初中物理第1节 现代顺风耳──电话精品学案

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1. 了解电话是怎样把信息传递到远方的。
2. 了解知道电话交换机的作用。
3. 知道模拟通信和数字通信，了解它们的基本区别。
【学习重点】电流把信息传到远方。
【学习难点】数字通信和模拟通信。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 电话
（1）1876年，美国科学家贝尔发明了电话。
（2）最简单的电话由话筒和听筒组成，话筒把声音转换成变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方。在另一端，电流使听筒的膜片振动，携带信息的电流又转换成了声音。
（3）话筒原理：当你对着话筒说话时，声波使膜片振动，膜片忽松忽紧地挤压碳粒，电阻随之发生变化，在电路中产生随声音振动而变化的电流，话筒相当于一个可变电阻器。
（4）听筒原理：听筒内有一个电磁铁，电磁铁上绕着线圈，并吸引一块薄铁膜片。当从话筒中传来随说话声音的振动而产生强弱变化的电流时，电磁铁对膜片的吸引力大小也发生变化，使膜片振动起来，产生和对方说话声音相同的声音，把电信号转换为声信号。
2. 电话交换机
（1）作用：减少电话线的数量，提高线路的利用率。便于通话时接通，通话完毕断开。
（2）早期的电话交换机是由话务员手工操作来接线和断线的，工作效率低，劳动强度大。现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，能按用户所拨的号码自动接通话机。
3．模拟通信与数字通信
（1）在用话筒将声音转变成信号电流时，电流的频率、振幅变化情况与声音的频率、振幅变化情况完全一样，“模仿”声信号的电信号就是模拟信号，用这种信号进行通信的方式就是模拟通信。
（2）用不同符号的不同组合表示的信号叫数字信号，这种通信方式叫数字通信。现代的电话已经全部采用数字信号进行传输和处理。
【合作探究】
探究一、电流把信息传到远方
【观察电话机模型】最简单的电话由哪些元件构成的？工作原理是什么？它是怎样把信息传递到远方的呢？
1. 电话的结构及工作原理
最简单的电话由话筒和听筒组成。为了完成通话，话筒和听筒之间要连上一对电话线。
话筒把声音转换成变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方。在另一端，电流使听筒的膜片振动，携带信息的电流又转换成了声音。
电话 话筒 听筒

（1）话筒
①主要组成：碳粒和膜片等。
②作用：把声信号变成电信号（即变化的电流）。
③工作原理：当人对着话筒讲话时，声波使膜片振动，膜片忽松忽紧地挤压碳粒，电阻随之发生变化，在电路中产生随声音振动而变化的电流，话筒相当于一个可变电阻器。
（2）听筒
①主要组成：电磁铁、膜片。
②作用：把电信号还原成声信号。
③工作原理：当从话筒中传来随说话声音的振动而产生强弱变化的电流时，电磁铁对膜片的吸引力大小也发生变化，使膜片振动起来，产生和对方说话声音相同的声音，把电信号转换为声信号。
2. 电话机工作电路图
同一部电话中，话筒和听筒是并联的；两部电话中（对方的电话），话筒与对方的听筒是串联的，对方的话筒与自己的听筒是串联的（选填“串联”或“并联”）。
【例题1】关于电话的工作过程，有如下描述：
①膜片忽松忽紧，挤压碳粒；②人对着话筒说话时，声波使膜片振动；③电阻忽大忽小；④磁铁对铁片的吸引力忽大忽小，使铁片振动，振动情形与说话情形相同；⑤在电路中产生强弱按声音的振动而变化的电流。合理的顺序是（ D ）
A．①②③④⑤ B．②①④③⑤ C．①②③⑤④ D．②①③⑤④
【解析】电话的工作过程是：人对着话筒说话时，声波使膜片振动；膜片忽松忽紧，挤压碳粒；电阻忽大忽小；在电路中产生强弱按声音的振动而变化的电流；使听筒中的磁铁对铁片的吸引力忽大忽小，使铁片振动，振动情形与说话情形相同；故合理顺序为②①③⑤④，故ABC不符合题意，D符合题意。所以选D。
探究二、电话交换机
【想一想】一个地区有5部电话，要使这5部话机中的任意两部都能互相通话，要架设多少对电话线？
1. 电话交换机的作用

【分析】如果一部话机只能固定地同另一部话机接通，要使这5部话机中的任意两部都能互相通话，必须把这5部电话两两连接起来，一部电话要引出4对线，5部电话就是20对线，但有一半重复了，所以要架设10对电话线.
【想一想】你能否想出一个办法，要尽量减少线路的数量，但仍能保证5部电话中的任意两部可以相互通话（这时其他几部暂不能通话）？
【分析】采用电话交换机，可以减少线路数量，每部电话与交换机相连就可以实现任意两部之间的通话，需要5对电话线即可，如图所示。
电话交换机的作用：减少电话线的数量，提高线路的利用率。便于通话时接通，通话完毕断开。
2. 电话交换机的连接
（1）一个地区的电话都接到同一台交换机上，每部电话都编上号码。使用时，交换机把需要通话的两部电话接通，通话完毕再将线路断开。
（2）如果在一台交换机与另一台交换机之间连上若干电话线，这样两个不同的交换机的用户就能互相通电话了。

例如：北京地区电话交换机的编号（即区号）010，上海地区电话交换机的编号（即区号） 021。使用时，交换机把需要通话的两部电话接通，通话完毕再将线路断开。
3. 电话交换机的发展
（1）早期的电话交换机是依靠话务员手工操作来接线和断线的，工作效率低，劳动强度大。
（2）1891年出现了自动电话交换机，它通过电磁继电器进行接线。
（3）现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，只要事先给交换机中的电脑输入所需的程序，电脑就能“见机行事”，能按用户所拨的号码自动接通话机。
4. 电话“占线”的原因
打电话时，有时出现“占线”现象。实际上，当时对方的话机并不一定在使用，而常常是两台交换机之间有太多的用户要通话，它们之间的电话线不够用了。这个现象在打长途电话时比较常见。
【例题2】北京的小明同学给上海的朋友打电话，信号的传递过程是：从小明的电话上通过电话线传到______的电话交换机上，再从______ 的电话交换机上通过电话线传到_______的电话交换机上，又从_____的电话交换机上传到上海朋友家的电话上。
【答案】北京，北京，上海，上海.
【解析】固定电话的工作过程是：电话都是把声音信号转化成电信号，通过电话线传到交换机上，交换机再将电信号通过电话线传到接收人的固定电话上，他的电话机再将电信号转化成声音信号；所以，在北京的人给上海的朋友打电话，信号的传递过程是：从北京的电话上通过电话线传到北京的交换机上，再从北京的交换机上通过电话线传到上海的交换机上，又从上海的交换机上传到上海的朋友家的电话上．
探究三、模拟通信和数字通信
1. 模拟通信与数字通信
（1）模拟通信
在话筒将声音转换成信号电流时，这种信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”。这种电流传递的信号叫做模拟信号，使用模拟信号的通信方式叫做模拟通信。

（2）数字通信
用不同符号的不同组合表示的信号叫数字信号，这种通信方式叫数字通信。
①“电报”信号
以电报信号为例理解什么是数字通信。用点“·”和画“—” 的组合代表各种数字，一定的数字组合代表一个汉字；于是一系列点和画组成的信号就可以代表一个完整的句子了。
莫尔斯电码 常见数字信号的组成方式
②常见数字信号的组成方式
用点和画，发声、发光的长短，电压、电流的有无，数字0和1，磁体的N、S极等不同符号信息都可组成数字信号，用来传递丰富多彩的声音、图像等各种信息。
数字通信是一种既现代有古老的通信方式。烽火、旗语、电报和网络等传递信息的方式都是数字通信（选填“模拟”或“数字”）。
2. 模拟通信与数字通信的特点
（1）模拟信号
模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一些信息，表现为声音、图像的失真，严重时会使通信中断。
（2）数字信号
目前，通常的数字信号只包含两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强。由于电子计算机是以数字形式工作的，数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理，发挥计算机的巨大威力。数字信号还可以通过不同的编码进行加密。
现代的电话已经全部采用数字信号进行传输和处理了，用数字信号传输的电视节目也已经进入家庭。
【例题3】（多选题）如图所示，利用数字通信进行传输信号的是（ ）
A．烽火狼烟 B．驿马快报 C．发送电报 D．海军旗语
【答案】ACD.
【详解】古人用烽火数量的多少表示来侵略敌人的多少，是分立的信号，属于数字信号；古代的驿站和驿马是早期的信息传递工具，属于模拟信号；“电报”发出的信号是不连续的，是分立的信号，属于数字信号；海军用旗语或灯光的暗亮来相互传递信息，是分立的信号，属于数字信号．
【精讲点拨】
1．电话
电话由话筒和听筒组成。话筒和听筒之间连有一对电话线。话筒把声音变成变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方。在另一端，电流使听筒的膜片振动，携带信息的电流又变成了声音。
2. 电话交换机的发展历程
（1）早期的电话交换机是依靠话务员手工操作来接线和断线的，工作效率低，劳动强度大。
（2）1891年出现了自动电话交换机，它通过电磁继电器进行接线。
（3）现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，只要事先给交换机中的电脑输入所需的程序，电脑就能“见机行事”，能按用户所拨的号码自动接通话机。
3．模拟信号与数字信号
（1）模拟信号：话筒将声音转换成信号电流，这种信号电流的频率、振幅的变化情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”。这种电流传递的信号叫做模拟信号。
（2）数字信号：用不同符号的不同组合表示的信号叫做数字信号。数字信号有抗干扰能力强，无噪声积累，便于存储、处理和交换等优点，所以各国都在积极发展数字通信。
【归纳整理】
第1节 现代顺风耳——电话
【课堂练习】
1．甲、乙两部电话接通后，正确的说法是（ ）
A．甲的听筒和甲的话筒，乙的听筒和乙的话筒分别串联在两个电路中
B．甲的听筒和乙的听筒串联，甲的话筒和乙的话筒串联
C．甲的听筒和话筒，乙的听筒和话筒串联在一个电路中
D．甲的听筒和乙的话筒串联在一个电路中，乙的听筒和甲的话筒串联在另一个电路中
【答案】D。
【详解】AD．甲、乙两部电话接通后，甲的听筒和乙的话筒，乙的听筒和甲的话筒分别串联在两个电路中，故A不符合题意，D符合题意。
BC．甲的听筒和乙的话筒串联，甲的话筒和乙的听筒串联，故BC不符合题意。
所以选D.
2．抗日战争期间，我军利用各种方式传递军情，下列列举的传递军情的方式属于传递模拟信号的是（ ）
A．消息树 B．发电报
C．鸡毛信 D．发不同颜色的信号弹
【答案】C。
【详解】消息树、发电报和不同颜色的信号弹都是利用不同组态传递信息的，属于数字信号；鸡毛信则一般是利用文字的形式直接表述信息，属于模拟信号．
所以选C。
3．2011年6月9日，持续绕月9个多月的“嫦娥二号”卫星加速离开月球，并继续进行深空探测，如图所示，A、B为卫星的两个喷气发动机。根据表中指令可知，使“嫦娥二号”卫星加速离月的信号应为（ ）
指令
信号
发动机A
00100
发动机B
11011
点火
10001
熄火
01110
【答案】A
【详解】由图可知，要使“嫦娥二号”离开月球，应增大其速度；故应沿速度方向的反方向喷出气体，才能使“嫦娥二号”加速离开月球；故应发出指令：发动机A点火；由题意可知应为：00100 10001。
所以选A。
4．关于数字信号和数字通信，下列说法错误的是（ ）
A．先进的电视机可实现数字通信
B．电报信号是数字信号
C．用不同数字的不同组合表示的信号叫做数字信号
D．数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理
【答案】C。
【详解】A．数字通信可以传递大容量的信号，抗干扰能力强，数字电视使用数字信号进行传输，故A正确，不符合题意；B．电报发出的信号是不连续的，是分立的信号，属于数字信号，故B正确，不符合题意；
C．用不同数字或符号等的不同组合表示的信号叫做数字信号，数字信号相对于模拟信号有更强的抗干扰能力，故C错误，符合题意；
D．计算机所处理的数据是二进制的数字信号，数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理，故D正确，不符合题意．
所以选C。
5．模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一些______，表现为声音、图像的______，严重时会使通信中断；数字信号只包括两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强，可以很方便地用________加工处理，还可以通过不同的_______进行加密。
【答案】信息，失真，电子计算机，编码。
【详解】模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，会受到外界的通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使信号丢失一些信息，表现为声音、图象的失真，使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多，严重时会使通信中断。
数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，形式简单，其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力特别强。由于电子计算机是以数字形式工作的，数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理，数字信号还可以通过不同的编码进行加密。
6. 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：
开关动作
开
关
开、关
开、开
关、开
表示数字
0
1
01
00
10
中文意义
我
他
和
同学
是

那么，“我和他是同学”的数字信号为“0，01，1，10，00”，请照此代码用另一组信号表达你想说的一句话：_________。
【答案】1，10，0，00（他是我同学）。
【详解】想说的一句话是：他是我同学．数字信号为：1，10，0，00.
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？