初中物理提高能力必备资料 第十七章电磁波与现代通讯.docx
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初中物理提高能力必备资料第十七章电磁波与现代通讯
第十七章电磁波与现代通信
知识梳理
1．信息与信息传播
A.信息
信息是各种事物发出的有意义的消息．消息中包含的内容越多，信息量越大．
注意：
信惠芽非事物本身，而是表征事钧，并由事物发出的消息、情报、指令、数据和信号中包含的内容，一切事物，包括自然界、人类社会等，都在发出信息．
人类特有的信息：
语言、符号、图像．
B.信息传播
在人类历史上，信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革：
语言的诞生；文字的诞生；印刷术的诞生；电磁波的应用；计算机技术的应用。
语言产生是人类文明的开始．
文字的出现、印刷术的产生，不仅扩展了交流的内容与形式，而且使印刷的书籍课本成为文化的主要载体，甚至引发了人类思维模式的质变．
电磁波与计算机技术的应用，更调动了人的各种感官作用，促进了人类社会的进一步发展．
C.传播信息的工具：
早期的工具：
烽火台、传递官文的驿马、海军用的手旗等．
近代的工具：
电报机、电话等．
现代的工具：
移动电话、卫星电话、互联网等．
i．电报
1832年，美国发明家莫尔斯受到电磁铁原理的启发，开始研制电报机．经过十多年的努力，他利用电流的通断终于制成了电报机，同时也发明了利用“点”“划”和“空白”的不同组合构成的电码——莫尔斯电码，从而揭开了人类通信史的新纪元．
ii．电话
由于电报不能及时地进行双向信息交流，人们又开始进行利用电磁原理传送声音的探索．在英国出生的美国发明家贝尔，就是早期从事这种探索的研究者之一．l876年，美国发明家贝尔研制成了最早的电话，它标志着人类利用电流进行异地通话的开始．
组成：
电话是由机座和手柄两部分组成．手柄内有话筒、听筒和连线．机座由面板按键和内部电子线路组成．本机的话筒与正在通话的对方的听筒患联；本机的听筒与正在通话的对方的话筒串联．
原理：
电流的磁效应．人对着话筒说话时，话筒把声音引起的碳精片的振动通过碳粒松紧（电阻大小）的变化转化为强弱变化的电流，电流流过听筒，听筒通过电磁铁磁性强弱的变化转化为薄铁片的振动，使人听到声音．
2．电磁波及其传播
A.波的基本特征
都是在传播周期性变化的运动形态．
具体体现在以下特征：
①波传播的是周期性变化的运动形态，如课本插图中水和橡皮绳传播的是凹凸相间的运动形态，弹簧传播的是疏密相间的运动形态；②波能传播能量，如太阳光波传播光能，声波传播声能等；③波也能传播信息，即将波源的信息传播出去．
B．描述波的几个特征量（如图所示）
①振幅（A）：
波源偏离平衡位置的最大距离．单位：
米．它反映了波源的振动的强弱．
②周期（T）：
波源振动一次所需要的时间．单位：
秒．
③频率（f）：
波源每秒内振动的次数．单位：
赫兹（Hz）．它和周期反映了振动的快慢．
周期与频率互为倒数关系．
④波长（A）：
波在一个周期内传播的距离．单位：
米．
⑤波速（υ）：
波的传播速度．它反映波传播的快慢．它与波长、周期、频率的关系为：
C．电磁波
1864年英国青年物理学家麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．1888年，德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在．
当导体中有迅速变化的电流时，导体会向周围发射电磁波．
电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场．从地球的表面到遥远的太空，到处都充满着电磁波．
a.电磁波的频率
电磁波的频率等于振荡电流的频率．
b．电磁波的波速
电磁坡是向空间各个方向传播的，它传播的速度跟光速相同，在真空中是3×108m／s．
c．电磁波的传播
电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质．金属容器对电磁波具有屏蔽作用．
d．电磁波谱
e．电磁波的应用
i．各种不同频率或波段的电磁波的应用：
收音机——接收的是无线电波；
电视机和微波炉——接收和发射的是微波；
电取暖器——发出红外线；
消毒柜——发出紫外线；
透视——X射线；
原子弹爆炸——发射也γ射线．
ii．无线电通信的原理
先将信号（声音或图像）处理成电信号载在电磁波上，再把载有信号的电磁波发射出去，到达接受处设法从电磁波上检出信号，处理成声音和图像．
iii．微波炉的原理及优点
微波炉所使用的微波频率为2450MHz．当微波照射到食物上时，食物中的水分子会以相同的频率振动．振动中，分子与分子互相摩擦，产生很多内能．因此，通过微波加热能在很短的时间内把食品煮熟，相比其他厨房烹饪器具，微波炉具有烹饪速度快、无油烟、食品的养分损失少、清洁等优点．
f．电磁污染
电磁波在为人类的生活带来日新月异变化的同时，也给人类生存的环境带来了危害．
据医学观察研究，频率超过0．1MHz以上的电磁波在强度足够大时，会扰乱人体的自然生理节律，使人出现头痛、失眠、健忘等“亚健康”状态．电磁波还能使人体体温调节机制失衡，导致心律加快，呼吸障碍，对心血管疾病的发生发展起着推波助澜的作用。
由于电磁波穿透能力强，它不仅作用于体表，且会殃及深层组织、器官，往往在人体未感到体表组织疼痛时，深层组织或器官已受到损害。
电磁波辐射造成的危害虽然不可小视，但也不必过度恐慌，只要我们合理地利用电磁波，趋利避害，就能将其危害降到最低。
3.现代通讯
a.卫星通信是微波通信，电磁波的传播过程就是能量传播的过程，电磁波的发射频率超高，向外发射的能量就越大。
微波的频率在3×102MHz~3×105MHz之间，远远大于无线电波的频率，所以电视广播、移动通信的信号比较强。
微波的性质与光波相近，大致是沿着直线传播的，所以必须通过地面微波中继站可卫星传送。
b.卫星通信系统的组成：
由通信卫星和地面通信站两部分组成。
通信卫星分布在地球同步轨道上与地球同步转动，这个轨道在地球的赤道平面上，且距离地球表面的高约为3.58×104km.只要有三颗互成1200的同步卫星覆盖整个地球。
c.卫星通信的优点：
①覆盖面大；②通信距离长；③不受环境限制。
卫星通信的缺点：
①造价太高；②有零点几秒的时间延迟；③保密性不好。
d.卫星通信的实际应用：
移动通信和全球卫星定位系统。
B.光纤通信
a.光纤通信是激光通信，传输光信号的是由多根光导纤维制成的传输线----光缆。
b.光纤通信把要传递的信息转换成光信号从光导纤维的一端射入，在内壁上经过多次反射，从另一端射出，把光信号携带的信息传到远方，最后把光信号转换成为声音和图像。
（如图所示）
c．光纤通信的优点：
①通信容量极大；②不会受外界电磁场的干扰；③不怕潮湿、不怕腐蚀、线路能量损耗较小。
光纤通信的缺点：
①架设线路受地理条件的限制；②光缆易被拉断。
注意：
卫星通信和光纤通信各有其优缺点，它们相辅助构成“信息高速公路”的两大支柱。
C.“信息高速公路”的主干线---互联网
a.互联网（即因特网）是一个全球性网络，它拥有丰富的信息资源。
b.用途：
①发送电子邮件；②召开视频会议；③发布新闻；④检索信息；⑤远程登录；⑥共享网上资源。
D.移动通信
移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信方式。
用户利用微波信号通过基地台与电话网络相连接，既可以在本地与对方通话，也可以在全国各地乃至全球漫游，甚至可以通过因特网获取所需信息。
从无线电波、微波到光波，传递信息所用电磁波的频率越来越高。
频率越高的电磁波，相同时间内可以传递的信息就越多，信息之路就越宽。
典例剖析：
1.
如图是甲骨文中的“查”（古代打击乐器），其意思是手拿木槌（字左部）敲打三角形石块（字右部），使石块而发出声音．
2.
开关动作
开
关
开、关
开、开
关、开
表示数字
O
1
0、1
0、0
1、0
中文意义
我
他
和
同学
是
数字通信是一种既现代又古老的通信方式．现代电话已全部采用数字信号进行处理．若用“0”和“1”代表“开”和“关”这两个动作，组成一组数字信号，可以表达一句话．例如：
那么，“我和他是同学”的数字信号为“0，01，l，10，00”，请照此代码用另一组信号表达你想说的一句话．
3.某广播电视台的频率是l．2×105kHz，电磁波的传播速度取3．0×108m／s，则该电磁波的波长约m，月球与地球之间的距离约为3．84×105km，则月球发出的电磁波信号大约经过s到达地球．
4.
波的种类
电磁波
声波
传播速度
①真空中所有电磁波的传播速度都是3×108m／s
②声波在固、液、气三态中的传播速度相同
传播介质
③电磁波的传播一定要有介质
④声波传播一定要有介质
应用事例
⑤用于无线电通信
⑥超声波用于清洁物品
小明学了“电磁波”和“声波”这两部分内容后做了如下的知识归纳表，表中和的说法是错的．（填写表中序号）
5.阅读短文：
技术是一把双刃剑，电磁波的应用也是这样，它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用----电磁污染。
例如，频率超过0.1MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁．按照有关规定，人体所受到的电磁辐射强度（即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量）不得超过某一规定值Ie．
已知某无线通迅设备发射电磁波的功率为P，设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波，且电磁波在传播过程中无能量损失．由数学知识可知，球面的面积S=4πr2（式中r为球半径），球半径与球面总是垂直的．
根据上述资料，可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为，这时人体所受到的电磁辐射强度才不会超过规定值．
6.现代通信主要由通信和光纤通信这两种方式组成；互联网（因特网）在现代生活中正发挥着越来越重要的作用，试举一例说明它的用途：
．
7.某同学电子信箱的地址是“daqiang2003@sina．com．cn’，这表示该信箱的主人自称
，地址中“cn’表示．
8.
“小灵通”是一种移动通讯工具，它环保、经侪．如图所示．是随处可见的安装于某楼顶的“小灵通”发射接收信号的装置，其中AB、CD为绝缘支架．AE、BG、CF、DM为四根等长的银白色的金属杆．ON为普通金属杆且比AE长许多，并由较粗的金属线RP直接连接到楼顶边缘的钢筋上，则ON所起的是
作用：
是接收、发射电磁波的天线．
9.对下列不同时期传播信息的工具：
a．烽火台；b．传递官文的驿马；C．海军用的手旗；d．电报机．e．电话．根据其传播的信息是否显现分类正确的是（）
Aabc，del3．acd，beCade，bcD．ac，bde
10.一列波在4s内传播了400m，已知它的波长为10cm，在4S内这列波共振荡了（）
A.4000次B.40次C.1000次D．10次
11.
雷达是利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，它可以向一定方向发射电磁波（电磁波在空气中的传播速度是3×l08m／s），当遇到障碍物时要发生反射，雷达在发射和接收反射回来的电磁波时，在荧光屏上分别呈现出一个尖形波．如果雷达监视屏上显示的发射和接收的尖形波如图所示，已知雷达监视屏上相邻刻线间表示的时间间隔为l0-4S，则被监视目标与雷达的距离最接进（）
A.4.5×l04mB．6×104mC.9×104mD．1.2×105m
12.下列关于信息的传递的说法中，正确的是（）
A.声、光和电磁波中，只有电磁波能够传递信息
B.固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息的
C.摄像机拍得的物体图像，直接通过发射天线发射传播信息
D．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息
13.下列有关激光应用的说法中，错误的是（）
A.利用激光进行室内照明B．利用激光进行通信
C.利用激光加工坚硬的材料．D．利用激光进行长距离测距
14.关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（）
A.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，进行通信
B.光纤通信具有传输信息量大、高抗干扰及光能损耗小等优点
C．电磁波可以在真空中传播
D．电磁波的频率越高，在空气中传播的速度越大
15.
如图
（1）所示，有喇叭、耳机各两只，电池组一个，请用导线把它们连接起来，使你能和另一个人进行通话，并说明这个简易通话装置的工作原理．
16.电视台把无线电信号送到高空中的通信卫星上，卫星再把信号发射到地面上的其他地区，这样就实现了卫星实况转播．在调试过程中，电视本身也需要接收卫星传回的信号，并和演播室用电缆传来的信号进行比较．这时发现，卫星传回的画面上，人物动作的变化总比电缆传来的画面晚一些，已知通信卫星的高度大约是3．6×104千米，试计算画面延迟的时间．
17.
QQ是一种流行的互联网即时通讯（聊天）工具，深受网友们的喜爱．从“QQ2004Ⅱbeta”版本开始，QQ推出了“在线时长”新功能——用户通过累积在线时长可以获得更高等级和享受更多服务．
（1）用户登录QQ后，将鼠标移至QQ主面板自已的头像上，即可查看自己的已在线时长和距下次升级所需要的时间，如图是某网友某次刚登录QQ时，其QQ界面的电脑屏幕抓图（部分）．若他使用的电脑平均功率是200W，则他升到下一等级大约还要消耗多少电能?
（图中摘要：
等级：
三颗钻石；在线时长：
390小时；升级剩余时间：
10小时。
）
（2）据QQ官方宣布的数字，QQ注册用户现在已达2．4亿，按每个QQ用户平均每100小时升一级计算，则所有QQ注册用户每升一级共约消耗多少电能？
（设定每个QQ用户使用一台电脑，每台电脑平均功率仍为200W计）
（3）自QQ中加入等级规则后，为尽快升级而在线挂QQ的人直线飙升----平均同时在线达1000万左右。
许多网友不论自己身在何处、是否使用电脑，也整日开机让QQ在线，以取得更多的在线时长，很多上班族也坦言自己下班从不关电脑。
请根据以上计算结果，从能源和社会发展的角度，谈谈你对此现象的看法。
18.下雨天在家收听广播节目，我们发现在打雷时，从收音机里台听到“咔嚓、咔嚓……”的声音，然后才听到雷声．
（1）你知道打雷时，收音机为什么会发出“咔嚓”的声音?
（2）为什么我们会先听到收音机里的“咔嚓”声，然后才听到雷声?
19.
（1）问一问，查一查，有哪些通信工具使用的是电磁波?
其中哪些只能接收而不能发出电磁波?
（2）除了在飞机上不能使用移动电话，你还知道哪种情况下不能使用移动电话?
请查一查．
（3）小宇正在兴致劾勃地看足球比赛．突然，荧屏上翻滚着杂乱的网状线，同时夹杂着“嗞……”的噪声．原来有人正在附近使用电焊机，电视机受到了电磁波干扰．你知道电视机还会容易受到哪些电磁波干扰?
人们是怎样避开这些干扰的?
20.请认真阅读下面短文，并回答问题．
微波炉
微波炉是厨房电器之一．微波有三个主要特性：
一是反射性，微波碰到金属会被反射回来，所以加热食物时不能使用金属容器．内壁用钢板制成是为了防止微波向外泄漏．内壁的反射作用，使微波来回多次穿透食物，提高热效率．二是穿透性，微波对陶瓷、玻璃、耐热塑胶、木器等具有穿透作用，故用这些材料制成的器皿盛放食物加热时，能快速加热食物，而容器不发热．三是吸收性，微波容易被含有水分的食品吸收而转变成热．微波穿透食物的深度一般为2～4cm，且随着深度的增加而减弱，直径大于5cm的食物，可采取刺洞的方法增加微波的触及表面或切成小于4cm厚度的薄片．
微波炉独特快速的加热方式是直接在食物内部加热几乎没有热散失，具有很高的热效率，而不破坏食物中所含的对人体有益的各种维生素及营养成分，因此它具有加热快、高效节能、不污染环境、保鲜度好等优点．
（1）使用微波炉的微波烹往功能时，下列器皿中不适合的是（）
A不锈钢碗B．耐热玻璃盘C.陶瓷碗D．木制碗
（2）用微波炉的微波烹饪直径大于5cm的食物，可采取的方法有：
（写一种即可）
.
（3）请写出微波炉的优点（写一点即可）：
.
21.
暑假期间，小明参观了当地的卫星电视接收及传输设施，初步弄清了其中的道理．如图甲所示是小明自己绘制的一张卫星电视节目的接收、传输流程图．
（1）卫星电视的接收天线的“锅口”大致是朝上放置，这样做是为了接收的电视信号．
（2）在机房内，技术人员可以通过调试，接收来自不同电视台的节目信息，这主要是因为不同电视台通过卫星发射的电磁波的不同．
（3）请你猜想：
从机房到用户家里加装放大器的作用是．
（4）小明发现：
天线接收到的信号都是通过如图乙所示的电缆线传输到各家各户的，而不是用类似于家庭电路中的导线平行的导线传输．请你大胆猜想使用图中的电缆线传输会有什么好处?
（说出一点即可）
22.阅读短文，回答短文后的问题．
如果以月亮作均微波中继站会怎样
我们在用微波传递信息时，由于微波基本上是沿直线传播的，这就需要每隔一定距离建立一个微波中继站。
信息传输得越远，需要的中继站越多。
在遇到雪山、大洋，根本无法建设中继站时又该怎么办呢？
能否利用高悬在太空中的月亮作为微波通信的中继站呢？
1946年，有人用雷达向月球发射微波信号，第一次准确收到了从月球表面反射回来的微波。
1959年，美国、英国和加拿大之间又进行了月面反射通信的实验，结果也获得了成功。
但是，在这两次的实验中也发现了问题。
由于月球离我们太远，不但传输信号延迟时间太长，信号衰减也比较严重，失真也厉害，并且由于微波主要是沿直线传播的，如果要用月球作为中继站，两个通信地点就必须能同时看到月亮……
请回答：
⑴如果在月球上建立微波中继站，会有哪些缺点？
⑵在地球同步卫星上建立微波中继站是否可以克服这些缺点？
⑶怎样才能实现全球通信？
23.在学习了《信息的传递》这部分内容后，小明想：
电磁波能在真空中传播，也能在介质空气中传播，于是他大胆提出了一个猜想：
电磁波也可以在介质水中传播．你认同他的猜想吗?
请你帮小明设计一个实验来验证他的猜想．
24.打开收音机的开关，将旋钮调到没有电台的位置，并将音量开大．取一节旧的干电池和一根导线，靠近收音机．将导线的一端与电池的一极相连，再用导线的另一端与电池的另一端时断时续的接触，会听到收音机发出“咔咔”声，这一现象验证了的存在．现将收音机放入玻璃罩中，用抽气机抽去罩中的空气，重复以上实验，却发现听不到收音机发出的“咔咔”声，试分析：
（1）收音机放在真空玻璃罩中听不到“咔咔”声的原因是．
（2）谢老师在一次乘坐镇江商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号，请问这是什么原因?
答：
．
请设计一个实验验证你的判断．（简述实验方法）
自主训练：
一、填空题
1.
从下列几个常见的图标中，侏可获得哪些信息?
请填入下面的空格内：
A.；B.；
C.；D.．
2.莫尔斯电码用短和长脉冲代表字母，信息以莫尔斯电码的形式沿传送出去；而电话则是利用将人们的语言从一个地方传到另一个地方的装置．随着科学技术的发展，电磁波和的相继出现，使人类的信息传播进入了新的时代．
3.有一种“隐形飞机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够（填“增强”或“减弱”）对电磁波的吸收作用；秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种彬状能够（填“增强”或“减弱”）电磁波反射回雷达设备．
4.小灵通是一种移动通信工具，使用小灵通时，声音信息搭载在波上进行传播。
5.电视台利用把电视节目传到千家万户，它在真空中传播速度为m/s，如果把电视机放到一个抽成真空的玻璃罩中，电视机（填“能”或“不能”）接受电视节目。
6.中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz（1MHz=106Hz），电磁波在真空中的传播速度
（填“大于”、“等于”或“小于”）光在真空中的速度，其速度大小为m/s，则中央电视台第一套节目的波长为m.
7.我们生活在电磁波的海洋中，移动电话（手机）（填“能”或“不能”）发射电磁波，紫外线和可见光都（填“是”或“不是”）电磁波。
8.乘飞机时禁止使用移动电话，是因为使用移动电话时会干扰飞机正常的导航通讯，对飞机的安全构成很大威胁。
9.一台额定功率为0.08W的收音机，在接收频率逐渐减小的过程中，所对应电磁波的波长逐渐（填“增大”、“减小”或“不变”）；该电磁小在空间传播的速度约为m／s；在正常工作情况下，若持续收听lh，将消耗J的电能．
10.地球同步通信卫星担负着为广播、电视、因特网等传递信息的任务，它是通过传递信息的，相对地球它是的．
11.我国自行研制的“神舟”五号载人飞船发射升空后，在围绕地球的轨道上正常运行过程中，受（填“平衡”或“非平衡”）力作用．为了对飞船进行测控，西安地面测控站用雷达向飞船发射电磁小．经0.004S接收到该电磁波的回波信号，此时飞船离西安地面测控站的距离为km．这也说明电磁波（填“能”或“不能”）在真空中传播．
12.现代电信网络主要靠微波通信、通信和通信三种方式组成，人们通过计算机进入这个信息高速公路，在全球范围内使信息得到高速共享．
13.1876年贝尔发明了电话，现在电话已成为人们生活中重要的通信工具之一．通过学习我们知道电话传递的信号分为模拟信号和两种．
14.现代社会中，信息的传递非常重要，电磁波在信息的传递中扮演了非常重要的角色．请你举出两种利用电磁波传递信息的工具：
、。
15.小宇在看电视新闻，电视中的信息源于从电视台发出的信号，该信号被电视机的接受下来，然后通过将电信号变成图像；通过将电信号变成声音。
这样我们就可以看到图像，听到声音。
16.电视广播信号可通过通信卫星覆盖全球，它是用波传递信息的。
MP3随身听以其独特的魅力成为年轻人的时尚，若MP3正常工作时的功率为0.01W，则连续播放100s，消耗的电能为J，它允许使用充电电池，则在电池充电过程中是将能转化成化学能。
17.举出下列四种电磁波在人们生活、生产中应用的事例。
（每种电磁波各举一例）
示例：
红外线：
电视机遥控器利用红外线进行遥控。
⑴无线电波：
。
⑵微波：
。
⑶紫外线：
。
⑷X射线：
。
18.
如图所示是一个物体振动时的波形图，观察此图可知道声源的振幅是cm；波源振动的周期是s；波源振动的频率是Hz.如果此波的波长为2m，则此波传播的速度是m／s．
19.许多人习惯将手机挂在胸前，其实这样是不科学的，因为手机发射出的会对人的心脏造成不良影响．
20.在2003年“众志成城，抗击非典”的战役中，科研部门针对SARS的早期症状研制出了一种红外线测温仪．与可见光一样，红外线也是一种，人体辐射的红外线波长约为10μm，合nm，频率为Hz．为什么检测人体辐射的红外线就能确定人的体温呢?
请针对这一问题提出一个合理的猜想：
．
二、选择题
21.我们生活在一个充满信息的世界里，信息必须通过传播才有实际意义．于列工具中不属于信息传播工具的是（）
A.烽火台B.电报机C.手机D．微波炉
22.下列关于移动电话的说法中，错误的是（）
A.移动电话既能接收电磁波，
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