21 信息的传递
第1节现代顺风耳——电话
一、电流把信息传到远方
1876年贝尔发明了电话，实现了语音的远距离传递。
1、电话的结构：最简单的电话由话筒和听筒组成。话筒和对方的听筒之间通过电话线连接。
2、话筒（1）话筒的结构：老式话筒主要由炭粒和膜片组成
（2）作用：把声音信号转化为变化的电流。
话筒的工作原理：声波振动→膜片相应振动→炭粒忽松忽紧→电阻忽大忽小→电流忽弱忽强
3、听筒（1）听筒的结构：听筒主要由电磁铁和薄铁膜片组成。
（2）作用：把变化的电流信号变成声音信号。
听筒的工作原理：电流忽弱忽强→磁性忽弱忽强→薄铁膜片受忽小忽大的磁力而振动→还原成声音
4、电话的工作过程：
5、电话中的话筒和听筒的连接方式：同一部电话中，话筒和听筒是并联的，话筒与对方的听筒是串联的，对方的话筒与自己的听筒是串联的。
二、电话交换机
1、电话交换机的作用：为了提高线路的利用率，一般电话之间都是通过电话交换机来转接的。一个地区的电话都接到同一台交换机上，每部电话都编上号码。使用时，交换机把需要通话的两部电话接通，通话完毕再将线路断开。
2、电话交换机的发展
（1）早期的电话交换机是靠话务员手工操作来接线和断线的，工作效率低、劳动强度大。
（2）1981年出现了自动电话交换机，它通过电磁继电器进行接线。
（3）现代的程控电话交换机利用电子计算机来自动接通电话，并且有多种服务功能。
知识拓展：打电话时“占线”的主要原因
①对方的电话正在通话；②对方的话机没有放好；③电话交换机之间有太多用户要通话，他们之间的电话线不够用了。
三、模拟通信和数字通信
1、模拟通信：
（1）概念：在话筒将声音转换成信号电流时，这种信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”。这种电流传递的信号叫做模拟信号。使用模拟信号的通信方式叫做模拟通信。
（2）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，从而使信号丢失一部分信息，表现为声音、图像的失真，严重时会使通信中断。
2、数字通信
（1）概念：用点“·”和画“-”的组合代表各种数字，一定的数字组合代表一个汉字；于是，一系列点和画组成的信号就可以代表一个完整的句子了。像这样用不同符号的不同组合表示的信号，叫做数字信号。使用数字信号的通信方式叫做数字通信。
（2）特点：目前通常的数字信号只包含两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强。数字信号还可以通过不同的编码进行加密。
第2节电磁波的海洋
一、电磁波
1、电磁波的产生：导线中电流的迅速变化会在空间激起（产生）电磁波。
注意：“电流的迅速变化”指电流的方向或大小迅速变化，或者是方向和大小同时迅速变化。
2、电磁波的特点：看不见、摸不着，在一定条件下确实存在电磁波，也确实可以给我们传递各种信息，在广播电台、电视台以及移动电话里面发射电磁波的激起靠复杂的电子线路来产生迅速变化的电流。
3、常见的电磁波发射器：广播电台、电视台、移动电话等。
常见的电磁波接收器：收音机、电视机、移动电话等。
二、电磁波的传播
1、电磁波的传播不需要介质，电磁波可以在真空中传播。
2、波速、波长和频率
（1）波速：波传播的快慢叫做波速。在真空中，电磁波的传播速度
c=3.0×108m/s，空气中的波速近似等于真空中的波速。
（2）波长：一列波在传播中，凸起的最高处，叫做波峰；凹下的最低处，叫做波谷。相邻的两个波峰（波谷）之间的距离，叫做波长，用字母λ表示，单位是米（m）。
（3）频率：用字母f表示，其单位是赫兹（Hz）。因为通常电磁波的频率很高，所以常用的单位是千赫（kHz）和兆赫（MHz），他们之间的换算关系为：
1kHz=103Hz，1MHz=106Hz。在某确定位置，1s内有多少次波峰或波谷通过，博得频率就是都少。
（4）在真空中电磁波的波速一定，所以电磁波的频率和波长成反比。波长越长，频率越低；反之波长越短，频率越高。
知识拓展：①电磁波在真空中的传播速度与真空中的光速相同，可见，光是电磁波。
②电磁波的波速、波长和频率的关系：
。其中c=3.0×108m/s；λ的单位是m；f的单位是Hz。
注意：声音和电磁波传播的最大不同点是：声音的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质。
三、电磁波家族及应用
1、电磁波家族：电磁波有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。各种光和射线都是波长不同的电磁波。
2、无线电波：
（1）定义：电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
（2）特点：无线电波的波长从几毫米到几千米，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括：长波、中波、短波、微波等。
3、应用：医用γ射线做脑外科手术，用X光片判断是否骨折；电视机、空调等设备的遥控器都是红外遥控；紫外线可以杀菌、验钞等；无线电波应用于广播、电视、移动通信、雷达、导航等。
知识拓展：电磁技术给人类带来了巨大的物质文明，同时也把人类带进了人造电磁辐射的环境，造成了电磁污染。预防电磁污染应注意三个方面：
①选择适当位置，尽可能远离人造电磁辐射源，如不要随便靠近电视发射装置、高频电缆等。②安装屏蔽设备。③正确使用带有电磁辐射的生活器具，不要随意拆开，以免电磁波大量泄漏伤人。
第3节广播、电视和移动通信
一、无线电广播信号的发射和接收
1、无线电广播信号的发射——广播电台
发射过程：话筒把声音信号转换成音频电信号，调制器把音频电信号加载到高频电流上，通过天线产生电磁波发射到空中。
2、无线电广播信号的接收——收音机
接受过程：收音机的天线接收到各种各样的电磁波。转动收音机调谐器的旋钮，可以从中选出特定频率的信号。由调谐器选出的信号含有高频电流成分，需要通过解调器将其滤去，将音频信号留下。音频信号经放大后被送到扬声器里。扬声器把音频电信号转换成声音，我们就听到广播电台的节目了。
3、无线电广播的发射和接收过程
二、电视的发射和接收
三、移动电话
1、移动电话的工作原理：移动电话是靠空间的电磁波来传递信息的。移动电话既是无线电发射台又是无线电接收台。
2、移动电话的优点和缺点
优点：体积很小，适用方便，使用半径大。
缺点：只能在携带信号的电磁波能够辐射到的区域内才能够进行通话，否则会受区域的限制。
3、基地台：移动电话的发射功率不大，接收的灵敏度也较差，为了保证通话的质量，必须建立较多的无线电台进行信号的传递，这些固定的电台叫做基地台。
4、广播、电视、移动电话信号传递的异同
第4节越来越宽的信息之路
一、微波通信
1、微波
（1）特点：微波的波长为10m~1mm，频率为30MHz~3×105MHz。微波比中波和短波的频率更高，可以同时传递更多的信息。
（2）性质：微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。因此每隔50km左右就需要建立一个微波中继站，它可以把上一站传来的信号处理后，在发射到下一站去，信号传递的越远，需要的中继站就越多。
2、微波通信
（1）特点：信息理论表明，作为载体的无线电波频率越高，相同时间内传输的信息就越多。微波的波长较短，频率较高，所以采用微波通信可以增大信息的传输量，一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。
（2）缺点：微波通信需要大量的中继站进行信号处理，如遇到高山和大洋无法建立中继站时，微波通信就无法继续。
3、微博的应用：主要用于广播电视、移动通信、雷达、导航、加热等方面。
（1）微波能传递信息，人们根据这一原理用于广播电视、移动通信。
（2）微波遇到障碍物会发生反射，人们根据这一原理制成了雷达。
（3）某些频率的微波还能加剧水和脂肪分子的热运动，使物体温度升高，微波炉就是根据这一原理工作的。
二、卫星通信
地球的同步卫星可以相对地面“静止”，利用这些卫星作为微波通信的中继站，把地面站送来的信号接受下来，进行放大，然后转发给另外的地面站，实现信息的传递。
1、通信卫星大多数是相对地球“静止”的同步卫星。与地球自转一周所需的时间相同。在地球周围均匀的布置三颗同步卫星，就可覆盖几乎全部的地球表面，实现全球通信。
2、组成：卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。
3、月球不能作为中继站的原因：月球也是地球的卫星，可以反射微波，但离我们太远了（约38万千米），信号衰减较大，时间延迟较长，而且只有当两个通信点同时看到月球时，才能完成这两点间的通信。
4、卫星通信的优点：远距离传递信息，通信容量大，干扰小，质量好，效率高，不受陆地灾害的影响，建设速度快。
三、光纤通信
光也是一种电磁波，与微波相比，光的频率更高。用光来通信，其容量要高出短波、微波的百万倍、千万倍。1960年，美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生频率单一、方向高度集中的光——激光。1966年，华裔物理学家高锟提出用光纤通信的构想，这使得用光进行通信的幻想得以实现。
1、光纤通信：利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式。
（1）激光是一种颜色单一（非常纯）、强度大、方向高度集中的光。
（2）光纤：一种非常细的玻璃丝，全称叫做光导纤维，激光可沿光纤传播，不受外界干扰。
（3）光缆：把若干条光纤集成束，外面包上保护层，便成为光缆。
2、光纤通信的原理：利用携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它所携带的信息传到了远方。
3、光纤通信的特点：由于光的频率很高，在一定时间内可以传输大量信息。光纤通信可长距离传输信息，容量大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
四、网络通信