人教版 初中九年级物理全册 第21章 第4节《越来越宽的信息之路》知识点精讲
人教版 初中九年级物理全册
第21章 第4节《越来越宽的信息之路》
一、《越走越宽的信息之路》 知识点
1.微波是波长在10m~1mm之间，频率在30MHz~3×105MHz之间的电磁波。微波大致沿直线传播，所以每隔50公里左右就要建一个微波中继站。
2.利用卫星做通信中继站，称之为卫星通信。这种卫星相对于地球静止不动，叫做同步地球卫星。在一球周围均匀分布3颗卫星，就可以实现全球通信。
3.1960年，美国科学家梅曼发明了第一台激光器。激光的特点是频率单一、方向高度集中。光纤通信是利用激光在光纤中传输信号的。光纤由中央的玻璃芯和外面的反射层、保护层构成的，可以传输大量的信息。
4.将数台计算机通过各种方式联结在一起，便组成了网络通信。现在世界上最大的计算机网络叫因特网（Internet）。它使用最频繁的通信方式是电子邮件(e-mail)。
本节课是在上节课的基础上对电磁波通信进行扩展，不但从传输信息量上、传输范围上，而且从通信方式上。
信息理论表明：
作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。
微波信号的波长在10 m ～1 mm之间、频率在30 MHz （兆赫兹）～3 ×105 MHz之间。单位时间传输的信息量很大，但它几乎沿直线传播，所以微波在传播的过程中为了能传得远，常在传播过程中设置微波中继站。
信号越过高山大海，用卫星作为中继站是最好的选择。通信卫星大多相对地球“静止”——同步卫星
三颗同步卫星可以实现全球通信
卫星信号接收装置
光是比微波频率高得多的电磁波。
光通信的“高速公路”更宽广。
利用频率单一、方向高度集中的激光进行通信，效果很好。
光在光纤中的传播情况示意图
光纤通信的优点：
（1）传输频带极宽，通信容量很大；
（2）光纤衰减小，无中继设备，传输距离远；
（3）频率稳定，信号传输质量高；
（4）光纤抗电磁干扰，保密性好。
生活中的光导纤维
图中服务器不仅仅相当于一个信号交换机，而且还有强大的信号处理能力。
通过电脑网络传递信息现在已经很广泛了，不但传递信息量很大，而且它还有对信号的强大的处理能力，现在整个世界都被电脑网络连接到了一起。
图文讲解
练习1
l 越来越宽的信息之路
l 5分钟训练(预习类训练，可用于课前)
1.下列说法正确的是（ ）
A.无线电波的波长越短，相同时间内传输的信息就越多
B.无线电波的波长越长，相同时间内传输的信息就越多
C.无线电波的频率越低，相同时间内传输的信息就越多
D.无线电波的速度越快，相同时间内传输的信息就越多
答案：A
2.在中国移动通信大楼的顶部常可见到一些锅形天线。关于这种天线的作用，以下说法中正确的是（ ）
A.这是做广告用的模型
B.天线凹面斜向上方是用来接收卫星信号的
C.天线凹面朝水平方向是用来接收卫星信号的
D.无论天线朝什么方向均能接收卫星信号
解析：移动通信是通过微波来传递信息的，微波几乎是沿直线传播的，不会沿地面绕射，它是以地球同步卫星和地面站作为中继站不断地向远方传递信号的。电信大楼的顶部锅形天线就是用来接收来自卫星的转接信号的。
答案：B
3.微波的波长在__________________之间，频率在__________________之间，所以微波的频率高。当它作为载体时，在相同时间内可以传输的信息就越多。
答案：10 m—1 mm 30 MHz—3×105 MHz
4.世界各地的计算机网络通过交换机和服务器互相联结，就成为世界上最大的计算机网络，称为__________。计算机可以高速处理大量信息，把计算机联在一起，可以进行网络通信。计算机之间的联结，可以使用___________________________________________________等各种通信手段。目前使用最频繁的网络通信形式有__________等。
答案：因特网 金属导线、光缆、通信卫星 电子邮件
10分钟训练(强化类训练，可用于课中)
1.“神舟”五号飞船飞行过程中，由多个地面测控站和四艘“远望”号远洋航天测量船组成了测控网，通过发射和接收一种波，对飞船进行跟踪、测量与控制。这种波是（ ）
A.红外线 B.γ射线 C.微波 D.超声波
解析：在用于通信的电磁波中，不同用途的设备使用的电磁波的频率范围不同，而用于电视、雷达、无线电导航及测控的是微波，它的频率范围是3×108Hz—3×1011 Hz。
答案：C
2.下列说法不正确的是（ ）
A.微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此需要建立微波中继站
B.我们可以把月亮作为一个微波中继站
C.卫星通信只需要3颗同步卫星就可以实现全球通信
D.光纤通信是靠激光在光缆中传播进行信息传递的
答案：B
3.关于光纤通信,小明同学曾思考这样的问题:在漫长的线路上，光纤免不了要拐弯、缠绕，而光在同种均匀介质中是沿直线传播的，激光通信信号怎样从一端传到另一端呢？后来在“研究光纤怎样传输光信号”的活动中，终于明白了：激光信号在光纤中（ ）
A.就像水流沿弯曲水管流动那样 B.就像电流沿弯曲导线传播那样
C.不断地经光纤壁反射而向前传播 D.不断地在光纤中折射而向前传播
答案：C
4.下列关于移动通信的说法中不正确的是（ ）
A.有一些移动通信设备之间不需基地台也可以相互联系
B.用手机与另一部手机通话时，必须经过基地台才能实现
C.移动通信无需借助光缆线，可直接使用无线电波（电磁波）联系
D.移动通信不但可以通话，还可以传递图片等
解析：有些通信设备，像对讲机、军用电台等无需借助基地台，可直接建立联系，A正确。手机与其他手机（或座机）通话时，必须经基地台转接，有些甚至还要经多个基地台转接，B正确。移动通信，由一个基地台向另一个基地台传送信号时，需用光缆传播，C不正确。移动电话现在除通话功能外还可以实现收发信息、拍摄和传送图片、接收电视节目和无线上网等功能，D正确。
答案：C
5.关于电子邮件，下列说法正确的是（ ）
A.发送电子邮件必须要输入对方的信箱地址 B.电子信箱是某用户计算机上的空间
C.对方的计算机没开机，邮件就没法发送 D.发送电子邮件必须要输入自己的信箱地址
解析：发送电子邮件，需要先进入自己的信箱，然后把邮件发送到对方的服务器上，无论对方的计算机是否开机，都可以收到电子邮件。因为电子信箱占有的是网络服务器上的空间，所以只要对方开机后，就可以从服务器上收到邮件。
答案：A
6.通信卫星大多是相对于地球“静止”的__________________，从地面上看，它好像悬挂在空中_________________。在地球周围均匀地配置__________颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面。通过卫星电视，一个地方的突发事件，全世界几乎可以_____________看到现场的画面。
答案：同步卫星 静止不动 3 同时
7.电子邮箱heqing1020@，该邮箱的服务器名叫_____________，其中“cn”表示_____________。
答案：heqing1020 在中国注册的
30分钟训练(巩固类训练，可用于课后)
1.关于微波，下面说法不正确的是（ ）
A.微波是指频率很高、波长很短的无线电波
B.微波大都沿地球表面绕射，所以可以实现全球通信
C.卫星通信就是用通信卫星作为微波的中继站
D.微波大致沿直线传播，需要每隔50 km左右建一个中继站
答案：B
2.CD机对光盘内信息是通过激光来读取的，这是利用激光的（ ）
A.单色性 B.方向性 C.高能量 D.频率高
解析：激光具有极强的单色性、方向性和亮度。用激光来读取光盘内的信息是利用了激光的方向性好，基本上只沿发射的方向传播，能集中一点的特点。
答案：B
3.无线电波和光波的主要区别在于无线电波( )
A.不能反射 B.不能通过真空
C.传播速度低于光速 D.具有较长的波长
答案：D
4.现代航空和航运中使用的雷达是利用电磁波来发现目标的，如果一台雷达搜寻到了目标，从发射信号到接收信号的时间是1.2×10-4s,那么这个目标离雷达的距离是（ ）
km km km D.18 km
解析：电磁波的传播速度和光在真空中的传播速度相同，为3.0×105 km/s。
×3.0×105 km/s×1.2×10-4s=18 km。
答案：D
5.(2010河北课改实验区模拟，17)关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（ ）
A.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的
B.光纤通信具有传输信息量大、高抗干扰及光能损耗小等优点
C.电磁波可以在真空中传播
D.电磁波的频率越高，在空气中传播的速度越大
解析：选项A、B、C中的说法都是正确的。电磁波在空气中传播的速度是不变的，和它的频率没有关系。故D错。
答案：D
6.以下特点中不属于激光特点的是( )
A.亮度高 B.单色性强 C.平行度好 D.只有一种颜色
答案：D
7.下面关于激光应用的描述中，不正确的是（ ）
A.利用激光进行通信 B.利用激光进行距离的精确测量
C.利用激光加工坚硬材料 D.利用激光进行室内照明
解析：激光有很强的方向性，亮度很高，因此激光可以通信，可以进行长距离的精确测量，可用于机械加工（如切割、打孔），但是由于激光的平行度好，不能进行室内照明。
答案：D
8.1960年，美国科学家________制成了世界上第一台红宝石_________，它能产生_________单一、_________高度集中的光——_________，这才使得用光进行通信的梦想得以实现。
答案：梅曼 激光器 频率 方向 激光
9.利用因特网发送电子邮件比手写信件再通过邮局传递要快得多，并且还可以把照片、动画、语言等作为附件一起发送。你能简单地描述一下如何使用电子邮件吗？
答案：（1）登录你自己的电子信箱所在服务器的主页；
（2）输入你的用户名和密码登录；
（3）打开新邮件，填入收件人、主题和内容，把照片或语言等列为附件；
（4）点击发送即可。
10.你会上网吗？计算机上网，在没有专用线路时可使用电话线路，但这时要增用一套调制器和解调器（俗称“猫”），这是为什么？
答案：打电话时,在电话线路中传送的是一种由声音信号变换而来的电信号,是模拟电信号。模拟电信号的频率变化被限制在能进行正常通信的很窄的范围之内。对于上网的计算机来说,在线路中来回传输的都是数字电信号。数字电信号比起模拟电信号来,频率范围要宽得多。如果数字信号在电话线上传输,会使信号发生畸变而失真,所以需要调制器和解调器。调制器能把数字电信号极宽的频率范围变成模拟电信号相同的频率范围,解调器的作用是将频率范围变窄了的数字电信号变回原来的模样。有了调制解调器,一条电话线上就既能打电话,又能上网了。
11.卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成。卫星在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地面站出入卫星系统形成链路。由于同步卫星在赤道上空36 000 km，它绕地球一周的时间恰好与地球自转一周时间（23 h 56 min 4 s）一致，从地面看上去如同静止不动。3颗相距120°的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信，最适合卫星通信的频率是1—10 GHz频段，即微波频段。
（1）卫星通信是远距离的无线通信，要从卫星上接收信号必须在地面上建立__________。
（2）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.作为传播微波的中继站，地球上空的同步卫星越多越好
（3）频率为1—10 GHz的电磁波对应的波长是多少？
（4）赤道上的地面站向卫星发射信号需要多长时间？
解析：地球同步卫星，就是卫星绕地球转动一周所用的时间和地球自转一周所用的时间相同，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三颗同步通信卫星，就可覆盖几乎所有地球表面，可以实现全球通信。根据c=λf,频率为1—10 GHz的电磁波对应的波长分别是0.3 m—0.03 m。从赤道上的地面向赤道上空36 000 km的卫星发射信号需要的时间为。
答案：（1）地面站 （2）A （3）0.3—0.03 m (4)0.12 s
12.阅读下列材料并回答问题。
传递信息的电信号有两种：模拟信号和数字信号。
例如打电话声音转换成电流时，电流的频率和幅度全都“模仿”着声音的频率和幅度变化，所以这种信号称为模拟信号。目前的广播和电视中的声音和图像使用的都是模拟信号。录音带和录像带上记录的也是模拟信号。模拟信号的特点是连续变化，如图10-4-1所示，模拟信号的缺点是放大时会使信号的“形状”改变而造成失真。传输过程中受到的干扰不易排除。例如汽车发动机的火花塞工作时会产生电磁波，使得电视画面上出现杂乱的点或条纹。
计算机中的信息，无论文字、声音、图像都是用二进制数“0”和“1”编码的，称为数字信号，数字信号的特点是跳跃变化的；“0”代表低电压，“1”代表高电压。如图10-4-1乙表示字母“K”的数字信号，它的编码是“01 001 011”。数字信号的优点是易于用计算机识别和进行复杂的处理，抗干扰能力强，能够进行高密度的存储等等。CD盘、VCD盘和计算机软件光盘上记录的都是数字信号。
图10-4-1
图10-4-2
由上可知，如图10-4-2所示，甲是声音信号波形，乙和丙是通过处理后传递的电流信号，其中__________是模拟信号，__________是数字信号。
思路解析：模拟信号的图像是连续变化的，数字信号是跳跃变化的。利用这点就很容易进行区别。
答案：甲和乙 丙
练习2
1．关于微波，下面说法正确的是( )
A．微波是指频率最高、波长最短的无线电波
B．微波大都沿地球表面绕射，所以可以实现全球通信
C．月球可以作为微波的中继站
D．微波大致沿直线传播，需要每隔50 km左右建一个中继站
2．下列频段中，能传递频道容量最大的是( )
A．长波 B．中波
C．短波 D．微波
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
4．利用网络能够进行( )
①查阅资料、看新闻 ②购物 ③收发电子邮件 ④上网聊天 ⑤远程教育和教程医疗
A．①②③④ B．②③④⑤
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
5．光导纤维简称光纤，如图所示．从图中可看出，光可从任意弯曲的光纤一端传向另一端，似乎光在其中能随意“转弯”，其实这是光在光纤内不断________而实现的，利用光纤来传递电磁波信号，使人类迈上信息高速公路，是华裔科学家高锟的重大贡献．人们能将光和电磁波联系起来，是因为光也是________．
6．(河南中考)下列技术应用中，不是利用电磁波工作的是( )
A．利用微波雷达跟踪飞行目标
B．利用声呐系统探测海底深度
C．利用北斗导航系统进行定位和导航
D．利用移动通信屏蔽器屏蔽手机信号
7．在现代信息传递中，电磁波扮演了重要角色．下列信息传递方式利用了电磁波的是( )
①有线电话 ②移动电话 ③无线电广播电视 ④卫星通信 ⑤网络通信 ⑥光纤通信
A．②③④⑥ B．①②③⑤
C．①③④⑥ D．②④⑤⑥
8．光导纤维的主要用途是用来传递信息，进行通讯．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
9．关于现代通信和电磁波，下列叙述正确的是 ( )
A．光纤通信传输的信息量很大，主要用于无线电广播[来源:学科网]
B．卫星通信利用人造卫星作为中继站进行通信
C．电磁波的应用对人类有利无害
D．电磁波不能在真空中传播
10．如图所示为我国“北斗卫星导航系统”示意图．截止目前，中国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星，北导系统区域组网顺利实现，可以向亚太地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务．该系统在传递信息过程中主要依靠( )
A．电磁波
B．超声波
C．次声波
D．光导纤维
11．中央电视台节目主持人就南非世界杯分组抽签情况与现场记者进行电话连线，发现现场记者总是慢一些，其原因是( )
A．信号衰减
B．信号时间延迟
C．现场记者反应慢些
D．视觉错觉
12．现代通信主要由卫星通信和________通信两种方式组成；通信卫星转发信号是通过________来实现的；如图是通信卫星在赤道上空3.6×104 km高的运行轨道上的图片，它与地球同步转动，则卫星相对地面是________．
13．如图，有一款内置微型“GPS”(全球卫星定位系统)的专用鞋．当穿着它离开指定的区域时，鞋中的“GPS”便会自动发送使用者所在位置信息．该信息被卫星接收后再发送到手机．此过程中由________波传递信息，传播速度约为________m/s.
14．小红在互联网上注册了一个电子邮箱，邮箱的地址是：xiaohong@sohu.com.cn，她电子邮箱的用户名是________，地址中“cn”表示她的邮箱的服务器是在________注册的．
挑战自我
15．阅读材料并完成填空．
光纤通信
激光具有很高的亮度，一台大功率激光器发出的激光，亮度可达太阳亮度的107～1014倍．激光通信与无线电通信类似，即先将声音和图像信号调制到激光束上，然后把载有声音和图像信号的激光发送出去，最后用接收装置把声音和图像信号检测出来．
科学家们研究利用激光进行光纤通信，并取得了很大的成功，光纤是一种非常细的玻璃丝，比人的头发丝还要细，直径只有十分之几毫米，光纤由内芯和包层两部分组成，内芯由光速较小的物质做成，包层由光速较大的物质做成，光在内芯中传播，不断被包层反射回来，曲折前进，如图所示，这样，带有信号的激光就沿着光纤向前传播．容量大，不受外界条件的干扰，使激光通信能传播很远，并且能提高通信质量．
(1)激光通信的原理是：_______________________________________________________________.
(2)光纤是一种非常细的玻璃丝，它由内芯和包层两部分组成，光在内芯中传播时，不断被包层________，曲折前进．
(3)激光的光纤通信具有______________________________________________等优点．
1．D 2.D 3.D 4.D
5.反射 电磁波 6．B 7.A 8.C
9.B 10.A 11.B 12.光纤 电磁波 静止的
13. 电磁 3×108 14. xiaohong 中国
15.
(1)先将声音和图像信号调制到激光束上，然后把载有声音和图像信号的激光束发送出去，最后用接收装置把声音和图像信号检出来
(2)反射
(3)容量大，通信质量高，不受外界干扰
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