第17章 电磁波与现代通信 讲义—2020-2021学年苏科版九年级物理下册（机构专用）（含答案）

电磁波与现代通信
【学习目标】
1.知道信息的定义，了解人类特有的信息有哪三种；
2.知道信息和信息传播活动经历的五次巨大变革，了解早期的信息传播工具，发现这些工具的优缺点；
3.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、以及信息；
4.了解振动的振幅、周期与频率，波长与波速的物理意义，知道它们是描述波的性质的物理量；
5.了解卫星通信和光纤通信的原理，知道其优缺点；
6.了解互联网，知道互联网在现代通信中的应用。
【要点梳理】
要点一、信息与信息传播
1.信息传播：
（1）人类特有的三种信息：语言、符号和图像。
（2）通信：信息必须通过传播才有实际意义，以特定的手段和方式进行的信息传播活动，称为通信。
（3）信息和信息传播的五次巨大变革：语言的诞生、文字的诞生、印刷术的诞生、电磁波的应用、计算机与网络技术的应用。
2.早期的信息传播工具：烽火台、驿站、莫尔斯发明的电报机、贝尔研制的早期的电话。
要点二、电磁波及其传播
1.波的基本特征：
（1）振幅：振动的幅度，用字母A表示。它反映了振动的强弱。
（2）周期：振动一次所需要的时间，用字母T表示，单位是秒（s）.
（3）频率：其数值等于每秒内振动的次数，用字母表示。频率与周期反映了振动的快慢，它们的关系是：。
（4）波长：波在一个周期内传播的距离，用字母表示。
（5）波速：波传播的速度，用字母表示。
2.了解电磁波：
（1）电磁波：电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。
（2）电磁波的产生：变化的电流能在周围的空间中产生电磁波。
（3）电磁波可以在真空中传播，电磁波在真空中的传播的速度为3×108m/s，光波属于电磁波。
（4）电磁波谱：电磁波谱是按波长（或频率）连续排列的电磁波序列。
要点诠释：
1.电磁波是一个大家族，红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，都是家族中的成员，只是它们各有不同的波长和频率范围。通常用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波。
2.频率的单位：赫兹（Hz）1kHz=103Hz；1MHz=106Hz；1GHz=109Hz。
3.波速与波的频率、波长的关系是：波速=波长×频率；用表示电磁波的频率，表示电磁波的波长，c表示电磁波在真空中的速度，则：。
要点三、现代通信技
1.卫星通信：
（1）卫星通信系统是由通信卫星（空间部分）和通信地面站（地面部分）两大部分组成的。
（2）在赤道上空约36000km高度的圆形轨道上，均匀地布置三颗地球同步卫星，就能使通信范围几乎覆盖地球上各个角落。
（3）卫星通信的优点：覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制等许多优点。
（4）卫星通信的应用：电话、电报、电视广播、全球定位、导航。
2.光纤通信：
（1）光纤通信：光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式。
（2）光导纤维：能够传输光信号的及其纤细的材料称为光导纤维，简称光纤。
（3）光缆：由很多根光纤制成的光信号传输线称为光缆。
（4）光纤通信的优点：光纤不导电，不会产生电磁感应现象，所有不会受外界电磁场的干扰。光纤不怕湿、耐腐蚀、能量损耗低，所以通信质量比其他有线通信高。
3.网络通信：
（1）互联网是一个由计算机、通信网络及其附属设备连接起来的全球通信网络。
（2）利用互联网可以向全球的互联网用户发送电子邮件，召开分散于世界各地的有关人员的视频会议。
（3）“信息高速公路”：集卫星通信、光纤通信、数据通信、移动通信等技术于一身，利用光缆和各级计算机把所有的通信系统连接在一起，组成了一个高速传递信息的网络。人们通俗地把这种国家信息基础设施称为“信息高速公路”。
要点诠释：
1.光纤通信中，首先利用电光转换技术把电信号变为光信号，并通过光纤传递到接收端，然后把光信号转变成电信号。
2.“信息高速公路”的建立和发展，极大地促进了社会经济、文化、教育等的发展，改变着人们的工作方式和生活方式，使人类社会进入了信息时代。
【典型例题】
类型一、基础知识
1.北斗卫星导航系统是我国自主建立的卫星导航系统，覆盖中国全境及周边国家地区，该系统在传递信息过程中可以接收频率为1626MHz、2010MHz、2483MHz的微波辐射。下列说法正确的是（　　）
A．微波不属于电磁波
B．微波是可见光
C．这三种微波在真空中传播速度相同
D．这三种微波在真空中波长一样
【答案】C
【解析】A、微波属于电磁波，故A错误；B、微波是看不见，不属于可见光，所以B是错误的；C、各种频率的电磁波的传播速度都是一定的，故C正确；D、真空中电磁波的波速大约30万千米每秒，波速等于波长和频率的乘积，频率越高的电磁波波长越短，故D错误。故选C。
【总结升华】此题考查电磁波的种类、波长和频率的关系，以及电磁波的传播速度，是一道综合题。
举一反三：
【变式】长波在真空中的传播速度是 m/s，这个速度与 在真空中传播的速度相同。在空气中的传播速度近似等于 千米/秒。
【答案】3×108；光；3×105
2.现在家庭中使用的电器较多，例如：①吸尘器；②手机；③空调；④电视遥控器；⑤洗衣机。其中，应用电磁波工作的一组电器是（　　）
A．①② B．③④ C．②④ D．②⑤
【思路点拨】（1）电流流过导体时导体要发热，这是电流的热效应。
（2）电流流过导体时导体具有了磁性，这是电流的磁效应。
（3）电流流过导体时导体发生了化学变化，这是电流的化学效应。
【答案】C
【解析】①吸尘器靠电动机的转动而工作，其工作原理是利用电流的磁效应；
②手机是利用电磁波来完成信号的接收和发射；
③空调是利用了物态变化的吸放热过程；
④电视遥控器利用红外线进行遥控，红外线是一种电磁波，与电磁波的应用有关；
⑤洗衣机靠电动机的转动而工作，其工作原理是利用电流的磁效应。故选C。
【总结升华】本题考查了电磁波的应用，体现了从生活走向物理，从物理走向社会的课标理念。
3.亲爱的同学，你听说过电磁波的屏蔽吗，怎样屏蔽电磁波呢？动手做一做：
（1）将手机放置在纸容器中，盖上盖，再打电话呼叫容器中的手机，注意将手机设置到响铃状态。这时，手机 （填“能”或“不能”）收到呼叫信号。
（2）将手机放置在金属容器中，盖上盖，打电话呼叫金属容器中的手机。这时，手机 （填“能”或“不能”）收到呼叫信号。活动表明，金属容器 （填“能”或“不能”）屏蔽电磁波。
你能运用以上所学知识解释以下现象吗？试试看。
谢老师在一次乘坐市中心商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号。
【答案】（1）能；（2）不能；能；电梯对电磁波有屏蔽作用
【解析】电磁波是由变化的电场和变化的磁场组成的，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，二者缺一不可，否则就无法传播．当电磁波遇到金属物体，金属是导体，会破坏电场的形成，也就无法形成磁场，从而截断了电磁波的继续传播。
【总结升华】电磁波可以通过金属以外的物体进行传播，金属则会屏蔽电磁波。
举一反三：
【变式】随着社会、科技的进步，手机已经成为寻常之物进入普通人的生活。手机是利用微波来传递信息的，微波是电磁波的一种。同学们在老师的帮助下，探究微波（电磁波）的特性：
（1）电磁波能在真空中传播吗？
①如图甲，将一部手机（已设置成有声状态）置于放入玻璃罩中，用抽气机抽去罩中的空气，然后拨打这部手机。则： 。
A.能收到呼叫信号，也能听到手机铃声
B.能收到呼叫信号，但不能听到手机铃声
C.收不到呼叫信号，也不能听到手机铃声
D.收不到呼叫信号，但能听到手机铃声
②该实验说明 。
③我们国家已经有探月计划，宇航员在月球表面可以利用电磁波传递信息、相互交流吗？答： 。因为 。
（2）怎样屏蔽电磁波？
①如图乙，将一部手机（已设置成振动状态）置于一个金属盒中并盖好，再拨打这部手机。则： 。
A．能收到呼叫信号，因为电磁波能穿透金属盒传播，无孔不入
B．不能收到呼叫信号，因为金属对电磁波有屏蔽作用
②小华在一次乘坐某商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号，请问这是什么原因？
。
（3）微波（电磁波）在我们生活中的其它方面也有应用，家用电器和通信设备中，有不少利用电器是利用电磁波工作的，请举一例。
【答案】（1）①B；②电磁波可以在真空中传播，但声音不能在真空中传播；③可以；月球表面虽然是真空，但电磁波可以在真空中传播；
（2）①B；②电梯是金属制成的，它能屏蔽电磁波；
（3）电视节目的发射和接收、无线电的发射和接收、微波炉、雷达等都是应用电磁波来工作的实例。
类型二、综合应用
4. “辽宁号”航空母舰成功完成舰载机起飞降落等各项训练任务。通过卫星电视，这一消息迅速传遍全国，给国人以振奋。就此事以下说法正确的是（　　）
A．这一消息是通过超声波传播的
B．这一现象说明电磁波可以传播声音和图象信号
C．人们几乎同时知道这一消息，说明电磁波传播不需要时间
D．电磁波的传播必须借助卫星
【思路点拨】卫星电视都是通过电磁波来传递声音和图象信号的，电磁波的传播速度等于光速很快，但传播也需要一定的时间。
【答案】B
【解析】卫星电视都是通过电磁波来传递声音和图象信号的，A错误，B正确；虽然电磁波的传播速度很快，但其传播也需要时间，C错误；电磁波的传播是不需要介质的，可以在真空中传播，电磁波的传播不一定要借助卫星，D错误。故选B。
【总结升华】了解电磁波的应用是解题的关键，是一道基础题，难度不大。
举一反三：
【变式】现代社会中，信息的传递非常重要，电磁波在信息的传递中扮演了非常重要的角色，请你举出两种利用电磁波传递信息的工具 、 。
【答案】手机；收音机（答案不唯一，合理即可）
【巩固练习】
一、选择
1.在我们的生活中，5G手机通信业务已经非常普遍，使用5G手机不仅可以通话，还可以随时通过无线网络上网。下列说法正确的是（　　）
A.电磁波和声波都是由物体的振动产生的
B.电磁波和声波在空气中的传播速度都是340m/s
C.手机无线上网是利用电磁波传输信息
D.电磁波和声波一样不能在真空中传播
2.如图所示是甲、乙两种不同电磁波的传播图像，下列说法正确的是( )
A．甲电磁波振动的波长较长 B．甲、乙两种电磁波的振动频率相同
C．甲电磁波的传播速度较快 D．甲电磁波振动的频率较大
3.微波炉门的玻璃内嵌有金属网，这样做的目的为( )
A.为了美观 B.为了使玻璃门的强度更高，不易破碎
C.为了防止微波泄漏 D.通电加热，使微波炉内温度更高，食物熟的更快
4.如图所示是某学校为学生配备的智能学生证。智能学生证除了记录学生个人信息资料外，还具有定位（判断学生“在校”或“离校”）及紧急呼救等功能。智能学生证实现定位或呼救功能时，主要是利用（　　）
A．超声波 B．次声波 C．无线电波 D．红外线
5. 下列关于信息传递的说法，正确的是（　　）
A.声、光和电磁波都能传递信息
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、网络通信都是利用无线电波传递信息
二、填空
6.数字通信是一种即现代又古老的通信方式，现代电话已经全部采用数字信号进行处理，若用“0”和“1”代表“开”和“关”这两个动作，组成一个数字信号，可以表达一句话。例如：“我相信你能行”的数字信号为“0.01、1、10.00”。
开关动作 开 关 开．关 开．开 关．开
表示数字 0 1 0、1 0、0 1、0
中文意义 我 你 相信 行 能
请参照此代码和上述例子，用另一组信号表达你想说的一句话： 。其数字信号为 。
7.电磁波在真空中的传播速度为 m/s。现代通信方式有微波通信、 通信、网络通信和光纤通信四种方式。
8. 我们生活在一个充满信息的世界里，通俗的讲，信息就是 ，消息中包含的内容越多， 也就越大。
9.无线电波的接收是由接收天线将模拟信号通过 挑选出来的，再通过 把模拟信号分离出来，信号经 放大后，由 和 还原成声信号和图像信号。
10.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 。
11.Wifi是一种可以将个人电脑、手机等终端设备以无线方式互相连接的技术。常见的连接方式是通过一个无线路由器来实现，无线路由器是通过 波向四周发送信息的，其传播速度 （选填“大于”“等于”或“小于”）光速。
12.举世瞩目的上海世博会开模式在2010年4月30日20点在世博文化中心举行，作为全世界人民的世博会，灿烂的烟花与绚丽的水景在黄浦江上交相辉映，盛况空前。这壮观的场面由同步通讯卫星通过 （选填“超声波”“次声波”或“无线电波”）传递到全国各地。
13.要实现全球通信，只要 颗卫星就可以实现。
三、解答
14.下雨天在家收看电视节目时，我们发现在打雷闪电时，电视面画面往往会闪烁跳动，然后才听到雷声，请问：
（1）打雷闪电时电视面画为什么会闪烁跳动？
（2）为什么我们会先看到电视面画面闪烁跳动，然后才听到雷声？
15.从地面向月球发射了无线电波，电波到达月球并返回地面共需2.56s，则月球与地球之间的距离是多少？
【答案与解析】
一、选择
1.【答案】C
【解析】A、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，该选项说法不正确；B、声波在空气中的传播速度是340m/s，电磁波在空气中的传播速度是3×108m/s，该选项说法不正确；C、手机无线上网是利用电磁波传输信息，该选项说法正确；D、声波不能在真空中传播，电磁波能够在真空中传播，该选项说法不正确。故选C。
2.【答案】A
【解析】甲乙都是电磁波，电磁波速是相等的。由图知，甲的波长大，乙的波长小，根据波速=波长×频率，电磁波速不变，甲的波长大，甲的频率小。
3.【答案】C
【解析】过量的微波辐射对人体有害，所以微波炉门的玻璃内嵌有金属网，这样能有效地防止微波泄漏。
4.【答案】C
【解析】无线电波属于电磁波，智能学生证实现定位或呼救功能时，主要是利用无线电波传播。故选C。
5.【答案】A
【解析】A、声、光和电磁波中，声能传递信息，光和电磁波也能传递信息，符合题意。B、利用电磁波传递的信息是不需要介质的，不合题意。C、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，不合题意。D、微波通信、卫星通信是利用无线电波传递信息，光纤通信是利用激光传递信息不是无线电波；网络通信是利用导线、光纤和微波，不都是利用无线电波，不合题意。
二、填空
6.【答案】你相信我能行；“1、01、0、10、00”
【解析】根据各数字的含义可知，另一组信号表达的一句话：“你相信我能行”的数字信号为“1、01、0、10、00”。
7.【答案】3×108；卫星
【解析】电磁波在真空中的传播速度是宇宙中最快的速度，为3×108m/s。现代通信方式除了微波通信、网络通信和光纤通信以外，还有卫星通信，就是利用通信卫星作为空间中继站，把来自地球某一地方的电磁波传给另一地方，从而实现在两个或多个地面站之间的通信。
8.【答案】各种事物发出的有意义的消息；信息量
9.【答案】调谐器；解调器；放大器；扬声器；显像管
【解析】本题考察了无线电通信过程中的接收过程。
10.【答案】反射；电磁波
【解析】（1）光纤通信利用的就是全反射的道理，光纤在结构上有中心和外皮两种不同介质，光从中心传播时遇到光纤弯曲处，会发生全反射现象，而保证光线不会泄漏到光纤外；（2）华裔科学家高锟的重大贡献就是将光和电磁波联系起来，是因为光也是电磁波。
11.【答案】电磁；等于
12.【答案】无线电波
13.【答案】3
【解析】根据科学家测算，全球只需要3颗同步卫星均匀分布，每颗覆盖120°，3颗共覆盖360°，恰好将整个地球覆盖，实现全球通信。
三、解答
14.【答案与解析】（1）电视机接收到了打雷时闪电发出的电磁波。所以打雷闪电时电视面画会闪烁跳动；
（2）电磁波在空气中传播的速度可近似认为是光在真空中传播的速度，故电磁波在空气中的传播速度比声音的传播速度快．所以我们会先看到电视面画面闪烁跳动，然后才听到雷声。
15.【答案与解析】无线电波的波速v=3×108m/s，从地球到达月球并返回地面共需2.56s，则从月球到地球的时间为，则月球与地球之间的距离为s=vt=3×108m/s×1.28s =3.84×108m，
所以月球与地球之间的距离是3.84×108m。