第二十一章信息的傳遞（知識清單）第1節(jié)現(xiàn)代順風耳——一、電流把信息傳到遠方1.的結構及工作原理最簡單的由話筒和聽筒組成。為了完成通話，話筒和聽筒之間要連上一對線。話筒把聲音轉換成變化的電流，電流沿著導線把信息傳到遠方。在另一端，電流使聽筒的膜片振動，攜帶信息的電流又轉換成了聲音。話筒聽筒（1）話筒①主要組成：碳粒和膜片等。②作用：把聲信號變成電信號（即變化的電流）。③工作原理：當人對著話筒講話時，聲波使膜片振動，膜片忽松忽緊地擠壓碳粒，電阻隨之發(fā)生變化，在電路中產(chǎn)生隨聲音振動而變化的電流，話筒相當于一個可變電阻器。（2）聽筒①主要組成：電磁鐵、膜片。②作用：把電信號還原成聲信號。③工作原理：當從話筒中傳來隨說話聲音的振動而產(chǎn)生強弱變化的電流時，電磁鐵對膜片的吸引力大小也發(fā)生變化，使膜片振動起來，產(chǎn)生和對方說話聲音相同的聲音，把電信號轉換為聲信號。2.機工作電路圖同一部中，話筒和聽筒是并聯(lián)的；兩部中（對方的），話筒與對方的聽筒是串聯(lián)的，對方的話筒與自己的聽筒是串聯(lián)的（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）。二、交換機1.交換機的作用交換機的作用：減少線的數(shù)量，提高線路的利用率。便于通話時接通，通話完畢斷開。交換機交換機交換機的連接2.交換機的連接（1）一個地區(qū)的都接到同一臺交換機上，每部都編上號碼。使用時，交換機把需要通話的兩部接通，通話完畢再將線路斷開。（2）如果在一臺交換機與另一臺交換機之間連上若干線，這樣兩個不同的交換機的用戶就能互相通了。例如：北京地區(qū)交換機的編號（即區(qū)號）010，上海地區(qū)交換機的編號（即區(qū)號）021。使用時，交換機把需要通話的兩部接通，通話完畢再將線路斷開。3.交換機的發(fā)展（1）早期的交換機是依靠話務員手工操作來接線和斷線的，工作效率低，勞動強度大。（2）1891年出現(xiàn)了自動交換機，它通過電磁繼電器進行接線。（3）現(xiàn)代的程控交換機利用了電子計算機技術，只要事先給交換機中的電腦輸入所需的程序，電腦就能“見機行事”，能按用戶所撥的號碼自動接通話機。4.“占線”的原因打時，有時出現(xiàn)“占線”現(xiàn)象。實際上，當時對方的話機并不一定在使用，而常常是兩臺交換機之間有太多的用戶要通話，它們之間的線不夠用了。這個現(xiàn)象在打長途時比較常見。三、模擬通信和數(shù)字通信1.模擬通信與數(shù)字通信（1）模擬通信在話筒將聲音轉換成信號電流時，這種信號電流的頻率、振幅變化的情況跟聲音的頻率、振幅變化的情況完全一樣，“模仿”著聲信號的“一舉一動”。這種電流傳遞的信號叫做模擬信號，使用模擬信號的通信方式叫做模擬通信。（2）數(shù)字通信①用不同符號的不同組合表示的信號叫數(shù)字信號，這種通信方式叫數(shù)字通信。莫爾斯電碼莫爾斯電碼常見數(shù)字信號的組成方式②常見數(shù)字信號的組成方式用點和畫；發(fā)聲、發(fā)光的長短；電壓、電流的有無；數(shù)字0和1；磁體的N、S極等不同符號信息都可組成數(shù)字信號，用來傳遞豐富多彩的聲音、圖像等各種信息。數(shù)字通信是一種既現(xiàn)代又古老的通信方式。烽火、旗語、電報和網(wǎng)絡等傳遞信息的方式都是數(shù)字通信（選填“模擬”或“數(shù)字”）。2.模擬通信與數(shù)字通信的特點（1）模擬信號模擬信號在長距離傳輸和多次加工、放大的過程中，信號電流的波形會改變，從而使信號丟失一些信息，表現(xiàn)為聲音、圖像的失真，嚴重時會使通信中斷。模擬信號模擬信號數(shù)字信號（2）數(shù)字信號目前，通常的數(shù)字信號只包含兩種不同的狀態(tài)，形式簡單，所以抗干擾能力特別強。由于電子計算機是以數(shù)字形式工作的，數(shù)字信號可以很方便地用電子計算機加工處理，發(fā)揮計算機的巨大威力。數(shù)字信號還可以通過不同的編碼進行加密?，F(xiàn)代的已全部采用數(shù)字信號進行傳輸和處理，用數(shù)字信號傳輸?shù)碾娨暪?jié)目也已經(jīng)進入家庭。第2節(jié)電磁波的海洋一、電磁波是怎樣產(chǎn)生的1.水波、聲波的產(chǎn)生聲波與水波都是都是由于物體發(fā)生振動產(chǎn)生的。水波水波聲波2.實驗探究：電磁波是怎樣產(chǎn)生的【實驗】（1）如圖所示，打開收音機的開關，旋至沒有電臺的位置，將音量調大，取一節(jié)干電池和一根導線，拿到收音機附近；（2）先將導線的一端與電池的負極相連，再將導線的另一端與正極相連，從收音機中能聽到一次“喀喀”聲后，之后就沒有“喀喀”的聲音了（選填“有”或“沒有”）；（3）將導線的一端與電池的其中一極反復摩擦，使它們時斷時續(xù)地接觸，能從收音機中不斷聽到“喀喀”聲?！緦嶒灧治觥浚?）用導線連接電池正、負極。剛接通時電流從無到有，聽到“喀喀”聲，說明變化的電流產(chǎn)生電磁波。接通后電流穩(wěn)定不再變化，沒有聲音，說明穩(wěn)定的電流不產(chǎn)生電磁波。（2）導線的一端摩擦電池的一極，導線中電流不斷變化，聽到連續(xù)不斷的“喀喀”聲，說明變化的電流產(chǎn)生電磁波?！緦嶒灲Y論】當電路中有迅速變化的電流時，其周圍會產(chǎn)生電磁波。3.電磁波的產(chǎn)生（1）電磁波：導線中電流的迅速變化會在空間激起（產(chǎn)生）電磁波。（2）電磁波傳遞信息：廣播電臺、電視臺以及移動靠復雜的電子線路來產(chǎn)生迅速變化的電流，發(fā)出電磁波。雖然電磁波看不見、摸不到，但它確實可以給我們傳遞各種信息。二、電磁波是怎樣傳播的1.波長、頻率、波速（1）波長在一列波的傳播中，凸起的最高處叫做波峰；凹下的最低處叫做波谷。鄰近兩個波峰（或波谷）之間的距離叫做波長，用λ表示。單位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。（2）頻率波在1秒內(nèi)傳播波長的個數(shù)叫做波的頻率。用字母f表示。單位：赫茲（Hz），其他單位：千赫（kHz）、兆赫（MHz）。如上右圖所示，這是某一列波在0.2秒內(nèi)傳播的情況，則波長個數(shù)為6個，該波的頻率f=6/（0.2S）=30Hz（3）波速波不停地向遠處傳播，用來描述波傳播快慢的物理量叫做波速。單位：米/秒（m/s）（4）波速、波長與頻率的關系波速=波長×頻率，即v=λf。如上右圖所示，如果該波的波長為0.1m，頻率f=30Hz，則波速v=λf=0.1m×30Hz=3m/s2.探究電磁波的傳播【進行實驗】如圖所示，將一部置于一密封玻璃罩內(nèi)，用另一部呼叫它，可以聽到玻璃罩內(nèi)的發(fā)出的鈴聲，同時看見屏幕閃爍。然后，用抽氣機逐漸向外抽氣會發(fā)現(xiàn)鈴聲越來越小，但玻璃罩內(nèi)的屏幕仍然閃爍，同時呼叫它的也仍然是連通狀態(tài)。【實驗結論】電磁波的傳播不需要介質，電磁波能夠在真空中傳播。3.描述電磁波的物理量（1）電磁波的波速真空中電磁波的波速為c，其數(shù)值大約為30萬千米每秒。目前公認的數(shù)值是c=2.99792458×108m/s=3.0×108m/s，電磁波的傳播速度與光在真空中的傳播速速相同。（2）電磁波的頻率電磁波頻率的單位也是赫茲（Hz）。因為通常電磁波的頻率都很高，所以常用的單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。4.電磁波家族及電磁波的應用（1）電磁波家族電磁波有無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。各種光和射線都是波長不同的電磁波。（2）無線電波①定義：電磁波中用于廣播、電視和移動的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分，叫做無線電波（無線電技術中使用的電磁波）。②特點：無線電波的波長從幾毫米到幾千米，通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成幾個波段，包括長波、中波、短波、微波等。（3）電磁波的應用①無線電波：用于廣播、電視和移動；②紅外線：家電的遙控器；③微波：可用來加熱食品；④紫外線：可用來滅菌；⑤X射線：醫(yī)學上用來做透視檢查；⑥γ射線：可用來金屬探傷；⑦探測宇宙：射電望遠鏡。5.微波爐（1）微波爐的原理我們生活中常常見到的微波爐，就是用電磁波來加熱食品的。微波爐內(nèi)有很強的電磁波，它的波長很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下劇烈振動，使得內(nèi)能增加，溫度升高。（2）使用微波爐的注意事項食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波爐中溫度上升更快。微波爐中不能使用金屬容器（選填“能”或“不能”），因為會損壞微波爐。微波同其他頻率的電磁波一樣，過量的照射對人體有害（選填“有害”或“有益”）。第3節(jié)廣播、電視和移動通信一、無線電廣播信號的發(fā)射和接收1.信號的發(fā)射——廣播電臺完成（1）主要由三部分組成：話筒、調制器、天線。（2）無線電廣播信號的發(fā)射由廣播電臺完成。話筒把播音員的聲音信號轉換成電信號，然后用調制器把音頻電信號加載到高頻電流上，再通過天線產(chǎn)生電磁波發(fā)射到空中。2.信號的接收——收音機完成（1）選臺：為接收在空間傳播的無線電波，收音機使用天線進行接收。利用收音機的“調諧器”，可以選出我們需要的某一頻率的電磁波，這一過程叫做選臺（調諧）。（2）解調：由調諧器選出的信號含有高頻電流成分，需要通過“解調器”將其濾去，把音頻信號留下。（3）放大：把音頻信號放大后送到揚聲器里，這一過程叫做放大。（4）揚聲器把音頻信號轉換為聲音信號。3.擴展性實驗——電磁波的發(fā)射與接收電磁波的發(fā)射與接收可以用下列數(shù)字化實驗設備來直觀地顯現(xiàn)。如圖所示，電磁波發(fā)射器可以發(fā)射不同頻率的電磁波，接收器接收到電磁波信號后，通過傳感器、采集器將電磁波信號輸入到計算機，我們就可以在計算機屏幕上觀察到電磁波信號。改變發(fā)射器發(fā)出的電磁波的頻率，可以觀察信號的變化。二、電視的發(fā)射和接收1.電視信號的發(fā)射攝像機把圖像信號變成電信號，發(fā)射機把電信號加載到頻率很高的電流上，通過發(fā)射天線發(fā)射到空中。2.電視信號的接收電視機的接收天線把高頻信號接收通過接收機把信號取出并放大，由顯示器把它還原成圖像。三、移動1.移動的工作原理移動是靠空間的電磁波來傳遞信息的；移動既是無線電發(fā)射臺，也是無線電接收臺（發(fā)射接收二合一）。它用電磁波把講話的信息發(fā)射到空中；同時它又在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息。2.移動的優(yōu)點與缺點（1）優(yōu)點：移動的體積小，使用方便，使用半徑大，不需線。（2）缺點：只能在攜帶信號的電磁波能夠輻射到的區(qū)域內(nèi)才能夠進行通話，受區(qū)域限制。3.基地臺移動的體積很小，發(fā)射功率不大；它的天線也很簡單，靈敏度不高。因此，它跟其他用戶的通話要靠較大的固定無線電臺轉接。這種固定的電臺叫做基地臺，跟交換機相連。城市中高大建筑物上常?？梢钥吹揭苿油ㄐ呕嘏_的天線。移動移動無繩4.無繩有一種可移動的叫無繩，座機和之間沒有線，但各有一個天線，它們通過無線電波來溝通。無繩的主機接在市話網(wǎng)上，相當于一個小型基地臺。不能離主機太遠，工作區(qū)域大約在幾十米到幾百米范圍內(nèi)。5.音頻、視頻、射頻和頻道（1）音頻信號由聲音轉換成的電信號，它的頻率跟聲音的頻率相同，在幾十赫到幾千赫之間，叫音頻信號。（2）視頻信號由圖像轉換成的電信號，它的頻率在幾赫到幾兆赫之間，叫做視頻信號。（3）射頻電流音頻電流和視頻電流在空間激發(fā)電磁波的能力都很差，需要把它們加載到頻率更高的電流上，產(chǎn)生電磁波發(fā)射到天空中，這種電流叫做射頻電流。觀看數(shù)字光碟DCD時不需要把信號發(fā)射到天空，可以直接把音頻信號和視頻信輸給電視機，這時就要分別把DCD機送來的音頻、視頻信號接到電視機上標著A、V字母的插口上。（4）頻道不同的電視臺使用不同的射頻范圍進行廣播，以免互相干擾；這一個個不同的頻率范圍叫頻道。第4節(jié)越來越寬的信息之路一、微波通信1.傳輸信息與頻率的關系信息理論表明：作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。相同時間內(nèi)，電視廣播比電臺廣播能傳遞更多的信息。2.微波（1）波長和頻率范圍：微波波長在10m~1mm之間，頻率在30MHz~3×105MHz之間。（2）性質：微波的性質接近光波，大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。3.微波通信（1）概念：利用微波進行的通信稱為微波通信。（2）微波中繼站：微波大致沿直線傳播，不能繞地球表面繞射。因此必須每隔50km左右就要建設一個中繼站，可以把上一站傳來的微波信號經(jīng)過接收、放大處理后，再發(fā)射到下一站去。（3）微波通信的優(yōu)點①頻率高，傳輸信息的容量大；②質量好，可以傳送很遠的距離；③大致沿直線傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號強且穩(wěn)定。（4）微波通信的缺點需要大量中繼站進行信號處理，且信號傳遞的距離越遠，需要的中繼站越多。在遇到雪山、大洋，根本無法建設中繼站時，微波通信幾乎無法繼續(xù)。二、衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信的概念利用通信衛(wèi)星做微波通信的中繼站來進行通信的方式叫衛(wèi)星通信。2.同步通信地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，距離地球約36000km，衛(wèi)星的運行方向與地球的自轉方向相同、運動周期與地球自轉一周的時間相等，所以叫做“同步通信衛(wèi)星”。3.全球通信在地球周圍均勻地配置三顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現(xiàn)全球通信。4.衛(wèi)星通信的組成由通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng)三部分組成。衛(wèi)星通信的工作原理是將衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空36000km處的對地靜止軌道上，利用衛(wèi)星上的通信轉發(fā)器接收由地面站發(fā)射的信號，并對信號進行放大變頻后轉發(fā)給其他地面站，從而完成兩個地面站之間的傳輸。5.衛(wèi)星通信特點通信范圍大，只要在衛(wèi)星發(fā)射的電磁波覆蓋的范圍內(nèi)均可進行通信；不易受陸地災害影響，建設速度快；易于實現(xiàn)廣播和多址通信。6.中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施。

三、光纖通信1.激光（1）激光的概念：頻率單一、方向高度集中的光叫激光。（2）激光通信容量更大：我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度等于光速，實際上光也是一種電磁波。與微波相比，光的頻率更高。如果用光來通信，這條“高速公路”要比短波、微波的“公路”寬出百萬倍、千萬倍。2.光導纖維（1）光導纖維簡稱光纖，是一種非常細的玻璃絲，激光可在光纖里傳播，不受外界干擾。實用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125~140μm。一般所說的光纖是由纖芯和包層組成，纖芯完成信號的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號封閉在纖芯中傳輸并起到保護纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構成光纜。（2）光導纖維傳光原理光導纖維傳播激光的原理是光的全反射。攜帶信息的激光從光導纖維的一端射入，在光纖內(nèi)部傳播時，發(fā)生的是全反射，在內(nèi)壁上多次反射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到了遠方。3.光纖通信光纖通信是利用激光在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式。由于光的頻率很高，在一定時間內(nèi)可以傳輸大量信息。我國光纜通信的發(fā)展十分迅速，目前光纜可以通達所有地區(qū)（市、州），而且還與其他國家合作修建了跨越太平洋的海底光纜。光纖通信已經(jīng)成為我國長途通信的骨干力量。4.光纖通信的優(yōu)點（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；（2）光纖衰減小，無中繼設備，傳輸距離遠；（3）不受電磁干擾，通信質量高，保密性好。5.光纖通訊技術的發(fā)展光纖通訊技術是近幾十年才發(fā)展起來的。1960年，