沪科版九年级物理第十九章走进信息时代

第十九章 走进信息时代 第一节 感受信息 第一节 感受信息 信息 信息是指对人们有用的消息。天气预报是关于天气变化的信息，商业广告是关于商品销售的信息。信息很多，它存在于我们生产和生活的各个方面。比如：经济信息、文化信息、军事信息、体育信息、科技信息等。 现代社会已进入信息时代，信息已成为人们工作学习生活的重要组成部分。 信息的记录和存储 大脑是天然的信息储存器。 文字的创造实现人类信息记录的变革。文字是代表一定内容的符号，它逐渐从形象化走向抽象化。 早期人们将文字记录在 牛骨、竹简、木牍和帛书 上。 埃及象形文字 我国西周初期的文字 商代牛骨刻辞 木椟 竹简 中华民族祖先的造纸和印刷术的发明实现人类信息 记录与传播的再次变革。 描绘了北宋时期繁荣的城市风貌和各阶层人民生活的清明上河图 随着技术的进步，有了 光记录、磁记录 等大信息的记录方式。 信息的传播 早期信息传递的方式 早期的信息主要通过人的五官、身体和大脑感受到的。口语是 人类信息交流的最直接、最简单的形式。 在交通和通信很不发达的时代，人们常用 烽火、驿马、信鸽、塔语、旗语 等方式来传递信息。 人类经历的五次信息变革： 现代社会信息传递的方式： 莫尔斯与有线电报 1837 年莫尔斯在纽约展示他制成的电磁式电报机。 莫尔斯电码是利用 短和长脉冲 （ “ 点 ”“ 划 ” 和 “ 间隔 ” ） 的不同组合来表示字母、数字、标点和符号，信息以 电码 的 形式沿电缆传出去。 为人类打开了电信世界的大门。 1 、最简单的电话的组成： ２、老式电话的工作原理： 话筒、 听筒 （１）对话筒讲话时，膜片时紧时松地压迫碳粒，使电阻时大时小，从而使流过碳粒的电流时小时大，这样，话筒把声信号变成电信号。 （２）通过电话线，传入听筒的电流流过电磁铁。电流时大时小，电磁铁对膜片的吸引力也时大时小，使膜片发生不同的振动，在空气中形成声波。这样，听筒把电信号变成声信号。 * 信息的记录和存储 信息的 传播 第十九章 走进信息时代 第二节 让信息“飞 ” 起来 电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给我们。 移动通信设备极大地方便了我们的联系。 电磁波 电磁波是怎样产生的   实质：电磁场能量由近及远的传播。 演示实验 迅速变化的电流能在周围产生电磁波。 结 论    振动源 波的形成 水 波 木杆的上下振动 通过水使振动 向外传播形成水波 声 波 发音体的 往复振动 通过空气振动 向外传播形成声波 电磁波 导体中有方向、大小变化很快的电流 通过电磁波向外传播 各种振动与波的关系 电磁波的形式多种多样 γ 射线、 X 射线、紫外线、红外线、微波、无线电波（微波、超短波、短波、长波）、可见光、激光等都是电磁波。 除了自然界本身产生的电磁波外，人们还用专门仪器发射各种形式的电磁波用以传递信息和传递能量。 γ 射线 ( γ -ray) 是放射性物质发出的电磁波 , 波长在 2×10 -10 m 以下，是一种能量很大的光子流。在医疗上用 γ 射线作为 “手术刀”来切除肿瘤 , 叫做 γ 刀 , 有很好的治疗效果。 （ 1 ）医学上用 γ 射线做脑手术 接受 γ 刀手术的病人 电磁波的应用 （ 2 ） X 射线在医学上、工业中有广泛的应用 金属探伤 医 用 X 光 机 1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线的性质时,发现阴极射线(高速电子流)射到玻璃壁上,管壁会发出一种看不见的射线,伦琴把它叫做X射线。 产生条件：高速电子流射到任意固体上,都会产生 X射线。 特性：穿透本领很强。 应用：医疗上透视人体，如用X光片判断是否骨折、做胸透、CT。工业上金属探伤。 （ 3 ）用紫外线杀菌 1801年德国的物理学家里特,发现在紫外区放置的照相底板感光,荧光物质发光。 特性：主要作用是化学作用,还有很强的荧光效应,杀菌消毒作用。 应用： ◆ 医院里病房和手术室的消毒。治疗皮肤病,硬骨病。 ◆ 照明和诱杀害虫的日光灯,黑光灯。 ◆ 紫外照相,可辨别出很细微的差别,如可以清晰地分辨出留在纸上的指纹。 （ 4 ）红外线 1800年英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计研究光谱各色光的热作用时,把温度计移至红光区域外侧,发现温度更高,说明这里存在一种不可见的射线,后来就叫做红外线。(用棱镜显示可见光谱) 特性：最显著的是热作用 ③应 用： ◆ 遥控器。生活中的电视机、空调遥控器发射的都是红外线。 ◆ 红外线加热。这种加热方式的优点是能使物体内部发热,加热率高,效果好。 ◆ 红外摄影(远距离摄影,高空摄影,卫星地面摄影)。这种摄影不受白天黑夜的限制。 ◆ 红外线成像(夜视仪)可以在漆黑的夜间看见目标。 ◆ 红外遥感。可以在飞机或卫星上勘测地热,寻找水源,监测森林火情,估计农作物的长势和收成,预报台风,寒潮。 （ 5 ）微波在通信领域大显身手。 （ 6 ）无线电波在生活中、生产中、军事上都有应用。 生活中：电视机、收音机等。 生产中：远距离生产调度用电台等。 军事上：雷达等。 所有的波都有波速、波长、频率。电磁波也一样。 波速：波传播的快慢称为波速。电磁波不同于声波，它能在真空中传播（即电磁波的传播不需要介质）。电磁波在真空中传播的速度等于光速，即 c ＝3×10 8 m/s。空气中的光速接近于真空中的光速。 波的特征 波长：相邻两个波峰（或波谷） 间的距离。用字母 λ 表示。波长 的国际单位是m。 频率：电磁波每秒向前传播的波长数。用符号 表示。国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。常用的频率单位有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。 1 kHz=10 3 Hz 1 MHz=10 6 Hz 波长、频率和波速之间关系 波速=波长×频率 即： 时间 t 波长 λ 不同频率（或不同波长）的电磁波的传播速度都相同，频率较大的电磁波波长较短。 实验证明，不仅无线电波是电磁波，光、 X 射线、 γ 射线等也都是电磁波。它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而 X 射线和 γ 射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。 电磁波谱图 天然电磁污染源： 如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动的磁爆都能产生电磁干扰。 人为电磁污染源： 人为按频率的不同可分为工频场源与射频场源。工频场源以大功频输电线路产生的电磁污染为主，也包括若干放电型污染源。射频场源主要由无线电或射频设备工作过程产生的电磁感应与电磁辐射所引起的。目前人为电磁污染源已成为环境污染的主要来源。 电磁污染源的种类 电磁污染 电磁辐射对人体危害程度随波长而异，波长愈短对人体作用愈强，微波作用最为突出。处于中、短波频段电磁场（高频电磁场）的操作人员，经受一定强度与时间的暴露，将产生身体不适感，严重者引起神经衰弱，如心血管系统的植物神经失调。 电磁污染危害现象 电磁辐射能干扰电视的收看，使图像不清或变形，并发出令人难受的噪声。电磁污染会干扰收音机和通信系统工作，使自动控制装置发生故障，使飞机导航仪表发生错误和偏差，影响地面站对人造卫星、宇宙飞船的控制。 方法 1 ：安设电磁屏蔽装置。在电磁场传递的途径中，安装屏蔽装置，使有害的电磁强度降低到容许范围内。这种装置为金属材料的封闭壳体。当交变电磁场传向金属壳体时，幅度衰减。电磁屏蔽可分有源场屏蔽和无源场屏蔽两类。 方法 2 ：其它综合性的防治对策。例如工业布局合理，使电磁污染源远离居民稠密区；改进电气设备；在近场区采用电磁辐射吸性材料或装置；实行遥控。 防治方法 一、电磁波 1、电磁波的概念 2、电磁波的应用 二、波的特征 三、电磁污染 第十九章 走进信息时代 第三节 踏上信息高速公路 信息高速公路是指可以交流各种信息的大容量、高速度的通信网络。 电话,电视,广播,数据文件都可以在光纤构成的“信息高速公路”上传播,并且互不干扰。 光导纤维简称光纤。 光纤是传输光信号的介质。 光纤通信中用的是激光。不是普通的光。因为普通光源发出的光中夹杂了许多频率的光，不但难以加载信息，而且通信质量差。激光亮度高，单色性好，方向性好，能量始终集中在传播方向上，容易调制信号。 光导纤维中激光是以不断反射的形式向前传播的，因而光缆也可以不沿直线铺设。 电话、电视、广播等信号以及数据文件可以在光纤构成的“信息高速公路”上传播，并且互不干扰。 光纤 各种光导纤维 ⑴信息容量大。由于光波的频率远高于无线电波的频率，所以， 光波所运载的信息容量远大于无线电波。一根光纤能同时传 输相当于 10000 根电话线的信息量。在光纤组成的信息高速公 路上，可以同时传递 500 个电视频道。 ⑵传输速度快。因为传输的是光信号。光纤是至今为止传输速度 最快的传输介质，能轻松达到 1000 Mbps 。 ⑶传输距离远。光纤很细（细如发丝），有内外两层，光在内层 传播。因此，光纤的抗干扰能力强，能减少信号衰减，适用 于远距离传播大量信息。 光纤的特点 ⑷频带极宽。 ⑸抗干扰能力强。光在内层传播，不受外界电磁干扰。 ⑹保密性强。由于传输的是光束，所以本身不会向外辐射 信号，有效地防止了窃听。 ⑺经济。节约金属，不怕潮湿，不怕腐蚀，使用年限长。 现代通信网络由光纤通信（激光通信）、卫星通信、微波通信、移动通信和因特网（网络通信）组成，实现了信息的大容量、高速度传输，形成了“信息高速公路”。 现代电信网络 卫星通信 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站。卫星把地面站送来的信号接收下来，进行放大，然后转发给另外的地面站。 通信卫星大多相对地球“静止”── 同步卫星 三颗同步卫星可以基本实现全球通信 微波通信 利用微波传播信息的通信称为微波通信。微波通信是远距离通信的重要手段。 微波通信包括点对点特高频通信、一点对多点用户无线通信、地面微波接力通信、无线移动通信、卫星通信、散射通信等。通常讲的微波通信是指地面微波接力通信。 由于微波是沿直线传播的，而地球表面有一定的弧度，在实现远距离微波通信时，要每隔 50 公里左右设一微波站。发射台发出信号后，经中间的微波站接收并放大信号后，再转发到下一微波站，就像接力赛跑一样，所以微波通信又称微波接力通信。 微波接力通信的通信容量大，建设费用低，抗灾害性强，能满足各种电信业务的传输质量要求，是一种被广泛应用、具有强大生命力的通信方式。 移动通信 移动通信是指在一定地区范围内，行进中的人和车辆（或船舶）和市内电话网间的用户间通过无线电通信设备和电话交换机设备可相互拨号呼叫接通电话的通信方式。 移动电话用微波信号与电话网络联系。 我国的移动通信采用“小区制”，即将整个覆盖区域划分成许多个六边形的小区，一个个鳞次栉比，形成蜂窝状结构，“蜂窝移动电话”也因此而得名。手持移动电话（手机）就是移动通信的成员之一。 因特网 (Internet) ，又称为互联网。 因特网是利用通信线路和电磁波，将分布在世界各地的计算机相互连接而成的全球性的计算机网络。 因特网主要由三部分组成： 第一，很多基于 TCP/IP 协议（传输控制协议 / 互联协议）的网络 组成的网络； 第二，使用这些网络的用户和开发者们； 第三，通过这些网络可获得的信息资源。 从网络通信技术的观点来看， Internet 是一个 TCP/IP 通讯协议联络各个国家、各个部门、各个领域的各种信息资源为一体的网上用户共享的数据资源网。 互联网 因特网是从美国本土发展起来的，现在已成为世界范围的网络。因特网之所以在世界各地被普遍接受和应用，是因为： 第一，因特网上有丰富的信息资源，各种信息应有尽有，如网上图书馆、网络学校、网络请名医治病、网上看电影等。还有功能强大的检索和获取信息的工具，如浏览器、搜索引擎等。 第二，因特网提供了多种多样的人与人之间的交流工具，如电 子邮件，交流论坛等，且使用、操作十分方便。 第三，企业可以通过因特网了解市场需要，及时开发适销的产 品，为用户提供更好的服务；还可以在网上做广告，开展 网上营销，发展电子商务。 第四，企业可以利用因特网技术建造自己的网络。 全球卫星定位系统（ GPS ） 全球卫星定位系统（ GPS ）是一个能够快速提供精确的位置和时间等信息的系统。全球通用，全天候服务。 GPS 全球卫星定位系统由三部分组成： 空间段： GPS 卫星。在太空中有 24 颗带有原子钟的卫星组成一个分布网络，分别分布在 6 条离地面 2 万公里以上、倾斜角为 55° 的地球准同步轨道上，每条轨道上有 4 颗卫星。 GPS 卫星每隔 12 小时绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收 7 ～ 9 颗卫星的信号。 光纤 现代电信网络 互联网