Soạn giáo án chuyên đề Vật lí 11 kết nối tri thức Chuyên đề 2 bài 6: Suy giảm tín hiệu (P1)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nghiên cứu mục I, tìm hiểu về môi trường truyền dẫn thông qua việc trả lời các câu hỏi sau:

+ Môi trường truyền dẫn là gì? Thông tin truyền dẫn là gì?

+ Môi trường truyền dẫn được phân ra thành những loại nào? Vẽ sơ dồ phân loại môi trường truyền dẫn  

- Sau khi HS tiến hành thảo luận và phát biểu ý kiến, GV nhận xét và phát biểu thành kết luận về môi trường truyền dẫn

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi, dựa vào nội dung mục I, trả lời câu hỏi trong SGK – tr39: Môi trường truyền dẫn có ảnh hưởng như thế nào đến sự suy giảm tín hiệu?

- GV chiếu hình 6.3 SGK, yêu cầu HS so sánh về cấu tạo của các loại cáp khác nhau

- GV đặt câu hỏi: sử dụng loại cáp nào sẽ cho tốc độ truyền dẫn lớn hơn, khoảng cách dài hơn,...

- GV Cho HS đọc lại phần I trong sách và tìm hiểu trên internet về các loại môi trường truyền dẫn khác nhau, với môi trường hữu tuyến (có dây) thì xem xét đến chiều dài của dây dẫn, cấu tạo của dây dẫn; với môi trường vô tuyến thì xem xét đến khoảng cách truyền dẫn, các vật cản hoặc sự chuyển động của thiết bị thu phát, điều kiện thời tiết,....

- GV đặt câu hỏi: môi trường truyền dẫn có ảnh hưởng như thế nào đến sự suy giảm tín hiệu.

- GV gọi một số HS trả lời câu hỏi, sau đó tổng hợp các ý kiến và đưa ra đáp án cuối cùng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận nhóm, tìm hiểu môi trường truyền dẫn và phân loại

- GV quan sát, hỗ trợ HS nếu cần

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

- GV mời đại diện HS của các nhóm trình bày kết quả thảo luận

- 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, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

I. MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN  

- Môi trường truyền dẫn: là bất cứ thứ gì có thể mang thông tin từ nguồn đến đích, trong truyền thông dữ liệu thì môi trường truyền dẫn thường là không gian tự do, cáp đồng hoặc cáp sợi quang

- Phân loại môi trường truyền dẫn:

+ hữu tuyến – có dây (cáp kim loại, cáp sợi quang)

+ vô tuyến – không dây (sóng radio, sóng micro và sóng hồng ngoại).

* Câu hỏi (SGK – tr31)

Môi trường truyền dẫn có ảnh hưởng lớn đến sự suy giảm tín hiệu với các loại môi trường truyền dẫn khác nhau thì sự suy giảm tín hiệu khác nhau và các nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu cũng khác nhau.

Ví dụ với môi trường truyền dẫn có dây thì cấu tạo của dây dẫn, chiều dài dây dẫn, số lượng các mối nối, mối hàn sẽ ảnh hưởng đến sự suy giảm tín hiệu, còn đối với môi trường truyền dẫn không dây thì khoảng cách truyền, các vật cản, điều kiện thời tiết, các hiệu ứng đa đường.... sẽ ảnh hưởng đến sự suy giảm tín hiệu.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS đọc mục II.1 trong SGK và cho biết khái niệm về sự suy giảm tín hiệu và cách để bù lại sự mất mát này.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu mục II.2 trong SGK, thảo luận nhóm đôi trả lời câu hỏi phần hoạt động:

+ Nêu nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm tín hiệu khi truyền tín hiệu qua cáp đồng trục và cáp sợi quang.

+ Chỉ ra một số nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tín hiệu khi truyền tín hiệu trong môi trường không dây.

-  GV gọi một số HS trả lời câu hỏi, sau đó GV tổng hợp các ý kiến và đưa ra đáp án cuối cùng.

- GV yêu cầu HS đọc thêm phần “Em có biết” trong SGK – tr40

- GV giới thiệu với HS về đơn vị đo sự suy giảm theo công suất: B, dB, dBm và dB/km

- GV yêu cầu HS tính toán qua một số ví dụ về các đơn vị đo này và trả lời các câu hỏi trong SGK: Cho công suất tín hiệu tại đầu vào sợi cáp là 2mW, cáp có hệ số suy giảm là 0,3 dB/km, tính công suất tín hiệu ở đầu ra của cáp tại khoảng cách 5 km.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận nhóm, tìm hiểu sự suy giảm tín hiệu và đơn vị đo   

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

- GV mời đại diện HS của các nhóm trình bày kết quả thảo luận 

- 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, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

II. SỰ SUY GIẢM TÍN HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO

1. Sự suy giảm tín hiệu  

- Sự suy giảm tín hiệu là sự mất mát năng lượng khi tín hiệu được truyền qua môi trường truyền dẫn

- Để giảm sự mất mán này người ta thường sử dụng các bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu

2. Nguyên nhân chủ yếu làm suy giảm tín hiệu

* HĐ1 (SGK – tr40)

- Nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu khi truyền qua cáp đồng trục: do chiều dài dây dẫn, do các mỗi nỗi, các bộ chia, do nhiệt độ môi trường thay đổi làm thay đổi tính chất dẫn điện, cách điện, do điện trở, điện môi và phát xạ,...

- Nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu khi truyền qua cáp sợi quang: do vật liệu chế tạo sợi quang hấp thụ ánh sáng, các tạp chất trong quá trình chế tạo sợi quang sẽ hấp thụ ánh sáng, do tán xạ ánh sáng, tán sắc ánh sáng, do khoảng cách truyền dẫn, do sợi quang bị uốn cong.... làm mất mát năng lượng dẫn đến sự suy giảm tín hiệu.

* HĐ2 (SGK – tr34)

Nguyên nhân gây nên suy giảm tín hiệu khi truyền qua môi trường không dây: do khoảng cánh truyền dẫn, do hiệu ứng đa đường truyền; do vật cản như các toà nhà, cây xanh; do sự chuyển động của các bộ thu phát; do sự khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ; do điều kiện thời tiết,... làm tín hiệu bị suy giảm.

3. Đơn vị đo

- Bel là đơn vị đầu tiên được phát triển để xác định tỉ số công suất giữa hai điểm. Khi đo độ lợi (hệ số khuếch đại) hoặc suy giảm của một kênh được cho bởi công thức:

- Ngày nay người ta sử dụng đơn vị dB làm đơn vị chuẩn để biểu thị độ lợi và suy giảm theo công suất

- Người ta còn sử dụng hệ số suy giảm trên một đơn vị độ dài và đo bằng dB/km

- Công thức đo công suất tín hiệu theo milioát (mW):

* Câu hỏi (SGK – tr41)

1. - Đổi công suất tín hiệu đầu vào ra dBm:

P_in = 2 mW = 10lg2 ≈ 3 dBm.

- Suy giảm trên chiều dài cáp sợi quang dài 5 km = 0,3 x 5 = 1,5 dB.

- Công suất tín hiệu ở đầu ra của cáp sợi quang: P_out = 3 - 1,5 = 1,5 dBm.

2. Suy giảm tín hiệu trên cáp đồng do các nguyên nhân: Chiều dài dây dẫn, cáp càng dài suy hao càng lớn, do các mối nối, mối hàn, do nhiệt độ môi trường thay đổi làm thay đổi đặc tính dẫn diện, cách điện, suy giảm tín hiệu do điện trở, diện mỗi và phát xạ. Suy giảm tín hiệu trên cáp sợi quang do các nguyên nhân: sự hấp thụ ánh sáng của vật liệu chế tạo sợi quang, do hiện tượng tán xạ ánh sáng, do sợi bị uốn cong trong quá trình chế tạo, lắp đặt.