資源簡介

第27講 電磁波和通信
一、競賽要點和熱點
1．信息與物質、能量構成人類社會的三基元。
2．電報與電話是利用電流來傳遞信息的。
3．當閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動時，導體中就產生感應電流，這種現象叫做電磁感應。電磁感應現象的發現及其理論的建立，為電磁場理論的建立奠定了基礎。
4．電磁場的交替變化產生電磁波。電磁波在真空中的傳播速度和光在真空中的傳播速度一樣，都是3×108米/秒
5．無線電廣播與通信都是依靠電磁波來傳遞信息的。
6．現代通信技術包括衛星通信、光纖通信、移動通信和數據通信等技術。
二、拓展與提高：
光導纖維的工作原理：
光導纖維是利用全反射規律而使光沿著彎曲途徑傳播的光學元件。它是由非常細的玻璃纖維組成束，每束約有幾萬根，其中每根通常都是一種帶套層的圓柱形透明細絲，直徑約為5～10微米，可用玻璃、石英、塑料等材料在高溫下控制而成。它已被廣泛地應用于光學窺視（傳光、傳像）和光通訊。光導纖維的結構如下左圖所示，內層材料選取的折射率大，外層材料的折射率低，就是要在內外層之間的界面上產生全反射，以保證光的傳輸效率。如下右圖所示，
光導纖維可用于潛望鏡和內窺視系統，它可以窺視人眼所觀察不到的或有損于人體健康的地方。國防上可以制成各種坦克、飛機或艦艇上的潛望鏡。醫學上可以用來制作胃、食道、膀胱等內腔部位進行檢查和依斷的各種醫用窺鏡。如果配有大功率激光傳輸的光學纖維，還可進行內腔激光治療。由于光纖通訊與電通訊相比具有許多優點，諸如抗電磁干擾性強、頻帶寬和保密性好、通訊容量大，設備輕巧，制取纖維的二氧化硅的資源又十分豐富。
三、例題精析：
例1 閱讀材料，回答問題：
同步通信衛星工作的基本原理如圖所示。通信衛星的運行軌
道有兩種。一種是低或中高軌道，另一種軌道是高達三萬六千公里
的同步定點軌道，即在赤道平面內的圓形軌道，衛星的運行周期與
地球自轉一圈的時間相同，在地面上看這種衛星好似靜止不動，稱
為同步定點衛星。衛星通信系統由：通信衛星(空間部分)和地面部
分(通信地面站)，兩大部分構成的。在這一系統中，通信衛星實際
上就是一個懸掛在空中的通信中繼站。它居高臨下，視野開闊，它
可以“看”到地球最大跨度達一萬八千余km。三顆衛星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可進行24小時的全天候通信。只要在它的覆蓋照射區以內，不論距離遠近都可以通信，通過它轉發和反射電報、電視、廣播和數據等無線信號。通信衛星的種類也越來越多。按服務區域劃分，有全球、區域和國內通信衛星。按用途分，有一般通信衛星、廣播衛星、海事衛星、跟蹤和數據中繼衛星以及各種軍用衛星。
(1)同步通信衛星的“同步”指的是 ；
(2)同步通信衛星的所在的運行軌道的名稱叫做 ，距地球表面 km；
(3)由圖示地球站I和地球站2通信，同步通信衛星的作用是 ；
(4)定點于我國上空的同步通信衛星屬于（ ）
A.全球通信衛星 B．區域通信衛星 C.國內通信衛星 D．洲際通信衛星
(5)依據你現在的知識設想：未來的衛星通信還能做什么
分析與解：
(1)衛星的運行周期與地球自轉一圈的時間相同，(2)同步定點軌道 36000；(3)轉發和反射電報、電視、廣播和數據等無線信號，(4)國內通信衛星；(5)隨著信息化對通信的要求及衛星通信技術的發展，衛星通信不單是用來解決傳輸問題，還要解決向用戶提供直接服務的問題，由面向集團、公司等大用戶，逐步發展到能夠兼有提供面向個體的“個人消費”服務，如Directpc(采用衛星通信技術，提供非對稱寬帶計算機通信服務)、數據廣播、電子商務、個人衛星移動電話等
例2 無線廣播電臺發出的是中波或短波，中波沿著地球表面傳播，傳播的距離比較近，中波收音機只能接收本地或附近城市的電臺，短波能被大氣的電離層反射，所以傳播的距離比較遠，短波收音機常能接收到國外的電臺，請簡途一下，電視臺發出的是什么波？它傳播的特點是什么？傳到用戶有那些途徑？
分析與解：
電視信號以微波（或稱超高頻無線電波），它波長短，頻率高。
微波傳播的特點是：幾乎與光一樣是以直線傳播的，由于地面是一個曲面，一般電視臺發出的信號只能在地面上傳輸約五十公里。
電視信號傳到用戶一般有三種途徑：（1）在各地建立大量的中繼站，像接力賽一樣把信號一站一站傳向遠方。（2）使用通信衛星，電視臺把信號先發送到赤道上空約3萬6千米的通信衛星上，再由衛星把信號傳到地面接收機上，理論上由三顆衛星就能把信號覆蓋整個地球。
（3）由當地的電視轉轉播臺，接收各顆衛星上的電視信號，經放大處理后再用有線的方法傳到各用戶接收機中。
四、能力訓練
1．在無線電廣播中使用調制器，其作用是（ ）
A.產生高頻振蕩電流 B．產生聲音信號
C.調制出隨聲音信號而改變的高頻振蕩電流
D，獲得需要收聽的帶有聲音信號的高頻振蕩電流
2．我們經常在媒體上聽到“信息高速公路”一語，你知道它指的是：（ ）
A.高速行駛的公路 B．利用光纖的通信
C.利用微波的通信 D．利用衛星的通信
3．下列說法錯誤的是（ ）
A．頻率越大的電磁波，波長越長
B．不同頻率的電磁波傳播速度相同
C．電磁波是—種看不見也摸不到的波
D．在真空中電磁波的傳播速度是3×108m／s
4．電視機換臺時，實際上是在改變（ ）
A.電視臺的發射頻率 B．電視機的接收頻率
C.電視臺發射的電磁波的波速 D．電視機接收的電磁波的波速
5．如圖所示，在微型電扇的插頭處接—只發光二極管，用手旋轉葉片．
發現二極管發光，上述實驗現象說明了 ( )
A．磁能生電 B.磁場對電流有力的作用
C.電流的磁效應 D．電流的熱效應
6．磁帶錄音機既可以錄音，也可用以放音，其主要部件為運行的
磁帶和繞有線圈的磁頭。錄音時，磁帶上的磁粉被由聲音信號轉化
而來的電流所產生的磁場所磁化，這樣就將聲音信號轉化為磁信號
記錄在磁帶上；放音時，再把磁帶上的磁信號通過磁頭轉化為電信號使揚聲器發聲。對于錄音機錄音、放音過程的基本原理，下列各種說法正確的是（ ）
A、錄音的基本原理是電磁感應，放音的基本原理是電流的磁效應
B、錄音的基本原理是電流的磁效應，放音的基本原理是電磁感應
C、錄音和放音的基本原理都是電磁感應
D、錄音和放音的基本原理都是電流的磁效應
7．觀察右圖回答，在音頻、視頻、射頻
三種信號中，頻率最高的是( )
A．音頻 B．視頻
C．射頻 D．一樣高
8．舉出以下四種電磁波在人們生活、生產中應用的事例(每種電磁波各舉一例)
示例；紅外線：電視機遙控器利用紅外線進行遙控。
(1)無線電波：
(2)微 波；
(3)紫外線：
(4）X射線：
9．電視臺把無線電信號傳送到高空中的通信衛星上，衛星再把信號傳到地面上的其他地區．這樣就實現了衛星電視轉播。在調試過程中，電視臺本身也需要接收衛星傳回的信號，并和演播室用電纜傳來的信號進行比較。這時發現，衛星傳來的畫面上人物動作的變化總比電纜傳來的畫面變化得晚一些。
(1)解釋產生這種時間延遲的原因；
(2)已知通信衛星的高度大約是36000千米，無線電信號傳播的速度與光速度相同，估算畫面延遲的時間。
10．21世紀發展最快的通訊方式是： 、 、
11．信息技術(簡稱IT)的發展和應用是20世紀人類最偉大的科學技術成就之一，而 及 則是現代信息科學技術的基礎，是現代信息社會的主要技術之一。計算機技術在人類社會各個領域中的廣泛應用，已使人類對 、 、 、 、 等的處理技術進入了嶄新的“數字化”時代，它正在改變并將繼續改變人類的學習、工作和生活方式。
12. 年，在美國誕生了世界上第一臺電子數字計算機，名為“ ”,它的核心部件采用了一種稱為“ ”的電子器件，這種器件體積較大，耗電驚人，而相對運算速度又較慢?，F在人們習慣上將 、 、 、 為核心部件的計算機分別稱為第一、二、三、四代電子計算機。
13．手機使用三大危險地帶是 、 、 。在這三個地方嚴禁使用手機。
14．在傳遞信息的過程中，話筒將聲音轉換成信號電流時，這種信號電流的頻率、振幅變化的情況跟聲音的頻率、振幅變化的情況完全一樣，這種電流傳遞的信號叫 ，使用這種信號的通信方式叫做 ；除了以上這種方式傳遞信息外，還可以用不同的符號的不同組合表示信號，例如“電報”，這種通信方式叫 。
15．我國1～12電視頻道的波長范圍是1. 37m～5. 71m，那么它們的頻率的范圍是 MHz至 MHz。
16．利用光纖傳輸信息的優點是信息傳輸量大和 能力強。
17．簡途古代通信、近代通信、現代通信的方法。并想象未來通信的模式。
第27講參考答案：
1．C 2．B 3．A 4．B 5．A 6．B 7．C
8．(1)廣播電臺利用無線電波廣播；(2)微波爐利用微波加熱；(3)醫院利用紫外線殺菌；(4)醫院利用X射線對人體透視。
9．(1)電磁波從電視臺到衛星間的往返傳播需要一定的時間，故從衛星傳來的信號要遲一些。
(2)延遲的時間為：t=s/v=（2×36000km）÷（3×105 km /s）=0.24s
10．移動通信、因特網、信息高速公路。
11．計算機技術 網絡技術 數字信息 文字信息 聲音信息 圖形圖像信息 動畫視頻信息
12．1946 “埃尼阿克（ENIAC）” 電子管 晶體管 集成電路和大規模集成電路、超大規模集成電路
13．醫院、加油站、飛機上 14．模擬信號 模擬通信 數字通信 15．53 218 16．抗干擾
17．古代遠距離通信是以光信號為基礎，常用的有：烽火臺、燈光信號、旗語等。
近代遠距離通信是以無線電技術為基礎，常用的有電報、電話等。
現代通信在近代通信的基礎上，伴隨著計算機技術，光纖技術、數據通信、圖視通信的發展，出現了移動通信、信息高速公路和互聯網等新技術，而電報在我們的生活中正逐步被淘汰。

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