高中物理 第4章 電磁波與現(xiàn)代通信 4_2無線電波與現(xiàn)代通信教師用書 滬科版選修1-1

4.2無線電波與現(xiàn)代通信1(3分)關(guān)于電磁波的下列說法中正確的是()A法拉第第一次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在B電磁波不能在空氣中傳播C麥克斯韋第一次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在D電磁波可以在真空中傳播【解析】赫茲第一次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故A，C項(xiàng)錯(cuò)誤電磁波既可以在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確【答案】D2(3分)(多選)在電磁波譜中()A各種電磁波有明顯的頻率和波長區(qū)域界限B射線的頻率一定高于X射線的頻率CX射線的波長有可能等于紫外線的波長D可見光波長一定比無線電波波長短【解析】各種不同頻率的電磁波，雖然產(chǎn)生的機(jī)理不同，但無線電波和紅外線，紫外線和X射線，X射線和射線，它們的波長或頻率有交叉重疊部分，故C、D正確【答案】CD3(4分)某雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射電磁波的波長為20 cm，每秒鐘脈沖數(shù)n5 000，每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間t0.02 s.問：電磁波的頻率是多少？最大的偵察距離是多少？【解析】由于電磁波的波長、頻率和波速之間滿足關(guān)系vf，真空中電磁波的傳播速度等于光速，一般在空氣中傳播，電磁波的速度認(rèn)為等于光速，即v3.0108 m/s，因此f1.5109 Hz，即電磁波的頻率為1.5109 Hz.雷達(dá)工作時(shí)發(fā)射電磁波脈沖，每個(gè)脈沖持續(xù)t0.02 s，在兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔內(nèi)，雷達(dá)必須接收到反射回來的電磁波脈沖，否則會(huì)與后面的電磁波脈沖重疊而影響測量，設(shè)最大偵察距離為s，則：2svt，而t s200 s0.02 s(脈沖時(shí)間可以略去不計(jì))，所以sv3.0104 m.【答案】1.5109 Hz3.0104 m課標(biāo)導(dǎo)思1.了解無線電通信的歷程2知道四種常見的通信方式的基本特征，了解它們各自的用途3了解互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程，體會(huì)它對(duì)人們生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生的巨大影響同時(shí)關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)的負(fù)面影響.一、無線通信百年回眸11895年波波夫改進(jìn)了赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置，制作了一臺(tái)裝有天線的接收機(jī)，成功地實(shí)現(xiàn)了短距離無線通信21901年馬可尼用自己建造的大功率發(fā)射臺(tái)，成功進(jìn)行了跨越大西洋的通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著穿越時(shí)空傳遞信息時(shí)代的到來31904年，弗萊明制成真空二極管，提高了檢波效應(yīng)41906年，德福雷斯特研制出真空三極管，成為無線電技術(shù)中重要的元件51947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們研制出世界上第一只晶體管，使電子學(xué)發(fā)生了根本性的變化6無線電波的發(fā)射與接收(1)電磁波譜中的無線電波段主要用于無線通信，無線電波的波長從幾毫米到幾十千米，通常分為長波、中波、短波、微波等幾個(gè)波段(2)用無線電波傳播聲音及其他信號(hào)，需要解決兩個(gè)問題：一是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；二是要提高電信號(hào)的傳播距離(3)提高電磁波的頻率，增大電磁波的能量，電磁波傳播的距離就越遠(yuǎn)(4)由天線發(fā)射出去的無線電波向四面八方傳播，在傳播途中，遇到接收天線(導(dǎo)體)，就會(huì)在接收回路中產(chǎn)生頻率相同的感應(yīng)電流接收機(jī)通過調(diào)諧電路，選擇所需要頻率的電波，經(jīng)過檢波電路將載波與音頻信號(hào)分開，把音頻信號(hào)放大并通過揚(yáng)聲器播放出來二、有線無線交相輝映1微波通信：優(yōu)點(diǎn)是通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災(zāi)能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是只能采用空間波傳播，必須用中繼站的方法增加通信距離2衛(wèi)星通信：優(yōu)點(diǎn)是覆蓋面大、通信距離長，速度快、容量大，幾乎不受地理環(huán)境限制3光纖通信：優(yōu)點(diǎn)是方向性好、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強(qiáng)等.一、對(duì)通信技術(shù)的理解1微波通信：靠中繼站接力來實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸(1)中繼站的功能：接收前站傳來的信號(hào)，加上能量經(jīng)放大后向下一站發(fā)射(2)微波通信的特點(diǎn)：通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災(zāi)能力強(qiáng)等(3)數(shù)字微波通信的特點(diǎn)：噪聲小、頻帶寬、上下話路方便、更加經(jīng)濟(jì)可靠2衛(wèi)星通信：通信衛(wèi)星系統(tǒng)由衛(wèi)星和衛(wèi)星通信地球站組成，同步衛(wèi)星在地球赤道上空36 000 km，相對(duì)地面靜止(1)衛(wèi)星作為中繼站，將地面?zhèn)鱽淼奈⒉ㄐ盘?hào)放大后再發(fā)射回地球理論上只需三顆等距離同步衛(wèi)星就可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋(2)衛(wèi)星通信的特點(diǎn)：覆蓋面大、通信距離長、不受地理環(huán)境限制、投資少、見效快等(3)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS是利用6個(gè)軌道上24顆衛(wèi)星組成的全球定位、導(dǎo)航及授時(shí)系統(tǒng)我國的“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)將于2012年首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和援時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)能力3光纖通信：把信號(hào)加在激光上在光導(dǎo)纖維中傳輸(1)光纖通信的原理：使用激光技術(shù)和全反射技術(shù)采用可高速調(diào)制的激光光源，利用被調(diào)制的激光在用高純度的石英玻璃制成的細(xì)如發(fā)絲的光纖材料內(nèi)不斷發(fā)生全反射，將信號(hào)傳向終端(2)光纖通信的特點(diǎn)：頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強(qiáng)、成本低、傳輸質(zhì)量高等二、無線電波的發(fā)射和接受1無線電波的發(fā)射(1)發(fā)射電磁波的條件要有足夠高的振蕩頻率理論研究表明，振蕩電路向外輻射能量的本領(lǐng)，即單位時(shí)間內(nèi)輻射出去的能量與頻率的四次方成正比，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大開放電路只有使振蕩電路的電場和磁場分散到盡可能大的空間，才能有效地把電磁場的能量傳播出去用開放電路可以把電磁波發(fā)射出去(2)發(fā)射電磁波的電路特點(diǎn)在如圖421所示的實(shí)際發(fā)射無線電波的裝置中，由閉合電路變成開放電路變化的過程圖421在實(shí)際發(fā)射無線電波的裝置中，在開放電路旁還需加一個(gè)振蕩器電路與之耦合(如圖421(e)，振蕩電路產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過L1和L2的互感作用，使L1也產(chǎn)生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發(fā)無線電波，向四周發(fā)射【特別提醒】無線電波的發(fā)射過程如下：2無線電波的接收(1)選臺(tái)與電諧振選臺(tái)：接收電磁波時(shí)從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫選臺(tái)電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫電諧振(2)調(diào)諧與調(diào)諧電路調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧調(diào)諧電路：能夠調(diào)諧的接收電路叫做調(diào)諧電路(3)解調(diào)從接收到的高頻電磁波中“檢”出所攜帶的信號(hào)，叫做檢波，也叫解調(diào)，它是調(diào)制的逆過程(4)無線電波的接收天線收到的所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)過檢波取出攜帶的信號(hào)，放大后還原成聲音或圖像的過程【特別提醒】(1)無線電波的接收過程如下：.(2)在電磁波發(fā)射和接收的過程中要明確調(diào)制、調(diào)諧的含義，不能混淆一、關(guān)于通信方式的理解與應(yīng)用關(guān)于同步衛(wèi)星，以下說法中正確的是()A同步衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)周期和地球的自轉(zhuǎn)周期相同B同步衛(wèi)星和月球一樣每天繞地球一周C同步衛(wèi)星固定在空中一直不動(dòng)D同步通信衛(wèi)星作為傳播微波的中繼站，地球上只要有兩顆就能覆蓋全世界【解析】所謂地球同步衛(wèi)星，即指衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，與地球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，且在赤道上空的某地，站在地球上觀看(以地球本身為參照物)它在空中的位置是固定不動(dòng)的，所以它可以代替微波中繼站來進(jìn)行電磁波的中轉(zhuǎn)作用全世界只要有三顆這樣的衛(wèi)星(當(dāng)然位置要選定好)就可以滿足全世界的需求，正確答案只有選項(xiàng)A.【答案】A1下列各種通信方式不屬于現(xiàn)代通信的是()A衛(wèi)星通信B互聯(lián)網(wǎng)(有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò))C戰(zhàn)場上的八百里加急D光纖通信【解析】選項(xiàng)C是一種古代通信方式【答案】C二、無線電波的發(fā)射與接收關(guān)于無線電波的發(fā)射和接收，下列說法正確的是()A為了將信號(hào)發(fā)送出去，先要進(jìn)行解調(diào)B為了從各個(gè)電臺(tái)發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來，就要進(jìn)行解調(diào)C為了從高頻電流中取出聲音信號(hào)，就要進(jìn)行調(diào)頻D由開放電路可以有效地把電磁波發(fā)射出去【解析】為了將信號(hào)發(fā)送出去，首先要進(jìn)行調(diào)制；從各個(gè)電臺(tái)發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來，要進(jìn)行調(diào)諧；從高頻電流中取出聲音信號(hào)，需要解調(diào)；利用開放電路可以有效地發(fā)射電磁波故只有D正確【答案】D調(diào)制和調(diào)諧的區(qū)別(1)調(diào)制是無線電波發(fā)射時(shí)將要傳遞的信號(hào)加入高頻電磁波上的過程，有調(diào)幅和調(diào)頻兩種方式(2)調(diào)諧是無線電波接收時(shí)將需要的信號(hào)選出來的過程2如圖422所示，為電視接收過程示意圖，其工作過程順序正確的是()圖422A解調(diào)放大調(diào)諧顯示B調(diào)諧放大解調(diào)顯示C調(diào)諧解調(diào)放大顯示D放大調(diào)諧解調(diào)顯示【解析】電視接收機(jī)首先利用電諧振通過調(diào)諧把空間高頻電流選出來，然后解調(diào)，取下信號(hào)，最后經(jīng)放大后再傳給顯像管顯像，所以正確的順序是C.【答案】C1發(fā)明電話的是()A莫爾斯B愛迪生C赫茲D貝爾【答案】D2比較下列各類傳遞信息的方法，在相同時(shí)間內(nèi)能傳遞信息最多的是()A電話 B電報(bào)C書信D可視電話【解析】電話只傳遞聲音，電報(bào)、書信只傳遞文字，可視電話聲音、文字、圖象均可傳送，所以可視電話傳遞信息最多【答案】D3(多選)光纖通信具有的優(yōu)點(diǎn)是()A頻帶寬，容量大B中繼距離長C抗干擾性好，保密性強(qiáng)D成本低，傳輸質(zhì)量高【解析】光纖通信由于具有頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性好，保密性強(qiáng)、成本低、傳輸質(zhì)量高等許多優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今世界最有發(fā)展前途的通信技術(shù)，故A、B、C、D均正確【答案】ABCD4簡單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置，至少應(yīng)具備以下電路中的() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22940031】調(diào)諧電路；調(diào)制電路；高頻振蕩電路；開放振蕩電路A BCD【解析】比較有效的發(fā)射電磁波的裝置應(yīng)該有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路調(diào)制電路是把需要發(fā)射的信號(hào)裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去，高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波，開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送的更遠(yuǎn)而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路【答案】B學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評(píng)(十一) (建議用時(shí)：45分鐘)1發(fā)明電報(bào)的是()A莫爾斯B愛迪生C馬可尼D貝爾【答案】A2在下列裝置中，既能發(fā)射又能接收電磁波的是()A收音機(jī) B移動(dòng)電話C固定電話D電視機(jī)【解析】收音機(jī)和電視機(jī)只能接收電磁波，固定電話接收和發(fā)送的是電流信號(hào)，只有移動(dòng)電話可發(fā)射和接收電磁波【答案】B3(多選)下列說法中正確的是()A無線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無線電波B無線電波在真空中的波長范圍從幾毫米到幾十千米C無線電波的頻率越低越容易發(fā)射D發(fā)射無線電波的目的是為了向遠(yuǎn)處傳遞電能【解析】無線電波在電磁波譜中波長最長，其波長范圍是幾毫米到幾十千來，所以A、B正確發(fā)射無線電波的條件是：一、頻率足夠高；二、有開放電路，所以C錯(cuò)發(fā)射無線電波的目的是向遠(yuǎn)處傳遞信號(hào)，D錯(cuò)【答案】AB4在無線電波廣播的接收中，調(diào)諧和檢波是兩個(gè)必須經(jīng)歷的過程，下列關(guān)于接收過程的順序，正確的是()A調(diào)諧高頻放大檢波音頻放大B檢波高頻放大調(diào)諧音頻放大C調(diào)諧音頻放大檢波高頻放大D檢波音頻放大調(diào)諧高頻放大【解析】在無線電波的接收中，首先要選擇出所需要的電磁波調(diào)諧，然后經(jīng)高頻放大后，再將音頻信號(hào)提取出來檢波，最后再進(jìn)行音頻放大，故A正確【答案】A5(多選)數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)具有的優(yōu)點(diǎn)是()A抗干擾能力強(qiáng)B容易加密C便于計(jì)算機(jī)處理D傳輸簡單【解析】數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)具有的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，容易加密和便于計(jì)算機(jī)處理【答案】ABC6(多選)光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)目前，我國正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)下列說法正確的是()A光纖通信利用光作為載體來傳播信息B光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的衍射原理C光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理D目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲【解析】光纖通信是把信號(hào)加在激光上在光導(dǎo)纖維中傳輸，廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的石英玻璃絲，光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的全反射原理，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤【答案】AD7無線電技術(shù)中通常根據(jù)波長把無線電波分成下表中的幾個(gè)波段：波段長波中波短波微波波長/m30 0003 0003 00020020010100001大家知道，地球被厚厚的大氣層包圍著，在距地面50千米到幾百千米的范圍內(nèi)的大氣層叫電離層，電離層對(duì)于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于波長小于10 m的微波，電離層能讓它通過；對(duì)于波長超過3 000 m的長波，電離層基本上把它吸收掉；對(duì)于中波和短波，電離層對(duì)它有反射作用地球同步通信衛(wèi)星靜止在赤道上空36 000 km高的地方，所以利用同步衛(wèi)星進(jìn)行無線電信號(hào)通信只能通過() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22940032】A長波B中波 C短波D微波【解析】地球同步通信衛(wèi)星傳輸?shù)碾姶挪ㄐ盘?hào)必須能夠穿透電離層，而只有波長小于10 m的微波才能通過，所以答案為D.【答案】D8(多選)關(guān)于調(diào)制器的作用，下列說法正確的是()A調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去B調(diào)制器的作用可以是把低頻信號(hào)的信息加載到高頻信號(hào)的振幅上去C調(diào)制器的作用可以是把低頻信號(hào)的信息加載到高頻信號(hào)的頻率上去D調(diào)制器的作用是將低頻聲音信號(hào)變成高頻信號(hào)，再放大后直接發(fā)射出去【解析】調(diào)制器的作用是把低頻聲音信號(hào)加載到高頻振蕩信號(hào)上去，如果高頻信號(hào)的振幅隨低頻信號(hào)的變化而變化，則是調(diào)幅；如果高頻信號(hào)的頻率隨低頻信號(hào)的變化而變化，則是調(diào)頻由于低頻信號(hào)不利于直接從天線發(fā)射，所以需要將低頻信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去【答案】ABC9近年來，無線光通信技術(shù)(不需光纖，利用紅外線在空間的定向傳播來傳遞信息的通信手段)在局域網(wǎng)、移動(dòng)通信等多方面顯示出巨大的應(yīng)用前景關(guān)于紅外線和光通信，以下說法中正確的是()(1)光通信就是將文字、數(shù)據(jù)、圖象等信息轉(zhuǎn)換成光信號(hào)從一地傳向另一地的過程(2)光纖通信中的光信號(hào)在光纖中傳輸，無線光通信的光信號(hào)在空氣中傳輸(3)紅外線的頻率比可見光的頻率高(4)紅外光子的能量比可見光子的能量大A(1)(2) B(3)(4)C(1)(3)D(2)(4)【解析】無線光通信技術(shù)是光信號(hào)在空氣中直接傳輸各種信息光纖通信中的光信號(hào)是在光纖維中傳輸不論哪種方式，傳輸?shù)亩际俏淖?、?shù)據(jù)圖像等信息而紅外線的頻率由電磁波譜可知比可見光的頻率低，故紅外線的波長比可見光更長，能量更小【答案】A信息化時(shí)代的“住房”上古之世，人們就“構(gòu)木為巢，以避群害”陜西西安半坡村發(fā)現(xiàn)的地面建筑，就是我們祖先的房子經(jīng)過了幾千年的發(fā)展，從氏族部落到村落，房子建得越來越堅(jiān)固、越來越漂亮了，但是那個(gè)時(shí)代人們?nèi)粘＝涣鞯姆秶浅Ｐ」I(yè)化的大生產(chǎn)促進(jìn)了城市的發(fā)展，高樓大廈鱗次櫛比，住房也不再是孤零零的建筑物房子里通了水、電、煤氣，有了電燈、洗衣機(jī)、電冰箱，機(jī)械替代了人的部分體力勞動(dòng)由于生活的便利，住在大樓里的鄰居很少來往人們更多地奔走于家和學(xué)習(xí)、工作的場所之間在信息化的今天，住房除了水、電、煤氣外，又有了與外界溝通信息的電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)人們可以在家里與遙遠(yuǎn)的朋友交流，鋼筋水泥墻不再阻隔人們的交往了人們不一定都住在擁擠的大城市，住在郊區(qū)仍然可以方便地跟辦公室聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)家庭辦公實(shí)際上，信息化時(shí)代的房子已經(jīng)聯(lián)通了全世界時(shí)尚的現(xiàn)代人，能在網(wǎng)上建立虛擬的家：用個(gè)人主頁展示自己的風(fēng)采和魅力人們可以顯現(xiàn)自己的愛好：如果你喜歡文學(xué)，可以把古今中外的名著全放在自己的“家”里，讓與自己有相同愛好的伙伴閱讀；如果你喜歡歌曲，可以收集從古典到最現(xiàn)代的歌曲，把“家”建造為歌曲的天堂；如果你喜歡體育在虛擬的家中還可以展現(xiàn)自己的能力：如果把你的創(chuàng)造和發(fā)明放到網(wǎng)上，可以與同學(xué)、朋友交流在信息時(shí)代，網(wǎng)上的“家”可以是一個(gè)人所有信息的“居所”除了個(gè)人的“家”，還有更大的供“部落”活動(dòng)的場所你可以開辦一個(gè)論壇，選擇自己關(guān)心的話題暢所欲言，結(jié)識(shí)很多興趣相近的朋友雖然你們可能從來沒有見過面，甚至居住在地球的兩邊，但是你們會(huì)為了同一幅漫畫而開懷大笑，也會(huì)為了同一個(gè)感人的故事而流淚當(dāng)你遇到困難，這些看不到的朋友往往更能設(shè)身處地為你著想，給你一個(gè)“別出心裁”的建議對(duì)于被高樓大廈隔離的人們，網(wǎng)絡(luò)中的“家庭”溫暖，實(shí)實(shí)在在地存在著再比如，當(dāng)發(fā)生了一起感人的愛國事件時(shí)，看著那些激昂的支持者的留言，特別是看到他們的IP地址來自世界各地，確實(shí)由衷地感到“海內(nèi)存知己，天涯若比鄰”互聯(lián)網(wǎng)使人們突破了地理上的局限和工業(yè)化產(chǎn)生的隔閡，給人們一個(gè)前所未有的、更廣闊的自由交流空間.