電磁波與現(xiàn)代通信.doc

第17章 電磁波與現(xiàn)代通信讓你一覽無余（一）信息與信息傳播：1. 信息是各種事物發(fā)出的有意義的消息。消息中包含的內(nèi)容越多，信息量越大。2. 人類特有的信息有三種：語言、符號和圖像。3. 在人類歷史上，信息和信息傳播活動經(jīng)歷了五次巨大的變革，它們是：語言的誕生；文字的誕生；印刷術(shù)的誕生；電磁波的應(yīng)用；計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。4. 早期的信息傳播工具有很多，比如：萬里長城上的烽火臺；古代傳遞官文的驛馬；5. 莫爾斯發(fā)明的電報機(jī)；貝爾制作的早期電話。6. 莫爾斯電碼與密碼：（二）電磁波及其傳播：1. 波的基本特征：所有的波都是在傳播周期性變化的運動形態(tài)。這里的運動形態(tài)又可分為：凹凸相間和疏密相間兩種。2. 振幅：我們把波源偏離平衡位置的最大距離叫做振幅，用字母A表示，單位是米（m），它反映了波源振動的強(qiáng)弱。周期：波源振動一次所需要的時間叫做周期，用字母T表示，單位是秒（s）；頻率：波源每秒內(nèi)振動的次數(shù)叫做頻率，用字母f表示，單位是赫茲（Hz）。頻率與周期反映了振動的快慢。它們的關(guān)系是：T。波長：波在一個周期內(nèi)傳播的距離叫做波長，用表示，單位是米（m）。波速：波的傳播速度，用字母v表示，單位是米/秒（m/s）。3. 波長、波速、頻率、周期的關(guān)系是：vf。4. 電磁波：（1）電磁波是在空間傳播的周期性變化的電磁場。（2）電磁波在真空中的傳播速度（即光速），c3108m/s。（3）電磁波譜：從電磁波譜圖可知，電磁波包括了：無線電波、微波、光（包括紅外線、可見光和紫外線）、X射線和射線等。其中無線電波的波段表見下： （4）人類應(yīng)用電磁波傳播信息的歷史經(jīng)歷了以下變化：傳播的信息形式從“文字聲音圖像”；傳播的信息量“由小到大”；傳播信息的速度“由慢到快”。（三）現(xiàn)代通信走進(jìn)信息時代1. 移動通信是指移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間的通信方式。 移動通信的基地臺是按蜂窩結(jié)構(gòu)布局的，這種布局可以增加電磁波覆蓋的有效面積，避免基地臺的重復(fù)建設(shè)，因而移動電話也稱為“蜂窩移動電話”。2. 光纖通信是以激光為光源，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)進(jìn)行的通信。光纖通信具有傳輸容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點，是構(gòu)成未來信息高速公路骨干網(wǎng)的主要通信方式。光纖通信的過程是：“電話激光發(fā)射機(jī)光纖激光接收機(jī)電話”3.衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，在多個地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋區(qū)域大、靈活、可靠、不受地理環(huán)境條件限制等獨特優(yōu)點。以覆蓋面積來說，一顆通信衛(wèi)星可覆蓋地球面積的三分之一多，即三顆同步通信衛(wèi)星就可以覆蓋整個地球。4. 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是全世界的計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互相連接成的信息傳送網(wǎng)絡(luò)，包括有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的用途非常廣泛，如信息查詢、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄、文件傳送、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)上聊天、電子會議等。重、難點解析1. 怎樣認(rèn)識信息？我們今天生活的時代是一個信息的時代。無論是工作中，學(xué)習(xí)中還是日常生活中，我們都要利用各種不同的渠道收集各個方面的信息，外交家注意國際關(guān)系的微妙變化，企業(yè)家注意商情的波動，金融家關(guān)注股市行情的漲跌，科學(xué)家關(guān)心學(xué)科前沿的動態(tài)，所有這一切，都與信息息息相關(guān)。信息現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中普遍使用的一個概念，作為日常用語，信息指音信、消息，消息就是預(yù)先不知道的報道。一般來說，信息是指由信息源（如自然界、人類社會等）發(fā)出的各種信號，使使用者接受和理解。信息并非事物本身，而是表征事物，并由事物發(fā)出的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)和信號中包含的內(nèi)容。一切事物，包括自然界、人類社會等，都在發(fā)出信息。在人類社會中，信息往往以文字、圖像、語言、聲音等形式出現(xiàn)。信息是生活、工作中的常見現(xiàn)象，一切事物都會發(fā)出信息，信息無時不在。人們要想有效地工作和生活，必須擁有足夠的信息。借助于信息，人類才能獲取并發(fā)展知識。通過獲取信息，人們才能區(qū)別自然界和社會中的不同的事物，才得以認(rèn)識世界、認(rèn)識自然、利用自然。2. 怎樣認(rèn)識衛(wèi)星通信？通信衛(wèi)星工作的基本原理如圖所示。通信衛(wèi)星的運行軌道有兩種。一種是低或中高軌道，另一種軌道是高達(dá)36000km的同步定點軌道，即在赤道平面內(nèi)的圓形軌道，衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的時間相同，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動，稱為同步衛(wèi)星。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星（空間部分）和地面部分（通信地面站）兩大部分構(gòu)成。在這一系統(tǒng)中，通信衛(wèi)星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站。它居高臨下，視野開闊，它可以“看”到地球最大跨度達(dá)18000km以上。三顆衛(wèi)星（如圖）就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可進(jìn)行24小時的全天候通信。只要在它的覆蓋照射區(qū)以內(nèi)，不論距離遠(yuǎn)近都可以通信，通過它轉(zhuǎn)發(fā)和反射電報、電視、廣播和數(shù)據(jù)等無線信號。通信衛(wèi)星的種類也越來越多。按服務(wù)區(qū)域劃分，有全球、區(qū)域和國內(nèi)通信衛(wèi)星。按用途分，有一般通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、海事衛(wèi)星、跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星以及各種軍用衛(wèi)星等。3. 正確認(rèn)識電磁波（無線電波）的傳播方式。電磁波（這里主要指無線電波）因波長不同具有不同的傳播形式。主要有：地波、天波和微波三種形式。地波沿地球表面空間傳播的無線電波叫做地波。由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，只有能繞過這些障礙物的無線電波，才能被各處的接收機(jī)收到。當(dāng)波長大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時，就可以繞過障礙物到達(dá)它們的后面。地面上的障礙物尺寸一般不大，長波可以相當(dāng)容易地繞過它們，中波和中短波也能較好地繞過去，短波和微波由于波長較短，很難繞過它們。由于地球是一個大導(dǎo)體，地球表面會因地波的傳播引起感應(yīng)電流，因此地波在傳播過程中要損失能量，頻率越高損失的能量也越多，所以地波主要適用于長波、中波和中短波。天波依靠電離層的反射來傳播的無線電波叫做天波。地面上空的氣體分子由于受到太陽的照射而發(fā)生電離，大氣中一部分中性的氣體分子分解為帶正電的離子和自由電子，該層大氣就是電離層。電離層對于不同波長的電磁波的反射和吸收表現(xiàn)不同的特性，波長越長，吸收越強(qiáng)反射越弱，因此短波最適宜以天波的形式傳播。微波微波是由于頻率高、波長短，它既不能以地波的形式傳播，又不能依靠天波的形式傳播，和光一樣，沿直線傳播。由于地球表面是球形的，微波沿直線傳播的距離不大，一般只有幾十千米。在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時，要有中繼站。由某地發(fā)射出去的微波，被中繼站接收，并加以放大、處理，再傳向下一站，像接力賽那樣，一站傳一站，經(jīng)過很多中繼站可以把電信號傳到遠(yuǎn)方。典型例題例1. 下列說法中正確的是：（ ）A. 頻率越高的電磁波，傳播速度越大；B. 波長越短的電磁波，傳播速度越大；C. 頻率越高的電磁波，波長越短；D. 波長不同的電磁波，頻率不同，因而速度亦不同。分析：電磁波的傳播速度與波長和頻率無關(guān)，僅由傳播的介質(zhì)決定，電磁波在同一物質(zhì)中的傳播速度是不變的，在真空中的傳播速度等于光速，在空氣中的速度近似等于光速。但電磁波的波長、頻率及傳播速度三者滿足：傳播速度波長頻率，因此電磁波的頻率與波長成反比關(guān)系。解答：應(yīng)選C。例2. 關(guān)于同步衛(wèi)星，以下說法中正確的是：（ ）A. 同步衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動周期和地球的自轉(zhuǎn)周期相同。B. 同步衛(wèi)星和月球一樣每天繞地球一周。C. 同步衛(wèi)星固定在空中一直不動。D. 同步通信衛(wèi)星做為傳播微波的中繼站，地球上只要有2顆就能覆蓋全世界。分析：所謂地球同步衛(wèi)星，即指衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，與地球同步轉(zhuǎn)動，且在赤道上空的某地，站在地球上觀看（以地球本身為參照物）它在空中的位置是固定不動的，所以它可以代替微波中繼站來進(jìn)行電磁波的中轉(zhuǎn)作用。全世界只要有三顆這樣的衛(wèi)星（當(dāng)然位置要選定好）就可以滿足全世界的需求，正確答案只有A。解答：應(yīng)選A。例3. 目前，中國教育電視臺的兩套衛(wèi)星電視節(jié)目是通過國產(chǎn)“東方紅二號甲”通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下行頻率為3848MHz和3928MHz。這兩個電磁波的波長分別是_和_。分析：電磁波的傳播速度c與波長、頻率的關(guān)系是：cf，要求出波長，可以把公式變形為。解答：因為cf，所以，則：0.078m。0.076m。所以這兩個電磁波的波長分別是0.078m和0.076m。請你過關(guān)斬將一. 填空題 1. 我們生活在一個充滿信息的世界里，通俗的講，信息就是_，消息中包含的內(nèi)容越多，_也就越大。2. _、_和_是人類特有的三種信息。3. 世界上第一臺電話是由_制成的，電話主要由_與_組成。4. 在電話中話筒的作用是_，而聽筒的作用是_，使人聽到聲音。5. 波可以分為_和_，不管什么波，它的傳播都是一種_的運動形態(tài)。6. 把波源偏離平衡位置的最大距離叫_，它反映了波源振動的強(qiáng)弱。7. 電磁波的特性有（1） _。（2） _。（3） _。8. 移動通信是指_之間或_之間的通信方式。9. 移動通信的基地臺是按_布局的，這種布局可以增加_，避免基地臺的重復(fù)建設(shè)，因此移動電話也稱_。10. 人們把那些能夠傳輸光信號的極其纖細(xì)的物質(zhì)稱為_，簡稱_。11. 根據(jù)通信信號方式的不同，通信可分為_和_。12. 現(xiàn)代通信方式有：_、_、_和_ 等。二. 選擇題13. 以下現(xiàn)象中不能產(chǎn)生電磁波的是（ ）A. 閉合和斷開燈的開關(guān)的瞬間 B. 電冰箱啟動和停機(jī)時C. 電鈴工作發(fā)聲時D. 用鐵錘敲擊鐵棒時14. 波長為300米的電磁波，以下分析正確的是（ ）A. 它的傳播速度總是3108米/秒B. 它的頻率是106赫C. 它在水中傳播的波長仍為300米D. 它在水中傳播時的頻率大于106赫15. 下列說法正確的是（ ）A. 頻率越高的電磁波傳播速度越大B. 波長越短的電磁波傳播速度越大C. 頻率越高的電磁波，波長越短D. 波長不同的電磁波，頻率不同，因此速度不同16. 水波在1秒內(nèi)傳播的波形如圖所示，若OA的距離是90厘米，則下列說法中錯誤的是（ ）A. 水波的波長為30厘米B. 水波的頻率是3赫C. 水波的波速是0.9米/秒D. 水波的波速是3105千米/秒17. 無線電通訊是利用 （ ）A. 電流傳輸信號的B. 振蕩電流傳輸信號的C. 電磁波傳輸信號的D. 以上說法都不對18. 無線電通信所用的電磁波分幾個波段，這是按（ ） A. 無線電波的波長分的B. 無線電波的頻率分的C. 無線電波的波速分的D. 無線電波的波長、波速和頻率分的19. 無線電波和光波傳播的主要區(qū)別在于無線電波 （ ） A. 不能反射 B. 不能通過真空C. 傳播速度低于光速 D. 具有較長的波長20. 電磁波的波速在真空中 （ ） A. 大于3108米/秒 B. 小于3108米/秒C. 等于3108米/秒 D. 以上所說都不對，是3105米/秒21. 當(dāng)電冰箱的電路接通或斷開時，可從附近的收音機(jī)中聽到“喀喀”的雜音，這是因為 （ ） A. 電路通、斷時，發(fā)出的聲音被收音機(jī)所接收B. 電路通、斷時，發(fā)出的電流被收音機(jī)所接收C. 電路通、斷時，發(fā)出的電磁波被收音機(jī)所接收D. 電路通、斷時，發(fā)出的振蕩電流被收音機(jī)所接收22. 如圖所示，電磁波的波形圖，其正確的是（ ）A. 甲圖 B. 乙圖C. 丙圖 D. 甲、乙、丙圖都正確三. 簡答題23. 簡述光纖通信的優(yōu)點 24. 簡述衛(wèi)星通信的過程及優(yōu)點 四. 實驗探究題25. 微波爐是一種方便潔凈的炊具，但是如果微波爐發(fā)生微波泄漏則容易造成對人體健康的損害，請你設(shè)計一個實驗來探究家里的微波爐是否有微波泄漏。五. 計算題26. 有一架搜尋目標(biāo)，經(jīng)2.4104秒收到了回波，則這個目標(biāo)距離雷達(dá)多遠(yuǎn)？27. 頻率為4千赫的聲波在空氣中傳播時，它的波長是多大？參考答案一. 1、各種事物發(fā)出的有意義的消息；信息量 2、聲音；符號；圖像 3、貝爾；話筒；聽筒 4、將聲音的變化轉(zhuǎn)化成強(qiáng)弱變化的電流；將變化的電流還原成振動 5、縱波；橫波；周期性 6、振幅 7、（1）電磁波可以在真空中傳播（2）電磁波容易被金屬屏蔽（3）電磁波也會產(chǎn)生電磁污染 8、移動用戶；移動用戶與固定用戶 9、蜂窩狀結(jié)構(gòu)；電磁波覆蓋的有效面積；“蜂窩移動電話” 10、光導(dǎo)纖維；光纖； 11、模擬通信；數(shù)字通信 12、移動通信；光纖通信；衛(wèi)星通信；互聯(lián)網(wǎng)二. 13、D 14、B 15、C 16、D 17、C 18、A 19、D 20、C 21、C 22、D 三. 23、光纖通信的容量極大，一對頭發(fā)絲那樣細(xì)的光纖可以同時傳送上百萬路電話信號。又因為光纖不導(dǎo)電，不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所以不會受外界電磁場的干擾，而且，光纖不怕潮濕、不怕腐蝕，能量損耗大約只是一般通信電纜的十分之一，所以通信質(zhì)量比其他有線通信高得多。24、衛(wèi)星通信的過程是：從地面站1發(fā)出的載有信號的電磁波，這個電磁波被衛(wèi)星通信天線接收并處理后，再由衛(wèi)星將它發(fā)送到地面站2，從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站間的遠(yuǎn)距離通信。 衛(wèi)星通信的優(yōu)