人教物理九年越来越宽的信息之路

人教物理九年越来越宽的信息之路

‎21.4 越来越宽的信息之路 ‎【学习目标】‎ ‎1．常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信．‎ ‎2．通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学科学的兴趣．‎ ‎【基础知识精讲】‎ 随着社会的进步，人类传递的信息量越来越大，由无线广播发展到电视，增加了图像的信息，但如同人类的进步无法停止，信息的传递继续发展．‎ 信息传输的多少与什么有关呢？信息理论表明，作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多．‎ 根据电磁波家族成员特点：c＝λf可知，波长越短的电磁波，频率越高．相对无线电波，（长波、中波、短波）微波的波长更短、频率更高，因此可以传输更多的信息．我们可以形象地比喻为——信息之路越来越宽了．‎ ‎1．微波通信 同无线电波相比，微波的波长更短，在1 mm至10 m之间，频率更高，在30 MHz至3×105 MHz之间，一条微波线路可以传输更多的信息，因此可在上面通行几千、几万路电话．‎ 但微波传输过程需要在其中建中继站，因为地球是球形．微波性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射．所以在每传播一定距离后需将微波向地面引，如图9－7所示．根据实际情况必须每隔大约50 km左右就要建设一个微波中继站．而且传播的越远中继站需要的越多．‎ 图9－7‎ 微波通信受到挑战是因为必须建设中继站，并且在遇到雪山，大洋根本无法建设，这样就受到限制．如何解决这一问题呢？‎ 开始有人想利用月球做中继站，但由于月球离我们太远，没有足够能量的微波无法到达月球，更无从谈到携带信息反射回地面．后来人们想在天空中人造一个卫星做中继站，现在已经实现了，这得益于人造卫星的发展．‎ ‎2．卫星通信 航天事业的发展使人类已飞出地球，在太空中建立太空站，可以发射人造卫星为我们服务，用地球同步卫星做微波中继站，很好地解决了地面中继站的弊端，实现无障碍中继，覆盖整个地球（360°）只需三颗通讯卫星如图9－8．卫星通讯标志着信息已可全球化．‎ 图9－8‎ ‎3．光纤通信 依然根据c＝λf．比微波频率更高的电磁波是光波．能否运用光波传送信息呢？如果用光波传送信息，这条“信息高速路”要比短波、微波宽出百万倍、千万倍．但发展光波通讯遇到这样一个问题，普通的光源夹杂了许多不同波长的光，难以携带信息或无法从光波中分离出信息．要想解决问题得制造一种单一且方向高度集中的光，作为载体才行．1960年，美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，激光是一种单一，方向高度集中的光，它携带信息时，可以从中将信息分离出来．‎ 图9－9‎ 激光用于通信，由于携带信息量可以更多，因此得到快速发展，各个国家都有光缆的通信工程，光缆是光信息的路径，是一种用玻璃做成的光导纤维，光在里面经过数次反射，最终从光缆另一头射出．如图9－9所示．光导纤维内心是空的，外面敷上保护层．由于光的频率很高，所以可以同时传递声音、图像等信息．‎ ‎4．网络通信 信息的发送和接收都已经知道，但信息量的增大使人们面临着管理或挑选的问题，计算机可以处理大量的信息，而且速度快．‎ 把计算机同信息网络连在一起，就叫做网络通信．网络通信的优越性是很明显的，由于计算机介入信息的管理，人们又步入了一个崭新的信息时代．‎ 目前使用最频繁的网络通信形式是电子邮件．‎ 如图9－10所示，每人的计算机分别跟一个叫做服务器的大计算机相连，这就是平常说 的上网．如同邮局与寄信人和收信人的关系．甲、乙计算机相当于收（寄）信人，而服务器相当于邮局，当甲发给乙一封电子邮件时，他的服务器A把邮件送到B储存起来．一旦乙上网，他就能从自己的服务器B得到这个邮件．每台电脑都有自己的“信箱”，即自己的“地址”，这样“邮递员”才能将信件送到准确的位置．‎ 图9－10‎ 网络通讯的“邮寄员”是集合现在通信载体的优点，他是导线、光缆、微波…的组合体．有时还运用通信卫星等各种通信手段．随着通信技术的发展，网络技术智能化程度越来越高，人们的沟通可以通过网络达到近乎“面对面”的程度，这得益于网络通信可以在很短时间内传递大量的信息，而且信息传送的速度甚至能够满足电视等活动画面的直接需要，我们可以在网上轻松地看电视了．‎ 利用网络通信收发电子邮件是最基本的功能．每个用户都有自己的信箱，信箱都编有地址名．例如：xiaolin@server．com．cn表示信箱属于一个自称“xiaolin”的人，他的服务器名叫sever．com．cn．其中“cn”是china的简写，表示这个服务器是在中国注册的．‎ 世界上凡是计算机集中的地方，例如企业、机关、某些居民小区等，大都已经把自己的计算机联在一起了．这些网络又互相联结，成为世界上最大的计算机网络，叫做因特网．因特网已经成为21世纪信息社会的基础．全球信息网的建立，使人们通过一台联网的电脑，只要轻轻点击鼠标，就可以做到“秀才不出门，便知天下事”．人们可以通过网络通信系统查阅资料、看新闻、购物、进行视频点播，可以上网和朋友聊天．另外可以通过网络进行远程教育、远程医疗等等．网络已经渗透到人们生活的各个角落．‎ ‎【拓展训练】‎ 微波 微波也叫超高频无线电波，是无线电波中波长最短的一个波段，其波长范围的上限约为几米，下限通常定为1 mm．‎ 微波有许多特性，它除了具有电磁波的基本属性之外，还有波长短、频率高等特点．这些都是一般无线电波无法比拟的，这些特性使它能满足科研、国防、工农业生产中多方面的特殊需要，并逐步为世人瞩目．‎ 首先我们已经知道微波在广播电视和通讯方面必不可少．其次微波能穿透电离层，而其他无线电波都要被电离层反射回地面，所以只能用微波来进行卫星通讯和地面与卫星、飞船之间的联系．‎ 雷达是微波探测设备，一般雷达的工作频率是3×109 Hz至10×109 Hz，由于波长短，有利于精确地测量距离和时间；微波与光类似，它是在空间沿直线传播，遇到障碍物就像光的反射，并且可以用反射镜反射或透镜来聚集微波的能量，雷达所用天线像探照灯一样，把发射功率基本上全部集中于窄束之内辐射出去，还能收到目标反射回来的反射波，从而确定目标的方向、距离，甚至大小和形状．‎ 雷达不仅可以侦察敌情，搜索飞机和舰船、坦克等，还能控制导弹与炮火，跟踪卫星、洲际导弹和宇宙火箭．雨、云、雪、雾对微波都有不同程度的吸收与反射，因此用气象雷达可以预报天气情况．现代舰船和飞机上，都装有无线电导航设备，架设在海港、机场上的特种雷达可以指挥它们防止碰撞，并能在恶劣的天气里安全行驶，更高级的雷达还能根据太阳的辐射识别方向并测定自己在海上的位置．‎ 另外，微波还可用来加热．由于微波波段靠近红外波段，因此其热效应很显著．它的优点是热效率高、时间短．由于微生物在微波场中能得到选择性加热，因而微波能在环境温度低的情况下把食物、药品中的害虫和细菌杀死．‎