2019-2020学年高中物理 第6章 电磁波与信息时代 第2节 走进信息时代 第3节 信息时代的电子“感官”学案 鲁科版选修1-1

第2节走进信息时代 第3节信息时代的电子“感官”1.简单了解对人类通信的历程，知道四种常见的通信方式，即微波通信、光纤通信、卫星通信与移动通信的基本特征，了解它们各自的用途(重点难点)2.了解互联网的发展历程关注互联网的负面影响，形成正确的科学观(重点难点)3.知道传感器具有将非电学量转化为电学量的特性对常见传感器的种类，温度传感器的基本原理有所了解(重点)4了解常见传感器在林业、农业、生活和航空航天中的应用，体会传感器的应用给人们带来的方便一、人类“通信”的历程古代的信息是这样传递的：烽火台、击鼓鸣金、信鸽、旗语、驿站等；19世纪的电报、电话；20世纪的无线电通信，现代已进入信息时代二、信息高速公路信息高速公路是由光纤、卫星与微波通信等技术与设备组成的高速信息传输通道1微波通信：一般指地面微波中继通信，它是靠中继站接力来实现微波信号远距离传输的微波的传播只能采用空间波传播方式微波通信具有通信容量大、传输稳定、抗灾能力强等优点现在的主要形式是数字微波通信2卫星通信：卫星通信是微波通信的手段之一.3颗等距离同步卫星就能实现全球覆盖卫星通信具有覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制，以及投资少、见效快等独特的优点卫星通信主要分为国际卫星通信、区域卫星通信、国内卫星通信gps是利用24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统这种卫星信号已覆盖了整个地球3光纤通信：激光具有很好的单色性和方向性，它是进行光通信的理想光源而传播光的介质是光导纤维(简称光纤)有了光纤，光的传输不再在大气层中进行，从而实现了光纤通信具有频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性好、保密性强、成本低、传输质量高等许多优点4移动通信：在移动体之间或移动体与固定体之间的通信目前进入公用电话网的移动通信主要有蜂窝移动电话、无线寻呼、无绳电话3种三、互联网的发展因特网和其他小网络连在一起也被称为信息高速公路在网上可从事于电子商务、远程教学、远程医疗等它几乎渗透到人们学习、生活、工作、交往的各个方面但也有有害的一面，像电脑病毒，还有沉迷于网络游戏而不能自拔的网瘾问题四、丰富多彩的传感器世界传感器是一种能感受外部信息并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，是一种能够将非电学量转化成电学量的检测装置，是实现信息自动检测和自动控制的首要环节传感器的类型：根据测量的非电学量不同，传感器可分为温度传感器、光传感器、压力传感器、磁传感器、气体传感器、湿度传感器、射线传感器等；按工作原理的不同，传感器有电阻、电容、电感、电压、热电偶、红外线传感器等类型例如，温度传感器就是一种将外部温度信号转变成电信号的电子装置，电子秤就是压力传感器的一种应用日常生活中哪些用电器是利用热敏电阻、光敏电阻实现自动控制的？提示：利用热敏电阻的有冰箱启动器、电饭锅等利用光敏电阻的有照相机、光控开关、报警器、验钞机等五、传感器如何传感信息传感器一般由敏感元件和转换元件(处理电路)组成，通过敏感元件获取外界物理信息并转换为电信号，由附加的模拟电路将信号放大和滤波处理，转换成数字信号，输入微型处理器或计算机作为专用测量工具的传感器，一般都将敏感元件、处理电路和显示装置集成在一起敏感元件是传感器的核心部分，像温度传感器的敏感元件是感知温度的热电偶、热敏电阻等；光传感器的敏感元件是光敏电阻等六、传感器的广泛应用1工业自动化中的传感器，用机器人等代替人完成各种工作；2农业生产中的传感器，如农田中的自动灌溉系统，温室内的温度自动控制等；3传感器进入千家万户，诸如电饭煲、电冰箱、空调、遥控器等；4飞向太空中的传感器，像无人驾驶飞机、运载火箭、载人飞船、通信卫星等都有大量的传感器对信息高速公路的认识1信息高速公路的定义信息高速公路是由光纤、卫星与微波通信等技术与设备组成的高速信息传输通道，它可以连接世界各个国家和地区，成为一个贯通全球的大型数据化信息网络2信息高速公路的组成(1)移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信方式移动通信的基站是按蜂窝结构布局的，这种布局可以增加电磁波覆盖的有效面积，避免基站的重复建设，因而移动电话也称为“蜂窝移动电话”(2)光纤通信是以激光为光源，以光导纤维为传输介质进行的通信光纤通信具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式光纤通信的过程是“电话激光发射机光纤激光接收机电话”(3)卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在多个卫星地面站之间进行的通信卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点以覆盖面积来说，一颗通信卫星可覆盖地球面积的1/3多，即三颗同步通信卫星就可以覆盖整个地球(4)互联网络是全世界的计算机、计算机网络互相连接成的信息传送网络，包括有线网络和无线网络互联网络的用途非常广泛，如信息查询、电子邮件、远程登录、文件传送、远程医疗、网上聊天、电子会议等近年来，无线光通信技术(不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段)在局域网、移动通信等多方面显示出巨大的应用前景关于红外线和光通信，以下说法中正确的是()(1)光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程(2)光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输(3)红外线的频率比可见光的频率高(4)红外光子的能量比可见光子的能量大a(1)(2)b.(3)(4)c(1)(3) d.(2)(4)思路点拨 正确掌握光纤通信及无线光通信的特征是解决此类问题的关键解析无线光通信技术是光信号在空气中直接传输各种信息光纤通信中的光信号是在光纤维中传输不论哪种方式，传输的都是文字、数据图像等信息由电磁波谱可知红外线的频率比可见光的频率低，故红外线的波长比可见光更长由光子的能量与频率成正比可知，红外光子能量比可见光子能量小答案a1.关于信息高速公路，下列说法正确的是()a信息高速公路是为邮车设计的专用公路b信息高速公路是车辆可高速通行的公路c信息高速公路是由光纤、卫星与微波通信等技术与设备组成的高速信息传输通道d信息高速公路上信息传播速度接近超音速飞机的速度解析：选c.信息高速公路是由光纤、卫星与微波通信等技术与设备组成的高速信息传输通道，故a、b错，c对，信息高速公路上信息的传播速度接近光速，故d错对传感器的理解1人是通过下面五种感觉(如图)接收外界信息的，因此人本身就是高级传感器2组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成(1)敏感元件是传感器的核心部分(2)转换元件的作用是把敏感元件输出的与被测物理量满足一定关系的非电信号转换为电信号的电子元件(3)转换电路的作用是将转换元件转换的电信号转换成易于传播或测量的电学量输出3作用：传感器的作用是将感受到的非电学量如力、热、光、声、化学、生物等量转换成便于测量的电学量或信号4常用传感器及其用途(1)温度传感器温度传感器是用得最多的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的(2)压力传感器电容器的电容随两极板间距离的变化而变化，据此将电容器一个电极固定，让另一个电极随压力变化而变化，制成压力传感器(3)红外线传感器红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息利用红外线传感器可实现无接触测量自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0.76 m1 000 m的电磁波即红外线，因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影、卫星遥感、遥测等高科技领域，也被广泛用于日常生活中自动门、生命探测器、非接触式红外测温仪、家电遥控系统以及防盗、防火报警器等均使用了红外线传感器(4)生物传感器生物传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器生物传感器最典型的应用是在医疗卫生行业，医院中各种进行生化分析检验的仪器大多要用到生物传感器关于电子秤中应变式力传感器的说法中正确的是()a应变片是由导体材料制成的b当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之，变小c传感器输出的是应变片上的电压d外力越大，输出的电压差值越小思路点拨 应变式力传感器是用一种半导体材料做成的，它的原理是：受力不同其形变不同，而形变不同可转化为电阻不同，从而将力信号转变为电信号解析应变片多用半导体材料制成，故选项a错，b对传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故c、d错答案b2.唱卡拉ok用的话筒内部有一个传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法中正确的是()a该传感器是根据电流的磁效应工作的b该传感器是根据电磁感应原理工作的c膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变d膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势解析：选b.当声音使膜片前后振动时，使金属线圈在磁场中运动，从而使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，所以是根据电磁感应原理工作故选b.随堂检测 1比较下列各类传递信息的方法，在相同时间内能传递信息最多的是()a电话b.电报c书信 d.可视电话解析：选d.电话只传递声音，电报、书信只传递文字，可视电话声音、文字、图像均可传送，所以可视电话传递信息最多2大量信息的存储和多用户的使用对信息安全提出了严峻的挑战，下列四项中对计算机系统的信息危害最大的是()a内存大小 b.计算机病毒c电脑的存储速度 d.电脑的计算速度解析：选b.对计算机系统的信息危害最大的是计算机病毒，正确答案为b.计算机病毒是一个程序，一段可执行码，能对计算机的正常使用进行破坏，使得电脑无法正常使用甚至整个操作系统或者电脑硬盘损坏3传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，要达到此目的，空调机内使用了下列哪种传感器()a生物传感器 b.红外传感器 c温度传感器 d.压力传感器解析：选c.空调机根据温度来控制工作，应用了温度传感器4关于传感器的下列说法不正确的是()a电视机遥控器就是一个传感器b传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的检测装置c传感器是实现信息自动检测和自动控制的首要器件d无人管理的自动灌溉系统是温度传感器在农业生产中的应用解析：选d.电视机的遥控器中有红外传感器，故a正确；自动灌溉系统是一种利用湿度传感器判断农田水分蒸发情况、自动决定供水和停水的装置，故d错；传感器是将非电学量转化为电学量的装置，利用传感器敏感元件实现自动检测或自动控制，故选项b、c正确5.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由s2、r1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻r3、r2和红灯组成，s1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 )时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，s2是一个双金属片自动开关，当温度达到7080 时，自动断开，低于70 时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以r1、r2起_作用，r3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ，所以s2是_(填“断开的”或“闭合的”)接通电源并按下s1后，黄灯熄而红灯亮，r3发热；当温度达到7080 时，s2断开；当温度达到103 时饭熟，s1断开；当温度降到70 以下时，s2闭合，电饭煲处于保温状态由以上描述可知r2_r3(填“”)若用电饭煲烧水，直到水被烧干s1才会断开，试解释此现象解析：r1、r2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁s2是自动控制温度开关，当温度低于70 时自动闭合，当温度高于7080 时又自动断开，使电饭煲处于保温状态由于r3的功率较大，因此r2r3.由于开关s1必须当温度达到103 时才自动断开，而水的沸点只有100 ，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后s1才会断开答案：见解析课时作业一、选择题1在光纤通信中，用来传递信息的光应该是()a普通光源发出的光 b.太阳光c激光 d.以上三种光解析：选c.激光具有很好的单色性和方向性，是理想的通信光源2电磁波最重要、最广泛的应用是信息传递，最先应用的是()a电视 b.雷达c无线电广播 d.无线电报解析：选d.1837年，莫尔斯发明了电报；1876年，贝尔发明了电话；19世纪末，赫兹、波波夫、马可尼等人在这方面都作出了贡献3用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程下列属于这类传感器的是()a红外报警装置b走廊照明灯的声控开关c自动洗衣机中的压力传感装置d电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：选a.红外线报警器是当有人或物通过时，将红外线遮住，从而使得光信号被遮住，有光电效应则无电流通过，红外线报警器则通过另外的装置联系采取一定的动作4下列传播信息的方式中，传递信息最快的是()a利用古代的驿站传播b利用发电报的形式传递信息c利用打电话的形式传播d飞鸽传书解析：选c.选项a、d是古代传送信息的方式，信息量少，且传递慢；发电报还要解码；而电话却是可以直接通话的，故打电话最快5下列关于传感器的理解错误的是()a传感器的作用就是把容易测量的量转换为不容易测量的量b传感器的作用就是通过测量的转换，快速、准确地把要实现的目标反应出来c传感器就是传递转换信息的一种装置d人的大脑就是一个非常理想、非常优化的传感器解析：选a.传感器的引入使用目的就是将不易检测的非电学量转换为易于检测和传输的电学量故a选项错误又从传感器的工作速度和工作任务看来，b、c选项正确若将人的大脑功能与传感器类比可知，d选项正确6交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是()a温度传感器 b.压力传感器c湿度传感器 d.气体传感器解析：选d.交通警察用检酒器检测驾驶员呼气中酒精含量，使用了气体传感器7当今时代，对我们工作和生活影响最大的电磁波技术是()a电视 b.互联网c移动电话 d.无线电广播解析：选c.移动电话可以拨打电话，也能够接听电话，它正在改变着我们的社会，改变着我们的生活，给人们工作和生活带来有利与不利的影响8如图所示是一火警器的部分电路示意图，其中r2为用半导体热敏材料做成的传感器，负温度系数热敏电阻电表为值班室的显示器，a、b之间接报警器当传感器r2所在处出现火情时，显示器的电流i、报警器两端的电压u的变化情