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，能量更小． 【答案】　A 信息化時代的“住房” 上古之世，人們就“構(gòu)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(jié)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.