高中物理 第4章 電磁波與現(xiàn)代通信 4_2無線電波與現(xiàn)代通信教師用書 滬科版選修1-1
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4.2 無線電波與現(xiàn)代通信 1.(3分)關于電磁波的下列說法中正確的是( ) A.法拉第第一次通過實驗驗證了電磁波的存在 B.電磁波不能在空氣中傳播 C.麥克斯韋第一次通過實驗驗證了電磁波的存在 D.電磁波可以在真空中傳播 【解析】 赫茲第一次通過實驗證實了電磁波的存在,故A,C項錯誤.電磁波既可以在真空中傳播,也可在介質(zhì)中傳播,故B項錯誤,D項正確. 【答案】 D 2.(3分)(多選)在電磁波譜中( ) A.各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限 B.γ射線的頻率一定高于X射線的頻率 C.X射線的波長有可能等于紫外線的波長 D.可見光波長一定比無線電波波長短 【解析】 各種不同頻率的電磁波,雖然產(chǎn)生的機理不同,但無線電波和紅外線,紫外線和X射線,X射線和γ射線,它們的波長或頻率有交叉重疊部分,故C、D正確. 【答案】 CD 3.(4分)某雷達工作時,發(fā)射電磁波的波長為λ=20 cm,每秒鐘脈沖數(shù)n=5 000,每個脈沖持續(xù)時間t=0.02 μs.問:電磁波的頻率是多少?最大的偵察距離是多少? 【解析】 由于電磁波的波長、頻率和波速之間滿足關系v=λf,真空中電磁波的傳播速度等于光速,一般在空氣中傳播,電磁波的速度認為等于光速,即v=3.0108 m/s,因此f==1.5109 Hz,即電磁波的頻率為1.5109 Hz. 雷達工作時發(fā)射電磁波脈沖,每個脈沖持續(xù)t=0.02 μs,在兩個脈沖時間間隔內(nèi),雷達必須接收到反射回來的電磁波脈沖,否則會與后面的電磁波脈沖重疊而影響測量,設最大偵察距離為s,則:2s=vΔt,而Δt= s=200 μs?0.02 μs(脈沖時間可以略去不計),所以s=v=3.0104 m. 【答案】 1.5109 Hz 3.0104 m 課 標 導 思 1.了解無線電通信的歷程. 2.知道四種常見的通信方式的基本特征,了解它們各自的用途. 3.了解互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程,體會它對人們生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生的巨大影響.同時關注互聯(lián)網(wǎng)的負面影響. 一、無線通信百年回眸 1.1895年波波夫改進了赫茲的實驗裝置,制作了一臺裝有天線的接收機,成功地實現(xiàn)了短距離無線通信. 2.1901年馬可尼用自己建造的大功率發(fā)射臺,成功進行了跨越大西洋的通信實驗,標志著穿越時空傳遞信息時代的到來. 3.1904年,弗萊明制成真空二極管,提高了檢波效應. 4.1906年,德福雷斯特研制出真空三極管,成為無線電技術中重要的元件. 5.1947年,貝爾實驗室的科學家們研制出世界上第一只晶體管,使電子學發(fā)生了根本性的變化. 6.無線電波的發(fā)射與接收 (1)電磁波譜中的無線電波段主要用于無線通信,無線電波的波長從幾毫米到幾十千米,通常分為長波、中波、短波、微波等幾個波段. (2)用無線電波傳播聲音及其他信號,需要解決兩個問題:一是將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號;二是要提高電信號的傳播距離. (3)提高電磁波的頻率,增大電磁波的能量,電磁波傳播的距離就越遠. (4)由天線發(fā)射出去的無線電波向四面八方傳播,在傳播途中,遇到接收天線(導體),就會在接收回路中產(chǎn)生頻率相同的感應電流接收機通過調(diào)諧電路,選擇所需要頻率的電波,經(jīng)過檢波電路將載波與音頻信號分開,把音頻信號放大并通過揚聲器播放出來. 二、有線無線交相輝映 1.微波通信:優(yōu)點是通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災能力強;缺點是只能采用空間波傳播,必須用中繼站的方法增加通信距離. 2.衛(wèi)星通信:優(yōu)點是覆蓋面大、通信距離長,速度快、容量大,幾乎不受地理環(huán)境限制. 3.光纖通信:優(yōu)點是方向性好、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強等. 一、對通信技術的理解 1.微波通信:靠中繼站接力來實現(xiàn)微波信號遠距離傳輸. (1)中繼站的功能:接收前站傳來的信號,加上能量經(jīng)放大后向下一站發(fā)射. (2)微波通信的特點:通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災能力強等. (3)數(shù)字微波通信的特點:噪聲小、頻帶寬、上下話路方便、更加經(jīng)濟可靠. 2.衛(wèi)星通信:通信衛(wèi)星系統(tǒng)由衛(wèi)星和衛(wèi)星通信地球站組成,同步衛(wèi)星在地球赤道上空36 000 km,相對地面靜止. (1)衛(wèi)星作為中繼站,將地面?zhèn)鱽淼奈⒉ㄐ盘柗糯蠛笤侔l(fā)射回地球.理論上只需三顆等距離同步衛(wèi)星就可實現(xiàn)全球覆蓋. (2)衛(wèi)星通信的特點:覆蓋面大、通信距離長、不受地理環(huán)境限制、投資少、見效快等. (3)衛(wèi)星導航系統(tǒng) ①GPS是利用6個軌道上24顆衛(wèi)星組成的全球定位、導航及授時系統(tǒng). ②我國的“北斗”導航系統(tǒng)將于2012年首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和援時以及短報文通信服務能力. 3.光纖通信:把信號加在激光上在光導纖維中傳輸. (1)光纖通信的原理:使用激光技術和全反射技術.采用可高速調(diào)制的激光光源,利用被調(diào)制的激光在用高純度的石英玻璃制成的細如發(fā)絲的光纖材料內(nèi)不斷發(fā)生全反射,將信號傳向終端. (2)光纖通信的特點:頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強、成本低、傳輸質(zhì)量高等. 二、無線電波的發(fā)射和接受 1.無線電波的發(fā)射 (1)發(fā)射電磁波的條件 ①要有足夠高的振蕩頻率.理論研究表明,振蕩電路向外輻射能量的本領,即單位時間內(nèi)輻射出去的能量與頻率的四次方成正比,頻率越高,發(fā)射電磁波的本領越大. ②開放電路.只有使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間,才能有效地把電磁場的能量傳播出去.用開放電路可以把電磁波發(fā)射出去. (2)發(fā)射電磁波的電路特點 在如圖421所示的實際發(fā)射無線電波的裝置中,由閉合電路變成開放電路變化的過程. 圖421 在實際發(fā)射無線電波的裝置中,在開放電路旁還需加一個振蕩器電路與之耦合(如圖421(e),振蕩電路產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過L1和L2的互感作用,使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流,振蕩電流在開放電路中激發(fā)無線電波,向四周發(fā)射. 【特別提醒】 無線電波的發(fā)射過程如下: →→ 2.無線電波的接收 (1)選臺與電諧振 ①選臺:接收電磁波時.從諸多的電磁波中把我們需要的選出來,通常叫選臺. ②電諧振:當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時,接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強,這種現(xiàn)象叫電諧振. (2)調(diào)諧與調(diào)諧電路 ①調(diào)諧:使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧. ②調(diào)諧電路:能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路. (3)解調(diào) 從接收到的高頻電磁波中“檢”出所攜帶的信號,叫做檢波,也叫解調(diào),它是調(diào)制的逆過程. (4)無線電波的接收 天線收到的所有的電磁波,經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波,再經(jīng)過檢波取出攜帶的信號,放大后還原成聲音或圖像的過程. 【特別提醒】 (1)無線電波的接收過程如下: →→→. (2)在電磁波發(fā)射和接收的過程中要明確調(diào)制、調(diào)諧的含義,不能混淆. 一、關于通信方式的理解與應用 關于同步衛(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)星作為傳播微波的中繼站,地球上只要有兩顆就能覆蓋全世界 【解析】 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(當然位置要選定好)就可以滿足全世界的需求,正確答案只有選項A. 【答案】 A 1.下列各種通信方式不屬于現(xiàn)代通信的是( ) A.衛(wèi)星通信 B.互聯(lián)網(wǎng)(有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡) C.戰(zhàn)場上的八百里加急 D.光纖通信 【解析】 選項C是一種古代通信方式. 【答案】 C 二、無線電波的發(fā)射與接收 關于無線電波的發(fā)射和接收,下列說法正確的是( ) A.為了將信號發(fā)送出去,先要進行解調(diào) B.為了從各個電臺發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來,就要進行解調(diào) C.為了從高頻電流中取出聲音信號,就要進行調(diào)頻 D.由開放電路可以有效地把電磁波發(fā)射出去 【解析】 為了將信號發(fā)送出去,首先要進行調(diào)制;從各個電臺發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來,要進行調(diào)諧;從高頻電流中取出聲音信號,需要解調(diào);利用開放電路可以有效地發(fā)射電磁波.故只有D正確. 【答案】 D 調(diào)制和調(diào)諧的區(qū)別 (1)調(diào)制是無線電波發(fā)射時將要傳遞的信號加入高頻電磁波上的過程,有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式. (2)調(diào)諧是無線電波接收時將需要的信號選出來的過程. 2.如圖422所示,為電視接收過程示意圖,其工作過程順序正確的是( ) 圖422 A.解調(diào)——放大——調(diào)諧——顯示 B.調(diào)諧——放大——解調(diào)——顯示 C.調(diào)諧——解調(diào)——放大——顯示 D.放大——調(diào)諧——解調(diào)——顯示 【解析】 電視接收機首先利用電諧振通過調(diào)諧把空間高頻電流選出來,然后解調(diào),取下信號,最后經(jīng)放大后再傳給顯像管顯像,所以正確的順序是C. 【答案】 C 1.發(fā)明電話的是( ) A.莫爾斯 B.愛迪生 C.赫茲 D.貝爾 【答案】 D 2.比較下列各類傳遞信息的方法,在相同時間內(nèi)能傳遞信息最多的是( ) A.電話 B.電報 C.書信 D.可視電話 【解析】 電話只傳遞聲音,電報、書信只傳遞文字,可視電話聲音、文字、圖象均可傳送,所以可視電話傳遞信息最多. 【答案】 D 3.(多選)光纖通信具有的優(yōu)點是( ) A.頻帶寬,容量大 B.中繼距離長 C.抗干擾性好,保密性強 D.成本低,傳輸質(zhì)量高 【解析】 光纖通信由于具有頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性好,保密性強、成本低、傳輸質(zhì)量高等許多優(yōu)點,成為當今世界最有發(fā)展前途的通信技術,故A、B、C、D均正確. 【答案】 ABCD 4.簡單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置,至少應具備以下電路中的 ( ) 【導學號:22940031】 ①調(diào)諧電路;②調(diào)制電路;③高頻振蕩電路;④開放振蕩電路 A.①②③ B.②③④ C.①④ D.①②④ 【解析】 比較有效的發(fā)射電磁波的裝置應該有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路.調(diào)制電路是把需要發(fā)射的信號裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去,高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波,開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送的更遠.而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路. 【答案】 B 學業(yè)達標測評(十一) (建議用時:45分鐘) 1.發(fā)明電報的是( ) A.莫爾斯 B.愛迪生 C.馬可尼 D.貝爾 【答案】 A 2.在下列裝置中,既能發(fā)射又能接收電磁波的是( ) A.收音機 B.移動電話 C.固定電話 D.電視機 【解析】 收音機和電視機只能接收電磁波,固定電話接收和發(fā)送的是電流信號,只有移動電話可發(fā)射和接收電磁波. 【答案】 B 3.(多選)下列說法中正確的是( ) A.無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波 B.無線電波在真空中的波長范圍從幾毫米到幾十千米 C.無線電波的頻率越低越容易發(fā)射 D.發(fā)射無線電波的目的是為了向遠處傳遞電能 【解析】 無線電波在電磁波譜中波長最長,其波長范圍是幾毫米到幾十千來,所以A、B正確.發(fā)射無線電波的條件是:一、頻率足夠高;二、有開放電路,所以C錯.發(fā)射無線電波的目的是向遠處傳遞信號,D錯. 【答案】 AB 4.在無線電波廣播的接收中,調(diào)諧和檢波是兩個必須經(jīng)歷的過程,下列關于接收過程的順序,正確的是( ) A.調(diào)諧→高頻放大→檢波→音頻放大 B.檢波→高頻放大→調(diào)諧→音頻放大 C.調(diào)諧→音頻放大→檢波→高頻放大 D.檢波→音頻放大→調(diào)諧→高頻放大 【解析】 在無線電波的接收中,首先要選擇出所需要的電磁波—調(diào)諧,然后經(jīng)高頻放大后,再將音頻信號提取出來—檢波,最后再進行音頻放大,故A正確. 【答案】 A 5.(多選)數(shù)字信號比模擬信號具有的優(yōu)點是( ) A.抗干擾能力強 B.容易加密 C.便于計算機處理 D.傳輸簡單 【解析】 數(shù)字信號比模擬信號具有的優(yōu)點是抗干擾能力強,容易加密和便于計算機處理. 【答案】 ABC 6.(多選)光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段,它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務.目前,我國正在大力建設高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡.下列說法正確的是( ) A.光纖通信利用光作為載體來傳播信息 B.光導纖維傳遞光信號是利用光的衍射原理 C.光導纖維傳遞光信號是利用光的色散原理 D.目前廣泛應用的光導纖維是一種非常細的特制玻璃絲 【解析】 光纖通信是把信號加在激光上在光導纖維中傳輸,廣泛應用的光導纖維是一種非常細的石英玻璃絲,光導纖維傳遞光信號是利用光的全反射原理,故A、D正確,B、C錯誤. 【答案】 AD 7.無線電技術中通常根據(jù)波長把無線電波分成下表中的幾個波段: 波段 長波 中波 短波 微波 波長/m 30 000~ 3 000 3 000~ 200 200~ 10 10~ 0.001 大家知道,地球被厚厚的大氣層包圍著,在距地面50千米到幾百千米的范圍內(nèi)的大氣層叫電離層,電離層對于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性.實驗表明,對于波長小于10 m的微波,電離層能讓它通過;對于波長超過3 000 m的長波,電離層基本上把它吸收掉;對于中波和短波,電離層對它有反射作用.地球同步通信衛(wèi)星靜止在赤道上空36 000 km高的地方,所以利用同步衛(wèi)星進行無線電信號通信只能通過( ) 【導學號:22940032】 A.長波 B.中波 C.短波 D.微波 【解析】 地球同步通信衛(wèi)星傳輸?shù)碾姶挪ㄐ盘柋仨毮軌虼┩鸽婋x層,而只有波長小于10 m的微波才能通過,所以答案為D. 【答案】 D 8.(多選)關于調(diào)制器的作用,下列說法正確的是( ) A.調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻信號上去 B.調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信息加載到高頻信號的振幅上去 C.調(diào)制器的作用可以是把低頻信號的信息加載到高頻信號的頻率上去 D.調(diào)制器的作用是將低頻聲音信號變成高頻信號,再放大后直接發(fā)射出去 【解析】 調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號加載到高頻振蕩信號上去,如果高頻信號的振幅隨低頻信號的變化而變化,則是調(diào)幅;如果高頻信號的頻率隨低頻信號的變化而變化,則是調(diào)頻.由于低頻信號不利于直接從天線發(fā)射,所以需要將低頻信號加載到高頻信號上去. 【答案】 ABC 9.近年來,無線光通信技術(不需光纖,利用紅外線在空間的定向傳播來傳遞信息的通信手段)在局域網(wǎng)、移動通信等多方面顯示出巨大的應用前景.關于紅外線和光通信,以下說法中正確的是( ) (1)光通信就是將文字、數(shù)據(jù)、圖象等信息轉(zhuǎn)換成光信號從一地傳向另一地的過程 (2)光纖通信中的光信號在光纖中傳輸,無線光通信的光信號在空氣中傳輸 (3)紅外線的頻率比可見光的頻率高 (4)紅外光子的能量比可見光子的能量大 A.(1)(2) B.(3)(4) C.(1)(3) D.(2)(4) 【解析】 無線光通信技術是光信號在空氣中直接傳輸各種信息.光纖通信中的光信號是在光纖維中傳輸.不論哪種方式,傳輸?shù)亩际俏淖?、?shù)據(jù)圖像等信息.而紅外線的頻率由電磁波譜可知比可見光的頻率低,故紅外線的波長比可見光更長,能量更?。? 【答案】 A 信息化時代的“住房” 上古之世,人們就“構木為巢,以避群害”.陜西西安半坡村發(fā)現(xiàn)的地面建筑,就是我們祖先的房子.經(jīng)過了幾千年的發(fā)展,從氏族部落到村落,房子建得越來越堅固、越來越漂亮了,但是那個時代人們?nèi)粘=涣鞯姆秶浅P。? 工業(yè)化的大生產(chǎn)促進了城市的發(fā)展,高樓大廈鱗次櫛比,住房也不再是孤零零的建筑物.房子里通了水、電、煤氣,有了電燈、洗衣機、電冰箱,機械替代了人的部分體力勞動.由于生活的便利,住在大樓里的鄰居很少來往.人們更多地奔走于家和學習、工作的場所之間. 在信息化的今天,住房除了水、電、煤氣外,又有了與外界溝通信息的電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機互聯(lián)網(wǎng).人們可以在家里與遙遠的朋友交流,鋼筋水泥墻不再阻隔人們的交往了.人們不一定都住在擁擠的大城市,住在郊區(qū)仍然可以方便地跟辦公室聯(lián)系,實現(xiàn)家庭辦公.實際上,信息化時代的房子已經(jīng)聯(lián)通了全世界. 時尚的現(xiàn)代人,能在網(wǎng)上建立虛擬的家:用個人主頁展示自己的風采和魅力.人們可以顯現(xiàn)自己的愛好:如果你喜歡文學,可以把古今中外的名著全放在自己的“家”里,讓與自己有相同愛好的伙伴閱讀;如果你喜歡歌曲,可以收集從古典到最現(xiàn)代的歌曲,把“家”建造為歌曲的天堂;如果你喜歡體育……在虛擬的家中還可以展現(xiàn)自己的能力:如果把你的創(chuàng)造和發(fā)明放到網(wǎng)上,可以與同學、朋友交流……在信息時代,網(wǎng)上的“家”可以是一個人所有信息的“居所”. 除了個人的“家”,還有更大的供“部落”活動的場所.你可以開辦一個論壇,選擇自己關心的話題暢所欲言,結識很多興趣相近的朋友.雖然你們可能從來沒有見過面,甚至居住在地球的兩邊,但是你們會為了同一幅漫畫而開懷大笑,也會為了同一個感人的故事而流淚.當你遇到困難,這些看不到的朋友往往更能設身處地為你著想,給你一個“別出心裁”的建議.對于被高樓大廈隔離的人們,網(wǎng)絡中的“家庭”溫暖,實實在在地存在著.再比如,當發(fā)生了一起感人的愛國事件時,看著那些激昂的支持者的留言,特別是看到他們的IP地址來自世界各地,確實由衷地感到“海內(nèi)存知己,天涯若比鄰”.互聯(lián)網(wǎng)使人們突破了地理上的局限和工業(yè)化產(chǎn)生的隔閡,給人們一個前所未有的、更廣闊的自由交流空間.- 配套講稿:
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