第二十一章

信息的传递

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知识点讲解

第1节 现代顺风耳--电话

  • 电话的基本结构:由听筒和话筒组成
  • 话筒的作用是将声信号转化为电信号,听筒的作用是将电信号转化为声信号
  • 电话交换机的作用是提高线路的利用率,实现任意两用户之间的通话
  • 电话分为模拟电话和数字电话,数字信号具有抗干扰能力强、失真小、易加密等优点

第2节 电磁波的海洋

  • 电磁波是由迅速变化的电流产生的,它可以在真空中传播
  • 电磁波的传播速度等于光速,约为3×10⁸ m/s
  • 电磁波的波速c、波长λ和频率f的关系:c = λf
  • 电磁波谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等

第3节 广播、电视和移动通信

  • 无线电广播信号的发射由广播电台完成,接收由收音机完成
  • 电视信号包括图像信号和声音信号,它们的发射和接收与无线电广播类似
  • 移动电话既是无线电发射台又是无线电接收台,它通过基地台与电话网络连接

第4节 越来越宽的信息之路

  • 微波通信:使用波长在1mm~10m之间的电磁波进行通信,需要建立中继站
  • 卫星通信:利用通信卫星作为中继站,覆盖范围广,不受地理条件限制
  • 光纤通信:利用激光在光导纤维中传输信号,具有传输容量大、抗干扰能力强等优点
  • 网络通信:利用互联网实现信息传递和资源共享

物理原理

电话的工作原理

电话的基本工作原理是通过话筒将声音信号转化为电信号,然后通过导线将电信号传输到远方的听筒,听筒再将电信号转化为声音信号。

  • 话筒:当人对着话筒说话时,声波使膜片振动,膜片忽紧忽松地挤压碳粒,使电阻忽大忽小,在电路中产生了随声音变化的电流信号。
  • 听筒:电流通过电磁铁时,电磁铁的磁性忽强忽弱,吸引膜片忽紧忽松,将电信号转化为声音信号。

电磁波的产生与传播

电磁波是由迅速变化的电流产生的。当导体中的电流迅速变化时,导体周围会产生电磁波。电磁波可以在真空中传播,不需要介质,这是它与声波的重要区别。

电磁波的传播速度等于光速,约为3×10⁸ m/s。电磁波的波速c、波长λ和频率f之间的关系为c = λf。不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同,但波长不同,频率越高,波长越短。

各种通信方式的原理对比

不同的通信方式利用不同频率的电磁波或其他载体来传输信息:

  • 无线电广播和电视:利用无线电波传输信号,需要通过发射台和接收设备进行信号的发送和接收。
  • 移动电话:利用微波传输信号,通过基地台与电话网络连接,实现随时随地通信。
  • 光纤通信:利用激光在光导纤维中全反射传输信号,具有传输容量大、抗干扰能力强、保密性好等优点。
  • 卫星通信:利用通信卫星作为中继站,覆盖范围广,适合远距离通信和全球通信。

重要公式

电磁波波速公式:c = λf
其中:c表示波速(3×10⁸ m/s),λ表示波长(m),f表示频率(Hz)

实验模拟

实验1:电话的工作原理

了解电话的基本结构和工作原理,观察话筒如何将声信号转化为电信号,听筒如何将电信号转化为声信号。

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实验2:电磁波的产生与传播

通过实验观察电磁波的产生,探究电磁波的传播特性,验证电磁波可以在真空中传播。

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实验3:光纤通信原理

了解光纤通信的基本原理,观察激光在光导纤维中的传输过程,理解全反射现象在光纤通信中的应用。

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