第二十一章《第4節(jié) 越來越寬的信息之路》

1、第第4節(jié)節(jié) 越來越寬的信息之路越來越寬的信息之路九年級物理第二十一章九年級物理第二十一章 信息的傳遞信息的傳遞 講五分鐘的故事和放映五分鐘的電影，它們傳遞的信講五分鐘的故事和放映五分鐘的電影，它們傳遞的信息量是不一樣的。五分鐘的語言只能簡單描述人的相貌、息量是不一樣的。五分鐘的語言只能簡單描述人的相貌、衣著和事件的梗概；而五分鐘的電影，除此之外還能展現(xiàn)衣著和事件的梗概；而五分鐘的電影，除此之外還能展現(xiàn)人物衣服的質(zhì)地和顏色、主人公的容貌和嗓音以及事情發(fā)人物衣服的質(zhì)地和顏色、主人公的容貌和嗓音以及事情發(fā)生的周圍環(huán)境等許許多多細(xì)節(jié)。因此，電視廣播與聲音廣生的周圍環(huán)境等許許多多細(xì)節(jié)。因此，電視廣播與聲

2、音廣播相比，在相同的時(shí)間內(nèi)可以傳輸更多的信息。播相比，在相同的時(shí)間內(nèi)可以傳輸更多的信息。 信息理論表明，作為載體的電磁波，信息理論表明，作為載體的電磁波， 越高，相越高，相同時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒕屯瑫r(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒕?。因此，幾十年來，無。因此，幾十年來，無線電通信、廣播電視等所用的頻率越來越高了，我們可以線電通信、廣播電視等所用的頻率越來越高了，我們可以形象地說，信息之路越來越寬了。形象地說，信息之路越來越寬了。頻率頻率越多越多 微波的波長在微波的波長在10m1mm之間，頻率為之間，頻率為30MHz3105MHz。一條微波線路可以同時(shí)開通幾千、幾萬路電。一條微波線路可以同時(shí)開通幾千、幾萬

3、路電話。話。一、微波通信一、微波通信 微波的性質(zhì)更接近光波，大微波的性質(zhì)更接近光波，大致沿直線傳播，不能沿地球表面致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。因此，必須每隔繞射。因此，必須每隔50km左左右就要建設(shè)一個(gè)微波中繼站，把右就要建設(shè)一個(gè)微波中繼站，把上一站傳來的信號處理后，再發(fā)上一站傳來的信號處理后，再發(fā)射到下一站去。而且，信號傳遞射到下一站去。而且，信號傳遞的距離越遠(yuǎn)，需要的中繼站越多。的距離越遠(yuǎn)，需要的中繼站越多。在遇到雪山、大洋，根本無法建在遇到雪山、大洋，根本無法建設(shè)中繼站時(shí)，又該怎么辦？設(shè)中繼站時(shí)，又該怎么辦？能不能不能利用地球的衛(wèi)星能利用地球的衛(wèi)星月球進(jìn)行月球進(jìn)行微波中繼通信呢？微

4、波中繼通信呢？ AB微波中繼通信微波中繼通信微波中繼通信微波中繼通信AB 月球是地球的衛(wèi)星，可月球是地球的衛(wèi)星，可以反射微波，但它離我們太以反射微波，但它離我們太遠(yuǎn)了遠(yuǎn)了38萬千米！信號衰萬千米！信號衰減、時(shí)間延遲，而且只有當(dāng)減、時(shí)間延遲，而且只有當(dāng)兩個(gè)通信點(diǎn)同時(shí)見到月亮?xí)r，兩個(gè)通信點(diǎn)同時(shí)見到月亮?xí)r，才能完成這兩點(diǎn)間的通信。才能完成這兩點(diǎn)間的通信。一、微波通信一、微波通信 現(xiàn)在現(xiàn)在, ,人類可以人類可以用通信衛(wèi)星做微波通用通信衛(wèi)星做微波通信的中繼站來進(jìn)行通信的中繼站來進(jìn)行通信。信。 通信衛(wèi)星大多是通信衛(wèi)星大多是相對地球相對地球“靜止靜止”的的同步衛(wèi)星，從地面上同步衛(wèi)星，從地面上看，它好像懸掛在

5、空看，它好像懸掛在空中靜止不動。中靜止不動。 二、衛(wèi)星通信二、衛(wèi)星通信 同步通信衛(wèi)星繞地同步通信衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的周期跟地球自球轉(zhuǎn)動的周期跟地球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以叫轉(zhuǎn)的周期相同，所以叫做做“同步同步”衛(wèi)星。衛(wèi)星。 用三顆同步衛(wèi)星用三顆同步衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)全球通信就可以實(shí)現(xiàn)全球通信二、衛(wèi)星通信二、衛(wèi)星通信 在地球的周圍均勻地在地球的周圍均勻地配置配置3顆同步通信衛(wèi)星，顆同步通信衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實(shí)現(xiàn)全球通信。面，可以實(shí)現(xiàn)全球通信。它們就像幾個(gè)太空微波中它們就像幾個(gè)太空微波中繼站，從一個(gè)地面站接收繼站，從一個(gè)地面站接收的電信號，經(jīng)過處理后，的電信號，經(jīng)過處理后

6、，再發(fā)送到另一個(gè)或幾個(gè)地再發(fā)送到另一個(gè)或幾個(gè)地面站。面站。 現(xiàn)在通過衛(wèi)星電視，一個(gè)地方出現(xiàn)的突發(fā)事現(xiàn)在通過衛(wèi)星電視，一個(gè)地方出現(xiàn)的突發(fā)事件，全世界的人們幾乎可以立刻看到現(xiàn)場的畫面。件，全世界的人們幾乎可以立刻看到現(xiàn)場的畫面。二、衛(wèi)星通信二、衛(wèi)星通信碟形天線用來接收來自衛(wèi)碟形天線用來接收來自衛(wèi)星的信號星的信號 利用衛(wèi)星來發(fā)射和接收電磁波信號應(yīng)用非常利用衛(wèi)星來發(fā)射和接收電磁波信號應(yīng)用非常廣泛，例如中國建立的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可提廣泛，例如中國建立的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可提供全天候的即時(shí)定位服務(wù)。供全天候的即時(shí)定位服務(wù)。練習(xí)練習(xí) 現(xiàn)在許多長途電話是以地球同步衛(wèi)星做中繼現(xiàn)在許多長途電話是以地球同步衛(wèi)星做

7、中繼站的。打這種長途電話時(shí)，會感到對方的反應(yīng)有站的。打這種長途電話時(shí)，會感到對方的反應(yīng)有些延遲。造成這種延遲的原因之一，是無線電波些延遲。造成這種延遲的原因之一，是無線電波在射向衛(wèi)星和從衛(wèi)星返回時(shí)需要一定的時(shí)間。假在射向衛(wèi)星和從衛(wèi)星返回時(shí)需要一定的時(shí)間。假設(shè)某人造衛(wèi)星與地球的距離是設(shè)某人造衛(wèi)星與地球的距離是36 000 km，請你估，請你估算延遲的時(shí)間。算延遲的時(shí)間。 為什么打市內(nèi)電話時(shí)沒有這種延遲？為什么打市內(nèi)電話時(shí)沒有這種延遲？解：延遲的時(shí)間解：延遲的時(shí)間 t=s/v=( (3.6107m2)/()/(3108m/s) )=0.72s 市內(nèi)電話距離中繼站很近，電磁波的傳輸時(shí)市內(nèi)電話距離中繼

8、站很近，電磁波的傳輸時(shí)間可以忽略不計(jì)，所以幾乎感覺不到延遲。間可以忽略不計(jì)，所以幾乎感覺不到延遲。三、光纖通信三、光纖通信 我們已經(jīng)知道，電磁波的傳我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度等于光速，實(shí)際上光也是播速度等于光速，實(shí)際上光也是一種電磁波。與微波相比，光的一種電磁波。與微波相比，光的頻率更高。如果用光來通信，這頻率更高。如果用光來通信，這條條“高速公路高速公路”要比短波、微波要比短波、微波的的“公路公路”寬出百萬倍、千萬倍。寬出百萬倍、千萬倍。不過，普通的光源包含了許多不不過，普通的光源包含了許多不同波長（頻率）的光，難以用它同波長（頻率）的光，難以用它攜帶信息。攜帶信息。三、光纖通信三、光纖

9、通信 1960年，美國科學(xué)家年，美國科學(xué)家 制成了世界上第一制成了世界上第一臺紅寶石激光器，它能產(chǎn)生頻率單一，方向高度臺紅寶石激光器，它能產(chǎn)生頻率單一，方向高度集中的光集中的光 。 1966年，華裔物理學(xué)家年，華裔物理學(xué)家高錕高錕提出用光纖通信的提出用光纖通信的構(gòu)想，這使得用光進(jìn)行通信的幻想得以實(shí)現(xiàn)。構(gòu)想，這使得用光進(jìn)行通信的幻想得以實(shí)現(xiàn)。 通信用的激光一般在通信用的激光一般在特殊特殊的管道的管道 中中傳播。傳播。 激光激光梅曼梅曼光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維石英光纖石英光纖 演演 示示 如圖，把大塑料瓶用如圖，把大塑料瓶用不透光的紙包上，瓶的側(cè)不透光的紙包上，瓶的側(cè)壁開個(gè)小孔。塑料瓶內(nèi)盛壁開個(gè)小孔。塑料

10、瓶內(nèi)盛水，水面上方放一個(gè)發(fā)光水，水面上方放一個(gè)發(fā)光小燈泡。當(dāng)水從小孔流出小燈泡。當(dāng)水從小孔流出時(shí)，你會看到光隨著彎彎時(shí)，你會看到光隨著彎彎的水流照到地面，在地面的水流照到地面，在地面產(chǎn)生一個(gè)光斑。產(chǎn)生一個(gè)光斑。 石英光纖石英光纖 如圖，光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在內(nèi)壁上多次反如圖，光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在內(nèi)壁上多次反射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到了遠(yuǎn)方。射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到了遠(yuǎn)方。光導(dǎo)纖維是很細(xì)很細(xì)的玻璃絲，通常數(shù)條光纖并成一束再光導(dǎo)纖維是很細(xì)很細(xì)的玻璃絲，通常數(shù)條光纖并成一束再敷上保護(hù)層，制成光纜，用來傳遞電視、電話等多種信息。敷上保護(hù)層，制成光纜，用來傳遞

11、電視、電話等多種信息。由于光的頻率很高。在一定時(shí)間內(nèi)可以傳輸大量信息。由于光的頻率很高。在一定時(shí)間內(nèi)可以傳輸大量信息。 我國光纜通信的發(fā)展十分迅速，目前光纜可以通達(dá)所我國光纜通信的發(fā)展十分迅速，目前光纜可以通達(dá)所有地區(qū)（市、州），而且還與其他國家合作修建了跨越太有地區(qū)（市、州），而且還與其他國家合作修建了跨越太平洋的海底光纜。光纖通信已經(jīng)成為我國長途通信的骨干平洋的海底光纜。光纖通信已經(jīng)成為我國長途通信的骨干力量。力量。 三、光纖通信三、光纖通信 計(jì)算機(jī)可以高速處理各種信息，把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起，計(jì)算機(jī)可以高速處理各種信息，把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。如果某人的計(jì)算機(jī)跟一個(gè)叫做服務(wù)可以進(jìn)行

12、網(wǎng)絡(luò)通信。如果某人的計(jì)算機(jī)跟一個(gè)叫做服務(wù)器的大計(jì)算機(jī)相聯(lián)，就是平常說的器的大計(jì)算機(jī)相聯(lián)，就是平常說的“上網(wǎng)上網(wǎng)”。目前人們目前人們經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)通信形式是經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)通信形式是電子郵件電子郵件，如圖，如圖21.48所示。所示。當(dāng)甲給乙發(fā)送一封電子郵件時(shí)，他的服務(wù)器當(dāng)甲給乙發(fā)送一封電子郵件時(shí)，他的服務(wù)器A把郵件送到把郵件送到乙的服務(wù)器乙的服務(wù)器B，儲存起來。一旦乙，儲存起來。一旦乙“上網(wǎng)上網(wǎng)”，他就能從自，他就能從自己的服務(wù)器己的服務(wù)器B得到這個(gè)郵件。每個(gè)電子信箱都有自己的地得到這個(gè)郵件。每個(gè)電子信箱都有自己的地址，這樣才能把郵件送到正確的地方。址，這樣才能把郵件送到正確的地方。四、網(wǎng)絡(luò)通信四

13、、網(wǎng)絡(luò)通信 例如，例如，某電子信箱的地址是某電子信箱的地址是，這表示信箱屬于一個(gè)自稱這表示信箱屬于一個(gè)自稱“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫的人，他的服務(wù)器名叫。其中其中“cn”是是China的簡寫，表示這個(gè)服務(wù)的簡寫，表示這個(gè)服務(wù)器是在中國注冊的。器是在中國注冊的。 電子郵件像電話一樣快，同時(shí)又像信件一樣方便，電子郵件像電話一樣快，同時(shí)又像信件一樣方便，收件人可以在任何時(shí)候通過上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)或手機(jī)打開信收件人可以在任何時(shí)候通過上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)或手機(jī)打開信箱，查看郵件。除了文字之外，我們也可以把照片、語箱，查看郵件。除了文字之外，我們也可以把照片、語音及任何信息變成數(shù)字文件用電子郵件傳送。音及任

14、何信息變成數(shù)字文件用電子郵件傳送。四、網(wǎng)絡(luò)通信四、網(wǎng)絡(luò)通信 世界上凡是計(jì)算機(jī)集中的地方，例如企業(yè)、機(jī)關(guān)、世界上凡是計(jì)算機(jī)集中的地方，例如企業(yè)、機(jī)關(guān)、居民小區(qū)等，大都已經(jīng)把自己的計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起了。這居民小區(qū)等，大都已經(jīng)把自己的計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起了。這些網(wǎng)絡(luò)又互相聯(lián)結(jié)，成為世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，叫些網(wǎng)絡(luò)又互相聯(lián)結(jié)，成為世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，叫做因特網(wǎng)，這樣就能做到信息資源的共享。除了收發(fā)電做因特網(wǎng)，這樣就能做到信息資源的共享。除了收發(fā)電子郵件外，我們還可以從網(wǎng)上看到不斷更新的新聞，查子郵件外，我們還可以從網(wǎng)上看到不斷更新的新聞，查到所需的各種資料。到所需的各種資料。 計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)結(jié)，除了使用金屬