信號與系統(tǒng)（MATLAB版 微課視頻版 第2版）教案 第3章 連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析

第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課前導(dǎo)學(xué)案（1）學(xué)習(xí)目標1.培養(yǎng)學(xué)生精益求精、團隊分工合作和追求卓越的工匠精神。2.培養(yǎng)愛國主義精神和科學(xué)精神，世界觀與價值觀。3.掌握傅里葉級數(shù)的定義、性質(zhì)，并會應(yīng)用這些性質(zhì)。4.掌握傅里葉變換及反變換的定義、性質(zhì)，并會應(yīng)用這些性質(zhì)。5.掌握周期信號和非周期信號的頻譜及關(guān)系。6.培養(yǎng)數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念的統(tǒng)一。學(xué)習(xí)要求1.掌握傅里葉級數(shù)的定義、性質(zhì)，并會應(yīng)用這些性質(zhì)。2.掌握傅里葉變換及反變換的定義、性質(zhì)，并會應(yīng)用這些性質(zhì)。3.掌握周期信號和非周期信號的頻譜及關(guān)系。學(xué)習(xí)重點1.傅里葉級數(shù)的定義、性質(zhì)及應(yīng)用。2.傅里葉變換及反變換的定義、性質(zhì)及應(yīng)用。學(xué)習(xí)難點1.傅里葉級數(shù)系數(shù)的計算。２傅里葉變換及反變換的計算。３傅里葉分析的性質(zhì)及應(yīng)用。任務(wù)安排觀看視頻課3.1.1基本信號及復(fù)雜信號的表示內(nèi)容：1.簡單信號和復(fù)雜信號之間的關(guān)系2.簡單信號表示復(fù)雜信號的幾種基本形式及條件問題：1.常見的簡單信號有哪些？2.常見的復(fù)雜信號有哪些？3.簡單信號為什么能夠表示復(fù)雜信號，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是什么？觀看視頻課3.1.2周期信號的傅里葉分解內(nèi)容：1.周期信號傅里葉分解的三角形式2.傅里葉級數(shù)系數(shù)的求解3.傅里葉級數(shù)存在的條件（狄里赫利條件）4.奇偶性質(zhì)在系數(shù)求解中的應(yīng)用問題：1.如何理解傅里葉級數(shù)存在的條件？觀看視頻課3.1.3傅里葉信號的兩種表示形式內(nèi)容：1.指數(shù)形式和三角形式的變換關(guān)系2.指數(shù)形式和三角形式傅里葉變換n的取值范圍問題：1.指數(shù)形式傅里葉變換n取負值的物理意義是什么？2.指數(shù)形式表示傅里葉級數(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是什么？觀看視頻課3.2.1周期信號的頻譜內(nèi)容：1.周期信號幅度譜和相位譜2.周期信號頻譜是離散譜3.周期信號頻譜帶寬及周期大小和頻譜帶寬之間的關(guān)系系統(tǒng)的定義問題：1.周期信號頻譜是單一頻率嗎？2.周期越小的信號，其頻譜間隔越小嗎？觀看視頻課3.3.1傅里葉變換內(nèi)容：1.傅里葉變換及逆變換公式2.傅里葉變換存在的條件問題：1.傅里葉變換的變換核中指數(shù)為什么會有一個負號，可不可以用正號表示？2.絕對可積分條件是傅里葉變換存在的什么條件？疑難問題小組討論自己對有疑惑的知識點經(jīng)反復(fù)學(xué)習(xí)，組長召集組員，一起進行討論，每人都要發(fā)表見解，記錄員記錄地點、時間、問題、討論結(jié)果，小組討論后仍未解決的問題做好記錄，提交給老師。注：組長1名、記錄員1名、答辯員若干名。第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課中導(dǎo)學(xué)案（1）學(xué)習(xí)回顧考察學(xué)生的課前知識掌握情況，完成教材第3章中的自測題。1.P184填空題(1-4)。2.P185單項選擇題(1-4)。課前視頻學(xué)習(xí)解答、知識點歸納1.針對學(xué)習(xí)回顧的作答情況教師給予點評。2.小組記錄員將課前對知識點的困惑提出，師生進行互動討論、教師解答問題。對學(xué)生共性疑難問題，教師集中講授。3.知識點歸納：=1\*GB2⑴簡單信號和復(fù)雜信號的表示=2\*GB2⑵傅里葉級數(shù)系數(shù)的求解方法=3\*GB2⑶非周期信號傅里葉變換及逆變換的基本公式=4\*GB2⑷周期信號及非周期信號的譜分析重點難點的探究、達標檢測自主探究1.關(guān)于正交和投影的探索。2.傅里葉級數(shù)系數(shù)的求解。3.周期信號的頻譜結(jié)構(gòu)。4.非周期信號的傅里葉變換引入。5.周期信號和非周期信號傅里葉級數(shù)和傅里葉變換存在的條件。小組協(xié)作1.查閱相關(guān)資料，是否還有一些信號滿足完備正交函數(shù)集，可以作為周期信號展開的基本信號？2.頻域的基本組成單元是什么？為什么？方波的頻域圖像是怎么得來的，和時域圖像有什么關(guān)系？3.傅里葉級數(shù)和傅里葉變換之間的關(guān)系是什么？成果交流（必選）每個小組總結(jié)分析小組協(xié)作內(nèi)容，通過PPT等形式展示成果，匯報交流學(xué)習(xí)體驗。課后作業(yè)1.作業(yè)：P187：4(1)(3)(5)；5；10。2.下節(jié)課導(dǎo)學(xué)案。反饋評價、課后反思1.教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進行評價。安排學(xué)生進行反思、導(dǎo)學(xué)案留白完成。2.收集學(xué)生的反饋，根據(jù)評價結(jié)果與學(xué)生的反饋，進一步優(yōu)化教學(xué)活動。第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課前導(dǎo)學(xué)案（2）學(xué)習(xí)目標1.培養(yǎng)學(xué)生精益求精、團隊分工合作和追求卓越的工匠精神。2.培養(yǎng)愛國主義精神和科學(xué)精神，世界觀與價值觀。3.掌握典型非周期信號的傅里葉變換。4.掌握沖激信號、階躍信號的傅里葉變換。5.掌握傅里葉變換的基本性質(zhì)及應(yīng)用。6.掌握采樣定理及簡單應(yīng)用。7.培養(yǎng)數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念的統(tǒng)一。學(xué)習(xí)要求1.掌握典型非周期信號的傅里葉變換。2.掌握沖激信號、階躍信號的傅里葉變換。3.掌握傅里葉變換的基本性質(zhì)及應(yīng)用。4.掌握采樣定理及簡單應(yīng)用。5.理解符號函數(shù)的傅里葉變化。學(xué)習(xí)重點1.奇異信號的傅里葉變換及應(yīng)用。2.傅里葉變換的性質(zhì)及應(yīng)用。學(xué)習(xí)難點1.傅里葉變換的性質(zhì)。2.傅里葉變換的譜分析應(yīng)用。任務(wù)安排觀看視頻課3.3.2典型非周期信號的傅里葉變換內(nèi)容：1.單邊指數(shù)信號、雙邊指數(shù)信號的傅里葉變換及幅頻響應(yīng)圖像。2.矩形脈沖信號、升余弦信號的傅里葉變換及幅頻響應(yīng)圖像。問題：1.幅頻響應(yīng)圖像在MATLAB中如何編程？2.矩形脈沖信號的頻譜無限寬是否意味著能量無限大？觀看視頻課3.3.3奇異信號的傅里葉變換內(nèi)容：1.單位沖激信號：2.直流信號：3.符號函數(shù)：4.單位階躍信號：問題：1.直流信號能量是無窮，但是其傅里葉變換只在零點存在，如何理解？2.如何理解沖擊信號的傅里葉變換是1？觀看視頻課3.4.1傅里葉變換的基本性質(zhì)（上）內(nèi)容：1.線性：2.奇偶性：，3.對稱性：4.尺度變換：問題：1.尺度變換中此處為什么用絕對值？觀看視頻課3.4.2傅里葉變換的基本性質(zhì)（下）內(nèi)容：1.時移特性：2.頻移特性：3.卷積定理：4.時域微分和積分定理：，問題：1.時移特性在頻域其實就是相位移動嗎？2.卷積定理說明了什么？利用卷積定理的好處是什么？觀看視頻課3.5.1周期信號的傅里葉變換內(nèi)容：1.正弦余弦信號傅里葉變換：2.一般周期信號傅里葉變換：問題：1.正弦、余弦信號中傅里葉變換的頻譜圖中負頻率的物理意義是什么？現(xiàn)實生活中有負頻率存在嗎？觀看視頻課3.6.1取樣定理內(nèi)容：1.取樣信號頻譜（沖激取樣）：時域采樣定理：問題：1.一般MP3音樂中有高質(zhì)量（HQ）和普通質(zhì)量的兩種標準的格式，試從采樣定理的角度理解這兩種格式的音頻信號？疑難問題小組討論自己對有疑惑的知識點經(jīng)反復(fù)學(xué)習(xí)，組長召集組員，一起進行討論，每人都要發(fā)表見解，記錄員記錄地點、時間、問題、討論結(jié)果，小組討論后仍未解決的問題做好記錄，提交給老師。注：組長1名、記錄員1名、答辯員若干名。第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課中導(dǎo)學(xué)案（2）學(xué)習(xí)回顧考察學(xué)生的課前知識掌握情況，完成教材第3章中的自測題。1.P184填空題(5-12，14-16)。2.P185-186單項選擇題(5-9，13-20，22-23)。課前視頻學(xué)習(xí)解答、知識點歸納1.針對學(xué)習(xí)回顧的作答情況教師給予點評。2.小組記錄員將課前對知識點的困惑提出，師生進行互動討論、教師解答問題。對學(xué)生共性疑難問題，教師集中講授。3.知識點歸納：=1\*GB2⑴典型信號的傅里葉變換=2\*GB2⑵奇異信號的傅里葉變換=3\*GB2⑶傅里葉變換的性質(zhì)及應(yīng)用=4\*GB2⑷采樣定理重點難點的探究、達標檢測自主探究1.傅里葉變換的基本性質(zhì)及應(yīng)用。2.特殊信號傅里葉變換的性質(zhì)及應(yīng)用。3.周期信號的頻譜結(jié)構(gòu)。4.奈奎斯特頻率、奈奎斯特間隔、信號帶寬之間有什么區(qū)別？如何分辨？小組協(xié)作1.如何理解傅里葉變換的對稱性？請舉出具體例子予以說明。2.采樣定理中如果出現(xiàn)欠采樣會出現(xiàn)什么結(jié)果？欠采樣一定無用嗎？如果有用，應(yīng)用在什么場合？3.現(xiàn)在很多智能手機宣傳的屏幕觸控采樣率360Hz的賣點，和我們所講的取樣定理有什么聯(lián)系？成果交流（必選）每個小組總結(jié)分析小組協(xié)作內(nèi)容，通過PPT等形式展示成果，匯報交流學(xué)習(xí)體驗。課后作業(yè)1.作業(yè)：P187-192：14=1\*GB2⑴、=3\*GB2⑶；15=1\*GB2⑴、=5\*GB2⑸；17=1\*GB2⑴、=5\*GB2⑸、=9\*GB2⑼；18=1\*GB2⑴、=3\*GB2⑶；20。2.下節(jié)課導(dǎo)學(xué)案。反饋評價、課后反思1.教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進行評價。安排學(xué)生進行反思、導(dǎo)學(xué)案留白完成。2.收集學(xué)生的反饋，根據(jù)評價結(jié)果與學(xué)生的反饋，進一步優(yōu)化教學(xué)活動。第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課前導(dǎo)學(xué)案（3）學(xué)習(xí)目標1.培養(yǎng)學(xué)生精益求精、團隊分工合作和追求卓越的工匠精神。2.培養(yǎng)愛國主義精神和科學(xué)精神，世界觀與價值觀。3.掌握頻域系統(tǒng)函數(shù)的定義，物理意義、求解與應(yīng)用。4.掌握系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)的全響應(yīng)的求解方法。5.理解信號無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。6.理解濾波器的作用與分類。7.理解調(diào)制與解調(diào)的基本概念。8.培養(yǎng)數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念的統(tǒng)一。學(xué)習(xí)要求1.掌握頻域系統(tǒng)函數(shù)的定義，物理意義、求解與應(yīng)用。2.掌握系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)的全響應(yīng)的求解方法。3.理解信號無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。4.理解濾波器的作用與分類。5.理解調(diào)制與解調(diào)的基本概念。學(xué)習(xí)重點1.系統(tǒng)函數(shù)的定義及表示。2.傅里葉分析的性質(zhì)及應(yīng)用。學(xué)習(xí)難點1.系統(tǒng)函數(shù)的頻域分析。2.濾波器的基本認識。任務(wù)安排觀看視頻課3.7.1連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析內(nèi)容：1.頻域系統(tǒng)函數(shù)定義：（系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的傅里葉變換與激勵的傅里葉變換之比）2.系統(tǒng)對非周期信號的響應(yīng)：仔細研究書中圖3-7-1所示例題3.系統(tǒng)對周期信號的響應(yīng)問題：1.用系統(tǒng)函數(shù)表示一個系統(tǒng)和時域微積分方程表示系統(tǒng)的優(yōu)勢在哪里？2.從系統(tǒng)的角度來看，時域和頻域表達那種表達方式更好？為什么？觀看視頻課3.8.1無失真?zhèn)鬏攦?nèi)容：1.無失真系統(tǒng)的時域描述：2.無失真系統(tǒng)的頻域描述：3.群延時的概念：問題：1.無失真?zhèn)鬏數(shù)囊饬x是什么？2.群延時的應(yīng)用場景有哪些？觀看視頻課3.9.1理想低通濾波器內(nèi)容：1.濾波的基本概念：提取或增加所希望的頻率分量，濾除或衰減不希望的頻率成分的過程2.濾波器的基本分類：（低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器）3.理想低通濾波器的響應(yīng)問題：1.廣義的看人體眼耳鼻舌是否也是濾波器？觀看視頻課3.10.1調(diào)制與解調(diào)內(nèi)容：1.調(diào)制與解調(diào)的基本概念2.調(diào)制的集中基本方式（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）問題：1.為什么會用到調(diào)制與解調(diào)？2.從頻域的角度看，調(diào)制與解調(diào)的本質(zhì)是什么？觀看視頻課3.11.1從取樣信號恢復(fù)連續(xù)時間信號內(nèi)容：采樣信號恢復(fù)公式問題：疑難問題小組討論自己對有疑惑的知識點經(jīng)反復(fù)學(xué)習(xí)，組長召集組員，一起進行討論，每人都要發(fā)表見解，記錄員記錄地點、時間、問題、討論結(jié)果，小組討論后仍未解決的問題做好記錄，提交給老師。注：組長1名、記錄員1名、答辯員若干名。第3章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析課中導(dǎo)學(xué)案（3）學(xué)習(xí)回顧考察學(xué)生的課前知識掌握情況，完成教材第3章中的自測題。1.P184填空題(13，17)2.P184-187單項選擇題(10-12，21)課前視頻學(xué)習(xí)解答、知識點歸納1.針對學(xué)習(xí)回顧的作答情況教師給予點評。2.小組記錄員將課前對知識點的困惑提出，師生進行互動討論、教師解答問題。對學(xué)生共性疑難問題，教師集中講授。3.知識點歸納：=1\*GB2⑴系統(tǒng)函數(shù)的概念=2\*GB2⑵無失真?zhèn)鬏敆l件=3\*GB2⑶濾波器的基本概念及應(yīng)用=4\*GB2⑷調(diào)制解調(diào)重點難點的探究、達標檢測自主探究1.系統(tǒng)的頻域分析。2.無失真系統(tǒng)的時域和頻域表達。3.濾波器的概念。4.調(diào)制與解調(diào)的方式。小組協(xié)作1.信號傳輸?shù)倪^程中會有什么樣的失真？日常生活中一定要免信