Giáo án chuyên đề Vật lí 11 cánh diều CĐ 2 Bài 2: Truyền tín hiệu

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Hình thành khái niệm tín hiệu tương tự, tín hiệu số

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ tìm hiểu về tín hiệu tương tự và tín hiệu số.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi (SCĐ – tr29)

+ Câu hỏi 1 (SCĐ – tr29): Đại lượng tương tự là đại lượng có thể có bất kì giá trị nào trong miền giá trị của nó. Nêu ví dụ đại lượng tương tự.

+ Câu hỏi 2 (SCĐ – tr29): Đại lượng số chỉ có một vài giá trị (thường chỉ có hai giá trị). Nêu ví dụ đại lượng số.

- Sau khi HS trả lời, GV tổng kết để định nghĩa tín hiệu tương tự, tín hiệu số.

- GV chiếu hình ảnh ví dụ về tín hiệu tương tự và tín hiệu số (hình 2.1) cho HS quan sát và hình dung về hai khái niệm này.

- GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời nội dung Câu hỏi 3 (SCĐ – tr30)

Ở trung học cơ sở, bạn đã biết người ta chỉ dùng hai kí hiệu "0" và "1" để biểu diễn số trong máy tính, gọi là số nhị phân. Mọi dữ liệu trong máy tính đều là dãy bit. Bit chỉ có thể nhận một trong hai trạng thái 0 hoặc 1. Ví dụ, số 6 được biểu diễn dưới dạng số nhị phân 3-bit là 110.

Hãy biểu diễn số 9 và số 10 thành các số nhị phân 4-bit.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, quan sát hình ảnh, và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS trả lời câu hỏi, đưa ra ý kiến của bản thân về nội dung Câu hỏi

*Trả lời Câu hỏi 1 (SCĐ – tr29)

Ví dụ về đại lượng tương tự: Chiều cao của người (có thể là bất cứ giá trị nào trong một khoảng xác định),…

*Trả lời Câu hỏi 2 (SCĐ – tr29)

Ví dụ về đại lượng số: Giới tính người (nam và nữ),…

*Trả lời Câu hỏi 3 (SCĐ – tr30)

Số 9 được biểu diễn dưới dạng số nhị phân 4-bit là 1001. Số 10 được biểu diễn dưới dạng số nhị phân 4-bit là 1010.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, điều phối thảo luận để hướng tới khái niệm tín hiệu tương tự và tín hiệu số, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. ƯU ĐIỂM CỦA TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ

1. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

- Tín hiệu thông tin trong đó thông tin được biểu diễn bằng đại lượng có giá trị liên tục được gọi là tín hiệu tương tự.

- Tín hiệu số có giá trị không liên tục mà rời rạc theo thời gian và được biểu diễn tương ứng với các số "0" và "1".

- Tín hiệu số bao gồm một loạt các giá trị "cao" được biểu thị bằng số "1" và giá trị "thấp" được biểu thị bằng số "0". Không có giá trị nào nằm giữa giá trị "cao" và giá trị "thấp".

Nhiệm vụ 2. Rút ra ưu điểm của truyền tín hiệu số

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh tín hiệu tương tự bị nhiễu và suy giả trong quá trình truyền; bị "méo" khi khuếch đại (hình 2.2) và hình ảnh tín hiệu số bị nhiễu và suy giảm trong quá trình truyền; được khử nhiễu khi khuếch đại tái tạo (hình 2.3) cho HS quan sát.

- GV đặt câu hỏi:

+ Nêu ưu điểm của truyền tín hiệu số.

- Sau khi HS trả lời, GV tổng kết rút ra ưu điểm của truyền tín hiệu số.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, quan sát hình ảnh và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS trả lời câu hỏi, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, điều phối thảo luận để rút ra ưu điểm của truyền tín hiệu số, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

2. Ưu điểm của truyền tín hiệu số

- Truyền tín hiệu số có nhiều ưu điểm so với truyền tín hiệu tương tự

+ Khi truyền một tín hiệu bất kì trên một khoảng cách xa, tín hiệu sẽ bị nhiễu và mất mát công suất, tức là tín hiệu bị suy giảm. Để truyền được khoảng cách xa, sau những khoảng thời gian đều đặn, người ta phải khuếch đại tín hiệu.

+ Không giống như tín hiệu tương tự, tín hiệu số có thể được truyền qua một khoảng cách xa với sự tái tạo thường xuyên mà tín hiệu không bị suy giảm.

+ Tín hiệu số tương thích với công nghệ hiện đại, có thể được lưu trữ và xử lí dễ dàng hơn.

+ Ở các hệ thống kĩ thuật số, những dữ liệu bổ sung có thể được thêm vào các đường truyền. Những dữ liệu bổ sung này là mã cho hệ thống nhận để có thể kiểm tra và sửa chữa tín hiệu đã truyền trước khi được tái tạo cuối cùng.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Rút ra sự chuyển đổi tương tự - số trước khi truyền và số - tương tự khi nhận

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Ngày nay, chuyển đổi số đang mang đến những thay đổi to lớn cho sản xuất và đời sống. Vấn đề then chốt của cách mạng số là khả năng chuyển đổi dữ liệu thông tin dưới dạng tín hiệu tương tự sang dạng số trong chuyển đổi tương tự sang số và sau đó chuyển đổi chúng trở lại thành dạng tương tự trong chuyển đổi số sang tương tự.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ và tìm hiểu về sự chuyển đổi tương tự - số (ADC) trước khi truyền và chuyển đổi số - tương tự (DAC) khi nhận.

- GV đưa ra kết luận về sự chuyển đổi tương tự - số trước khi truyền và chuyển đổi số - tương tự khi nhận.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS trả lời câu hỏi, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, điều phối thảo luận để rút ra sự chuyển đổi tương tự - số trước khi truyền và số - tương tự khi nhận, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ VÀ SỐ - TƯƠNG TỰ

1. Sự cần thiết

- Do những ưu điểm vượt trội của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự nên trước khi truyền đi, những dữ liệu dưới dạng tương tự như âm thanh, hình ảnh,…được chuyển đổi sang dữ liệu dưới dạng số. Tại nơi thu nhận, các dữ liệu số này lại được chuyển đổi sang dạng tương tự.

Nhiệm vụ 2. Lập sơ đồ khối hệ thống truyền tín hiệu số

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh sơ đồ khối hệ thống truyền tín hiệu số trong chuyển đổi tương tự - số và số - tương tự (hình 2.4) cho HS quan sát.

- GV đặt câu hỏi:

+ Hãy chỉ ra các khối chức năng chính của hệ thống truyền tín hiệu số trong chuyển đổi tương tự - số và số - tương tự.

- GV chiếu hình ảnh quá trình lấy mẫu (hình 2.5) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS làm việc cá nhân và trả lời nội dung Câu hỏi 4 (SCĐ – tr33)

Lấy mẫu là gì?

- GV hướng dẫn HS nghiên cứu SCĐ và hình thành cho HS quá trình lấy mẫu.

- Sau khi HS trả lời, GV tổng kết về nội dung lập sơ đồ khối và lấy mẫu.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, quan sát hình ảnh và trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS trả lời câu hỏi, đưa ra ý kiến của bản thân về nội dung Câu hỏi

*Trả lời Câu hỏi 4 (SCĐ – tr33)

Trong chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC), cần đo tín hiệu tương tự trong các khoảng thời gian đều đặn. Quá trình đó được gọi là lấy mẫu.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, điều phối thảo luận để lập sơ đồ khối hệ thống truyền tín hiệu số và hình thành khái niệm lấy mẫu.

- GV tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

2. Sơ đồ khối hệ thống truyền tín hiệu số

- Các khối chức năng chính của sơ đồ khối hệ thống truyền tín hiệu âm thanh số trong chuyển đổi tương tự - số và số - tương tự:

1. Chuyển dao động âm thanh thành tín hiệu điện.

2. Trộn sóng.

3. Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số.

4. Chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự.

5. Tách sóng.

6. Loa.

3. Lấy mẫu

- Trong chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC), cần đo tín hiệu tương tự trong các khoảng thời gian đều đặn. Quá trình đó được gọi là lấy mẫu.

- Mỗi lần tín hiệu được lấy mẫu, việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số tạo ra một số nhị phân gồm một số bit nhất định. Vì mẫu được lấy nhiều lần trong một giây nên nhiều số nhị  phân lần lượt được tạo ra và chuỗi số 0 và 1 trở thành tín hiệu số được truyền đi.