高中物理第4章电磁波与现代通信4.2无线电波与现代通信教师用书沪科版选修1-1

4.2 无线电波与现代通信1．(3分)关于电磁波的下列说法中正确的是( )A．法拉第第一次通过实验验证了电磁波的存在B．电磁波不能在空气中传播C．麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在D．电磁波可以在真空中传播【解析】赫兹第一次通过实验证实了电磁波的存在，故A，C项错误．电磁波既可以在真空中传播，也可在介质中传播，故B项错误，D项正确．【答案】 D2．(3分)(多选)在电磁波谱中( )A．各种电磁波有明显的频率和波长区域界限B．γ射线的频率一定高于X射线的频率C．X射线的波长有可能等于紫外线的波长D．可见光波长一定比无线电波波长短【解析】各种不同频率的电磁波，虽然产生的机理不同，但无线电波和红外线，紫外线和X射线，X射线和γ射线，它们的波长或频率有交叉重叠部分，故C、D正确．【答案】CD3．(4分)某雷达工作时，发射电磁波的波长为λ＝20 cm，每秒钟脉冲数n＝5 000，每个脉冲持续时间t＝0.02 μs.问：电磁波的频率是多少？最大的侦察距离是多少？【解析】由于电磁波的波长、频率和波速之间满足关系v＝λf，真空中电磁波的传播速度等于光速，一般在空气中传播，电磁波的速度认为等于光速，即v＝3.0×108 m/s，因此f＝vλ＝1.5×109 Hz，即电磁波的频率为1.5×109 Hz.雷达工作时发射电磁波脉冲，每个脉冲持续t＝0.02 μs，在两个脉冲时间间隔内，雷达必须接收到反射回来的电磁波脉冲，否则会与后面的电磁波脉冲重叠而影响测量，设最大侦察距离为s，则：2s＝v·Δt，而Δt＝15 000s＝200 μs≫0.02 μs(脉冲时间可以略去不计)，所以s＝v·Δt2＝3.0×104 m.【答案】 1.5×109 Hz 3.0×104 m课标导思1.了解无线电通信的历程．2．知道四种常见的通信方式的基本特征，了解它们各自的用途．3．了解互联网的发展历程，体会它对人们生产生活方式产生的巨大影响．同时关注互联网的负面影响.1．1895年波波夫改进了赫兹的实验装置，制作了一台装有天线的接收机，成功地实现了短距离无线通信．2．1901年马可尼用自己建造的大功率发射台，成功进行了跨越大西洋的通信实验，标志着穿越时空传递信息时代的到来．3．1904年，弗莱明制成真空二极管，提高了检波效应．4．1906年，德福雷斯特研制出真空三极管，成为无线电技术中重要的元件．5．1947年，贝尔实验室的科学家们研制出世界上第一只晶体管，使电子学发生了根本性的变化．6．无线电波的发射与接收(1)电磁波谱中的无线电波段主要用于无线通信，无线电波的波长从几毫米到几十千米，通常分为长波、中波、短波、微波等几个波段．(2)用无线电波传播声音及其他信号，需要解决两个问题：一是将声音信号转换成电信号；二是要提高电信号的传播距离．(3)提高电磁波的频率，增大电磁波的能量，电磁波传播的距离就越远．(4)由天线发射出去的无线电波向四面八方传播，在传播途中，遇到接收天线(导体)，就会在接收回路中产生频率相同的感应电流接收机通过调谐电路，选择所需要频率的电波，经过检波电路将载波与音频信号分开，把音频信号放大并通过扬声器播放出来．二、有线无线交相辉映1．微波通信：优点是通信容量大、传输稳定、抗灾能力强；缺点是只能采用空间波传播，必须用中继站的方法增加通信距离．2．卫星通信：优点是覆盖面大、通信距离长，速度快、容量大，几乎不受地理环境限制．3．光纤通信：优点是方向性好、容量大、中继距离长、抗干扰性好、保密性强等.一、对通信技术的理解1．微波通信：靠中继站接力来实现微波信号远距离传输．(1)中继站的功能：接收前站传来的信号，加上能量经放大后向下一站发射．(2)微波通信的特点：通信容量大、传输稳定、抗灾能力强等．(3)数字微波通信的特点：噪声小、频带宽、上下话路方便、更加经济可靠．2．卫星通信：通信卫星系统由卫星和卫星通信地球站组成，同步卫星在地球赤道上空36 000 km，相对地面静止．(1)卫星作为中继站，将地面传来的微波信号放大后再发射回地球．理论上只需三颗等距离同步卫星就可实现全球覆盖．(2)卫星通信的特点：覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制、投资少、见效快等．(3)卫星导航系统①GPS是利用6个轨道上24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统．②我国的“北斗”导航系统将于2012年首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和援时以及短报文通信服务能力．3．光纤通信：把信号加在激光上在光导纤维中传输．(1)光纤通信的原理：使用激光技术和全反射技术．采用可高速调制的激光光源，利用被调制的激光在用高纯度的石英玻璃制成的细如发丝的光纤材料内不断发生全反射，将信号传向终端．(2)光纤通信的特点：频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性好、保密性强、成本低、传输质量高等．二、无线电波的发射和接受1．无线电波的发射(1)发射电磁波的条件①要有足够高的振荡频率．理论研究表明，振荡电路向外辐射能量的本领，即单位时间内辐射出去的能量与频率的四次方成正比，频率越高，发射电磁波的本领越大．②开放电路．只有使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间，才能有效地把电磁场的能量传播出去．用开放电路可以把电磁波发射出去．(2)发射电磁波的电路特点在如图4­2­1所示的实际发射无线电波的装置中，由闭合电路变成开放电路变化的过程．图4­2­1在实际发射无线电波的装置中，在开放电路旁还需加一个振荡器电路与之耦合(如图4­2­1(e)，振荡电路产生的高频振荡电流通过L1和L2的互感作用，使L1也产生同频率的振荡电流，振荡电流在开放电路中激发无线电波，向四周发射．【特别提醒】无线电波的发射过程如下：产生高频交变电→载波和调制→流的振荡电路能够把电磁波发射出去的振荡电路2．无线电波的接收(1)选台与电谐振①选台：接收电磁波时．从诸多的电磁波中把我们需要的选出来，通常叫选台．②电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫电谐振．(2)调谐与调谐电路①调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐．②调谐电路：能够调谐的接收电路叫做调谐电路．(3)解调从接收到的高频电磁波中“检”出所携带的信号，叫做检波，也叫解调，它是调制的逆过程．(4)无线电波的接收天线收到的所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经过检波取出携带的信号，放大后还原成声音或图像的过程．【特别提醒】(1)无线电波的接收过程如下：无线电波的接收→调谐→电谐振→检波.(2)在电磁波发射和接收的过程中要明确调制、调谐的含义，不能混淆．一、关于通信方式的理解与应用关于同步卫星，以下说法中正确的是( )A．同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同B．同步卫星和月球一样每天绕地球一周C．同步卫星固定在空中一直不动D．同步通信卫星作为传播微波的中继站，地球上只要有两颗就能覆盖全世界【解析】所谓地球同步卫星，即指卫星绕地球转动的周期与地球的自转周期相同，与地球同步转动，且在赤道上空的某地，站在地球上观看(以地球本身为参照物)它在空中的位置是固定不动的，所以它可以代替微波中继站来进行电磁波的中转作用．全世界只要有三颗这样的卫星(当然位置要选定好)就可以满足全世界的需求，正确答案只有选项A.【答案】 A1．下列各种通信方式不属于现代通信的是( )A．卫星通信B．互联网(有线网络和无线网络)C．战场上的八百里加急D．光纤通信【解析】选项C是一种古代通信方式．【答案】 C二、无线电波的发射与接收关于无线电波的发射和接收，下列说法正确的是( )A．为了将信号发送出去，先要进行解调B．为了从各个电台发出的电磁波中将需要的电磁波选出来，就要进行解调C．为了从高频电流中取出声音信号，就要进行调频D．由开放电路可以有效地把电磁波发射出去【解析】为了将信号发送出去，首先要进行调制；从各个电台发出的电磁波中将需要的电磁波选出来，要进行调谐；从高频电流中取出声音信号，需要解调；利用开放电路可以有效地发射电磁波．故只有D正确．【答案】 D调制和调谐的区别(1)调制是无线电波发射时将要传递的信号加入高频电磁波上的过程，有调幅和调频两种方式．(2)调谐是无线电波接收时将需要的信号选出来的过程．2．如图4­2­2所示，为电视接收过程示意图，其工作过程顺序正确的是( )图4­2­2A．解调——放大——调谐——显示B．调谐——放大——解调——显示C．调谐——解调——放大——显示D．放大——调谐——解调——显示【解析】电视接收机首先利用电谐振通过调谐把空间高频电流选出来，然后解调，取下信号，最后经放大后再传给显像管显像，所以正确的顺序是C.【答案】 C1．发明电话的是( )A．莫尔斯B．爱迪生C．赫兹D．贝尔【答案】 D2．比较下列各类传递信息的方法，在相同时间内能传递信息最多的是( )A．电话B．电报C．书信D．可视电话【解析】电话只传递声音，电报、书信只传递文字，可视电话声音、文字、图象均可传送，所以可视电话传递信息最多．【答案】 D3．(多选)光纤通信具有的优点是( )A．频带宽，容量大B．中继距离长C．抗干扰性好，保密性强D．成本低，传输质量高【解析】光纤通信由于具有频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性好，保密性强、成本低、传输质量高等许多优点，成为当今世界最有发展前途的通信技术，故A、B、C、D均正确．【答案】ABCD4．简单的、比较有效的电磁波的发射装置，至少应具备以下电路中的( ) 【导学号：22940031】①调谐电路；②调制电路；③高频振荡电路；④开放振荡电路A．①②③B．②③④C．①④D．①②④【解析】比较有效的发射电磁波的装置应该有调制电路、高频振荡电路和开放振荡电路．调制电路是把需要发射的信号装载在高频电磁波上才能发射出去，高频振荡电路能产生高频电磁波，开放振荡电路能把电磁波发送的更远．而调谐电路是在接收端需要的电路．【答案】 B学业达标测评(十一)(建议用时：45分钟)1．发明电报的是( )A．莫尔斯B．爱迪生C．马可尼D．贝尔【答案】 A2．在下列装置中，既能发射又能接收电磁波的是( )A．收音机B．移动电话C．固定电话D．电视机【解析】收音机和电视机只能接收电磁波，固定电话接收和发送的是电流信号，只有移动电话可发射和接收电磁波．【答案】 B3．(多选)下列说法中正确的是( )A．无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波B．无线电波在真空中的波长范围从几毫米到几十千米C．无线电波的频率越低越容易发射D．发射无线电波的目的是为了向远处传递电能【解析】无线电波在电磁波谱中波长最长，其波长范围是几毫米到几十千来，所以A、B正确．发射无线电波的条件是：一、频率足够高；二、有开放电路，所以C错．发射无线电波的目的是向远处传递信号，D错．【答案】AB4．在无线电波广播的接收中，调谐和检波是两个必须经历的过程，下列关于接收过程的顺序，正确的是( )A．调谐→高频放大→检波→音频放大B．检波→高频放大→调谐→音频放大C．调谐→音频放大→检波→高频放大D．检波→音频放大→调谐→高频放大【解析】在无线电波的接收中，首先要选择出所需要的电磁波—调谐，然后经高频放大后，再将音频信号提取出来—检波，最后再进行音频放大，故A正确．【答案】 A5．(多选)数字信号比模拟信号具有的优点是( )A．抗干扰能力强B．容易加密C．便于计算机处理D．传输简单【解析】数字信号比模拟信号具有的优点是抗干扰能力强，容易加密和便于计算机处理．【答案】ABC6．(多选)光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务．目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络．下列说法正确的是( ) A．光纤通信利用光作为载体来传播信息B．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝【解析】光纤通信是把信号加在激光上在光导纤维中传输，广泛应用的光导纤维是一种非常细的石英玻璃丝，光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，故A、D正确，B、C错误．【答案】AD7．无线电技术中通常根据波长把无线电波分成下表中的几个波段：层叫电离层，电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性．实验表明，对于波长小于10 m的微波，电离层能让它通过；对于波长超过3 000 m的长波，电离层基本上把它吸收掉；对于中波和短波，电离层对它有反射作用．地球同步通信卫星静止在赤道上空36 000 km高的地方，所以利用同步卫星进行无线电信号通信只能通过( )【导学号：22940032】A．长波B．中波C．短波D．微波【解析】地球同步通信卫星传输的电磁波信号必须能够穿透电离层，而只有波长小于10 m的微波才能通过，所以答案为D.【答案】 D8．(多选)关于调制器的作用，下列说法正确的是( )A．调制器的作用是把低频声音信号加载到高频信号上去B．调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的振幅上去C．调制器的作用可以是把低频信号的信息加载到高频信号的频率上去D．调制器的作用是将低频声音信号变成高频信号，再放大后直接发射出去【解析】调制器的作用是把低频声音信号加载到高频振荡信号上去，如果高频信号的振幅随低频信号的变化而变化，则是调幅；如果高频信号的频率随低频信号的变化而变化，则是调频．由于低频信号不利于直接从天线发射，所以需要将低频信号加载到高频信号上去．【答案】ABC9．近年来，无线光通信技术(不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段)在局域网、移动通信等多方面显示出巨大的应用前景．关于红外线和光通信，以下说法中正确的是( )(1)光通信就是将文字、数据、图象等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程(2)光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输(3)红外线的频率比可见光的频率高(4)红外光子的能量比可见光子的能量大A．(1)(2) B．(3)(4)C．(1)(3) D．(2)(4)【解析】无线光通信技术是光信号在空气中直接传输各种信息．光纤通信中的光信号是在光纤维中传输．不论哪种方式，传输的都是文字、数据图像等信息．而红外线的频率由电磁波谱可知比可见光的频率低，故红外线的波长比可见光更长，能量更小．【答案】 A信息化时代的“住房”上古之世，人们就“构木为巢，以避群害”．陕西西安半坡村发现的地面建筑，就是我们祖先的房子．经过了几千年的发展，从氏族部落到村落，房子建得越来越坚固、越来越漂亮了，但是那个时代人们日常交流的范围非常小．工业化的大生产促进了城市的发展，高楼大厦鳞次栉比，住房也不再是孤零零的建筑物．房子里通了水、电、煤气，有了电灯、洗衣机、电冰箱，机械替代了人的部分体力劳动．由于生活的便利，住在大楼里的邻居很少来往．人们更多地奔走于家和学习、工作的场所之间．在信息化的今天，住房除了水、电、煤气外，又有了与外界沟通信息的电话网、有线电视网、计算机互联网．人们可以在家里与遥远的朋友交流，钢筋水泥墙不再阻隔人们的交往了．人们不一定都住在拥挤的大城市，住在郊区仍然可以方便地跟办公室联系，实现家庭办公．实际上，信息化时代的房子已经联通了全世界．时尚的现代人，能在网上建立虚拟的家：用个人主页展示自己的风采和魅力．人们可以显现自己的爱好：如果你喜欢文学，可以把古今中外的名著全放在自己的“家”里，让与自己有相同爱好的伙伴阅读；如果你喜欢歌曲，可以收集从古典到最现代的歌曲，把“家”建造为歌曲的天堂；如果你喜欢体育……在虚拟的家中还可以展现自己的能力：如果把你的创造和发明放到网上，可以与同学、朋友交流……在信息时代，网上的“家”可以是一个人所有信息的“居所”．除了个人的“家”，还有更大的供“部落”活动的场所．你可以开办一个论坛，选择自己关心的话题畅所欲言，结识很多兴趣相近的朋友．虽然你们可能从来没有见过面，甚至居住在地球的两边，但是你们会为了同一幅漫画而开怀大笑，也会为了同一个感人的故事而流泪．当你遇到困难，这些看不到的朋友往往更能设身处地为你着想，给你一个“别出心裁”的建议．对于被高楼大厦隔离的人们，网络中的“家庭”温暖，实实在在地存在着．再比如，当发生了一起感人的爱国事件时，看着那些激昂的支持者的留言，特别是看到他们的IP地址来自世界各地，确实由衷地感到“海内存知己，天涯若比邻”．互联网使人们突破了地理上的局限和工业化产生的隔阂，给人们一个前所未有的、更广阔的自由交流空间.11 / 11。