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第二十一章 信息的傳遞
第二十一章 信息的傳遞
第4節 越來越寬的信息之路
雄偉的長城，綿延萬里，蜿蜒起伏，或翹首于峰巔之上，或俯身于峽谷之中。古代的士兵夏季頂著烈日，冬季冒著嚴寒，在古老的長城上抵御著敵人的侵略。
遇到大規模的入侵時，士兵們常在“烽火臺”上點起煙火，向遠處的同伴們傳遞“敵人來犯”的消息。有時候，還可以傳遞更為確切的信息，如“寇不滿五百，放烽一炬；五百以上，放三炬；千騎以上，放四炬”。
古代人用烽火傳遞信息，我們現代人用哪些方法傳遞信息？你知道這些方法的基本原理嗎？
1. 微波通信
2. 衛星通信
3. 光纖通信
4. 網絡通信
學習內容導覽
第4節 越來越寬的信息之路
學習目標
1. 了解微波通信、衛星通信、光纖通信、網絡通信。
2. 通過學習現代通信知識，了解科技為人類生活帶來的便利，提高學科學的興趣。
第4節 廣播、電視和移動通信
為了給同學們講解《移動電話發展史》，一位老師采用播放視頻的方式，另一位老師只是播放音頻的方式。
在相同的時間內，播放視頻和播放音頻傳遞的信息量一樣嗎？
想一想
在相同的時間內，播放視頻和播放音頻傳遞的信息量是不一樣的。播放視頻比播放音頻傳遞的信息量要多。
信息理論表明：
作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。
相同時間內，電視廣播比電臺廣播能傳遞更多的信息。
因此，幾十年來，無線電通信、電視廣播等所用的頻率越來越高，信息之路越來越寬，今天我們進一步了解一些不同的通信方式。
第4節 越來越寬的信息之路
一、微波通信
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
一、微波通信
信息理論表明，作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。因此，現代通信技術所采用的頻率越來越高，微波通信就是其中應用較廣泛的一種。
1. 傳輸信息與頻率的關系
（1）波長和頻率范圍
微波波長在 10m~1mm之間，頻率 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。
一、微波通信
2. 微波
波長在10m~ 1mm ，頻率 30MHz~3×105MHz之間
（1）概念：利用微波進行的通信稱為微波通信。
一、微波通信
3. 微波通信
（2）微波中繼站
微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。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，再發射到下一站去。這就像接力賽跑一樣，一棒傳一棒，可以把信息傳遞到遠方。
（3）微波通信的優點
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，收到的信號強且穩定。
（4）微波通信的缺點
需要大量中繼站進行信號處理，而且，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。
一、微波通信
【例題1】微波：頻率_____，波長_____，信息搭載量大，大致沿直線傳播，不能沿地表繞射，每隔50km左右就要建設一個____________站。_______越高的電磁波搭載信息能力越大，越沿直線傳播。
微波頻率高，波長短，不能沿地表繞射傳播，因此每隔50km就要建設一個中繼站轉播微波，否則就不能長距離通信。對于電磁波來講，頻率越高，搭載信息能力就越大，傳播方向性越好。
一、微波通信
微波中繼站
高
短
頻率
二、衛星通信
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
在遇到雪山、大洋，根本無法建設中繼站時，又該怎么辦？能不能利用地球的衛星——月球進行微波中繼通信呢？
月球是地球的衛星，可以反射微波，但它離我們太遠了——38萬千米！信號衰減、時間延遲，而且只有當兩個通信點同時見到月亮時，才能完成這兩點間的通信。
二、衛星通信
解決方案：
使用人造衛星通信
1. 衛星通信的概念
利用通信衛星做微波通信的中繼站來進行通信的方式叫衛星通信。
二、衛星通信
2. 同步通信
地球同步衛星即地球同步軌道衛星，是運行在地球同步軌道上的人造衛星，距離地球約36000km，衛星的運行方向與地球的自轉方向相同、運行軌道位于地球赤道平面上圓形軌道、運動周期與地球自轉一周的時間相等，所以叫做“同步通信衛星”。
3. 全球通信
在地球周圍均勻地配置三顆通信衛星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現全球通信。
二、衛星通信
二、衛星通信
4. 衛星通信的組成
由通信衛星、地面站和傳輸系統三部分組成。衛星通信的工作原理是將衛星發射到赤道上空36000km處的對地靜止軌道上，利用衛星上的通信轉發器接收由地面站發射的信號，并對信號進行放大變頻后轉發給其他地面站，從而完成兩個地面站之間的傳輸。
事實上，一顆通信衛星就是一個微波中繼站。
二、衛星通信
5. 衛星通信特點
通信范圍大，只要在衛星發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；易于實現廣播和多址通信。
二、衛星通信
6. 中國北斗衛星導航系統
北斗衛星導航系統是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，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。
【例題2】2019年9月23日，我國以“一箭雙星”方式成功發射第47、48顆北斗導航衛星，北斗導航系統由地球非同步衛星和地球同步衛星兩部分組成。如圖是三顆地球同步衛星軌跡示意圖。下列地球同步衛星說法中正確的是（　　）
A．衛星1相對于衛星2是靜止的
B．衛星2相對于衛星3是運動的
C．三顆衛星相對于地球是運動的
D．三顆衛星相對于地球是靜止的，
衛星相互間是運動的
A
二、衛星通信
A．以衛星2為參照物，衛星1與衛星2之間的位置沒有變化，因此衛星1是靜止的，故A正確；
B．以衛星3為參照物，衛星2與衛星3之間的位置沒有變化，因此衛星2是靜止的，故B錯誤；
C．以地球為參照物，三顆衛星與地球之間的位置沒有發生變化，因此三顆衛星都是靜止的，同時三顆衛星之間都沒有位置變化，所以衛星相互間是靜止的，故C選項錯誤；
D．由C選項可知，D選項錯誤。
二、衛星通信
故選A。
三、光纖通信
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
A
三、光纖通信
（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。
不過，普通的光源包含了許多不同波長（頻率）的光，難以用它攜帶信息。
1960年，美國科學家梅曼制成了世界上第一臺紅寶石激光器，它能產生頻率單一、方向高度集中的光——激光。
1. 激光
三、光纖通信
（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。
2. 光導纖維
實用的光纖是比人的頭發絲稍粗的玻璃絲，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。
三、光纖通信
光沿著水流傳播
①實驗—《水流導光》
（2）光導纖維傳光原理
光不但能沿直線傳播，也可以沿著彎曲的水流傳播
三、光纖通信
光導纖維
攜帶信息
的激光射入
攜帶的信息
隨激光射出
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。
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。
3. 光纖通信
我國光纜通信的發展十分迅速，目前光纜可以通達所有地區（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。
三、光纖通信
（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。
4. 光纖通信的優點
三、光纖通信
三、光纖通信
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，高錕被譽為“光纖之父”。
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。
光纖通訊技術的發展
光纖通訊技術是近幾十年才發展起來的。
【例題3】歷經四十年的發展，中國光纖光纜行業已經占據世界半壁江山，為現代通訊做出了突出貢獻，體現了大國精神、大國擔當。現代信息高速公路，是衛星通信和光纖維通信等高速、大容量信息傳輸通道的俗稱，光纖維通信傳輸信息的載體是（　　）
A．微波 B．光波 C．無線電波 D．超聲波
光纖通信傳輸的信息的載體是光波，因為光波可以攜帶大量的信息，故ACD不符合題意，B符合題意。
故選B。
B
三、光纖通信
四、網絡通信
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
A
計算機可以高速處理各種信息，把計算機聯在一起，可以進行網絡通信。計算機之間的聯結，除了使用金屬導線外，還用了光纜、通信衛星等各種通信手段。
如果某人的計算機跟一個叫做服務器的大計算機相聯，就是平常說的“上網”。世界上最大的計算器網絡是因特網。
1. 網絡通信
四、網絡通信
A
計算機服務器是指在計算機網絡中提供服務的一種計算機系統，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據，在網絡上起到“服務商”的角色。
2. 計算機服務器
四、網絡通信
A
（1）電子郵件
①電子郵件是人們經常使用的網絡通信形式，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“@”（發音同英語的“at”）和域名三部分。
如 xiaolin@.cn，這表示信箱屬于一個自稱“xiaolin”的人，他的服務器名叫.cn。其中“cn”是China的簡寫，表示這個服務器是在中國注冊的。
3. 網絡通信的應用
四、網絡通信
A
②電子郵件的傳送
發送方通過計算機輸入信息并傳送到與計算機相聯系的服務器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，即可顯示發送方的信息。
四、網絡通信
A
（2）網絡通信的一些應用
除了通過網絡收發電子郵件外，還可以通過網絡通信系統查閱資料、看新聞、購物、進行視頻點播，另外還可以通過網絡進行遠程教育、遠程醫療等。
四、網絡通信
　通過因特網可以快速收發語音短信、視頻、圖片和文字等信息。
隨著通信技術的發展，現在已經可以在很短的時間內傳送越來越大的信息量，信息傳送的速度能夠滿足電視等活動畫面的需要。
四、網絡通信
近年來隨著互聯網技術的不斷發展，使得線上購物成為中國網民不可缺少的消費渠道之一。截止到2019年上半年，我國網絡購物用戶規模達6.39億，占網民整體的74.8%。其中手機網絡購物用戶規模達6.22億，占手機網民的73.4%。2019年網絡購物消費額將達到66610億元，占社零總額比重為19.5%。
網絡購物
四、網絡通信
【例題4】電子郵件可以傳輸：①文字資料；②聲音信息；③圖片圖像；④視頻資料中的（ ）
A．①②④ B．②③④
C．①③④ D．①②③④
電子郵件是指發送者和指定的接收者利用計算機通信網絡發送信息的一種非交互式的通信方式，是最基本的網絡通信功能。這些信息包括文本、數據、聲音圖像、語音、視頻等內容。
故選D。
D
四、網絡通信
1. 激光的特點與應用
（1）激光束的平行度特別好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度。
①激光測距：激光的這個特點使它可以用來進行精確的測距。對準目標發出一個極短的激光脈沖，測量發射脈沖和收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出目標的距離。激光測距雷達就是根據這個原理制成的。
②讀出光盤上記錄的信息：由于平行度好，激光可以會聚到很小的一點上。讓這一點照射到光盤上，就可以讀出光盤上記錄的信息，經過處理后還原成聲音和圖像。由于會聚點很小，光盤記錄信息的密度很高。
五、《科學世界》——激光的應用
（2）激光的亮度高
激光還有一個特點是亮度高，也就是說它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。如果把強大的激光束會聚起來照射到物體上，可以使物體的被照部分迅速上升到極高的溫度，最難熔化的物質在這一瞬間也要汽化了。因此，我們可以利用激光束來切割各種物質、焊接金屬以及在硬質材料上打孔。醫學上可以用激光做“光刀”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”脫落的視網膜。強激光可以在瞬間破壞敵人的飛行器，在軍事上有廣泛的應用。
五、《科學世界》——激光的應用
2. 想想議議
閱讀了以上這段“科學世界”和前面的“光纖通信”后，討論下面幾個問題。
（1）激光有哪些不同于其他光的特點？文中所說激光的應用分別利用它的哪個特點？
（2）除了文中介紹的應用外，你還聽說在什么地方用到了激光？
五、《科學世界》——激光的應用
五、課堂總結
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
①微波：波長10m~1mm間，頻率30MHz~3×105MHz間.
②利用微波進行的通信稱為微波通信。
③需利用微波中繼站傳遞信息.
①利用通信衛星做微波通信的中繼站來進行通信的方式
叫衛星通信。三顆同步衛星幾乎可實現全球通信.
②組成：同步通信衛星、地面站.
①激光：頻率單一、方向高度集中.
②是利用激光在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式.
網絡通信是借助計算機網絡進行通信的方式.
五、課堂總結
微波通信
衛星通信
光纖通信
網絡通信
越來越寬的信息之路
六、動手動腦學物理
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
六、動手動腦學物理
1. 現在許多長途電話是以地球同步衛星做中繼站的。打這種長途電話時，會感到對方的反應有些延遲。造成這種延遲的原因之一，是無線電波在射向衛星和從衛星返回時需要一定的時間。假設某人造衛星與地球的距離是36 000 km，請你估算延遲的時間。為什么打市內電話時沒有這種延遲？
無線電波傳播的距離為s=36000km×2=72000km
延遲時間為
打市內電話沒有延遲的原因為：在市內打電話距離很短，延遲時間很短，人感覺不到。
六、動手動腦學物理
2. 我們的生活已經離不開信息的傳遞。我們不知不覺地把各種通信方式融入自己的生活和工作之中。請想一想：自己哪些地方用到了微波通信、衛星通信、光纖通信和網絡通信？各舉一個例子。
微波通信：可以用于各種電信業務的傳送，如電話、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。
衛星通信：衛星電視、衛星導航等。
光纖通信：寬帶網絡等。
網絡通信：電子郵件等。
六、動手動腦學物理
3. 微波通信、衛星通信、光纖通信、網絡通信，這些通信方式是從不同的視角進行分類的：微波通信按加載信號的電磁波的波長來分類；衛星通信、光纖通信按傳播介質或設備來分類，網絡通信按通信者之間的聯絡關系來分類。網絡通信也可以采用光纖通信方式，微波通信也可以通過衛星傳播，這些分類是可以重疊的。
請你把以上通信方式和你知道的其他通信方式，設計一個通信方式分類圖，并在圖中側重說明以上四種方式的優點。
六、動手動腦學物理
（1）按通信信號的傳輸特點分為：有線傳輸和無線傳輸兩大類。
（2）按通信手段分：
有線通信手段方面有：有線電話、有線電視、計算機網絡通信和光纖通信等；
無線通信手段有：衛星通信、移動通信、微波中繼通信、短波通信、地波通信，等等。
（3）按信號本身的特點分為：模擬通信、數字通信。
六、動手動腦學物理
微波通信：具有良好的抗災性能，對水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響。
衛星通信：通信范圍大；只要在衛星發射的電波所覆蓋的范圍內，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災害的影響（可靠性高）；同時可在多處接收，能經濟地實現廣播、多址通信。
光纖通信：傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，節省金屬材料；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄漏小、保密性強等優點，可在特殊環境或軍事上使用。
網絡通信：數字化、寬帶化、高速化、智能化、網絡化。
七、課堂練習
一、微波通信
二、衛星通信
三、光纖通信
四、網絡通信
五、課堂總結
六、動手動腦學物理
七、課堂練習
本節課學習流程
第4節 廣播、電視和移動通信
1．通過微波傳送的是（　　）
A．超遠程通信 B．無線電廣播
C．電報 D．電視和宇航通信
超遠程通信用的是短波；無線電廣播是多波段，短波、中波、長波都有；電報一般是短波和長波比較多；電視和宇航通信是微波。
故選D。
六、課堂練習
D
2．北斗衛星導航系統是中國自主建設、獨立運行的衛星導航系統，始終秉持和踐行“中國的北斗，世界的北斗，一流的北斗”的發展理念，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。衛星導航在傳遞信息過程中主要依靠的是（　　）
A．超聲波 B．次聲波 C．電磁波 D．光導纖維
衛星導航在傳遞信息過程中依靠的是電磁波來傳遞信息。
故選C。
六、課堂練習
C
3．利用光導纖維在一定時間內可以傳輸較大量的信息，這是因為光波的（　　）
A．波長長 B．波速快
C．頻率高 D．看得見
因為光波的頻率高，所以光導纖維在一定時間內可以傳輸較大量的信息，故ABD不符合題意，C符合題意。
故選C。
六、課堂練習
C
4．關于網絡通信，下列說法正確的是（ ）
A．目前使用比較頻繁的網絡通信形式是電子郵件
B．電子郵件在目前只能傳遞文字，不能傳遞照片、語音或其他信息
C．從網上只能收發電子郵件，查不到其他資料，因此上網是有局限性的
D．利用互聯網可以進行遠程教育、下載文件、郵寄商品等
六、課堂練習
A
A．電子郵件是目前使用最頻繁的網絡通信形式之一，A正確；
B．電子郵件不僅能傳遞文字，還能傳遞照片、語音或其他信息，B錯誤；
C．上網不僅能收發電子郵件，還能網上聊天、購物、看電影、發布信息等，故C錯誤；
D．利用互聯網可以進行遠程教育、下載文件等，但是不能郵寄商品，故D錯誤．
故選A。
六、課堂練習
5．早在100多年前，貝爾實驗室就有了用“光話”替代電話的設想，后來科學家利用強光源產生的_______，以及光導纖維技術，終于讓光纖通信成為了現代通信的重要方式。如圖是光導纖維工作示意圖，光導纖維能傳導光纖的基本原理是________ 。
光的反射
六、課堂練習
激光
光纖通信的基本原理是首先利用強光源產生激光，然后利用光的反射特點，實現攜帶信息的激光在光導纖維中的傳播。
6．小明在電腦上收看春晚直播。小明家使用是光纖上網，因特網的信息是通過光導纖維傳送的，在光導纖維中傳遞的是 _________（選填“電流”、“激光”或“微波”）； 除觀看視頻、瀏覽網頁外，使用因特網還可以___________（只需填寫一種）。
網上聊天
六、課堂練習
激光
光纖通信是利用激光傳輸信息的，從光纖的一端射入，在內壁上多次反射后在另一端放射出來，然后在接收端；使用因特網除觀看視頻、瀏覽網頁外，使用因特網還可以網上聊天。

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