第二十一章 信息的傳遞（知識清單）-九年級物理全一冊同步備課系列（人教版）（學(xué)生版）

第二十一章信息的傳遞（知識清單）第1節(jié)現(xiàn)代順風(fēng)耳——電話一、電流把信息傳到遠(yuǎn)方1.電話的結(jié)構(gòu)及工作原理最簡單的電話由和組成。為了完成通話，話筒和聽筒之間要連上一對電話線。話筒把聲音轉(zhuǎn)換成變化的，電流沿著導(dǎo)線把信息傳到遠(yuǎn)方。在另一端，電流使聽筒的膜片，攜帶信息的電流又轉(zhuǎn)換成了。電話電話話筒聽筒（1）話筒①主要組成：和等。②作用：把信號變成信號（即變化的電流）。③工作原理：當(dāng)人對著話筒講話時，聲波使膜片振動，膜片忽松忽緊地?cái)D壓碳粒，電阻隨之發(fā)生變化，在電路中產(chǎn)生隨聲音振動而變化的電流，話筒相當(dāng)于一個可變電阻器。（2）聽筒①主要組成：、。②作用：把信號還原成信號。③工作原理：當(dāng)從話筒中傳來隨說話聲音的振動而產(chǎn)生強(qiáng)弱變化的電流時，電磁鐵對膜片的吸引力大小也發(fā)生變化，使膜片振動起來，產(chǎn)生和對方說話聲音相同的聲音，把電信號轉(zhuǎn)換為聲信號。2.電話機(jī)工作電路圖同一部電話中，話筒和聽筒是的；兩部電話中（對方的電話），話筒與對方的聽筒是的，對方的話筒與自己的聽筒是的（均選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）。二、電話交換機(jī)1.電話交換機(jī)的作用電話交換機(jī)的作用：減少電話線的，提高線路的。便于通話時接通，通話完畢斷開。電話交換機(jī)電話交換機(jī)的連接電話交換機(jī)電話交換機(jī)的連接2.電話交換機(jī)的連接（1）一個地區(qū)的電話都接到同一臺交換機(jī)上，每部電話都編上號碼。使用時，交換機(jī)把需要通話的兩部電話接通，通話完畢再將線路斷開。（2）如果在一臺交換機(jī)與另一臺交換機(jī)之間連上若干電話線，這樣兩個不同的交換機(jī)的用戶就能互相通電話了。例如：北京地區(qū)電話交換機(jī)的編號（即區(qū)號）010，上海地區(qū)電話交換機(jī)的編號（即區(qū)號）021。使用時，交換機(jī)把需要通話的兩部電話接通，通話完畢再將線路斷開。3.電話交換機(jī)的發(fā)展（1）早期的電話交換機(jī)是依靠話務(wù)員操作來接線和斷線的，工作效率低，勞動強(qiáng)度大。（2）1891年出現(xiàn)了電話交換機(jī)，它通過電磁繼電器進(jìn)行接線。（3）現(xiàn)代的程控電話交換機(jī)利用了技術(shù)，只要事先給交換機(jī)中的電腦輸入所需的程序，電腦就能“見機(jī)行事”，能按用戶所撥的號碼自動接通話機(jī)。4.電話“占線”的原因打電話時，有時出現(xiàn)“占線”現(xiàn)象。實(shí)際上，當(dāng)時對方的話機(jī)并不一定在使用，而常常是兩臺交換機(jī)之間有太多的用戶要通話，它們之間的不夠用了。這個現(xiàn)象在打長途電話時比較常見。三、模擬通信和數(shù)字通信1.模擬通信與數(shù)字通信（1）模擬通信在話筒將聲音轉(zhuǎn)換成信號電流時，這種信號電流的頻率、振幅變化的情況跟的頻率、振幅變化的情況完全一樣，“模仿”著聲信號的“一舉一動”。這種電流傳遞的信號叫做信號，使用模擬信號的通信方式叫做通信。（2）數(shù)字通信①用不同符號的不同組合表示的信號叫信號，這種通信方式叫通信。莫爾斯電碼莫爾斯電碼常見數(shù)字信號的組成方式②常見數(shù)字信號的組成方式用點(diǎn)和畫；發(fā)聲、發(fā)光的長短；電壓、電流的有無；數(shù)字0和1；磁體的N、S極等不同符號信息都可組成數(shù)字信號，用來傳遞豐富多彩的聲音、圖像等各種信息。數(shù)字通信是一種既現(xiàn)代又古老的通信方式。烽火、旗語、電報(bào)和網(wǎng)絡(luò)等傳遞信息的方式都是通信（選填“模擬”或“數(shù)字”）。2.模擬通信與數(shù)字通信的特點(diǎn)（1）模擬信號模擬信號在長距離傳輸和多次加工、放大的過程中，信號電流的波形會改變，從而使信號丟失一些信息，表現(xiàn)為、的失真，嚴(yán)重時會使通信中斷。模擬信號模擬信號數(shù)字信號（2）數(shù)字信號目前，通常的數(shù)字信號只包含種不同的狀態(tài)，形式簡單，所以能力特別強(qiáng)。由于電子計(jì)算機(jī)是以數(shù)字形式工作的，數(shù)字信號可以很方便地用電子計(jì)算機(jī)加工處理，發(fā)揮計(jì)算機(jī)的巨大威力。數(shù)字信號還可以通過不同的編碼進(jìn)行加密。現(xiàn)代的電話已全部采用數(shù)字信號進(jìn)行傳輸和處理，用數(shù)字信號傳輸?shù)碾娨暪?jié)目也已經(jīng)進(jìn)入家庭。第2節(jié)電磁波的海洋一、電磁波是怎樣產(chǎn)生的1.水波、聲波的產(chǎn)生聲波與水波都是都是由于物體發(fā)生產(chǎn)生的。水波聲波水波聲波2.實(shí)驗(yàn)探究：電磁波是怎樣產(chǎn)生的【實(shí)驗(yàn)】（1）如圖所示，打開收音機(jī)的開關(guān)，旋至沒有電臺的位置，將音量調(diào)大，取一節(jié)干電池和一根導(dǎo)線，拿到收音機(jī)附近；（2）先將導(dǎo)線的一端與電池的負(fù)極相連，再將導(dǎo)線的另一端與正極相連，從收音機(jī)中能聽到一次“喀喀”聲后，之后就“喀喀”的聲音了（選填“有”或“沒有”）；（3）將導(dǎo)線的一端與電池的其中一極反復(fù)摩擦，使它們時斷時續(xù)地接觸，能從收音機(jī)中不斷聽到“喀喀”聲?！緦?shí)驗(yàn)分析】（1）用導(dǎo)線連接電池正、負(fù)極。剛接通時電流從無到有，聽到“喀喀”聲，說明變化的電流電磁波。接通后電流穩(wěn)定不再變化，沒有聲音，說明穩(wěn)定的電流電磁波（均選填“產(chǎn)生”或“不產(chǎn)生”）。（2）導(dǎo)線的一端摩擦電池的一極，導(dǎo)線中電流不斷變化，聽到連續(xù)不斷的“喀喀”聲，說明變化的電流電磁波（選填“產(chǎn)生”或“不產(chǎn)生”）?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】當(dāng)電路中有迅速的電流時，其周圍會產(chǎn)生電磁波。3.電磁波的產(chǎn)生（1）電磁波：導(dǎo)線中會在空間激起（產(chǎn)生）電磁波。（2）電磁波傳遞信息：廣播電臺、電視臺以及移動電話靠復(fù)雜的電子線路來產(chǎn)生迅速變化的電流，發(fā)出。雖然電磁波看不見、摸不到，但它確實(shí)可以給我們傳遞各種。二、電磁波是怎樣傳播的1.波長、頻率、波速（1）波長在一列波的傳播中，凸起的最高處叫做；凹下的最低處叫做。鄰近兩個波峰（或波谷）之間的距離叫做，用λ表示。單位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。（2）頻率波在1秒內(nèi)傳播的個數(shù)叫做波的頻率。用字母f表示。單位：（Hz），其他單位有千赫（kHz）、兆赫（MHz）。如上右圖，這是某一列波在0.2秒內(nèi)傳播的情況，則波長個數(shù)為個，該波的頻率f=Hz（3）波速波不停地向遠(yuǎn)處傳播，用來描述波傳播的物理量叫做波速；單位：（m/s）。（4）波速、波長與頻率的關(guān)系：波速=，即v=λf。如上右圖所示，如果該波的波長為0.1m，頻率f=30Hz，則波速v=λf=m/s2.探究電磁波的傳播【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】如圖所示，將一部手機(jī)置于一密封玻璃罩內(nèi)，用另一部手機(jī)呼叫它，可以聽到玻璃罩內(nèi)的手機(jī)發(fā)出的鈴聲，同時看見手機(jī)屏幕閃爍。然后，用抽氣機(jī)逐漸向外抽氣會發(fā)現(xiàn)鈴聲越來越小，但玻璃罩內(nèi)的手機(jī)屏幕仍然閃爍，同時呼叫它的手機(jī)也仍然是連通狀態(tài)?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】電磁波的傳播不需要，電磁波能夠在中傳播。3.描述電磁波的物理量（1）電磁波的波速真空中電磁波的波速為c，其數(shù)值大約為30萬千米每秒。目前公認(rèn)的數(shù)值是c=2.99792458×108m/s=m/s，電磁波的傳播速度與在真空中的傳播速速相同。（2）電磁波的頻率電磁波頻率的單位也是（Hz）。因?yàn)橥ǔｋ姶挪ǖ念l率都很高，所以常用的單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。4.電磁波家族及電磁波的應(yīng)用（1）電磁波家族電磁波有無線電波、、可見光、、、γ射線等。各種光和射線都是波長不同的。（2）無線電波①定義：電磁波中用于廣播、和的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分，叫做無線電波（無線電技術(shù)中使用的電磁波）。②特點(diǎn)：無線電波的波長從幾毫米到幾千米，通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成幾個波段，包括長波、中波、、等。（3）電磁波的應(yīng)用①無線電波：用于、和移動電話；②紅外線：家電的；③微波：可用來；④紫外線：可用來；⑤X射線：醫(yī)學(xué)上用來做檢查；⑥γ射線：可用來金屬探傷；⑦探測宇宙：射電望遠(yuǎn)鏡。5.微波爐（1）微波爐的原理我們生活中常常見到的微波爐，就是用來加熱食品的。微波爐內(nèi)有很強(qiáng)的電磁波，它的波長很，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下劇烈振動，使得內(nèi)能增加，溫度升高。（2）使用微波爐的注意事項(xiàng)食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波爐中溫度上升更快。微波爐中使用金屬容器（選填“能”或“不能”），因?yàn)闀p壞微波爐。微波同其他頻率的電磁波一樣，過量的照射對人體（選填“有害”或“有益”）。第3節(jié)廣播、電視和移動通信一、無線電廣播信號的發(fā)射和接收1.信號的發(fā)射——廣播電臺完成（1）主要由三部分組成：、調(diào)制器、。（2）無線電廣播信號的發(fā)射由廣播電臺完成。話筒把播音員的聲音信號轉(zhuǎn)換成信號，然后用把音頻電信號加載到高頻電流上，再通過天線產(chǎn)生發(fā)射到空中。2.信號的接收——收音機(jī)完成（1）選臺：為接收在空間傳播的無線電波，收音機(jī)使用進(jìn)行接收。利用收音機(jī)的“”，可以選出我們需要的某一頻率的電磁波，這一過程叫做選臺（調(diào)諧）。（2）解調(diào)：由調(diào)諧器選出的信號含有高頻電流成分，需要通過“”將其濾去，把音頻信號留下。（3）放大：把音頻信號放大后送到揚(yáng)聲器里，這一過程叫做放大。（4）揚(yáng)聲器把音頻信號轉(zhuǎn)換為信號。3.擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)——電磁波的發(fā)射與接收電磁波的發(fā)射與接收可以用下列數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備來直觀地顯現(xiàn)。如圖所示，電磁波發(fā)射器可以發(fā)射不同的電磁波，接收器接收到電磁波信號后，通過傳感器、采集器將電磁波信號輸入到，我們就可以在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察到。改變發(fā)射器發(fā)出的電磁波的頻率，可以觀察信號的變化。二、電視的發(fā)射和接收1.電視信號的發(fā)射攝像機(jī)把圖像信號變成信號，發(fā)射機(jī)把電信號加載到頻率很高的上，通過發(fā)射發(fā)射到空中。2.電視信號的接收電視機(jī)的接收把高頻信號接收通過把信號取出并放大，由把它還原成圖像。三、移動電話1.移動電話的工作原理移動電話是靠空間的來傳遞信息的；移動電話既是無線電臺，也是無線電臺（發(fā)射接收二合一）。它用電磁波把講話的信息發(fā)射到空中；同時它又在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息。2.移動電話的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：移動電話的體積小，使用方便，使用半徑大，不需電話線。（2）缺點(diǎn)：只能在攜帶信號的電磁波能夠輻射到的區(qū)域內(nèi)才能夠進(jìn)行通話，受區(qū)域限制。3.基地臺移動電話的體積很小，發(fā)射功率不大；它的天線也很簡單，靈敏度不高。因此，它跟其他用戶的通話要靠較大的固定轉(zhuǎn)接。這種固定的電臺叫做，跟電話交換機(jī)相連。城市中高大建筑物上常常可以看到移動通信基地臺的天線。移動電話移動電話無繩電話4.無繩電話有一種可移動的電話叫無繩電話，座機(jī)和手機(jī)之間沒有電話線，但各有一個天線，它們通過來溝通。無繩電話的主機(jī)接在市話網(wǎng)上，相當(dāng)于一個小型。手機(jī)不能離主機(jī)太遠(yuǎn)，工作區(qū)域大約在幾十米到幾百米范圍內(nèi)。5.音頻、視頻、射頻和頻道（1）音頻信號由聲音轉(zhuǎn)換成的信號，它的頻率跟聲音的頻率相同，在幾十赫到幾千赫之間，叫音頻信號。（2）視頻信號由圖像轉(zhuǎn)換成的信號，它的頻率在幾赫到幾兆赫之間，叫做視頻信號。（3）射頻電流音頻電流和視頻電流在空間激發(fā)電磁波的能力都很差，需要把它們加載到更高的電流上，產(chǎn)生發(fā)射到天空中，這種電流叫做射頻電流。觀看數(shù)字光碟DCD時不需要把信號發(fā)射到天空，可以直接把音頻信號和視頻信輸給電視機(jī)，這時就要分別把DCD機(jī)送來的音頻、視頻信號接到電視機(jī)上標(biāo)著A、V字母的插口上。（4）頻道不同的電視臺使用不同的范圍進(jìn)行廣播，以免互相干擾；這一個個不同的頻率范圍叫頻道。第4節(jié)越來越寬的信息之路一、微波通信1.傳輸信息與頻率的關(guān)系信息理論表明：作為載體的電磁波，頻率越，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮?。相同時間內(nèi)，電視廣播比電臺廣播能傳遞更的信息。2.微波（1）波長和頻率范圍：微波波長在m~mm之間，頻率在30MHz~3×105MHz之間。（2）性質(zhì)：微波的性質(zhì)接近光波，大致沿傳播，不能沿地球表面繞射。3.微波通信（1）概念：利用微波進(jìn)行的通信稱為通信。（2）微波中繼站：微波大致沿直線傳播，不能繞地球表面繞射。因此必須每隔50km左右就要建設(shè)一個，可以把上一站傳來的微波信號經(jīng)過接收、放大處理后，再發(fā)射到下一站去。（3）微波通信的優(yōu)點(diǎn)①頻率，傳輸信息的容量大；②質(zhì)量好，可以傳送很遠(yuǎn)的；③大致沿直線傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號強(qiáng)且穩(wěn)定。（4）微波通信的缺點(diǎn)需要大量中繼站進(jìn)行信號處理，且信號傳遞的距離越遠(yuǎn)，需要的中繼站越多。在遇到雪山、大洋，根本無法建設(shè)中繼站時，微波通信幾乎無法繼續(xù)。二、衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信的概念利用通信衛(wèi)星做微波通信的來進(jìn)行通信的方式叫衛(wèi)星通信。2.同步通信地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，是運(yùn)行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，距離地球約36000km，衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向、運(yùn)動周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間，所以叫做“同步通信衛(wèi)星”。3.全球通信在地球周圍均勻地配置顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實(shí)現(xiàn)全球通信。4.衛(wèi)星通信的組成由、和傳輸系統(tǒng)三部分組成。衛(wèi)星通信的工作原理是將衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空36000km處的對地靜止軌道上，利用衛(wèi)星上的通信轉(zhuǎn)發(fā)器接收由地面站發(fā)射的信號，并對信號進(jìn)行放大變頻后轉(zhuǎn)發(fā)給其他，從而完成兩個之間的傳輸。5.衛(wèi)星通信特點(diǎn)通信范圍大，只要在衛(wèi)星發(fā)射的電磁波覆蓋的范圍內(nèi)均可進(jìn)行通信；不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快；易于實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信。6.中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。

三、光纖通信1.激光（1）激光的概念：頻率、方向高度的光叫激光。（2）激光通信容量更大：我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度等于光速，實(shí)際上光也是一種電磁波。與微波相比，光的頻率更高。如果用光來通信，這條“高速公路”要比短波、微波的“公路”寬出百萬倍、千萬倍。2.光導(dǎo)纖維（1）光導(dǎo)纖維簡稱光纖，是一種非常細(xì)的玻璃絲，可在光纖里傳播，不受外界干擾。實(shí)用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125~140μm。一般所說的光纖是由纖芯和包層組成，纖芯完成信號的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號封閉在纖芯中傳輸并起到保護(hù)纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構(gòu)成光纜。（2）光導(dǎo)纖維傳光原理光導(dǎo)纖維傳播激光的原理是光的全。攜帶信息的激光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在光纖內(nèi)部傳播時，發(fā)生的是全，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。3.光纖通信光纖通信是利用在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的一種通信方式。由于光的頻率很高，在一定時間內(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力量。4.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很；（2）光纖衰減小，無中繼設(shè)備，傳輸距離；（3）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，保密性好。