17. 电磁波与现代通信

初中物理《电磁波与通信》知识点梳理：电视的发射:电视的发射由电视台完成,如图甲所示,摄像机把图像变成电信号,话筒把声音变成电信号,发射机把两种电信号加载到频率很高的电磁波上,通过天线发射到空中。

电磁波与现代通信

• 信息与信息传播
  • 信息与信息传播
    • 信息
      • 各种事物发出的有意义的消息
      • 消息中包含的内容越多，信息量就越大
    • 信息传播
      • 语言、符号和图像是人类特有的三种信息
      • 信息必须通过传播才有实际意义,以特定手段和方式进行的信息传播活动称为通信
      • 信息传播五次巨大变革
        • 语言的诞生→文字的诞生→印刷术的诞生→电磁波的应用(电报、电话、广播、电视等)→计算机与网络技术的应用(信息革命)
  • 电报与电话
    • 电报
      • 美国发明家莫尔斯根据电磁铁的原理制成了电报机,同时发明了莫尔斯电码,揭开了通信史新纪元
    • 电话
      • 发明
        • 1876年由美国人贝尔发明
      • 构造
        • 由话筒和听筒两部分组成,它们都是根据电磁转换的原理设计的
  • 模拟通信与数字通信
    • 模拟信号与模拟通信
      • 定义
        • 信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样,就好像“模仿”声信号“一举一动”。这种电流传递的信号叫模拟信号。使用模拟信号的通信方式叫模拟通信
      • 特点
        • 模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中,信号电流的波形会改变,从而使信号丢失一些信息,表现为声音、图像的失真,严重时会使通信中断
    • 数字信号与数字通信
      • 定义
        • 利用不同符号的不同组合表示的信号,叫数字信号。这种通信方式叫数字通信
      • 特点
        • 通常的数字信号只包含两种不同的形态,形式简单,所以抗干扰能力特别强。由于电子计算机是以数字形式工作的,数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理
        • 数字信号还可以通过不同的编码进行加密
• 电磁波及其传播
  • 波的基本特征
    • 机械波
      • 振动形态在介质中的传播
      • • 波能传递能量
        • 波能传递信息
    • 描述波的基本特征的物理量
      • 振幅（A）
        • 波源偏离平衡位置的最大距离
        • 单位：米（m）
        • 它反映了波源振动的强弱
      • 周期（T）
        • 波源振动一次所需要的时间
        • 单位：秒（s）
      • 频率（f）
        • 其数值等于波源每秒内振动的次数
        • 单位：赫兹（Hz）
          • 1MHz=10³kHz
          • 1KHz=10³Hz
        • • 周期与频率互为倒数的关系
      • 周期和频率反映了振动的快慢
      • 波长（λ）
        • 波在一个周期内传播的距离
        • 单位：米（m）
      • 波速（v）
        • 波传播的速度
          • 反映了波传播的快慢
        • 单位：米/秒（m/s）
  • 了解电磁波
    • ①1864年,英国物理学家麦克斯韦建立了电磁场理论,并预言了电磁波的存在
    • ②1888年,德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
    • ③当导体中有迅速变化的电流时,导体会向周围发射电磁波
    • ④电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场,从地球的表面到遥远的太空,到处都充满了电磁波
    • ⑤电磁波可以在真空中传播,即电磁波的传播不需要介质
    • ⑥电磁波在真空中的传播速度为3x10(8)m/s,等于光速,光波属于电磁波电磁波在其他物质中的传播速度都要小于这个数值
    • ⑦密闭的金属容器能屏蔽电磁波
  • 电视广播的工作过程
    • 电视的发射
      • 电视的发射:电视的发射由电视台完成,如图甲所示,摄像机把图像变成电信号,话筒把声音变成电信号,发射机把两种电信号加载到频率很高的电磁波上,通过天线发射到空中
    • 电视的接收
      • 电视的接收:电视的接收由电视机完成,如图乙所示,电视机的接收天线把高频信号接收下来,把图像信号和音频信号取出并放大,由显像管还原成图像,由扬声器还原成声音
  • 电磁波谱
    • 一般根据波长（或频率）来划分
    • 波长从大到小依次是
      • 无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
• 现代通信——走进信息时代
  • 卫星通信
    • 微波
      • 频率在3×10²~3×10（5）MHz的电磁波
    • 微波的特点
      • 优点
        • 微波的频率高,可加载的信息量大,一条微波线路可同时开通几千几万路电话
      • 不足
        • 微波的性质更接近光波,大致沿直线传播,它不能沿地球表面绕射,而必须每隔50 km左右就要建设一个微波中继站,把上一站传来的信号处理后,再发射到下一站去
        • 而且信号传递的距离越远,需要的中继站就越多
    • 卫星通信系统的组成
      • 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
    • 同步卫星
      • 用于通信的卫星相对地面是静止的，又叫同步卫星，利用这些卫星作微波通信的中继站
      • 在地球的赤道上空均匀地配置三颗同步通信卫星,就可以覆盖几乎全部的地球表面,实现全球通信
    • 卫星通信的优缺点
      • 优点
        • 覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制
      • 缺点
        • 造价较高、信号有零点几秒的时间延迟、保密性不好
  • 光纤通信
    • 光纤通信
      • 利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式
    • 特点
      • 光纤通信可长距离传输信息,容量大,不怕潮湿,耐腐蚀,能量损耗低,不受电磁干扰,通信质量高,保密性好
    • • 激光的特点
        • 频率单一、方向高度集中
      • 光缆
        • 光缆是光信息的路径,由多根光纤(光导纤维:能够传输光信号的极其纤细的材料)制成,光从其一端射入,在里面经过数次反射,最终从光缆另一端射出
      • • 将电信号转变为光信号,光信号在光导纤维中要经过多次反射,从另一端射出,然后再将光信号转变为电信号
  • 互联网与信息高速公路
    • 网络通信
    • 电子邮件