【同步讲义】苏科版物理九年级下册--17电磁波与现代通信 讲义

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电磁波与现代通信  了解早期的信息传播工具，知道这些工具的优缺点。  认识波的基本特征，知道波能够传播周期性变化的运动形态、能量及信息。  了解卫星通信和光纤通信的原理，知道其优缺点。知识点01  信息的传递1、1876年贝尔发明了第一步电话。电话的基本结构：最简单的电话由话筒和听筒组成。工作原理：话筒把声信号转化为变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方，把声信号变成电信号；在另一端，电流使听筒的膜片振动，使膜片振动起来，在空气中形成声波，就可以听到对方讲话了。2、电磁波的产生：导线中电流的迅速变化会在周围空间激起电磁波。电磁波的传播电磁波可以在真空中传播，不需要任何介质。真空中电磁波的传播速度c=m/s。电磁波的波速、波长和频率的关系①波长：电流每振荡一次电磁波向前传播的距离叫做波长，用表示，单位是m。波长表示相邻两个波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离。 ②频率：一秒内电流振荡的次数叫做频率，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（KHz）、兆赫（MHz）。③波速：一秒内电磁波传播的距离叫做波速，用c表示，单位是m/s。④波长、频率和波速的关系：。 3、电视信号的发射与接收（1）电视用电磁波传送图像信号和声音信号，摄像机把图像信号转化成电信号，话筒把声音信号转化成电信号。[来源:学*科*网Z*X*X*K]（2）发射器把两路电信号同时加载到同一电磁波上，这种载波的频率很高。（3）通过发射天线把载有电视信号的电磁波发射到空中。（4）电视机天线把这样的高频信号接收下来。4、移动电话既是无线发射台，又是无线接收台。在你讲话的时候，它用电磁波把信息发射到空中，此时相当于广播电台，同时它又从空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息，此时相当于收音机。移动电话不需要电话线，比固定电话更方便；移动电话与固定电话的工作原理基本相同，只是声音信息不是由导线中的电流来传递，而是由空间的电磁波来传递的。5、越来越宽的信息之路（1）、微波通信微波通信是无线通信的一种。微波的波长在10m～1mm之间，频率在30MHz～MHz之间。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球绕射，因此，必须每隔50km左右就建一个微波中继站，用来把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去，而且信号传递的距离越远，需要的中继站越多，在遇到雪山、大洋时，根本无法建设中继站，为了实现全球通信，人们建立了卫星通信系统。（2）卫星通信人们已经能够发射人造卫星了，用通信卫星做微波通信的中继站，实现了卫星通信的梦想。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，从地球上看，它好像悬挂在空中静止不动。在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。几个太空微波中继站，从一个地面站接收的电信号，经过处理后，发送到另一个或几个地面站。现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场的画面。（3）光纤通信光纤通信是光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。电磁波的传播速度等于光速，实际上光也是一种电磁波，与微波相比，光的频率更高，如用光束通信，它的前景更广阔，但是，普通的光源夹杂了许多不同波长的光，难以携带信息。光纤通信传送的不是普通的光，而是一种频率单一、方向高度集中的激光，激光的频率比无线电波高得多，频率越高，传递信息的容量越大。【即学即练1】下列关于电磁波和声波的说法，错误的是A．电磁波和声波都可以在真空中传播B．电磁波和声波都可以传递信息C．电磁波和声波都具有能量D．声呐系统是利用超声波进行定位的【解析】声音的传播需要介质，在真空中不能传播．电磁波可以在真空中传播，故选项A符合题意；电视和广播都是由电磁波传递信息，这说明电磁波和声波都可以传递信息，故选项B不符合题意；电磁波和声波都具有能量，故选项C不符合题意；声呐系统是利用超声波进行回声定位的，说明声可以传递信息，故选项D不符合题意.【答案】A．【典例1】 关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是(　　)A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息      B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.声波和电磁波的传播速度相同              D.遥控器发出的红外线不能在真空中传播答案:B解析:电磁波可以传递信息(如电视信号),声波也可以传递信息(如人说话),故A选项错误;手机用电磁波传递信息,人说话时发出声波,故B选项正确;太阳光中的可见光是电磁波,光在真空中的传播速度为3×108 m/s,常温下,声音在空气中的传播速度大约为340 m/s,故C选项错误;遥控器发出的红外线属于电磁波,电磁波能在真空中传播,故D选项错误。【典例2】电视机、微波炉等家用电器给我们的生活带来了许多方便,微波炉使用的电磁波波长很短,但比电视机遥控器所用的波长要长些。下列电磁波成分中波长电视机遥控器所用是(　　)A.γ射线     B.可见光     C.红外线    D.无线电波答案:C解析:电视机遥控器所用的电磁波为红外线,电磁波谱(波长从大到小的顺序):无线电波,红外线,可见光,紫外线,X射线,γ射线。波长最长的为无线电波。题组A  基础过关练1.以下设备中,利用电磁波的信息特征进行工作的是(　　)　　　　　A.手机 B.消毒柜 C.微波炉 D.电吹风答案:A解析:手机是利用电磁波传递信息的,故A符合题意;消毒柜是利用紫外线工作的,故B不符合题意;微波炉是利用微波使食物中的水分子振荡从而加热食物的,利用了电磁波,但不是利用电磁波的信息特征,故C不符合题意;电吹风利用电能转化为机械能,不是利用电磁波的信息特征进行工作,故D不符合题意。2.已知真空中电磁波的波长λ微波>λ红外线>λ紫外线,则它们的频率(　　)A.f微波=f红外线=f紫外线      B.f微波>f红外线>f紫外线       C.f微波<f红外线<f紫外线      D.f紫外线<f微波<f红外线答案:C解析:由c=λf可得,f=,由于λ微波>λ红外线>λ紫外线,所以f微波<f红外线<f紫外线。3.1966年,华裔物理学家高锟提出光纤通信的设想。光纤通信传输信息的载体是(　　)A.电流 B.超声波 C.无线电波 D.光波答案:D解析:光纤通信是激光在光纤中传播,所以光纤通信传输信息的载体是光波。4.现在车辆常安装全球卫星定位系统(GPS)接收器,可用来接收卫星发射的信号,实现对车辆的精确定位和导航。卫星向GPS接收器传送信息通过的是(　　)A.激光 B.电磁波 C.红外线 D.紫外线答案:B解析:GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号实现对车辆的精确定位并导航。卫星向GPS接收器传送信息依靠的是电磁波。故正确的选项是B。5.电磁波是一个大家族,下图是它们的家族谱。对电磁波的认识,下列说法错误的是(　　)A.可见光也是一种电磁波B.红外线比紫外线的频率低C.真空中不同电磁波的传播速度不同D.电磁波的频率越高,波长越短答案:C解析:任何光波都是一种电磁波,故A选项说法正确;由题图可以看出红外线比紫外线的频率低,故B选项说法正确;真空中不同电磁波的传播速度相同,故C选项说法错误;由于电磁波传播速度不变,则电磁波的频率越高,波长越短,故D选项说法正确。6.下列对电磁波的认识,正确的是(　　)A.电冰箱是利用电磁波工作的     B.可见光不属于电磁波C.电磁波可以用来传播信息       D.电磁波在真空中的传播速度是3.0×105 m/s答案:C解析:电冰箱是利用物态变化时的吸热和放热原理制冷的,不是利用的电磁波,选项A错误;可见光属于电磁波的一部分,选项B错误;电磁波可以用来传播信息,现代通信主要应用的是电磁波,选项C正确;电磁波在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,选项D错误。7.近一年来在我们的生活中,4G手机通信业务已经逐渐推广,使用4G手机不仅通话信号好,在利用无线网络上网时效果更佳。下列说法正确的是(　　)A.电磁波和声波在空气中的传播速度都是3×102 km/s      B.电磁波和声波都是由物体振动产生的C.手机无线上网是利用电磁波传递信息                  D.电磁波能传递能量,声波不能传递能量答案:C解析:声波在空气中的传播速度约为340 m/s,电磁波在空气中的传播速度约为3×108 m/s,电磁波是由变化的电流产生的,而声波是由物体的振动产生的;手机无线上网是利用电磁波传递信息;电磁波和声波都能传递能量。故选C。 题组B  能力提升练1.下列关于信息传递的说法,正确的是(　　)A.声、光和无线电波都能传递信息B.无论何种信息的传递都需要介质C.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D.微波通信、卫星通信、光纤通信、有线网络通信都是利用电磁波传递信息答案:A解析:声、光和无线电波中,声能传递信息,光和无线电波也能传递信息,所以选项A正确;利用电磁波传递信息是不需要介质的,选项B错误;固定电话利用电流传递信息的,移动电话、广播和电视是利用电磁波传递信息的,选项C错误;微波通信、卫星通信、光纤通信是利用电磁波传递信息,网络通信是利用电流或电磁波传递信息,故选项D错误。2.右图是2013年12月14日登陆月球表面的玉兔号月球车,呈长方形,长1.5 m,宽1 m,高1.1 m,携带有红外成像光谱仪、激光点阵器等10多套科学探测仪器,科学探测得到的图像和数据是通过　　　　(选填“声波”或“电磁波”)传递到地球的,若月球到地球的距离为3.8×105 km,则把信息从月球传到地球的时间是　　　　s(c=3×105 km/s,保留两位小数)。 答案:电磁波　1.27解析:声音不能在真空中传播,科学探测得到的图像和数据是通过电磁波传递到地球的;信息从月球传到地球的时间t=≈1.27 s。3.能有效避开雷达探测的飞机被称为“隐形飞机”,它的表面有一层特殊材料,这种材料能够　　　　(选填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收;它的表面制成特殊形状,雷达发出的电磁波遇到飞机时,被飞机反射回雷达设备的电磁波强度　　　　(选填“增强”或“减弱”)。 答案:增强　减弱解析:“隐形飞机”的表面有一层特殊材料,这种材料能够增强对电磁波的吸收;它的表面制成特殊形状,雷达发出的电磁波遇到飞机时,被飞机反射回雷达设备的电磁波强度减弱。4.手机的声控密码锁解锁时,只能由设置语音密码的人说出密码才能打开手机,这种语音密码记录的是人声音的　　　　特性;手机是通过　　　　　　来传递信息的。 答案:音色　电磁波解析:本题考查学生对现代传递信息的工具——手机的了解以及音色、音调和响度的区分。音色反映的是声音的品质与特色,它跟发声体的材料和结构有关;所以语音密码记录的是人声音的音色;手机既是电磁波的接收台,也是电磁波的发射台,所以手机是通过电磁波来实现信息传递的。5.我们生活在电磁波的海洋中,当需要防止电磁波干扰时,通常用金属壳将电磁波与需加以屏蔽的区域隔开,避免电磁波进入,这种做法就是电磁屏蔽。中国科技馆有一个金属小屋,侧面的大窗上镶嵌着一块电磁屏蔽玻璃,如图所示。请你自选器材设计一个实验,检验这块电磁屏蔽玻璃是否能够屏蔽电磁波。写出实验步骤和判断方法。答案:实验器材:两部手机实验方法:把一部正常的手机放在电磁屏蔽玻璃箱内,用另一部手机拨打这部手机的号码,听手机是否放出铃声。判断方法:如果电磁屏蔽玻璃箱内的手机不响,说明它接收不到信号,电磁屏蔽玻璃有屏蔽作用;如果手机铃响,说明它接收到信号,电磁屏蔽玻璃没有屏蔽作用。解析:要探究电磁波是否能够被屏蔽,首先要知道电磁波的产生和接收,然后将电磁波的接收装置置于电磁屏蔽玻璃箱内,看看电磁波是否能够被接收,据此可选择相应的器材,设计方法进行实验。6.阅读短文,回答问题。地球同步卫星人造地球同步卫星发射过程可简化为点火加速和调整姿态两个阶段。从地面上看,它相对于地球静止于赤道上空,与地球转动同步,故称地球同步卫星。在赤道上空约为36 000 km的高度上布设3颗通信卫星,可实现除两极外的全球通信。地球同步卫星常用于通信、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等方面,以实现对同一地区的连续工作。(1)同步卫星相对于地面是　　　　(选填“运动”或“静止”)的。 (2)点火加速阶段中能量转化为化学能→内能→　　　　能。 (3)从地面发送电磁波信号通过同步卫星返回至少需要　　　　s。 (4)同步卫星的用途有　(答出两种即可)。 答案:(1)静止　(2)机械　(3)0.24　(4)通信、广播电视解析:(1)地球同步卫星与地球同步转动,它们相对静止;(2)点火加速阶段中,燃料的化学能转化为内能,然后内能又转化为机械能;(3)从地面发送电磁波信号通过同步卫星返回到地面,所用的时间t==0.24 s;(4)由短文可以知道“地球同步卫星常用于通信、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等方面,以实现对同一地区的连续工作”,从中提炼答案即可。 题组C  培优拔尖练1.光导纤维的主要用途是用来传递信息,进行通信,把要传输的信息变成光信号在光纤中传播,如图所示,那么光在光纤中的传播方式是(　　)A.沿着光纤的中轴线直线传播B.沿着光纤的外壁多次折射传播C.沿着光纤的内壁多次反射传播D.沿着光纤螺旋式的曲线传播答案:C解析:光纤是传输光信号的介质,光纤很细,光信号在光纤中沿着光纤的内壁经过多次反射而传向远方,故C选项正确。2.汽车上的GPS定位导航系统是利用　　　　　　(选填“超声波”或“电磁波”)进行定位和导航的,该波　　　　(选填“能”或“不能”)在真空中传播。 答案:电磁波　能解析:据课本知识可知,汽车上的GPS定位导航系统是利用电磁波进行定位和导航的,且电磁波传播不需要介质,可以在真空中传播。3.电磁波在真空中的传播速度是3×108　　　　(填单位);电磁波的波长越长其频率就越　　　;电磁波　　　　　(选填“能”或“不能”)在真空中传播。 解析:电磁波在真空中的传播速度是3×108 m/s;由c=λf可得,电磁波的波长越长其频率就越低;电磁波能够在真空中传播。答案:m/s　低　能4.   手机已经成为人们必备的通信工具,它是通过　　　　　　传递信息的。随着手机充电技术的不断发展,无线充电、太阳能充电等先进技术逐步走入我们日常生活之中。上图是一款手机无线 充电实物图,在给手机充电的过程中,电能转化为　　　　能。人类在能量的转化或转移的过程中利用能量,而能量的转化和转移是有　　　　　的,因此可利用的能源是有限的。 解析:手机既是无线电发射台又是无线电接收台,在你讲话的时候,它用电磁波把信息发射到空中,同时它又能在空中捕获电磁波;在给手机充电的过程中,消耗电能,产生化学能,所以给手机充电的过程是将电能转化为化学能的过程;冬天,火炉把自己的内能传递给房间里的空气,供人们取暖;到了春天,不能把这些内能重新收集起来,来年再用,说明能量的转化和转移有方向性。答案:电磁波　化学　方向性5.电磁波家庭成员很多,有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等,电磁波与人们的生活密不可分,已渗透到我们生活的各个方面。关于电磁波的应用,下列说法正确的是(　　)A.验钞机利用红外线来辨别钞票真伪       B.手机利用无线电波传递信号C.遥控器利用紫外线实现对电视机遥控     D.微波炉利用紫外线来加热食品答案:B解析:验钞机利用紫外线来辨别钞票真伪,而遥控器利用红外线来实现对电视机的遥控,故A、C选项都错误;手机通过无线电波与电话网络联系,并通过移动通信的基地台实现了各用户之间的联系,而微波炉是通过微波(微波属于电磁波)引起被加热食品中分子的高频率振动来加热食物的,故B选项正确,D选项错误。