Giải chi tiết chuyên đề Vật lí 11 Cánh diều mới Bài 1: Biến điệu

Mở đầu: Âm thanh không truyền đi xa được, nhưng chúng ta có thể nói chuyện được với những người ở rất xa nhờ hệ thống thông tin liên lạc. Hệ thống bắt đầu với âm thanh được truyền vào ống nói (microphone). Sau đó, tín hiệu âm thanh được chuyển đổi thành tín hiệu vô tuyến để truyền đi. Ở nơi thu, tín hiệu vô tuyến lại được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu âm thanh.

Sự chuyển đổi giữa tín hiệu âm thanh và tín hiệu vô tuyến được thực hiện như thế nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Để truyền các thông tin như âm thanh, hình ảnh, … đến những nơi xa người ta phải biến các âm thanh hoặc hình ảnh, … đó thành các dao động điện, gọi là các tín hiệu âm tần hoặc thị tần. Những tín hiệu loại này có tần số thấp nên có năng lượng nhỏ, không thích hợp cho việc truyền đi xa. Để truyền những tín hiệu này đi xa, người ta "trộn" chúng vào các bước sóng có tần số cao, gọi là sóng mang trước khi phát sóng. Quá trình "trộn" sóng như vậy được gọi là biến điệu sóng.

I. Sóng điện từ trong truyền thông

Câu hỏi 1: Lấy ví dụ về một số thiết bị truyền âm thanh (hình ảnh) bằng dây dẫn hoặc không dùng dây dẫn.

Hướng dẫn trả lời: 

Ví dụ về thiết bị truyền âm thanh bằng dây dẫn như micro có dây.

Thiết bị truyền âm thanh (hình ảnh) không dùng dây dẫn như micro không dây, tivi, mạng wifi,…

Tìm hiểu thêm: Thuật ngữ kênh liên lạc đề cập đến phương tiện, đường dẫn hoặc dải tần số được sử dụng để truyền thông tin từ máy phát đến máy thu.

Lấy ví dụ về kênh liên lạc.

Hướng dẫn trả lời: 

Ví dụ về kênh liên lạc:

- VOV giao thông FM 91 MHz

- VOV1 Nghe radio trực tuyến FM 100 MHz

- VOV3 Kênh giải trí, âm nhạc FM 102,7 MHz

Câu hỏi 2: Kênh VOV giao thông phát sóng ở tần số nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Kênh VOV giao thông phát sóng ở tần số FM 91 MHz

Câu hỏi 3: Thảo luận với bạn và trả lời câu hỏi: Vì sao để truyền hình đi xa trên mặt đất phải dùng đài tiếp sóng?

Hướng dẫn trả lời: 

Để truyền hình đi xa trên mặt đất phải dùng đài tiếp sóng vì các sóng cực ngắn có năng lượng lớn nhất, không bị phản xạ mà có thể đi xuyên qua tầng điện li và chỉ có thể truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu. Để truyền sóng cực ngắn đi các nơi xa trên mặt đất, người ta phải làm các đài tiếp sóng trung gian hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu sóng của đài phát rồi phát trở về Trái Đất theo một phương nhất định.

II. Biến điệu

Câu hỏi 4: Vì sao phải biến điệu sóng mang trước khi truyền đi?

Hướng dẫn trả lời: 

Người ta phải biến điệu sóng mang trước khi truyền đi vì các tín hiệu âm tần cần truyền đi có tần số thấp, năng lượng nhỏ không truyền đi được xa. Nếu người ta muốn giữ lại những đặc điểm cơ bản (biên độ hoặc tần số) của tín hiệu âm tần cần truyền đi thì người ta phải biến điệu sóng mang để phù hợp với sóng âm tần ban đầu.

Luyện tập 1: Một sóng mang hình sin có tần số 750 kHz và biên độ chưa biến điệu là 4,0 V. Sóng mang được biến điệu biên độ bằng một tín hiệu hình sin có tần số 3 kHz và biên độ 0,5 V. Xác định biên độ và tần số của sóng biến điệu biên độ.

Hướng dẫn trả lời: 

Biên độ của sóng biến điệu biên độ là 0,5 V và tần số là 750 kHz.

Câu hỏi 5: Nêu sự khác nhau giữa biến điệu biên độ và biến điệu tần số.

Hướng dẫn trả lời: 

Câu hỏi 6: Thế nào là băng thông của tín hiệu?

Hướng dẫn trả lời: 

Khi sóng mang có tần số fc được biến điệu biên độ bởi một tín hiệu có tần số fm, thì sóng biến điệu chứa ba tần số là $(f_{c} – f_{m}), f_{c}, (f_{c} + f_{m})$.

Dải tần số từ tần số $(f_{c} – f_{m})$ đến $(f_{c} + f_{m})$ được gọi là băng thông của tín hiệu. Hay băng thông của tín hiệu bằng 2f$_{m}$.

Luyện tập 2: Một máy phát đang phát một sóng AM tần số 200 kHz để truyền một chương trình ca nhạc với tần số tối đa là 4,5 kHz. Xác định:

a) Bước sóng của sóng AM.

b) Băng thông của tín hiệu.

Hướng dẫn trả lời: 

a) Bước sóng của sóng AM: $\lambda =\frac{c}{f}=\frac{3.10^{8}}{200000}=1500$ m

b) Phổ tần số của sóng biến điệu có tần số 195,5 kHz đến 204,5 kHz.

Băng thông là 9 kHz.

Câu hỏi 7: Giả sử cần phát âm thanh có tần số lên đến 10 kHz bằng sóng AM thì cần băng thông là bao nhiêu? Có thể thực hiện được điều này bằng phát sóng AM không?

Hướng dẫn trả lời: 

Âm thanh có tần số lên đến 10 kHz bằng sóng AM thì cần băng thông là 20 kHz.

Mà băng thông của chương trình phát sóng AM ở kênh LW và MW là 9 kHz, nên chất lượng âm thanh bị giảm.

Câu hỏi 8: Vì sao khi truyền trên bề mặt đất, sóng FM lại không thể đi xa bằng sóng AM?

Hướng dẫn trả lời: 

Khi truyền trên bề mặt đất, sóng FM lại không thể đi xa bằng sóng AM vì sóng FM là các sóng cực ngắn, chỉ có phạm vi truyền khoảng vài chục km, đồng thời nó không bị phản xạ mà đi xuyên qua tầng điện li hoặc đi thẳng từ nơi phát đến nơi thu, do đó cần nhiều máy phát cho một khu vực rộng lớn.

Câu hỏi 9: Để giảm bớt nhiễu điện thì nên truyền thông tin bằng sóng AM hay bằng sóng FM?

Hướng dẫn trả lời: 

Để giảm bớt nhiễu điện thì nên truyền thông tin bằng sóng FM sẽ tốt hơn.

Vận dụng: Thảo luận để rút ra những ưu điểm tương đối giữa truyền sóng AM và truyền sóng FM.

Hướng dẫn trả lời: