地面中继站进行远距离传输,所以考虑在天空中建设通信站。如果能发射数颗卫星,它们在合适高度,距离地球不太远且不止一颗,卫星转动周期与地球转动周期相同,困难就解决了。所以卫星通信系统由空中的通信卫星、地面接收站、地面通信控制中心以及地面传输系统共同组成。
环绕地球转动且周期与地球自转周期相同的卫星,就是地球同步卫星。从地面看,它好像悬挂在空中静止不动。若在地球赤道上方,距离地面某一高度处的圆周上均匀放置三颗同步卫星,它们发送的微波信号就能几乎覆盖全球,实现全球通信。通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站,能把地面中继站发上来的电磁波经过处理后再发送到其他地面中继站。中继站可将接收到的信号转送到通信控制中心,进而输送到通信终端,实现用户的信息互联。
