近代物理實(shí)驗(yàn)-混沌通信原理及其應(yīng)用省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

近代物理試驗(yàn)--混沌通信原理及其應(yīng)用

第1頁研究混沌意義混沌發(fā)覺和混沌學(xué)建立，同相對(duì)論和量子論一樣，是對(duì)牛頓確定性經(jīng)典理論重大突破，為人類觀察物質(zhì)世界打開了一個(gè)新窗口。許多科學(xué)家認(rèn)為，20世紀(jì)物理學(xué)永放光芒三件事是：相對(duì)論、量子論和混沌學(xué)創(chuàng)建。

第2頁什么是混沌？混沌是一個(gè)貌似無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，指在確定性非線性系統(tǒng)中，不需附加任何隨機(jī)原因也可出現(xiàn)類似隨機(jī)行為。第3頁蝴蝶效應(yīng)

一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀，能夠?qū)е乱粋€(gè)月后在美國德州發(fā)生一場龍卷風(fēng)？混沌基本特征---對(duì)初始條件敏感依賴性。第4頁著名洛倫茲吸引子：不論起始值怎樣設(shè)定，外觀看來仍都是兩個(gè)環(huán)圈?；煦缁咎卣?--存在奇異吸引子。第5頁

自然界和社會(huì)中存在著各種各樣分形,其中有些是曲線或曲面,有一些形狀是非常奇怪,在科學(xué)和藝術(shù)中都找不到適當(dāng)術(shù)語來給它們命名.不過,它們都有一個(gè)共同數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)-----粗糙和自相同.混沌基本特征--存在分形和自相同性。第6頁1.測繪非線性電阻伏安特征曲線，了解非線性電阻特征。2.觀察非線性電路出現(xiàn)倍周期現(xiàn)象并進(jìn)入混沌過程，了解混沌產(chǎn)生。3.觀察混沌同時(shí)現(xiàn)象，了解混沌同時(shí)原理。4.了解混沌通訊原理，觀察模擬信號(hào)加密解密效果。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)第7頁試驗(yàn)儀器混沌通信試驗(yàn)儀第8頁試驗(yàn)儀器信號(hào)發(fā)生器示波器第9頁試驗(yàn)原理-非線性電阻伏安特征非線性電阻伏安特征對(duì)歐姆定律不適用導(dǎo)體和器件，即電流和電壓不成正比電學(xué)元件叫做非線性元件。非線性元件表現(xiàn)出混沌現(xiàn)象第10頁試驗(yàn)原理-混沌波形發(fā)生試驗(yàn)蔡氏電路混沌發(fā)生試驗(yàn)非線性電阻L-C振蕩電路移相器第11頁蔡氏電路混沌發(fā)生試驗(yàn)單周期分岔雙周期分岔四面期分岔多周期分岔單吸引子雙吸引子第12頁試驗(yàn)原理--混沌同時(shí)波形試驗(yàn)混沌同時(shí)：第13頁試驗(yàn)原理--混沌同時(shí)波形試驗(yàn)第14頁試驗(yàn)原理--混沌加密解密試驗(yàn)第15頁第16頁混沌加密波形混沌解密波形第17頁解調(diào)—解密調(diào)制—加密第18頁試驗(yàn)內(nèi)容與要求要求：電壓范圍：-13V13V，線性部分可少測幾個(gè)點(diǎn)，拐點(diǎn)位置測量點(diǎn)要多一些，在坐標(biāo)紙上繪出伏安特征曲線。（每隔0.2V測一個(gè)點(diǎn)）2.混沌發(fā)生試驗(yàn)。要求：觀察單元一倍周期分叉到混沌現(xiàn)象。調(diào)整單元一，使其產(chǎn)生由周期一到周期二、到周期四等倍周期分叉現(xiàn)象，最終出現(xiàn)單吸引子和雙吸引子混沌現(xiàn)象，并將其存放在U盤上。1.測繪非線性電阻伏安特征曲線。第19頁調(diào)整單元二、三使他們處于混沌狀態(tài)，并使他們同時(shí)，將同時(shí)效果存放在u盤上。4.混沌掩蓋加密解密試驗(yàn)把掩蓋信號(hào)和解密信號(hào)，存放在U盤上。3.混沌同時(shí)試驗(yàn)試驗(yàn)內(nèi)容與要求第20頁表1.非線性電阻伏安特征測量電壓（V）……00.20.40.60.811.21.4……電流（mA）（1)以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)繪制非線性電阻伏安特征曲線如圖6-6-4所表示。（2)找出曲線拐點(diǎn)，分別計(jì)算五個(gè)區(qū)間等效電阻值。數(shù)據(jù)表格第21頁1.在拔出和插入模塊前，一定要關(guān)閉試驗(yàn)儀電源。2.在調(diào)整混沌過程中，把W1(W2、W3)調(diào)到最大，再慢慢調(diào)小，出現(xiàn)很小圖形時(shí)，按下示波器自動(dòng)按鍵，使其自動(dòng)選擇適當(dāng)顯示檔位。3.系統(tǒng)地混沌區(qū)域較小，一定要仔細(xì)調(diào)整，一旦出現(xiàn)混沌態(tài)，就不能再大幅度調(diào)整W1(W2)不然會(huì)失去混沌態(tài)，需重新調(diào)整。4.調(diào)整同時(shí)時(shí)，要仔細(xì)調(diào)整W4和W2。5.做完試驗(yàn)后，關(guān)閉電源，整理好儀器。注意事項(xiàng)第22頁混沌應(yīng)用1.去海邊游玩時(shí)候，是否能測出海岸線長度？其實(shí)，永遠(yuǎn)也測不出它長度，因?yàn)樗欠中?。使用度量尺寸越?zhǔn)確，得出結(jié)果就越長。2.股票動(dòng)向。3.天氣預(yù)報(bào)。第23頁幾個(gè)混沌照片第24頁幾個(gè)混沌照片第25頁拓展研究內(nèi)容：1.簡述混沌理論在通訊中應(yīng)用第26頁

1960年，美國麻省理工學(xué)院教授洛倫茲研究“長久天氣預(yù)報(bào)”問題時(shí)，在計(jì)算機(jī)上用一組簡化模型模擬天氣演變。他原本意圖是利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算來提升技期天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。不過，事與愿違，屢次計(jì)算表明，初始條件極微小差異，均會(huì)造成計(jì)算結(jié)果很大不一樣。

因?yàn)闅夂蚋淖兪鞘謴?fù)雜，所以在預(yù)測天氣時(shí)，輸入初始條件不可能包含全部影響原因（通常簡化方法是忽略次要原因，保留主要原因），而那些被忽略次要原因卻可能對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果產(chǎn)生重大影響，造成錯(cuò)誤結(jié)論。由此，洛倫茲認(rèn)定，盡管擁有高速計(jì)算機(jī)和準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)（溫度、風(fēng)速、氣壓等），也難以取得準(zhǔn)確長久天氣預(yù)報(bào)。拓展研究內(nèi)容--混沌與蝴蝶效應(yīng)：第27頁拓展研究內(nèi)容--混沌與蝴蝶效應(yīng)：1979年12月，洛倫茲在華盛頓美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)一次講演中提出：一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀，有可能會(huì)在美國德克薩斯引發(fā)一場龍卷風(fēng)。他演講和結(jié)論給人們留下了極其深刻印象。從此以后，所謂“蝴蝶效應(yīng)”之說就不脛而走，名聲遠(yuǎn)揚(yáng)了。

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