第二十一章信息的传递2

第二十一章信息的传递（解析版）知识导航知识点回顾知识点1：现代顺风耳1、：1876年美国发明家贝尔发明了第一部（1）基本结构：主要由话筒和听筒组成。（2）工作原理：话筒把声信号转化为电信号；听筒把电信号转化为声信号；声音→话筒→产生变化的电流→听筒→振动（声音）。2、交换机：（1）为了提高线路的利用率而发明的；（2）用来实现两部之间的转换；（3）使用交换机，可以大幅度的减少线的数量。3、模拟通信和数字通信（1）模拟信号：在话筒将声音转换成电流信号时，信号电流的频率，振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化情况完全一样，模仿声音的“一举一动”这种电流传递的信号叫模拟信号。模拟通信：使用模拟信号的通信方式叫模拟通信，例如：传统的市话通话，长途通话。（2）数字信号：用不同符号的不同组合表示的信号叫做数字信号。数字通信：使用数字信号的通信方式叫数字通信，例如电子计算机是利用二进制码识别信息和处理信息。（3）模拟通信在加工，放大和传输过程中抗干扰能力差，噪声大，失真大；而数字信号形式简单，抗干扰能力强，噪声小，失真小。（4）交换机间的信息是靠数字信号传递，而与机之间的信息传递靠模拟信号，但是不论哪种通信都需要线。知识点2：电磁波的海洋1、电磁波：由导体中迅速变化的电流产生的，光也是一种电磁波。2、有关波的物理量：（1）振幅：波源偏离平衡位置的最大距离，单位是m；（2）周期：波源振动一次所需要的时间，单位是s；（3）频率：波源每秒内振动的次数，单位是Hz；（4）波长：波在一个周期内传播的距离，单位是m；（5）波速：波在一秒内传播的距离，单位是m/s。3、电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场，由于电磁场本身具有物质性，因此电磁波传播时不需要介质，电磁波可以在真空中传播。4、各种电磁波的波速都相同，都等于光速，c=3×108m/s，但频率和波长不相同，它们成反比。5、电磁波的发射和接收（1）发射：将要传输的电信号（音频信号，图像信号）加载到高频电磁波（载波）上，再通过天线发射到空中的过程。（2）接收：天线将电磁波接收下来，再通过接收器（收音机，电视机等）将要传输的电信号取出来并放大，最后还原成声音或图像过程。（3）“天线”可以同时接收多种频率的电磁波，利用调谐器可以选出人们所需要的频率。6、人类应用电磁波传播信息的历史经历了以下变化：（1）传播的信息形式从文字→声音→图像；（2）传播的信息量由小到大；（3）传播的距离由近到远；（4）传播的速度由慢到快。7、电磁波的应用（1）微波炉：利用电磁波（波长很短的微波）来加热食品。（2）雷达：利用无线电波测定物体位置的无线电设备；工作原理：电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个原理，波长越短，传播直线性越好，反射性能越强。（3）无线电波：电磁波中用于广播、电视和移动的频率为数值数百千赫兹至数百兆赫兹的那部分叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）；根据波长的不同而有不同传播特征：分为地波，天波，空间波三种；激光：激光束平行度特别好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度，制成激光测距雷达；激光束的亮度高，在很小的空间和很短的时间内能集中很大的能量，利用激光束切割物质，焊接金属，医学上称作“光刀”。知识点3：广播、电视和移动通信1、无线电广播信号的发射和接收：无线电广播信号的发射由广播电台完成，无线电广播信号的接收由收音机完成。（1）发射：话筒把播音员的音信号转换成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电磁波（载波）上，再通过天线发射到空中。（2）接收：收音机天线接到电磁波，经过收音机的调谐器选出特定频率的信号，电子电路在把音频信号从中选出来，进行放大，送到扬声器里，把音频电信号转换成声音。（3）注意：调谐器和调制器易错：调制器是把音频电信号加载到电磁波上的过程，而调谐器通俗叫做选台，是在接收过程中。2、电视信号的发射和接收：电视信号的发射由电视台完成，电视信号的接收由电视机完成。（1）图像信号的产生过程：摄像机把图像变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电磁波上，通过发射电线发射到空中。（2）图像信号的接收过程：电视机的接收天线把高频信号接收下来，通过电视机把图像信号取出来并放大，由显像管把它还原成图像。※注意：声音信号的产生，传播和接收与无线电广播的工作过程相似，与无线电信号一样，单独的图像信号不能在空中传播，必须以电磁波为载体传播3、移动通信（1）基本原理：移动能将我们讲话的信号利用电磁波发射到空中同时又能在空中捕获电磁波得到对方讲话的信号。（2）优点：利用电磁波传递信息，只要在电磁波辐射到的区域都能进行通话，比固话方便。（3）缺点：为了保证通话的质量，必须建立较大的无线电台进行信号的转换，这些固定的电台叫做基地台。※移动机既是无线电发射台又是无线电接收台。知识点4：越来越宽的信息之路1、现代“信息高速公路”的两大支柱是：卫星通信和光纤通信；（1）用三颗同步卫星就可以实现全球通信。（2）光纤通信优点是：容量大、不受外界电磁场干扰、不怕潮湿、不怕腐蚀。2、光纤实质是很细很细的玻璃丝，光纤通信利用的是光的反射原理。3、其他通信：微波通信、网络通信。4、世界上最大的计算机网络是因特网，目前使用最频繁的网络通信形式是电子邮件。典例分析考点1现代顺风耳【典例1】1876年第一部问世，发明的科学家是（）A．爱迪生 B．牛顿 C．欧姆 D．贝尔【答案】D。【解答】解：1876年，贝尔发明了，贝尔的由话筒和听筒两部分组成。爱迪生发明了电灯，牛顿发现了万有引力，欧姆发现了欧姆定律。故选：D。【典例2】下列信号中不属于数字信号的是（）A．古代，士兵们常在“烽火台”上点起烟火，向远处的同伴传递敌人来犯的消息 B．机把说话声音变为电信号传给交换机 C．汉字电报码 D．海员举起的红色小旗或蓝色小旗向对方船只表示的信息【答案】B。【解答】解：A、古代，士兵们常在“烽火台”上点起烟火，用不同数量的烽火传达不同的信息的，属于利用数字信号来传递的，故A不符合题意；B、机用电流传递的信号叫做模拟信号，故B符合题意；C、汉字电报码发出的信号是不连续的，是分立的信号，属于数字信号，故C不符合题意；D、如今的海军使用的旗语与莫尔斯电码一样，由26个英文字母组成，属于数字信号传递信息，故D不符合题意。故选：B。【典例3】的工作原理，如图是老式机的原理图。碳粒话筒相当于一个变阻器，膜片振动把碳粒压紧和放松时，相当于图中膜片带动滑片左右移动，使滑动变阻器的电阻随之发生变化，接通电源后电路中便产生了强弱变化的电流。听筒中有一个电磁铁，当电流变化时，它的磁力发生变化，对旁边铁质膜片的引力也随着改变，使膜片来回运动。将话筒和听筒串联（填“串联”或“并联”）在电路中，二者电流的变化相同，听筒中膜片往返运动的频率跟话筒膜片振动的频率便相同，这样，从听筒中就听到了对方说话的声音。【答案】电流；磁力；串联。【解答】解：碳粒话筒相当于一个变阻器，膜片振动把碳粒压紧和放松时，相当于图中膜片带动滑片左右移动，使滑动变阻器的电阻随之发生变化，对着话筒说话时，电路中便产生了强弱变化的电流；听筒中有一个电磁铁，当电流变化时，它的磁力发生变化，对旁边铁质膜片的引力也随着改变，使膜片来回运动。将话筒和听筒串联在电路中，二者电流的变化相同，听筒中膜片往返运动的频率跟话筒膜片振动的频率便相同，这样，从听筒中就听到了对方说话的声音。故答案为：电流；磁力；串联。考点2电磁波的海洋【典例4】（2022•攀枝花）电磁波在我们的生产、生活以及科学研究中扮演着非常重要的角色。下列关于电磁波的说法中错误的是（）A．“祝融号”火星车利用电磁波向地球传递信息 B．导线中的电流迅速变化会在空间产生电磁波 C．微波炉是用电磁波来加热食品的 D．光不是电磁波【答案】D。【解答】解：A、“祝融号”火星车利用电磁波将信息传回地球，故A正确；B、变化的电流会激起电磁波，故B正确；C、微波炉是利用电磁波来加热食品的，故C正确；D、光本身就是一种电磁波，故D错误。故选：D。【典例5】（2022•六盘水）2021年12月9日，航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为我们带来了天宫课堂第一课。如图所示是王亚平向水球中注入蓝色颜料的情景。观察到透明的水球迅速变成了蓝色，这是扩散现象。上课时，航天员和地面学生互动交流的信息通过电磁波传递。【答案】扩散；电磁波。【解答】解：如图所示，是王亚平在展示向一个水球内注入蓝色染剂时的情景，我们可观察到透明的水球迅速变成了蓝色，这说明分子在做无规则运动，属于扩散现象；电磁波可以在真空中传播，航天员与学生互动是通过电磁波传递信息的。故答案为：扩散；电磁波。【典例6】（2021•赤峰）阅读材料，回答下述问题：火星上的新来客2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，“天问一号”火星探测器所携带的“祝融号”火星车及其着陆组合体成功降落在火星，实现了首次探测即成功着陆。“祝融号”的机身被设计成可升降的主动悬架结构，能够自由转向，六个轮子均独立驱动，多轮悬空的条件下依然能自由移动，成为一辆不折不扣的“火星六驱越野车”。借助六个轮子，“祝融号”从着陆平台移动到火星尘埃中之后，打开蝴蝶状可折叠太阳能电池板，开始火星探索。它携带有6台科研仪器，将对火星地形及其构成，火星磁场大小、大气组成、气温、气压、风力等方面展开探测。不过，此次“祝融号”携带的探地雷达是以往火星探测器中没有的，科学家将用它寻找地表之下零星的水或冰。探地雷达的原理很简单，就是通过该雷达向地下发射不同频率的无线电波，通过对反射波进行分析，探测火星地表下十几米内是否有水和冰块。这些小块的冰对于未来的载人任务很有价值。“在海洋探险时代，中国有郑和下西洋的辉煌历史，”今天中国的火星任务可以看作是明代探险活动的延续。（1）如图是“天问一号”携带“祝融号”在太空旅行的图片，以“天问一号”为参照物，“祝融号”是静止的（填“运动”或“静止”）。（2）“祝融号火星六驱越野车”行进过程中，利用火星表面和车轮之间产生的摩擦力驱动车轮前进的。（3）“祝融号”探地雷达发出的无线电波在真空中的传播速度是3×108m/s。【答案】（1）静止；（2）摩擦；（3）3×108。【解答】解：（1）“天问一号”携带“祝融号”在太空旅行：，以“天问一号”为参照物，“祝融号”位置没有发生改变，所以是静止的；（2）能在火星表面行进，是因为火星表面和车轮之间有摩擦力；（3）无线电波在真空中的传播速度是3×108m/s。故答案为：（1）静止；（2）摩擦；（3）3×108。考点3广播、电视和移动通信【典例7】（2022•徐州模拟）4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图象以及图象传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G网络传输信息是用（）A．微波 B．超声波 C．红外线 D．可见光【答案】A。【解答】解：A．微波也是电磁波，是利用电磁波传递信号的，4G只不过是传递信息的容量大了，内容多了，但仍是用电磁波在传递，故A符合题意；B．超声波是声波，也可以传递信息，但不能用于的传递，故B不符合题意；C．红外线属于光，也是一种电磁波，但它的频率不适合的传递波段，故C不符合题意；D．可见光，也是一种电磁波，但它的频率不适合的传递波段，故D不符合题意。故选：A。【典例8】（2022•阳江一模）广播电台发射的无线电波是一种电磁波（选填“电磁波”或“超声波”），它能（选填“能”或“不能”）在真空中传播；无线电波在空气中的传播速度为3×108m/s。【答案】电磁波；能；3×108。【解答】解：广播电台发射的无线电波是一种电磁波，电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播；无线电波在空气中的传播速度为3×108m/s。故答案为：电磁波；能；3×108。【典例9】（2021•重庆模拟）中国航天打响了5G争夺战的第一炮，他们计划在2020年执行一个代号为虹云工程的计划，即通过发射一百多颗卫星组网形成5G卫星通信网，从而覆盖整个地球的5G网络。那么5G会比4G牛多少？为什么能让我们的生活方式升级换代？根据国际通信标准组织3GPP的定义，5G将带来三大应用场景：eMBB大带宽：速率理论值将达到每秒10GB，将是当前4G上网速率的10倍。uRLLC低延时：5G的理论延时是1ms，是4G延时的几十分之一，基本达到了准实时的水平。mMTC广联接：5G单通信小区可以连接的物联网终端数量理论值将达到百万级别，是4G的十倍以上。我们生活中常听说的AI技术、VR/AR技术与全息通信，虽然现在已经部分应用，但因为传输速率不够，体验并不好，经常出现卡顿。模糊甚至让人晕眩。但如果有了5G，速率提高，360°的画面都能够清晰而稳定的呈现，我们就能真正体会到“远隔万里却身临其境”的神奇了。特别是自动驾驶的汽车与自动驾驶载人飞行器，也都将有望在5G时代真正实现广泛应用。示例：物理信息：覆盖整个地球的5G网络；物理知识：5G卫星通信传递信息是利用电磁波。作答：物理信息：5G速度是当前4G上网速率的10倍；物理知识：全息通信传递信息是利用电磁波。【答案】5G速度是当前4G上网速率的10倍；全息通信传递信息是利用电磁波。【解答】解：物理信息：5G速度是当前4G上网速率的10倍；物理知识：全息通信传递信息是利用电磁波。故答案为：5G速度是当前4G上网速率的10倍；全息通信传递信息是利用电磁波。考点4越来越宽的信息之路【典例10】（2022•天宁区校级二模）卫星通信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．激光【答案】A。【解答】解：卫星和地面的联系靠电磁波，将图片和声音等信号调制到电磁波上，把电磁波当成载体发射回地面，所以它传递信息利用的是电磁波。故选：A。【典例11】（2022•福田区校级模拟）关于能源、信息与材料，下列说法不正确的是（）A．5G网络所指的就是在移动通信网络发展中的第五代网络，经测试5G速度是4G的15倍，因为5G网络比4G网络的电磁波在真空中传播的速度小 B．指南针是磁性材料制成的，其南极指向地磁北极附近 C．利用半导体材料可以制作二极管 D．光纤通信利用激光传递信息的【答案】A。【解答】解：A、5G网络和4G网络的电磁波在真空中传播的速度一样快，故A错误；B、地磁场的南北极与地理南北极相反，指南针是磁性材料制成的，其南极指向地磁北极附近，故B正确；C、二极管具有单向导电性，利用半导体材料可以制作二极管，故C正确；D、激光属于电磁波，光纤通信利用激光传递信息的，故D正确。故选：A。【典例12】（2022•连云港模拟）“停课不停学”期间，同学们在家里用电脑、等网络工具进行网上学习；上网是通过电磁波来传递信息的，而电脑一般是利用光纤进行上网，而光纤传递信息是利用了光的反射（选填“直线传播”或“反射”），也是信息高速公路两大支柱之一。【答案】电磁波；反射。【解答】解：上网是利用电磁波接收和发送信号的；光纤通信是利用激光反射传输信号的。故答案为：电磁波；反射。巩固训练一、选择题。1．移动机的说法正确的是（）A．移动机只是无线电发射台 B．移动机只是一个无线电接收台 C．移动机既能发射信号，又能接收无线电信号 D．两个移动机之间可以直接通话，不需要通过基地台【答案】C。【解答】解：移动机既是无线电发射台，又是无线电接受台，故AB错误；移动机是通过发射和接收电磁波来实现通信的，故C正确；两个移动机之间通话时，每个移动机都需要通过基地台，故D错误；故选：C。2．（2022•烟台）2022年4月16日，神舟十三号载人飞船完成既定任务，顺利返回地球。在空间站执行任务过程中，烟台籍宇航员王亚平为全国的同学们进行了两次精彩的太空授课，授课过程中信息的传递主要依靠（）A．空气 B．超声波 C．次声波 D．电磁波【答案】D。【解答】解：宇航员授课过程中信息的传递主要依靠电磁波。故选：D。3．（2022•益阳）我国天问一号火星探测器通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标，标志着我国在行星探测领域跨入了世界先进行列。天问一号在环绕火星运行过程中，下列说法正确的是（）A．天问一号相对火星做匀速直线运动 B．天问一号相对火星处于静止状态 C．天问一号通过声波将信息传回地球 D．天问一号通过电磁波将信息传回地球【答案】D。【解答】解：A、天问一号环绕火星运动，不是沿直线，所以不是匀速直线运动，故A错误；B、天问一号在环绕火星运行，说明天问一号相对于火星位置发生改变，是运动的，故B错误；CD、太空中是真空的，不能传播声音，所以天问一号不能通过声波将信息传回地球，而是依靠电磁波，故C错误、D正确。故选：D。4．（2021•市南区一模）下列关于电磁波的应用，不正确的是（）A．广播电台是利用无线电波广播的 B．微波炉是利用微波加热物品的 C．北斗卫星定位系统是利用电磁波传输信号的 D．医院利用红外线杀菌、X射线对人体透视【答案】D。【解答】解：A、无线电广播是利用电磁波将信息传播出去，故A正确；B、微波炉是利用磁控管将电能转化为微波辐射能，微波辐射引起食物内部的水分子振动摩擦，从而产生热量，故B正确；C、北斗卫星定位系统是利用电磁波传输信号的，故C正确；D、紫外线的化学作用强，紫外线在生活中的应用很广，医院利用紫外线杀菌，故D错误。故选：D。5．（2021•青白江区校级模拟）2017年3月，在北京人民大会堂召开的全国两会圆满结束，“开放的大门不关，改革的脚步不停”，这是今年全国人民两会上最强的声音，全国人民通过收听广播、观看电视了解两会的消息，倍感振奋。关于广播和电视信号，下列说法正确的是（）A．广播信号是超声波 B．广播信号是次声波 C．电视信号是电磁波 D．电视信号是声波【答案】C。【解答】解：广播信号和电视信号都是利用电磁波来传递信息的，故C正确，ABD错误。故选：C。6．（2022•乳山市模拟）下列有关声和电磁波的说法正确的是（）A．“不敢高声语，恐惊天上人”中的“高声”是指音调高 B．利用卫星系统导航，其信息传播的媒介与“B超”相同 C．风吹树枝发出声音，说明声音是由物体振动产生的 D．“闻其声便知其人”判断的依据是人发出声音的响度【答案】C。【解答】解：A．诗句“不敢高声语，恐惊天上人”中的“不敢高声语”意思是不敢大声说话，所以“高”是指声音的响度大，故A错误；B．卫星导航系统传递信息利用的是电磁波，“B超”是利用超声波，故B错误；C．声音是由物体的振动产生的，风吹树枝发出声音，这是由树枝的振动发出的声音，故C正确；D．不同的人说话音色不同，所以“闻其声知其人”是根据声音的音色来判断的，故D错误。故选：C。二、填空题。7．（2020•同心县校级开学）我们在打时，听筒把变化的电流变成声音，话筒把声音信号变成变化的电流。【答案】听筒；话筒。【解答】解：的话筒把声音的信号转变为强弱变化的电流的信号传递出去，再通过听筒把强弱变化的电流信号变成声音的信号，把传输的声音还原出来。故答案为：听筒；话筒。8．（2022•淮安）神舟十四号飞船将三名航天员送到中国空间站，航天员在空间站利用电磁波向地面站传送信息；飞船返回舱载着航天员返回地球，以飞船为参照物，地球是运动的。【答案】电磁波；运动的。【解答】解：航天员在空间站利用电磁波向地面站传送信息的；飞船返回舱载着航天员返回地球，以飞船为参照物，地球与飞船之间发生了位置的变化，是运动的。故答案为：电磁波；运动的。9．（2022•柳州）被誉为2022年北京冬奥会“防疫神器”的体温贴是一种无线电子测温计，如图所示。使用很简单，它贴在人体皮肤后，吸收人体热量，内能增加（选填“增加”或“减少”），达到与皮肤相同的温度，其内部发射电路将体温信息以电磁波的形式发射到后台，实现对工作人员体温的自动监测。【答案】增加；电磁。【解答】解：物体吸收热量，内能增加，故体温贴贴在人体皮肤后，从人体吸收热量，内能增加；电磁波可以传递信息。体温贴达到与皮肤相同的温度，其内部发射电路将体温信息以电磁波的形式发射到后台，实现对工作人员体温的自动监测。故答案为：增加；电磁。10．（2022•青海）如图所示，磁悬浮盆景的底端有磁铁，底座内部有一个金属线圈。线圈通电后，周围产生磁场（选填“磁场”或“磁感线”），这是电流的磁效应。盆景能悬浮在空中，其原理是同名磁极相互排斥。【答案】磁场；磁；同名磁极相互排斥。【解答】解：通电导体周围存在磁场，但不存在磁感线，磁感线是人们为了形象方便的描述磁场而假想的曲线；底座内部有一个金属线圈，通电有磁性，断电无磁性，说明磁悬浮盆景是利用电流的磁效应工作的；根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引可知，盆景能悬浮在空中是同名磁极相互排斥的原因。故答案为：磁场；磁；同名磁极相互排斥。11．（2022•根河市校级模拟）电视信号的传送是将频率较低的音频信号和视频信号加载到频率更高的电流上，产生电磁波发射到天空中，这种电流叫做射频电