高中物理滬科版1第四章電磁波與現(xiàn)代通信 2023版第4章4．2無線電波與現(xiàn)代通信

4．2無線電波與現(xiàn)代通信1．(3分)關于電磁波的下列說法中正確的是()A．法拉第第一次通過實驗驗證了電磁波的存在B．電磁波不能在空氣中傳播C．麥克斯韋第一次通過實驗驗證了電磁波的存在D．電磁波可以在真空中傳播【解析】赫茲第一次通過實驗證實了電磁波的存在，故A，C項錯誤．電磁波既可以在真空中傳播，也可在介質中傳播，故B項錯誤，D項正確．【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．γ射線的頻率一定高于X射線的頻率C．X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，雖然產生的機理不同，但無線電波和紅外線，紫外線和X射線，X射線和γ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)某雷達工作時，發(fā)射電磁波的波長為λ＝20cm，每秒鐘脈沖數(shù)n＝5000，每個脈沖持續(xù)時間t＝μs.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系v＝λf，真空中電磁波的傳播速度等于光速，一般在空氣中傳播，電磁波的速度認為等于光速，即v＝×108m/s，因此f＝eq\f(v,λ)＝×109Hz，即電磁波的頻率為×109Hz.雷達工作時發(fā)射電磁波脈沖，每個脈沖持續(xù)t＝μs，在兩個脈沖時間間隔內，雷達必須接收到反射回來的電磁波脈沖，否則會與后面的電磁波脈沖重疊而影響測量，設最大偵察距離為s，則：2s＝v·Δt，而Δt＝eq\f(1,5000)s＝200μs?μs(脈沖時間可以略去不計)，所以s＝v·eq\f(Δt,2)＝×104m.【答案】×109Hz×104m課標導思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)網的發(fā)展歷程，體會它對人們生產生活方式產生的巨大影響．同時關注互聯(lián)網的負面影響.一、無線通信百年回眸1．1895年波波夫改進了赫茲的實驗裝置，制作了一臺裝有天線的接收機，成功地實現(xiàn)了短距離無線通信．2．1901年馬可尼用自己建造的大功率發(fā)射臺，成功進行了跨越大西洋的通信實驗，標志著穿越時空傳遞信息時代的到來．3．1904年，弗萊明制成真空二極管，提高了檢波效應．4．1906年，德福雷斯特研制出真空三極管，成為無線電技術中重要的元件．5．1947年，貝爾實驗室的科學家們研制出世界上第一只晶體管，使電子學發(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、微波等幾個波段．(2)用無線電波傳播聲音及其他信號，需要解決兩個問題：一是將聲音信號轉換成電信號；二是要提高電信號的傳播距離．(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．(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(導體)，就會在接收回路中產生頻率相同的感應電流接收機通過調諧電路，選擇所需要頻率的電波，經過檢波電路將載波與音頻信號分開，把音頻信號放大并通過揚聲器播放出來．二、有線無線交相輝映1．微波通信：優(yōu)點是通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災能力強；缺點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)點是方向性好、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強等.一、對通信技術的理解1．微波通信：靠中繼站接力來實現(xiàn)微波信號遠距離傳輸．(1)中繼站的功能：接收前站傳來的信號，加上能量經放大后向下一站發(fā)射．(2)微波通信的特點：通信容量大、傳輸穩(wěn)定、抗災能力強等．(3)數(shù)字微波通信的特點：噪聲小、頻帶寬、上下話路方便、更加經濟可靠．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36000km，相對地面靜止．(1)衛(wèi)星作為中繼站，將地面?zhèn)鱽淼奈⒉ㄐ盘柗糯蠛笤侔l(fā)射回地球．理論上只需三顆等距離同步衛(wèi)星就可實現(xiàn)全球覆蓋．(2)衛(wèi)星通信的特點：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)星導航系統(tǒng)①GPS是利用6個軌道上24顆衛(wèi)星組成的全球定位、導航及授時系統(tǒng)．②我國的“北斗”導航系統(tǒng)將于2023年首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和援時以及短報文通信服務能力．3．光纖通信：把信號加在激光上在光導纖維中傳輸．(1)光纖通信的原理：使用激光技術和全反射技術．采用可高速調制的激光光源，利用被調制的激光在用高純度的石英玻璃制成的細如發(fā)絲的光纖材料內不斷發(fā)生全反射，將信號傳向終端．(2)光纖通信的特點：頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性好、保密性強、成本低、傳輸質量高等．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①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，即單位時間內輻射出去的能量與頻率的四次方成正比，頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大．②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在如圖4-2-1所示的實際發(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4-2-1在實際發(fā)射無線電波的裝置中，在開放電路旁還需加一個振蕩器電路與之耦合(如圖4-2-1(e)，振蕩電路產生的高頻振蕩電流通過L1和L2的互感作用，使L1也產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：eq\x(產生高頻交變電流的振蕩電路)→eq\x(載波和調制)→eq\x(能夠把電磁波發(fā)射出去的振蕩電路)2．無線電波的接收(1)選臺與電諧振①選臺：接收電磁波時．從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫選臺．②電諧振：當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫電諧振．(2)調諧與調諧電路①調諧：使接收電路產生電諧振的過程叫做調諧．②調諧電路：能夠調諧的接收電路叫做調諧電路．(3)解調從接收到的高頻電磁波中“檢”出所攜帶的信號，叫做檢波，也叫解調，它是調制的逆過程．(4)無線電波的接收天線收到的所有的電磁波，經調諧選擇出所需要的電磁波，再經過檢波取出攜帶的信號，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：eq\x(無線電波的接收)→eq\x(調諧)→eq\x(電諧振)→eq\x(檢波).(2)在電磁波發(fā)射和接收的過程中要明確調制、調諧的含義，不能混淆．一、關于通信方式的理解與應用關于同步衛(wèi)星，以下說法中正確的是()A．同步衛(wèi)星的轉動周期和地球的自轉周期相同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)星繞地球轉動的周期與地球的自轉周期相同，與地球同步轉動，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的，所以它可以代替微波中繼站來進行電磁波的中轉作用．全世界只要有三顆這樣的衛(wèi)星(當然位置要選定好)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(有線網絡和無線網絡)C．戰(zhàn)場上的八百里加急D．光纖通信【解析】選項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．為了將信號發(fā)送出去，先要進行解調B．為了從各個電臺發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來，就要進行解調C．為了從高頻電流中取出聲音信號，就要進行調頻D．由開放電路可以有效地把電磁波發(fā)射出去【解析】為了將信號發(fā)送出去，首先要進行調制；從各個電臺發(fā)出的電磁波中將需要的電磁波選出來，要進行調諧；從高頻電流中取出聲音信號，需要解調；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調制和調諧的區(qū)別(1)調制是無線電波發(fā)射時將要傳遞的信號加入高頻電磁波上的過程，有調幅和調頻兩種方式．(2)調諧是無線電波接收時將需要的信號選出來的過程．2．如圖4-2-2所示，為電視接收過程示意圖，其工作過程順序正確的是()圖4-2-2A．解調——放大——調諧——顯示B．調諧——放大——解調——顯示C．調諧——解調——放大——顯示D．放大——調諧——解調——顯示【解析】電視接收機首先利用電諧振通過調諧把空間高頻電流選出來，然后解調，取下信號，最后經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，在相同時間內能傳遞信息最多的是()A．電話 B．電報C．書信 D．可視電話【解析】電話只傳遞聲音，電報、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)點是()A．頻帶寬，容量大B．中繼距離長C．抗干擾性好，保密性強D．成本低，傳輸質量高【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、成本低、傳輸質量高等許多優(yōu)點，成為當今世界最有發(fā)展前途的通信技術，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)