八年級(jí)物理下冊(cè)《廣播、電視和移動(dòng)通信》文字素材2 人教新課標(biāo)版

1、信息的傳遞參考資料電磁波的發(fā)現(xiàn) 1862年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些大膽假設(shè)，用幾個(gè)公式概括了他對(duì)于電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。從這些公式出發(fā)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，他發(fā)現(xiàn)變化的電磁場(chǎng)將以波的形式向空間傳播，這就是我們今天所說(shuō)的電磁波。他還推導(dǎo)出了電磁波的速度。令人驚奇的是，電磁波的速度與光速相等。于是他斷定，光也是一種電磁波！ 1886年，德國(guó)杰出的青年物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)探測(cè)到了電磁波。接著他又通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了電磁波同光波一樣具有反射，折射等特性，電磁波的傳播速度也與光速相同。赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的偉大預(yù)言，麥克斯韋包含假設(shè)的學(xué)說(shuō)也就成了關(guān)于電磁場(chǎng)的科學(xué)理論。 電 視 188

2、4年，德國(guó)發(fā)明家尼普科夫發(fā)明了掃描圖像的尼普科夫圓盤(pán)，使用電傳遞畫(huà)面的想法得以實(shí)現(xiàn)。尼普科夫圓盤(pán)上有一圈沿螺旋線(xiàn)排列的小孔，當(dāng)圖像投影到旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上時(shí)，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上的小孔會(huì)以一系列平行線(xiàn)掃描圖像，這樣通過(guò)小孔的光落到光電池上，產(chǎn)生的光電流就會(huì)相應(yīng)地顯示出圖像沿掃描線(xiàn)呈現(xiàn)的明暗變化。接受端的尼普科夫圓盤(pán)與發(fā)射端的同步旋轉(zhuǎn)，安裝在光源前面，而光源的強(qiáng)度受光電池電流的調(diào)制，這樣，原來(lái)的圖像就會(huì)重現(xiàn)在接受端的圓盤(pán)上。 1927年，英國(guó)發(fā)明家貝爾德對(duì)尼普科夫圓盤(pán)作了一番改進(jìn)，它應(yīng)用了電子管放大器。他在倫敦作了一次公開(kāi)的電視傳輸表演，雖然圖像小而暗淡，并且搖晃不定，但這是人類(lèi)第一次看到從遠(yuǎn)處傳來(lái)的活動(dòng)的景象，

3、它標(biāo)志著電視的誕生。 現(xiàn)代的電視在電視發(fā)射端，由攝像管（圖95）攝取景物并將景物反射的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 攝像鏡頭把被攝景物的像投射在攝像管的屏上，電子槍發(fā)出的電子束對(duì)屏上的圖像進(jìn)行掃描。掃描的路線(xiàn)如圖96所示，從a開(kāi)始，逐行進(jìn)行，直到b。電子束把一幅圖像按照各點(diǎn)的明暗情況，逐點(diǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱不同的信號(hào)電流。天線(xiàn)則把帶有圖像信號(hào)的電磁波發(fā)射出去。 在電視接收端，天線(xiàn)收到電磁波后產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過(guò)調(diào)諧、解調(diào)等處理，將得到的圖像信號(hào)送到顯像管（圖97），還原成景物的像。顯像管里的電子槍發(fā)射的電子束也在熒光屏上掃描，掃描的方式和步調(diào)與攝像管的掃描同步。同時(shí)，顯像管電子槍發(fā)射電子束的強(qiáng)弱受圖像信號(hào)的控制，這樣

4、在熒光屏上便出現(xiàn)了與攝像屏上相同的像。 攝像機(jī)在一秒內(nèi)傳送25張畫(huà)面，電視接收機(jī)也以相同的速率在熒光屏上顯現(xiàn)這些畫(huà)面。由于畫(huà)面更換迅速，眼睛又有視覺(jué)暫留現(xiàn)象，所以我們感覺(jué)到的是連續(xù)的活動(dòng)景像。 電視機(jī)天線(xiàn)接收到的電磁波除了載有圖像信號(hào)外，還有伴音信號(hào)，伴音信號(hào)經(jīng)解調(diào)取出后送到揚(yáng)聲器。無(wú)線(xiàn)電波 無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線(xiàn)電波。無(wú)線(xiàn)電波的波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米。通常根據(jù)波長(zhǎng)或頻率把無(wú)線(xiàn)電波分成幾個(gè)波段，包括長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波等。各個(gè)波段的無(wú)線(xiàn)電波有各自的傳播方式和用途，如下表所示。 波段波長(zhǎng)頻率傳播方式主要用途長(zhǎng)波30000m3000m10kHz100kHz地波超遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)電通信和

5、導(dǎo)航中波3000m200m100kHz1500kHz地波和天波調(diào)幅（AM）無(wú)線(xiàn)電廣播、電報(bào)中短波200m50m1500kHz6000kHz短波50m10m6MHz30MHz天波微 波米波（VHF）10m1m30MHz300MHz近似直線(xiàn)傳播調(diào)頻（FM）無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、導(dǎo)航分米波（UHF）10dm1dm300MHz3000MHz直線(xiàn)傳播移動(dòng)通信、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航厘米波10cm1cm3000MHz30000MHz毫米波10mm1mm30000MHz300000MHz無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收 在廣播電臺(tái)、電視臺(tái)和各種無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備的發(fā)射機(jī)中，都有叫做振蕩器的重要部件，它能產(chǎn)生頻率很高的交變電流，高頻交

6、變電流流經(jīng)天線(xiàn)時(shí)在空間產(chǎn)生同樣頻率的電磁場(chǎng)。因?yàn)檫@樣產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也在不斷變化，在周?chē)a(chǎn)生新的電磁場(chǎng)，于是，電磁波就發(fā)射出去了。 電磁波在傳播過(guò)程中如果遇到導(dǎo)體，由于電磁感應(yīng)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，收音機(jī)、電視機(jī)和各種無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備的接收天線(xiàn)就是這樣的導(dǎo)體。天線(xiàn)收到的高頻電流經(jīng)過(guò)放大和處理后就能得到所需的信息了。調(diào)制和解調(diào) 無(wú)線(xiàn)電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像。這就要求發(fā)射的電磁波隨信號(hào)而改變。使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。 一種調(diào)制方式是使高頻電流或電壓的振幅隨信號(hào)改變，這種調(diào)制叫做調(diào)幅，用AM表示（圖98乙）。調(diào)幅廣播一般使用中波和短波波段。使高頻電流或電

7、壓的頻率隨信號(hào)改變的調(diào)制方式叫做調(diào)頻，用FM表示（圖98丙）。在一些城市開(kāi)播的調(diào)頻廣播和電視廣播的伴音，采用的都是調(diào)頻的方法。這些廣播通常使用微波中的甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）波段。 許許多多無(wú)線(xiàn)電臺(tái)、電視臺(tái)以及無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備，它們不斷地向空中發(fā)射各種頻率的電磁波。接收機(jī)首先要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來(lái)，這叫做調(diào)諧。撥動(dòng)收音機(jī)的旋或選擇電臺(tái)時(shí)，實(shí)際上就是在改變可變電容器的電容進(jìn)行調(diào)諧。 經(jīng)過(guò)調(diào)諧，接收機(jī)收到的是帶有信息標(biāo)記的高頻電流，還不能使我們直接感受到所需要的信號(hào)。例如在收音機(jī)中，這種高頻振蕩電流不能使耳機(jī)或揚(yáng)聲器的振動(dòng)片振動(dòng)發(fā)聲。要聽(tīng)到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出所

8、攜帶的信號(hào)，這叫做檢波。 檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，因此也叫解調(diào)。解調(diào)之后得到的信號(hào)還要經(jīng)過(guò)放大。如果傳遞的是聲音信息，則由揚(yáng)聲器發(fā)出聲音；傳遞的是圖像信息，則由顯像管顯示出圖像。 圖99是無(wú)線(xiàn)電廣播的示意圖。 無(wú)線(xiàn)電波的傳播 通常，無(wú)線(xiàn)電波有三種傳播方式：地波、天波和沿直線(xiàn)傳播的波。地波沿地球表面附近的空間傳播的無(wú)線(xiàn)電波叫地波（圖910）。地面上有高低不平的山坡和房屋等障礙物，根據(jù)波的衍射特性，當(dāng)波長(zhǎng)大于或相當(dāng)于障礙物的尺寸時(shí)，波才能明顯地繞到障礙物的后面。地面上的障礙物一般不太大，長(zhǎng)波可以很好地繞過(guò)它們。中波和中短波也能較好地繞過(guò)，短波和微波由于波長(zhǎng)過(guò)短，繞過(guò)障礙物的本領(lǐng)就很差了。 地球是個(gè)良導(dǎo)

9、體，地球表面會(huì)因地波的傳播引起感應(yīng)電流，因而地波在傳播過(guò)程中有能量損失。頻率越高，損失的能量越多。所以無(wú)論從衍射的角度看還是從能量損失的角度看，長(zhǎng)波、中波和中短波沿地球表面可以傳播較遠(yuǎn)的距離，而短波和微波則不能。 地波的傳播比較穩(wěn)定，不受晝夜變化的影響，而且能夠沿著彎曲的地球表面達(dá)到地平線(xiàn)以外的地方，所以長(zhǎng)波、中波和中短波用來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電廣播。 天波地球被厚厚的大氣層包圍著，在地面上空50km到幾百km的范圍內(nèi)，大氣中一部分氣體分子由于受到太陽(yáng)光的照射而丟失電子，即發(fā)生電離，產(chǎn)生帶正電的離子和自由電子，這層大氣就叫做電離層。依靠電離層的反射來(lái)傳播的無(wú)線(xiàn)電波叫做天波（圖911）。 電離層對(duì)于不同波

10、長(zhǎng)的電磁波表現(xiàn)出不同的特性。實(shí)驗(yàn)證明，波長(zhǎng)短于10m的微波能穿過(guò)電離層，波長(zhǎng)超過(guò)3000km的長(zhǎng)波，幾乎會(huì)被電離層全部吸收。對(duì)于中波、中短波、短波，波長(zhǎng)越短，電離層對(duì)它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最適宜以免波的形式傳播，它可以被電離層反射到幾千千米以外。但是，電離層是不穩(wěn)定的，白天受陽(yáng)光照射時(shí)電離程度高，夜晚電離程度低。因此夜間它對(duì)中波和中短波的吸收減弱，這時(shí)中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機(jī)在夜晚能夠收聽(tīng)到許多遠(yuǎn)地的中波或中短波電臺(tái)，就是這個(gè)緣故。 沿直線(xiàn)傳播的電磁波微波和超短波既不能以地波的形式傳播，又不能依靠電離層的反射以天波的形式傳播。它們跟可見(jiàn)光一樣，是沿直線(xiàn)傳播的。這種沿直線(xiàn)傳播的電磁波叫空間波或視波。 地球表面是球形的，微波沿直線(xiàn)傳播，為了增大傳播距離，發(fā)射無(wú)線(xiàn)和接收天線(xiàn)都建得很高，但也只能達(dá)到幾十千米。在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時(shí)，要設(shè)立中繼站。由某地發(fā)射出去的微波，被中繼站接收，進(jìn)行放大，再傳向下一站。這就像