第17章 電磁波與現(xiàn)代通信 講義-2020-2021學(xué)年蘇科版九年級(jí)物理下冊(cè)（機(jī)構(gòu)專(zhuān)用）

電磁波與現(xiàn)代通信【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道信息的定義，了解人類(lèi)特有的信息有哪三種；2.知道信息和信息傳播活動(dòng)經(jīng)歷的五次巨大變革，了解早期的信息傳播工具，發(fā)現(xiàn)這些工具的優(yōu)缺點(diǎn)；3.認(rèn)識(shí)波的基本特征，知道波能夠傳播周期性變化的運(yùn)動(dòng)形態(tài)、能量、以及信息；4.了解振動(dòng)的振幅、周期與頻率，波長(zhǎng)與波速的物理意義，知道它們是描述波的性質(zhì)的物理量；5.了解衛(wèi)星通信和光纖通信的原理，知道其優(yōu)缺點(diǎn)；6.了解互聯(lián)網(wǎng)，知道互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、信息與信息傳播1.信息傳播：（1）人類(lèi)特有的三種信息：語(yǔ)言、符號(hào)和圖像。（2）通信：信息必須通過(guò)傳播才有實(shí)際意義，以特定的手段和方式進(jìn)行的信息傳播活動(dòng)，稱(chēng)為通信。（3）信息和信息傳播的五次巨大變革：語(yǔ)言的誕生、文字的誕生、印刷術(shù)的誕生、電磁波的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。2.早期的信息傳播工具：烽火臺(tái)、驛站、莫爾斯發(fā)明的電報(bào)機(jī)、貝爾研制的早期的電話(huà)。要點(diǎn)二、電磁波及其傳播1.波的基本特征：（1）振幅：振動(dòng)的幅度，用字母A表示。它反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱。（2）周期：振動(dòng)一次所需要的時(shí)間，用字母T表示，單位是秒（s）.（3）頻率：其數(shù)值等于每秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，用字母表示。頻率與周期反映了振動(dòng)的快慢，它們的關(guān)系是：。（4）波長(zhǎng)：波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離，用字母表示。（5）波速：波傳播的速度，用字母表示。2.了解電磁波：（1）電磁波：電磁波是在空間傳播的周期性變化的電磁場(chǎng)。（2）電磁波的產(chǎn)生：變化的電流能在周?chē)目臻g中產(chǎn)生電磁波。（3）電磁波可以在真空中傳播，電磁波在真空中的傳播的速度為3×108m/s，光波屬于電磁波。（4）電磁波譜：電磁波譜是按波長(zhǎng)（或頻率）連續(xù)排列的電磁波序列。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?.電磁波是一個(gè)大家族，紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等，都是家族中的成員，只是它們各有不同的波長(zhǎng)和頻率范圍。通常用于廣播、電視和移動(dòng)電話(huà)的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分，叫做無(wú)線(xiàn)電波。2.頻率的單位：赫茲（Hz）1kHz=103Hz；1MHz=106Hz；1GHz=109Hz。3.波速與波的頻率、波長(zhǎng)的關(guān)系是：波速=波長(zhǎng)×頻率；用表示電磁波的頻率，表示電磁波的波長(zhǎng)，c表示電磁波在真空中的速度，則：。要點(diǎn)三、現(xiàn)代通信技1.衛(wèi)星通信：（1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由通信衛(wèi)星（空間部分）和通信地面站（地面部分）兩大部分組成的。（2）在赤道上空約36000km高度的圓形軌道上，均勻地布置三顆地球同步衛(wèi)星，就能使通信范圍幾乎覆蓋地球上各個(gè)角落。（3）衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)：覆蓋面大、通信距離長(zhǎng)、不受地理環(huán)境限制等許多優(yōu)點(diǎn)。（4）衛(wèi)星通信的應(yīng)用：電話(huà)、電報(bào)、電視廣播、全球定位、導(dǎo)航。2.光纖通信：（1）光纖通信：光纖通信是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的一種通信方式。（2）光導(dǎo)纖維：能夠傳輸光信號(hào)的及其纖細(xì)的材料稱(chēng)為光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱(chēng)光纖。（3）光纜：由很多根光纖制成的光信號(hào)傳輸線(xiàn)稱(chēng)為光纜。（4）光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：光纖不導(dǎo)電，不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所有不會(huì)受外界電磁場(chǎng)的干擾。光纖不怕濕、耐腐蝕、能量損耗低，所以通信質(zhì)量比其他有線(xiàn)通信高。3.網(wǎng)絡(luò)通信：（1）互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)由計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)及其附屬設(shè)備連接起來(lái)的全球通信網(wǎng)絡(luò)。（2）利用互聯(lián)網(wǎng)可以向全球的互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)發(fā)送電子郵件，召開(kāi)分散于世界各地的有關(guān)人員的視頻會(huì)議。（3）“信息高速公路”：集衛(wèi)星通信、光纖通信、數(shù)據(jù)通信、移動(dòng)通信等技術(shù)于一身，利用光纜和各級(jí)計(jì)算機(jī)把所有的通信系統(tǒng)連接在一起，組成了一個(gè)高速傳遞信息的網(wǎng)絡(luò)。人們通俗地把這種國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施稱(chēng)為“信息高速公路”。要點(diǎn)詮釋?zhuān)?.光纖通信中，首先利用電光轉(zhuǎn)換技術(shù)把電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，并通過(guò)光纖傳遞到接收端，然后把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。2.“信息高速公路”的建立和發(fā)展，極大地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、教育等的發(fā)展，改變著人們的工作方式和生活方式，使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代。【典型例題】類(lèi)型一、基礎(chǔ)知識(shí)1.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋中國(guó)全境及周邊國(guó)家地區(qū)，該系統(tǒng)在傳遞信息過(guò)程中可以接收頻率為1626MHz、2010MHz、2483MHz的微波輻射。下列說(shuō)法正確的是（）A．微波不屬于電磁波B．微波是可見(jiàn)光C．這三種微波在真空中傳播速度相同D．這三種微波在真空中波長(zhǎng)一樣【答案】C【解析】A、微波屬于電磁波，故A錯(cuò)誤；B、微波是看不見(jiàn)，不屬于可見(jiàn)光，所以B是錯(cuò)誤的；C、各種頻率的電磁波的傳播速度都是一定的，故C正確；D、真空中電磁波的波速大約30萬(wàn)千米每秒，波速等于波長(zhǎng)和頻率的乘積，頻率越高的電磁波波長(zhǎng)越短，故D錯(cuò)誤。故選C。【總結(jié)升華】此題考查電磁波的種類(lèi)、波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系，以及電磁波的傳播速度，是一道綜合題。舉一反三：【變式】長(zhǎng)波在真空中的傳播速度是m/s，這個(gè)速度與在真空中傳播的速度相同。在空氣中的傳播速度近似等于千米/秒?！敬鸢浮?×108；光；3×1052.現(xiàn)在家庭中使用的電器較多，例如：①吸塵器；②手機(jī)；③空調(diào)；④電視遙控器；⑤洗衣機(jī)。其中，應(yīng)用電磁波工作的一組電器是（）A．①②B．③④C．②④D．②⑤【思路點(diǎn)撥】（1）電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體要發(fā)熱，這是電流的熱效應(yīng)。

（2）電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體具有了磁性，這是電流的磁效應(yīng)。

（3）電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)體發(fā)生了化學(xué)變化，這是電流的化學(xué)效應(yīng)?！敬鸢浮緾【解析】①吸塵器靠電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而工作，其工作原理是利用電流的磁效應(yīng)；

②手機(jī)是利用電磁波來(lái)完成信號(hào)的接收和發(fā)射；

③空調(diào)是利用了物態(tài)變化的吸放熱過(guò)程；

④電視遙控器利用紅外線(xiàn)進(jìn)行遙控，紅外線(xiàn)是一種電磁波，與電磁波的應(yīng)用有關(guān)；

⑤洗衣機(jī)靠電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而工作，其工作原理是利用電流的磁效應(yīng)。故選C?！究偨Y(jié)升華】本題考查了電磁波的應(yīng)用，體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的課標(biāo)理念。3.親愛(ài)的同學(xué)，你聽(tīng)說(shuō)過(guò)電磁波的屏蔽嗎，怎樣屏蔽電磁波呢？動(dòng)手做一做：（1）將手機(jī)放置在紙容器中，蓋上蓋，再打電話(huà)呼叫容器中的手機(jī)，注意將手機(jī)設(shè)置到響鈴狀態(tài)。這時(shí)，手機(jī)（填“能”或“不能”）收到呼叫信號(hào)。（2）將手機(jī)放置在金屬容器中，蓋上蓋，打電話(huà)呼叫金屬容器中的手機(jī)。這時(shí)，手機(jī)（填“能”或“不能”）收到呼叫信號(hào)。活動(dòng)表明，金屬容器（填“能”或“不能”）屏蔽電磁波。你能運(yùn)用以上所學(xué)知識(shí)解釋以下現(xiàn)象嗎？試試看。謝老師在一次乘坐市中心商業(yè)城的電梯時(shí)，發(fā)現(xiàn)性能完好的手機(jī)接收不到信號(hào)?！敬鸢浮浚?）能；（2）不能；能；電梯對(duì)電磁波有屏蔽作用【解析】電磁波是由變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)組成的，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，二者缺一不可，否則就無(wú)法傳播．當(dāng)電磁波遇到金屬物體，金屬是導(dǎo)體，會(huì)破壞電場(chǎng)的形成，也就無(wú)法形成磁場(chǎng)，從而截?cái)嗔穗姶挪ǖ睦^續(xù)傳播。【總結(jié)升華】電磁波可以通過(guò)金屬以外的物體進(jìn)行傳播，金屬則會(huì)屏蔽電磁波。舉一反三：【變式】隨著社會(huì)、科技的進(jìn)步，手機(jī)已經(jīng)成為尋常之物進(jìn)入普通人的生活。手機(jī)是利用微波來(lái)傳遞信息的，微波是電磁波的一種。同學(xué)們?cè)诶蠋煹膸椭?，探究微波（電磁波）的特性：?）電磁波能在真空中傳播嗎？

①如圖甲，將一部手機(jī)（已設(shè)置成有聲狀態(tài)）置于放入玻璃罩中，用抽氣機(jī)抽去罩中的空氣，然后撥打這部手機(jī)。則：。A.能收到呼叫信號(hào)，也能聽(tīng)到手機(jī)鈴聲

B.能收到呼叫信號(hào)，但不能聽(tīng)到手機(jī)鈴聲

C.收不到呼叫信號(hào)，也不能聽(tīng)到手機(jī)鈴聲

D.收不到呼叫信號(hào)，但能聽(tīng)到手機(jī)鈴聲

②該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。③我們國(guó)家已經(jīng)有探月計(jì)劃，宇航員在月球表面可以利用電磁波傳遞信息、相互交流嗎？答：。因?yàn)椤＃?）怎樣屏蔽電磁波？①如圖乙，將一部手機(jī)（已設(shè)置成振動(dòng)狀態(tài)）置于一個(gè)金屬盒中并蓋好，再撥打這部手機(jī)。則：。A．能收到呼叫信號(hào)，因?yàn)殡姶挪艽┩附饘俸袀鞑?，無(wú)孔不入B．不能收到呼叫信號(hào)，因?yàn)榻饘賹?duì)電磁波有屏蔽作用②小華在一次乘坐某商業(yè)城的電梯時(shí)，發(fā)現(xiàn)性能完好的手機(jī)接收不到信號(hào)，請(qǐng)問(wèn)這是什么原因？。（3）微波（電磁波）在我們生活中的其它方面也有應(yīng)用，家用電器和通信設(shè)備中，有不少利用電器是利用電磁波工作的，請(qǐng)舉一例?！敬鸢浮浚?）①B；②電磁波可以在真空中傳播，但聲音不能在真空中傳播；③可以；月球表面雖然是真空，但電磁波可以在真空中傳播；（2）①B；②電梯是金屬制成的，它能屏蔽電磁波；（3）電視節(jié)目的發(fā)射和接收、無(wú)線(xiàn)電的發(fā)射和接收、微波爐、雷達(dá)等都是應(yīng)用電磁波來(lái)工作的實(shí)例。類(lèi)型二、綜合應(yīng)用4.“遼寧號(hào)”航空母艦成功完成艦載機(jī)起飛降落等各項(xiàng)訓(xùn)練任務(wù)。通過(guò)衛(wèi)星電視，這一消息迅速傳遍全國(guó)，給國(guó)人以振奮。就此事以下說(shuō)法正確的是（）A．這一消息是通過(guò)超聲波傳播的B．這一現(xiàn)象說(shuō)明電磁波可以傳播聲音和圖象信號(hào)C．人們幾乎同時(shí)知道這一消息，說(shuō)明電磁波傳播不需要時(shí)間D．電磁波的傳播必須借助衛(wèi)星【思路點(diǎn)撥】衛(wèi)星電視都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞聲音和圖象信號(hào)的，電磁波的傳播速度等于光速很快，但傳播也需要一定的時(shí)間?！敬鸢浮緽【解析】衛(wèi)星電視都是通過(guò)電磁波來(lái)傳遞聲音和圖象信號(hào)的，A錯(cuò)誤，B正確；雖然電磁波的傳播速度很快，但其傳播也需要時(shí)間，C錯(cuò)誤；電磁波的傳播是不需要介質(zhì)的，可以在真空中傳播，電磁波的傳播不一定要借助衛(wèi)星，D錯(cuò)誤。故選B?！究偨Y(jié)升華】了解電磁波的應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，是一道基礎(chǔ)題，難度不大。舉一反三：【變式】現(xiàn)代社會(huì)中，信息的傳遞非常重要，電磁波在信息的傳遞中扮演了非常重要的角色，請(qǐng)你舉出兩種利用電磁波傳遞信息的工具、?！敬鸢浮渴謾C(jī)；收音機(jī)（答案不唯一，合理即可）

【鞏固練習(xí)】一、選擇1.在我們的生活中，5G手機(jī)通信業(yè)務(wù)已經(jīng)非常普遍，使用5G手機(jī)不僅可以通話(huà)，還可以隨時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)。下列說(shuō)法正確的是（）A.電磁波和聲波都是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的B.電磁波和聲波在空氣中的傳播速度都是340m/sC.手機(jī)無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)是利用電磁波傳輸信息D.電磁波和聲波一樣不能在真空中傳播2.如圖所示是甲、乙兩種不同電磁波的傳播圖像，下列說(shuō)法正確的是()A．甲電磁波振動(dòng)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)B．甲、乙兩種電磁波的振動(dòng)頻率相同C．甲電磁波的傳播速度較快D．甲電磁波振動(dòng)的頻率較大3.微波爐門(mén)的玻璃內(nèi)嵌有金屬網(wǎng)，這樣做的目的為()A.為了美觀(guān)B.為了使玻璃門(mén)的強(qiáng)度更高，不易破碎C.為了防止微波泄漏D.通電加熱，使微波爐內(nèi)溫度更高，食物熟的更快4.如圖所示是某學(xué)校為學(xué)生配備的智能學(xué)生證。智能學(xué)生證除了記錄學(xué)生個(gè)人信息資料外，還具有定位（判斷學(xué)生“在校”或“離?！保┘熬o急呼救等功能。智能學(xué)生證實(shí)現(xiàn)定位或呼救功能時(shí)，主要是利用（）A．超聲波B．次聲波C．無(wú)線(xiàn)電波D．紅外線(xiàn)5.下列關(guān)于信息傳遞的說(shuō)法，正確的是（）A.聲、光和電磁波都能傳遞信息B.無(wú)論何種信息的傳遞都需要介質(zhì)C.固定電話(huà)、移動(dòng)電話(huà)、廣播和電視都是利用導(dǎo)線(xiàn)中的電流傳遞信息D.微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信都是利用無(wú)線(xiàn)電波傳遞信息二、填空6.數(shù)字通信是一種即現(xiàn)代又古老的通信方式，現(xiàn)代電話(huà)已經(jīng)全部采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，若用“0”和“1”代表“開(kāi)”和“關(guān)”這兩個(gè)動(dòng)作，組成一個(gè)數(shù)字信號(hào)，可以表達(dá)一句話(huà)。例如：“我相信你能行”的數(shù)字信號(hào)為“0.01、1、10.00”。開(kāi)關(guān)動(dòng)作開(kāi)關(guān)開(kāi)．關(guān)開(kāi)．開(kāi)關(guān)．開(kāi)表示數(shù)字010、10、01、0中文意義我你相信行能請(qǐng)參照此代碼和上述例子，用另一組信號(hào)表達(dá)你想說(shuō)的一句話(huà)：。其數(shù)字信號(hào)為。7.電磁波在真空中的傳播速度為m/s。現(xiàn)代通信方式有微波通信、通信、網(wǎng)絡(luò)通信和光纖通信四種方式。8.我們生活在一個(gè)充滿(mǎn)信息的世界里，通俗的講，信息就是，消息中包含的內(nèi)容越多，也就越大。9.無(wú)線(xiàn)電波的接收是由接收天線(xiàn)將模擬信號(hào)通過(guò)挑選出來(lái)的，再通過(guò)把模擬信號(hào)分離出來(lái)，信號(hào)經(jīng)放大后，由和還原成聲信號(hào)和圖像信號(hào)。10.光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，如圖所示。從圖中可看出，光可從任意彎曲的光纖一端傳向另一端，似乎光在其中能隨意“轉(zhuǎn)彎”，其實(shí)這是光在光纖內(nèi)不斷而實(shí)現(xiàn)的，利用光纖來(lái)傳遞電磁波信號(hào)，使人類(lèi)邁上信息高速公路，是華裔科學(xué)家高錕的重大貢獻(xiàn)。人們能將光和電磁波聯(lián)系起來(lái)，是因?yàn)楣庖彩恰?1.Wifi是一種可以將個(gè)人電腦、手機(jī)等終端設(shè)備以無(wú)線(xiàn)方式互相連接的技術(shù)。常見(jiàn)的連接方式是通過(guò)一個(gè)無(wú)線(xiàn)路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)線(xiàn)路由器是通過(guò)波向四周發(fā)送信息的，其傳播速度（選填“大于”“等于”或“小于”）光速。12.舉世矚目的上海世博會(huì)開(kāi)模式在2010年4月30日20點(diǎn)在世博文化中心舉行，作為全世界人民的世博會(huì)，燦爛的煙花與絢麗的水景在黃浦江上交相輝映，盛況空前。這壯觀(guān)的場(chǎng)面由同步通訊衛(wèi)星通過(guò)（選填“超聲波”“次聲波”或“無(wú)線(xiàn)電波”）傳遞到全國(guó)各地。13.要實(shí)現(xiàn)全球通信，只要顆衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)。三、解答14.下雨天在家收看電視節(jié)目時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在打雷閃電時(shí)，電視面畫(huà)面往往會(huì)閃爍跳動(dòng)，然后才聽(tīng)到雷聲，請(qǐng)問(wèn)：（1）打雷閃電時(shí)電視面畫(huà)為什么會(huì)閃爍跳動(dòng)？（2）為什么我們會(huì)先看到電視面畫(huà)面閃爍跳動(dòng)，然后才聽(tīng)到雷聲？15.從地面向月球發(fā)射了無(wú)線(xiàn)電波，電波到達(dá)月球并返回地面共需2.56s，則月球與地球之間的距離是多少？

【答案與解析】一、選擇1.【答案】C【解析】A、電磁波是由變化的電流產(chǎn)生的，而聲波是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，該選項(xiàng)說(shuō)法不正確；B、聲波在空氣中的傳播速度是340m/s，電磁波在空氣中的傳播速度是3×108m/s，該選項(xiàng)說(shuō)法不正確；C、手機(jī)無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)是利用電磁波傳輸信息，該選項(xiàng)說(shuō)法正確；D、聲波不能在真空中傳播，電磁波能夠在真空中傳播，該選項(xiàng)說(shuō)法不正確。故選C。2.【答案】A【解析】甲乙都是電磁波，電磁波速是相等的。由圖知，甲的波長(zhǎng)大，乙的波長(zhǎng)小，根據(jù)波速=波長(zhǎng)×頻率，電磁波速不變，甲的波長(zhǎng)大，甲的頻率小。3.【答案】C【解析】過(guò)量的微波輻射對(duì)人體有害，所以微波爐門(mén)的玻璃內(nèi)嵌有金屬網(wǎng)，這樣能有效地防止微波泄漏。4.【答案】C【解析】無(wú)線(xiàn)電波屬于電磁波，智能學(xué)生證實(shí)現(xiàn)定位或呼救功能時(shí)，主要是利用無(wú)線(xiàn)電波傳播。故選C。5.【答案】A【解析】A、聲、光和電磁波中，聲能傳遞信息，光和電磁波也能傳遞信息，符合題意。B、利用電磁波傳遞的信息是不需要介質(zhì)的，不合題意。C、固定電話(huà)利用電流傳遞信息的，移動(dòng)電話(huà)、廣播和電視是利用電磁波傳遞信息的，不合題意。D、微波通信、衛(wèi)星通信是利用無(wú)線(xiàn)電波傳遞信息，光纖通信是利用激光傳遞信息不是無(wú)線(xiàn)電波；網(wǎng)絡(luò)通信是利用導(dǎo)線(xiàn)、光纖和微波，不都是利用無(wú)線(xiàn)電波，不合題意。二、填空6.【答案】你相信我能行；“1、01、0、10、00”【解析】根據(jù)各數(shù)字的含義可知，另一組信號(hào)表達(dá)的一句話(huà)：“你相信我能行”的數(shù)字信號(hào)為“