【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

电磁波与现代通信

1.   了解早期的信息传播工具，知道这些工具的优缺点。
2.   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。
3.   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。