第17章电磁波与现代通信

第17章电磁波与现代通信让你一览无余（一）信息与信息传播：1.信息是各种事物发出的有意义的消息。消息中包含的内容越多，信息量越大。2.人类特有的信息有三种：语言、符号和图像。3.在人类历史上，信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革，它们是：①语言的诞生；②文字的诞生；③印刷术的诞生；④电磁波的应用；⑤计算机技术的应用。4.早期的信息传播工具有很多，比如：①万里长城上的烽火台；②古代传递官文的驿马；5.③莫尔斯发明的电报机；④贝尔制作的早期电话。6.莫尔斯电码与密码：（二）电磁波及其传播：1.波的基本特征：所有的波都是在传播周期性变化的运动形态。这里的运动形态又可分为：凹凸相间和疏密相间两种。2.振幅：我们把波源偏离平衡位置的最大距离叫做振幅，用字母A表示，单位是米（m），它反映了波源振动的强弱。周期：波源振动一次所需要的时间叫做周期，用字母T表示，单位是秒（s）；频率：波源每秒内振动的次数叫做频率，用字母f表示，单位是赫兹（Hz）。频率与周期反映了振动的快慢。它们的关系是：T＝f1。波长：波在一个周期内传播的距离叫做波长，用λ表示，单位是米（m）。波速：波的传播速度，用字母v表示，单位是米/秒（m/s）。3.波长、波速、频率、周期的关系是：v＝T＝λf。4.电磁波：（1）电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。（2）电磁波在真空中的传播速度（即光速），c＝3×108m/s。（3）电磁波谱：从电磁波谱图可知，电磁波包括了：无线电波、微波、光（包括红外线、可见光和紫外线）、X射线和γ射线等。其中无线电波的波段表见下：（4）人类应用电磁波传播信息的历史经历了以下变化：①传播的信息形式从“文字→声音→图像”；②传播的信息量“由小到大”；③传播信息的速度“由慢到快”。（三）现代通信――走进信息时代1.移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信方式。移动通信的基地台是按蜂窝结构布局的，这种布局可以增加电磁波覆盖的有效面积，避免基地台的重复建设，因而移动电话也称为“蜂窝移动电话”。2.光纤通信是以激光为光源，以光导纤维为传输介质进行的通信。光纤通信具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式。光纤通信的过程是：“电话→激光发射机→光纤→激光接收机→电话”3.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。以覆盖面积来说，一颗通信卫星可覆盖地球面积的三分之一多，即三颗同步通信卫星就可以覆盖整个地球。4.互联网络是全世界的计算机、计算机网络互相连接成的信息传送网络，包括有线网络和无线网络。互联网络的用途非常广泛，如信息查询、电子邮件、远程登录、文件传送、远程医疗、网上聊天、电子会议等。重、难点解析1.怎样认识信息？我们今天生活的时代是一个信息的时代。无论是工作中，学习中还是日常生活中，我们都要利用各种不同的渠道收集各个方面的信息，外交家注意国际关系的微妙变化，企业家注意商情的波动，金融家关注股市行情的涨跌，科学家关心学科前沿的动态，所有这一切，都与信息息息相关。信息现在已经成为现代科学技术中普遍使用的一个概念，作为日常用语，信息指音信、消息，消息就是预先不知道的报道。一般来说，信息是指由信息源（如自然界、人类社会等）发出的各种信号，使使用者接受和理解。信息并非事物本身，而是表征事物，并由事物发出的消息、情报、指令、数据和信号中包含的内容。一切事物，包括自然界、人类社会等，都在发出信息。在人类社会中，信息往往以文字、图像、语言、声音等形式出现。信息是生活、工作中的常见现象，一切事物都会发出信息，信息无时不在。人们要想有效地工作和生活，必须拥有足够的信息。借助于信息，人类才能获取并发展知识。通过获取信息，人们才能区别自然界和社会中的不同的事物，才得以认识世界、认识自然、利用自然。2.怎样认识卫星通信？通信卫星工作的基本原理如图所示。通信卫星的运行轨道有两种。一种是低或中高轨道，另一种轨道是高达36000km的同步定点轨道，即在赤道平面内的圆形轨道，卫星的运行周期与地球自转一圈的时间相同，在地面上看这种卫星好似静止不动，称为同步卫星。卫星通信系统由通信卫星（空间部分）和地面部分（通信地面站）两大部分构成。在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔，它可以“看”到地球最大跨度达18000km以上。三颗卫星（如图）就可以覆盖地球的几乎全部面积，可进行24小时的全天候通信。只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分，有全球、区域和国内通信卫星。按用途分，有一般通信卫星、广播卫星、海事卫星、跟踪和数据中继卫星以及各种军用卫星等。3.正确认识电磁波（无线电波）的传播方式。电磁波（这里主要指无线电波）因波长不同具有不同的传播形式。主要有：地波、天波和微波三种形式。地波沿地球表面空间传播的无线电波叫做地波。由于地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，只有能绕过这些障碍物的无线电波，才能被各处的接收机收到。当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，就可以绕过障碍物到达它们的后面。地面上的障碍物尺寸一般不大，长波可以相当容易地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过去，短波和微波由于波长较短，很难绕过它们。由于地球是一个大导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因此地波在传播过程中要损失能量，频率越高损失的能量也越多，所以地波主要适用于长波、中波和中短波。天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。地面上空的气体分子由于受到太阳的照射而发生电离，大气中一部分中性的气体分子分解为带正电的离子和自由电子，该层大气就是电离层。电离层对于不同波长的电磁波的反射和吸收表现不同的特性，波长越长，吸收越强反射越弱，因此短波最适宜以天波的形式传播。微波微波是由于频率高、波长短，它既不能以地波的形式传播，又不能依靠天波的形式传播，和光一样，沿直线传播。由于地球表面是球形的，微波沿直线传播的距离不大，一般只有几十千米。在进行远距离通信时，要有中继站。由某地发射出去的微波，被中继站接收，并加以放大、处理，再传向下一站，像接力赛那样，一站传一站，经过很多中继站可以把电信号传到远方。典型例题例1.下列说法中正确的是：（）A.频率越高的电磁波，传播速度越大；B.波长越短的电磁波，传播速度越大；C.频率越高的电磁波，波长越短；D.波长不同的电磁波，频率不同，因而速度亦不同。分析：电磁波的传播速度与波长和频率无关，仅由传播的介质决定，电磁波在同一物质中的传播速度是不变的，在真空中的传播速度等于光速，在空气中的速度近似等于光速。但电磁波的波长、频率及传播速度三者满足：传播速度＝波长×频率，因此电磁波的频率与波长成反比关系。解答：应选C。例2.关于同步卫星，以下说法中正确的是：（）A.同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同。B.同步卫星和月球一样每天绕地球一周。C.同步卫星固定在空中一直不动。D.同步通信卫星做为传播微波的中继站，地球上只要有2颗就能覆盖全世界。分析：所谓地球同步卫星，即指卫星绕地球转动的周期与地球的自转周期相同，与地球同步转动，且在赤道上空的某地，站在地球上观看（以地球本身为参照物）它在空中的位置是固定不动的，所以它可以代替微波中继站来进行电磁波的中转作用。全世界只要有三颗这样的卫星（当然位置要选定好）就可以满足全世界的需求，正确答案只有A。解答：应选A。例3.目前，中国教育电视台的两套卫星电视节目是通过国产“东方红二号甲”通信卫星转发的，卫星转发下行频率为3848MHz和3928MHz。这两个电磁波的波长分别是_______和_______。分析：电磁波的传播速度c与波长、频率的关系是：c＝λf，要求出波长，可以把公式变形为λ＝fc。解答：因为c＝λf，所以λ＝fc，则：1＝1fc＝Hz10.848m/s103983＝0.078m。2＝2fc＝Hz10.928m/s103983＝0.076m。所以这两个电磁波的波长分别是0.078m和0.076m。请你过关斩将一.填空题1.我们生活在一个充满信息的世界里，通俗的讲，信息就是_______________，消息中包含的内容越多，_______________也就越大。2._______________、_______________和_______________是人类特有的三种信息。3.世界上第一台电话是由________制成的，电话主要由________与________组成。4.在电话中话筒的作用是__________________________，而听筒的作用是________________________，使人听到声音。5.波可以分为________和________，不管什么波，它的传播都是一种_________的运动形态。6.把波源偏离平衡位置的最大距离叫_______________，它反映了波源振动的强弱。7.电磁波的特性有（1）_____________________________________________。（2）______________________________。（3）______________________________。8.移动通信是指____________之间或_____________________之间的通信方式。9.移动通信的基地台是按___________________布局的，这种布局可以增加________________，避免基地台的重复建设，因此移动电话也称_______________。10.人们把那些能够传输光信号的极其纤细的物质称为_______________，简称_______________。11.根据通信信号方式的不同，通信可分为_______________和_______________。12.现代通信方式有：_______________、_______________、_______________和______________等。二.选择题13.以下现象中不能产生电磁波的是（）A.闭合和断开灯的开关的瞬间B.电冰箱启动和停机时C.电铃工作发声时D.用铁锤敲击铁棒时14.波长为300米的电磁波，以下分析正确的是（）A.它的传播速度总是3×108米/秒B.它的频率是106赫C.它在水中传播的波长仍为300米D.它在水中传播时的频率大于106赫15.下列说法正确的是（）A.频率越高的电磁波传播速度越大B.波长越短的电磁波传播速度越大C.频率越高的电磁波，波长越短D.波长不同的电磁波，频率不同，因此速度不同16.水波在1秒内传播的波形如图所示，若OA的距离是90厘米，则下列说法中错误的是（）A.水波的波长为30厘米B.水波的频率是3赫C.水波的波速是0.9米/秒D.水波的波速是3×105千米/秒17.无线电通讯是利用（）A.电流传输信号的B.振荡电流传输信号的C.电磁波传输信号的D.以上说法都不对18.无线电通信所用的电磁波分几个波段，这是按（）A.无线电波的波长分的B.无线电波的频率分的C.无线电波的波速分的D.无线电波的波长、波速和频率分的19.无线电波和光波传播的主要区别在于无线电波（）A.不能反射B.不能通过真空C.传播速度低于光速D.具有较长的波长20.电磁波的波速在真空中（）A.大于3×108米/秒B.小于3×108米/秒C.等于3×108米/秒D.以上所说都不对，是3×105米/秒21.当电冰箱的电路接通或断开时，可从附近的收音机中听到“喀喀”的杂音，这是因为（）A.电路通、断时，发出的声音被收音机所接收B.电路通、断时，发出的电流被收音机所接收C.电路通、断时，发出的电磁波被收音机所接收D.电路通、断时，发出的振荡电流被收音机所接收22.如图所示，电磁波的波形图，其正确的是（）A.甲图B.乙图C.丙图D.甲、乙