人教版初中物理九年級全冊 第二十一章 《信息的傳遞》知識清單（學生版）+（教師版）

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一、電流把信息傳到遠方
1. 電話的結構及工作原理
最簡單的電話由話筒和聽筒組成。為了完成通話，話筒和聽筒之間要連上一對電話線。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。
電話 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，產生和對方說話聲音相同的聲音，把電信號轉換為聲信號。
2. 電話機工作電路圖
同一部電話中，話筒和聽筒是并聯(lián)的；兩部電話中（對方的電話），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、電話交換機
1. 電話交換機的作用
電話交換機的作用：減少電話線的數(shù)量，提高線路的利用率。便于通話時接通，通話完畢斷開。
電話交換機 電話交換機的連接

2. 電話交換機的連接
（1）一個地區(qū)的電話都接到同一臺交換機上，每部電話都編上號碼。使用時，交換機把需要通話的兩部電話接通，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電話線，這樣兩個不同的交換機的用戶就能互相通電話了。
例如：北京地區(qū)電話交換機的編號（即區(qū)號）010，上海地區(qū)電話交換機的編號（即區(qū)號） 021。使用時，交換機把需要通話的兩部電話接通，通話完畢再將線路斷開。
3. 電話交換機的發(fā)展
（1）早期的電話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)了自動電話交換機，它通過電磁繼電器進行接線。
（3）現(xiàn)代的程控電話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. 電話“占線”的原因
打電話時，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，它們之間的電話線不夠用了。這個現(xiàn)象在打長途電話時比較常見。
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 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 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。
現(xiàn)代的電話已全部采用數(shù)字信號進行傳輸和處理，用數(shù)字信號傳輸?shù)碾娨暪?jié)目也已經進入家庭。
第2節(jié) 電磁波的海洋
一、電磁波是怎樣產生的
1. 水波、聲波的產生
聲波與水波都是都是由于物體發(fā)生振動產生的。
水波 聲波

2. 實驗探究：電磁波是怎樣產生的
【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。
【實驗分析】
（1）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，說明變化的電流產生電磁波。
【實驗結論】當電路中有迅速變化的電流時，其周圍會產生電磁波。
3. 電磁波的產生
（1）電磁波：導線中電流的迅速變化會在空間激起（產生） 電磁波。
（2）電磁波傳遞信息：廣播電臺、電視臺以及移動電話靠復雜的電子線路來產生迅速變化的電流，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/s
2. 探究電磁波的傳播
【進行實驗】如圖所示，將一部手機置于一密封玻璃罩內，用另一部手機呼叫它，可以聽到玻璃罩內的手機發(fā)出的鈴聲，同時看見手機屏幕閃爍。然后，用抽氣機逐漸向外抽氣會發(fā)現(xiàn)鈴聲越來越小，但玻璃罩內的手機屏幕仍然閃爍，同時呼叫它的手機也仍然是連通狀態(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=2.99792458×108 m/s=3.0×108 m/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、電視和移動電話的是頻率為數(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、電視和移動電話；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、移動電話
1. 移動電話的工作原理
移動電話是靠空間的電磁波來傳遞信息的；移動電話既是無線電發(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. 移動電話的優(yōu)點與缺點
（1）優(yōu)點：移動電話的體積小，使用方便，使用半徑大，不需電話線。
（2）缺點：只能在攜帶信號的電磁波能夠輻射到的區(qū)域內才能夠進行通話，受區(qū)域限制。
3. 基地臺
移動電話的體積很小，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，跟電話交換機相連。城市中高大建筑物上常?？梢钥吹揭苿油ㄐ呕嘏_的天線。
移動電話 無繩電話

4. 無繩電話
有一種可移動的電話叫無繩電話，座機和手機之間沒有電話線，但各有一個天線，它們通過無線電波來溝通。無繩電話的主機接在市話網(wǎng)上，相當于一個小型基地臺。手機不能離主機太遠，工作區(qū)域大約在幾十米到幾百米范圍內。
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，相同時間內傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。相同時間內，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36000
km，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125~140 μm。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，在光纖內部傳播時，發(fā)生的是全反射，在內壁上多次反射，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，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，制成了世界上第一臺紅寶石激光器。1966年，華裔物理學家高錕提出用光纖通信的構想，并得以實現(xiàn)，高錕被譽為“光纖之父”。
四、網(wǎng)絡通信
1. 網(wǎng)絡通信
計算機可以高速處理各種信息，把計算機聯(lián)在一起，可以進行網(wǎng)絡通信。計算機之間的聯(lián)結，除了使用金屬導線外，還用了光纜、通信衛(wèi)星等各種通信手段。
如果某人的計算機跟一個叫做服務器的大計算機相聯(lián)，就是平常說的“上網(wǎng)”。世界上最大的計算器網(wǎng)絡是因特網(wǎng)。
2. 計算機服務器
計算機服務器是指在計算機網(wǎng)絡中提供服務的一種計算機系統(tǒng)，它提供應用程序的服務，可以接受客戶端的請求并提供相應的服務功能。服務器通常配備高效的硬件和軟件資源，用于處理大量的請求和數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡上起到“服務商”的角色。
3. 網(wǎng)絡通信的應用
（1）電子郵件
①電子郵件是人們經常使用的網(wǎng)絡通信形式，它不僅可以傳送文字，也可以把照片、語言及任何信息變成數(shù)字文件進行傳送。
每個電子信箱都有自己的“地址”，這樣才能把郵件送到正確的地方。電子信箱地址的格式為：用戶名、符號“@”和域名三部分。如xialin@，這表示信箱屬于一個自稱“xialin”的人，他的服務器名叫。其中“cn”是China的簡寫，表示這個服務器是在中國注冊的。
②電子郵件的傳送
發(fā)送方通過計算機輸入信息并傳送到與計算機相聯(lián)系的服務器A→服務器A將信息傳送到與接收方計算機相連接的服務器B→服務器B將信息再傳送到接收方計算機中，即可顯示甲的信息。
（2）網(wǎng)絡通信的一些應用
除了通過網(wǎng)絡收發(fā)電子郵件外，還可以通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)查閱資料、看新聞、購物、進行視頻點播，另外還可以通過網(wǎng)絡進行遠程教育、遠程醫(yī)療等。