Giáo án chuyên đề Vật lí 11 chân trời CĐ 2 Bài 7: Suy giảm tín hiệu

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu suy giảm tín hiệu

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ và đưa ra khái niệm suy giảm tín hiệu.

- GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời nội dung Thảo luận 1 (SCĐ – tr39)

Giải thích nguyên nhân gây ra sự suy giảm năng lượng của: tín hiệu điện truyền trong dây dẫn, tín hiệu sóng điện từ truyền đi trong không gian.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về khái niệm và nguyên nhân gây ra suy giảm tín hiệu.

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 đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Thảo luận 1 (SCĐ – tr39)

Khi tín hiệu truyền trong dây dẫn (hoặc một môi trường bất kì) luôn có hiện tượng hấp thụ năng lượng sóng điện từ bởi môi trường (do tương tác giữa điện từ trường và các phần tử trong môi trường: Các phần tử này thì nhận năng lượng sóng điện từ làm cho năng lượng này giảm đi) và sự khuếch tán của tín hiệu (khi môi trường không đồng nhất về nhiệt độ, áp suất,… sóng điện từ sẽ đổi phương truyền). Sự suy giảm này càng lớn khi quãng đường truyền của tín hiệu càng lớn.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. ĐỘ SUY GIẢM TÍN HIỆU

1. Suy giảm tín hiệu

- Suy giảm tín hiệu là sự suy giảm công suất của tín hiệu trong quá trình truyền đi.

- Sự suy giảm này chủ yếu do sự tán xạ của tín hiệu và hấp thụ của môi trường truyền dẫn trong quá trình tín hiệu được truyền đi.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu hệ thức xác định độ suy giảm tín hiệu

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ để tìm hiểu hệ thức xác định độ suy giảm tín hiệu và rút ra được hệ thức xác định độ suy giảm tín hiệu trên một đơn vị chiều dài.

- GV nhận xét và đưa ra hệ thức xác định độ suy giảm tín hiệu.

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SCĐ – tr40)

Xét một tín hiệu sóng ánh sáng truyền trong dây cáp quang có công suất đầu vào  = 2,4.10^-3 W và công suất đầu ra đo được tại vị trí xác định là  = 2,0.10^-10 W. Biết độ suy giảm tín hiệu trên một đơn vị chiều dài khi tín hiệu truyền trong dây cáp quang này là 10dB/km. Hãy tính độ dài của đoạn dây cáp từ nơi phát tín hiệu đến vị trí đang xét.

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 đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Luyện tập (SCĐ – tr40)

- Độ suy giảm tín hiệu:

- Độ dài đoạn dây:

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

2. Hệ thức xác định độ suy giảm tín hiệu

- Gọi công suất đầu vào và công suất đầu ra của tín hiệu lần lượt là  và _, độ suy giảm tín hiệu A được xác định theo công thức

Độ suy giảm tín hiệu có đơn vị là dB.

- Khi tín hiệu được truyền trong dây cáp, ta thường xét độ suy giảm tín hiệu trên một đơn vị chiều dài , được xác định theo công thức:

Với  (km) là chiều dài đoạn cáp mà tín hiệu được truyền đi. Độ suy giảm tín hiệu trên một đơn vị chiều dài  thường có đơn vị là dB/km.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu về chất lượng tín hiệu

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ và nêu ý nghĩa chất lượng tín hiệu và tìm hiểu công thức tính tỉ số tín hiệu/nhiễu.

- GV nhận xét và đưa ra ý nghĩa chất lượng tín hiệu và công thức tính tỉ số tín hiệu/nhiễu.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 2 (SCĐ – tr40)

Dựa vào công thức (7.3), cho biết ta có thể trích xuất được tín hiệu cần truyền khi tỉ số tín hiệu/nhiễu bằng 0 dB không.

- GV tổng kết nội dung chất lượng tín hiệu.

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 đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Thảo luận 2 (SCĐ – tr40)

Theo công thức (7.3): , nếu SNR = 0, ta có:

Nghĩa là công suất của tín hiệu nhiễu bằng công suất của tín hiệu thông tin, do đó ta không thể trích xuất được tín hiệu thông tin.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. ẢNH HƯỞNG CỦA SUY GIẢM TÍN HIỆU ĐẾN CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU

1. Chất lượng tín hiệu

- Chất lượng tín hiệu cho ta biết ảnh hưởng của tiếng ồn (hay nhiễu) lên tín hiệu truyền đi. Chất lượng tín hiệu được đặc trưng bởi tỉ số tín hiệu/nhiễu (SNR – signal-to-noise ratio), được xác định theo công thức:

Với  và  lần lượt là công suất của tín hiệu cần truyền đi và tín hiệu nhiễu. Tỉ số tín hiệu/nhiễu có đơn vị là dB.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu về ảnh hưởng của suy giảm tín hiệu đến chất lượng tín hiệu

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ và trả lời nội dung Thảo luận 3 (SCĐ – tr40)

Nêu những ảnh hưởng của suy giảm tín hiệu đến chất lượng tín hiệu và một số biện pháp giảm bớt ảnh hưởng này.

- GV nhận xét và nêu ảnh hưởng của suy giảm tín hiệu đến chất lượng tín hiệu.

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời nội dung Luyện tập (SCĐ – tr41)

Giải thích vì sao ta khó có được chất lượng tín hiệu tốt khi sử dụng tín hiệu tương tự để truyền đi.

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 đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

*Thảo luận 3 (SCĐ – tr40)

- Chất lượng tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng do các yếu tố: các vật cản trên đường truyền gây ra sự phản xạ, tán xạ sóng điện từ; khoảng cách từ nguồn đến nơi thu sóng lớn,…làm giảm công suất tín hiệu hoặc làm tín hiệu bị biến dạng.

- Biện pháp để khắc phục việc suy giảm tín hiệu: Lập các trạm trung gian để khuếch đại tín hiệu sau khi tín hiệu được truyền qua một khoảng cách nhất định.

*Luyện tập (SCĐ – tr41)

Ta thấy biên độ tín hiệu giảm theo khoảng cách truyền. Tuy nhiên khi truyền qua bức tường, biên độ sụt giảm rõ rệt. Điều này cho thấy các vật cản đóng vai trò quan trọng trong việc làm suy giảm tín hiệu.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

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

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung luyện tập.

2. Ảnh hưởng của suy giảm tín hiệu đến chất lượng tín hiệu

- Trong thực tế, khi được truyền từ máy phát đến máy thu, tín hiệu bị suy giảm vì nhiều nguyên nhân: sự phản xạ, sự tán xạ gây ra bởi các vật cản như núi đồi, nhà cửa, cây cối,… Ngay cả khi xét trường hợp lí tưởng, khi tín hiệu được truyền đi trong không gian không có vật cản thì vẫn tồn tại độ giảm tín hiệu bởi công suất của tín hiệu cũng bị giảm đi theo khoảng cách.