三、现代通信（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

三、现代通信 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 卫星通信 1 题型2 光纤通信 6 【能力培优练】 13 【链接中考】 19 【重难题型讲解】 题型1 卫星通信 1. 认识卫星通信 卫星通信是利用通信卫星作为中继站，转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。 【注意】 ①通信卫星在空间起中继站的作用，相当于建在高空的微波中继站。 ②卫星通信是微波通信的一种特殊形式。 2. 通信卫星的分类 类型 特点 说明 有源卫星 装有转发器，能对接收到的信号进行放大、处理后再发射 现代通信卫星大多是有源卫星 无源卫星 仅靠金属层反射无线电信号，不放大处理 早期实验用，现基本淘汰 地球同步卫星 运行周期与地球自转周期相同，相对地面静止 又称静止轨道卫星，应用最广泛 其中地球同步卫星是卫星通信中最重要的一类卫星，具有以下特点： ①同步卫星的轨道高度约 36000千米，只能位于赤道平面以上。 ②同步卫星的运行周期与地球自转周期相同约24小时。 ③从地面上看，卫星静止在赤道上空某点，与地面相对静止。 ④一颗同步卫星可覆盖地球表面三分之一以上区域，在赤道上空等间隔放置三颗同步卫星，即可实现除两极外的全球通信。 3. 卫星通信的工作过程 从地面站1发出无线电信号（通常是微波）； 信号被通信卫星接收； 卫星上的转发器对信号进行放大和变频处理； 将处理后的信号转发给地面站2或其他覆盖区域。 卫星通信的优缺点： 优点 缺点 覆盖范围广，通信距离远 信号有延迟（约0.24秒，通话时有感觉） 通信容量大，能同时传输多路信号 发射成本高，技术复杂 通信质量高，受地形影响小 有日凌中断现象（每年春分秋分前后） 广播特性好，可实现大面积覆盖 寿命有限（一般10-15年） 组网灵活，便于移动通信 需要严格的位置保持 4. 卫星通信的应用 应用领域 说明 电视广播 电视节目通过卫星传送到千家万户的卫星电视接收器 长途电话 国际长途电话常通过卫星转接 互联网接入 为偏远地区提供互联网服务 导航定位 北斗、GPS等导航系统利用卫星通信 应急通信 灾害发生时保障通信畅通 军事通信 战略和战术通信的重要方式 【典例1-1】）在体育比赛中，要想把比赛实况进行全球转播，至少需要 颗地球同步卫星。电视直播往往反应“迟钝”，是因为 。若用月球作中继站，则信号至少延迟 s。（地球与月球的平均距离是） 【答案】 3 电磁波的传播需要时间 2.53 【详解】[1]在地球的周围均匀地配置3颗地球同步卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。现在通过卫星电视，就可以把体育比赛进行全球转播。 [2]电视直播信号通过电磁波传递，电磁波虽然传播速度很快，但从地面发射到卫星，再由卫星转发回地面，需要一定时间，所以会反应 “迟钝”，原因是电磁波的传播需要时间。 [3]由题意可知，卫星信号从地球到月球，再返回地球的总路程为 电磁波的传播速度为 用月球作中继站，信号至少延迟的时间为 【跟踪训练1】我国已经成功发射了多颗同步通信卫星，它们是在地球同步轨道上运行的卫星。以地球为参照物，同步卫星是 的。现在许多长途电话是以同步卫星为中继站，打这种长途电话会感到对方的反应有点延迟。假设通话的两地到某同步卫星的距离都为，则以该同步卫星为中继站，信号从一方经该同步卫星传到另一方会延迟 s。 【答案】 静止 0.24 【详解】[1][2]同步卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同，它们相对于地球的位置不会发生改变，所以以地球为参照物，同步卫星是静止的；打电话时电磁波信号传播的距离，则电磁波信号传播的时间，即打电话会延迟0.24s。 【跟踪训练2】同步卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同。在地球的周围均匀地配置 颗同步通信卫星，就可以覆盖全球实现全球通信。卫星通信是使用 （填“超声波”或“电磁波”）与地面站进行通信的。 【答案】 三 电磁波 【详解】[1]地球同步卫星是指卫星的转动周期与地球的自转周期相同，因此，相对于地球上的某一位置，同步卫星的位置是不会发生改变的，也就是静止的；卫星在通讯当中起到了中继站的作用，根据科学家的测算，全球只需要3颗同步卫星均匀分布，就可以实现全球通信。 [2]电磁波可以在真空中传播，卫星通信是使用电磁波与地面站进行通信的。 【典例1-2】阅读材料，回答问题。 电磁波可以用来传递信息，通常用于广播、电视等通信。微波是电磁波家族中的一员，它的性质比中波和短波更接近光波。信息理论表明，作为载体的电磁波，与中波和短波相比，微波在相同的时间内可以传输更多的信息。 用微波传递信息时，必须每隔左右就要建设一个微波中继站，如图甲所示。信号传递的距离越远，需要的中继站越多。在雪山上、大洋中，根本无法建设中继站，所以人类用地球同步通信卫星做微波通信的中继站来进行通信。如图乙所示，在地球的周围均匀地配置三颗同步通信卫星作为太空微波中继站，可使地球上任意两点间保持通信。同步通信卫星接收地面站传来的电信号，经过处理后，再发送到另一个或几个地面站。某地举行体育赛事，现在通过卫星电视，其他地方的人几乎可以立刻看到现场的画面。 (1)如图丙所示，分别是两颗卫星正下方的地面站，把通信卫星假想成一个平面镜，使地球上b处地面站接收到a处地面站发送的信号。请仿照光路图，在图中画出平面镜及微波传播的路径和方向。 (2)已知三颗通信卫星距地面的高度都是，任意两颗卫星之间的距离都是，则a处发送的微波信号传送到b处所用的时间是 s。 【答案】(1) (2)0.482 【详解】（1）由题意可知，分别连接a和和和b，作出和的角平分线，即得法线的位置，然后分别过作出法线对应的垂线，即得平面镜的位置。微波从a处发出经I处平面镜反射到Ⅱ处平面镜，再经Ⅱ处平面镜反射到b处，如图所示： （2）a处发送的微波信号传送到b处时通过的路程，微波传播的速度等于光速，为；由可得，a处发送的微波信号传送到b处所用的时间。 【跟踪训练1】请阅读《北斗卫星导航系统》并回答。 北斗卫星导航系统 2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星从西昌卫星发射中心发射升空。北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，可为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，如图所示。卫星定位系统的原理并不复杂。卫星在向接收端发送自己位置信息时，会附上信息发出的时间，终端接收到信息后，用当前时间减去发送时间，得到信息传播的时间。用信息传播时间乘信息传播的速度（光速），我们就能得出终端与卫星的距离。北斗导航系统采用三种轨道搭配，这样带来一定好处：接收机收到至少4颗卫星信号，就可以准确定位。 在卫星定位系统中最核心的部分就是要准确测量卫星信号的传播时间。任何一点细微的时间误差乘上光速，得到的距离误差都会被放大很多倍。为了减小时间误差，原子钟是目前最精确的时间测量工具。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。因此我国自主研制的北斗导航系统中，原子钟堪称“导航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于各个领域，逐步渗透到人类社会生产、生活的方方面面。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）如果卫星信号传播的时间误差是1.0×10-6s，（电磁波的传播速度取3.0×108m/s）那么将导致的距离误差是 m； （2）北斗卫星导航系统确定一个位置，至少需要接收 颗卫星的信号； （3）原子钟的原理是 ； （4）谈谈北斗卫星导航系统在生活中的实际应用 。 【答案】 300 4 以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准 电子商务、智能手机、出行定位等（定位导航、灾害监测、工程建设、海洋开发等） 【详解】（1）[1]卫星信号传播的时间误差是1.0×10-6s，将导致的距离误差是 s=vt=3.0×108m/s×1.0×10-6s=300m （2）[2]北斗导航系统采用三种轨道搭配，这样带来一定好处：接收机收到至少4颗卫星信号，就可以准确定位。 （3）[3]原子钟是目前最精确的时间测量工具，它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。 （4）[4]随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于各个领域，逐步渗透到人类社会生产、生活的方方面面。如：电子商务、智能手机、出行定位等（定位导航、灾害监测、工程建设、海洋开发等）。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题： 2020年6月，我国在西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，成功地将北斗导航系统的最后一颗组网卫星送入太空，如图是长征三号运载火箭发射时的情景，火箭加速离开地面时，发出巨大的轰鸣声，拖着长长的橘红色火焰直奔天际。北斗导航系统的最后一颗组网卫星准确进入轨道，并进行工作，标志着北斗导航系统可以成功为全球用户提供定位和导航服务。北斗导航系统中有地球同步卫星，地球同步卫星运行方向与地球自转方向相同，绕地球转动的周期跟地球自转周期相同。 地球同步卫星可以对所覆盖区域实现24小时不间断的卫星通信。其优点是：只要在卫星覆盖范围内，任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响；同时可在多处接收。 （1）火箭发射时，高温高压的燃气从尾部喷出，火箭获得上升的推力，这是利用了力的作用是 的。 （2）火箭加速离开地面的过程中，动能 ，重力势能 ，机械能 。（均选填“减小”或“增大”）。 （3）地球同步卫星绕地球转动时，卫星的运动状态 （选填“不变”或“改变”）。 （4）卫星通信是通过 （选填“超声波”或“电磁波”）传递信息的。 【答案】 相互 增大 增大 增大 改变； 电磁波 【详解】（1）[1]火箭发射时，高温高压的燃气从尾部喷出，火箭对气体产生一个向下的力，气体对火箭产生一个向上的力，火箭获得上升的推力，这是利用了力的作用是相互的。 （2）[2][3][4]火箭加速离开地面的过程中，质量不变，速度增大，动能增大；质量不变，高度增大，重力势能增大；火箭的动能增大、重力势能增大，火箭的机械能增大。 （3）[5]地球同步卫星绕地球转动时，方向不断变化，卫星的运动状态改变。 （4）[6]电磁波可以在真空中传播，卫星通信是通过电磁波传递信息的。 题型2 光纤通信 1. 认识光纤通信 光纤通信是利用光在光导纤维中传播来传递信息的通信方式。 【注意】①光纤通信使用的光是激光，不是普通光。 ②光纤通信的传输介质是光导纤维（简称光纤），由玻璃或塑料制成。 ③光纤通信是有线通信的一种，但传输的是光信号而不是电信号。 2. 光纤通信的工作过程 发送端：将电信号通过电光转换（如激光二极管）变成光信号。 光纤传输：光信号在光纤中通过全反射向前传播。 接收端：通过光电转换（如光电二极管）将光信号还原为电信号。 3. 光纤通信的优缺点 优点 缺点 通信容量极大（一根光纤可同时传输上百万路电话） 铺设成本较高（尤其海底光缆） 传输损耗小，中继距离长（可达几十到上百千米） 光纤脆弱，弯曲半径不能太小 抗干扰能力强（不受电磁干扰） 分路耦合困难 保密性好（光信号不易被窃听） 维修困难（需专业设备和技术） 材料资源丰富（主要原料是二氧化硅，即沙子） 不能直接传输电信号，需光电转换设备 体积小，重量轻，便于铺设 4. 光纤通信的应用 应用领域 说明 骨干通信网络 国家主干网、国际海底光缆 宽带接入 光纤到户（FTTH）、光纤到楼 有线电视 广播电视信号传输 互联网 高速数据传输 医疗内窥镜 光纤传像束用于医学检查 工业监控 光纤传感器用于温度、压力监测 ★特别提醒 卫星通信和光纤通信不是替代关系，而是互补关系。光纤通信承担了全球通信网络的主干道任务，而卫星通信则在覆盖偏远地区、应急通信、移动通信等方面发挥不可替代的作用。 现代通信网络结构：通常是城市之间用光纤连接作为骨干，偏远地区或移动用户通过卫星或微波中继接入骨干网，手机用户通过基站连接到光纤网络，形成一个立体、综合的通信网络。 【典例2-1】利用光导纤维在一定时间内可以传输较大量的信息，这是因为光波的（　　） A．波长长 B．波速快 C．频率高 D．看得见 【答案】C 【详解】因为光波的频率高，所以光导纤维在一定时间内可以传输较大量的信息，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【跟踪训练1】如图所示，光在玻璃纤维中的传输情况是光线每次由内层玻璃芯射向外包层的分界面时，均要发生反射，而不发生折射，从而使光在不断的反射中沿内层玻璃心向远处传播。当增大入射光线AB的入射角时，下列说法错误的有（　　） A．光线CD的入射角将增大 B．点D将要向右侧移动 C．信息传输所需时间更少 D．∠BCD将减小 【答案】D 【详解】AD．在光的反射现象中，反射角等于入射角，当入射角增大时，反射角也随着增大。由图示知，上下两个外包层的反向面是平行的，所以任何一个入射角增大，其它入射角也随着增大，同时反向角也增大。即光线CD的入射角增大，BC的入射角增大，CD的反射角增大，∠BCD将增大，故A正确，不符合题意，D错误，符合题意； BC．由于光线BC的反射角增大，则在上面外包层上的入射点向图示中的C点的右侧移动，同理D点也向右侧移动，玻璃纤维的长度一定时，反射次数会变少，传递信息的时间变少，故BC正确，不符合题意。 故选D。 【跟踪训练2】关于信息的传递，下列说法正确的是（　　） A．光纤通信是依靠激光在光导纤维内沿直线传播来传递信息的 B．北斗导航系统能为用户提供定位服务的最小精度为1km C．在真空中，5G通讯信号的电磁波比4G通讯信号的电磁波传播得快 D．电磁波不仅能传递声音信号，且能传递图像信号 【答案】D 【详解】A．光纤通信中激光是在光导纤维内发生全反射传播，并非沿直线传播，故A错误； B．北斗导航系统的定位精度可达米级甚至更高（民用精度约1-5 米），并非最小1km，故B错误； C．真空中所有电磁波的传播速度均为光速（），5G与4G信号的传播速度相同，故C错误； D．电磁波可以承载多种信息形式，既可以传递声音信号（如广播），也能传递图像信号（如电视、视频通话），故D正确。 故选D。 【典例2-2】阅读短文，回答问题。 光纤的奥秘 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一、发明光纤电缆的是被誉为“光纤之父”的华人科学家、诺贝尔奖获得者高锯。光纤电缆利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃光纤，这是为什么呢？ 原来，光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角（如图甲）。当入射角增大时，折射角也增大（如图乙），到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光（如图丙），这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤（图丁），这种现象叫做全反射，它只有在上述情况下才可能发生，上述情况下的入射角称为临界角。图戊是光从玻璃射入空气时，折射角随入射角的变化而变化的图像。 所以，一般弯曲的光学纤维（简称光纤〉，只要它的玻璃芯的透明度高、均匀，并且芯与外皮层之间的分界面光滑，就是一根好的光导管。一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相当于一条饭桌般粗大的铜“线”，为目前的信息高速公路奠定了基础，数以万计的光学纤维构成的光学纤维束（如图己）不仅能传导光能，也能将图像从一端传到另一端。传光能的纤维束称传光束，同时能传图像的纤维束称传像束。 (1)光从空气射向玻璃时， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； (2)光发生全反射时，入射角 （选填“大于”或“小于”）临界角；若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是： ； (3)请你写出光纤的一个具体应用： （合理即可）； (4)如图所示，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入，请在图中完成这束光的光路图。（保留作图痕迹） 【答案】(1)不会 (2) 大于 入射角大于42° (3)光纤通信 (4) 【详解】（1）光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角。当入射角增大时，折射角也增大，到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光，这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤，这种现象叫做全反射，所以光从空气射向玻璃时，折射角小于入射角，不会发生光的全反射现象。 （2）[1][2]光发生全反射时，入射角大于临界角；由图戊可知，若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是：入射角大于42°。 （3）请你写出光纤的一个具体应用：光纤通信。 （4）光线从空气进入玻璃时，因是垂直照射，所以传播方向不变；当从玻璃中斜射入空气时，入射角为45°，由图戊可知，光从玻璃射入空气时，临界角为42°，此时入射角大于临界角，发生全反射，没有折射光，当玻璃中反射光射到下表面时，垂直入射，射入空气中时传播方向不变，故作图如下： 【跟踪训练1】阅读短文《光导纤维》，回答问题： 英国物理学家丁达尔研究发现，光从水中射向空气，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此时，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象。由于光从水中射向空气中时，光在水流中发生了多次全反射，表面上看，好像光在水流中弯曲前进，实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播。后来人们制造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝——玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。因这种纤维能够用来传输光，故称它为光导纤维。 光导纤维在现代技术中有着广泛的应用，一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容纳50万对用户同时通话，或者同时传送5000个频道的电视节目。除通信领域外，光纤还有许多其他的应用。例如“传能光纤”可以传递高功率的激光能量，广泛应用于激光加工机、激光手术刀等；“传像光纤”可以用来传递图像，用于医学上的肠镜、胃镜检查和海关、机场等的安全监控等。 (1)一束光从水中斜射入空气，入射角 （选填“大于”、“等于”或“小于”）折射角； (2)“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。”这个合适的角度满足的条件是： ； (3)请利用光能沿着弯曲玻璃纤维前进的特点，设计一个应用于生活中的工具： 。 【答案】(1)小于 (2)入射角大于临界角 (3)可以制成“传像光纤”，用于医学上的肠镜、胃镜检查 【解析】【小题1】一束光从水中斜射入空气，发生光的折射现象，由于光从水中斜射入空气，折射角大于入射角，所以入射角小于折射角。 【小题2】由题意可知，发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象，所以“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进”，这个合适的角度满足的条件是入射角大于临界角。 【小题3】利用光导纤维可以制成“传像光纤”，用于医学上的肠镜、胃镜检查。 【跟踪训练2】阅读“光的全反射”材料，回答问题。 光的全反射 如图1所示，当光线从玻璃斜射入空气里的时候，一部分光会进入空气里发生折射，此时折射角大于入射角。若入射角增大时，折射角也随之增大，当入射角增大到某值时（小于），折射角会增大到。若继续增大入射角，此时空气中没有折射光射出，光线全部反射回玻璃，这种现象叫做光的全反射。折射角等于时的入射角称为临界角，当光从水或玻璃射入空气时，只要入射角大于临界角，光就会发生全反射。 人们利用光的全反射的现象制成了光缆，用于通信等方面。光在均匀透明的玻璃棒中传播，即可在弯曲的玻璃棒的光滑内壁上，借助于接连不断地全反射，可以将光从一端传导到另一端，即使棒的截面直径很小，甚至到微米数量级，传导的效果也不变，这种导光的细玻璃丝称为光导纤维如图2所示。 光导纤维束已成为一种新的光学基本元件，在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有重要的应用。获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟在此方面贡献突出，被世界誉为“光纤通讯之父”。根据上述材料，回答下列问题： （1）当光线从玻璃斜射入空气里的时候，一部分光会进入空气里发生折射，此时折射角 入射角，反射角 折射角（均选填“大于”、“等于”或“小于”）；当入射角增大时，折射角也 （选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）光发生全反射时，入射角 临界角（选填“大于”、“等于”或“小于”）； （3）当光从空气射向玻璃， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； （4）请你写出光纤的一些具体的应用 。 【答案】 大于 小于 增大 大于 不会 手术时用的内窥镜 【详解】（1）[1][2]由光的折射定律知道，当光线从空气斜射入其它透明介质时，折射角小于入射角；当光线从玻璃斜射向空气时，折射角大于入射角。因反射角等于入射角，所以反射角小于折射角。 [3]根据材料内容知道，当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射，由此可知当光线从玻璃射斜射入空气中时，随着入射角逐渐变大，折射角也随之增大。 （2）[4]由材料“当光从水或玻璃射入空气时，只要入射角大于临界角，光就会发生全反射”可知，光发生全反射时，入射角大于临界角。 （3）[5]已知全反射现象只有在光从一种介质射向另一介质折射角大于入射角时才能发生；如果光是从空气进入玻璃，根据折射规律，由折射角小于入射角，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角不可能达到90°，故这种现象不会发生。 （4）[6]手术时用的内窥镜利用了光纤。 【能力培优练】 1．关于信息和能源，下列说法正确的是（　　） A．光纤通信时光在光导纤维中始终沿直线传播 B．“天宫”空间站通过电磁波与地面指挥中心联系 C．目前的核电站是利用核聚变释放核能来工作的 D．光伏电站利用的太阳能属于不可再生能源 【答案】B 【详解】A. 光纤通信中，光是在光导纤维内通过多次反射传播的，并非始终沿直线传播，故A错误； B. 电磁波的传播不需要介质，能在真空中传播，“天宫”空间站处于太空真空环境中，可通过电磁波与地面指挥中心联系，故B正确； C. 目前的核电站是利用核裂变释放的核能来工作的，核聚变目前还无法实现可控利用，故C错误； D. 太阳能可以从自然界中源源不断地获取，属于可再生能源，故D错误。 故选B。 2．关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（    ） A．地球同步卫星在空中静止不动 B．地球同步卫星和月球一样每天绕地球运转一周 C．地球同步卫星的转动周期和地球自转周期相同，相对于地面是静止的 D．地球同步卫星作为传播微波的中继站，地球上空至少需要4颗才能将信号覆盖全球 【答案】C 【详解】ABC．地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，运行周期与地球自转一周的时间相等，相对于地球是静止的，故C正确，AB错误； D．用同步卫星作为微波的中继站，只需要三颗通信卫星就可以实现全球通信，故D错误。 故选C。 3．关于地球同步卫星，下列说法错误的是（   ） A．同步卫星绕地球转动的周期和地球自转的周期一样，从地球上看它是在赤道上空静止不动的 B．同步卫星可作为传播微波的中继站 C．同步卫星的速度和电磁波的传播速度相同 D．要使世界上任何一个地方的电视节目都可以传递到全世界，只需要三颗同步卫星就可以了 【答案】C 【详解】A．同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同，与地球同步转动，所以从地球上看它是在赤道上空静止不动的，故A正确，不符合题意； BD．同步通信卫星可作为传播微波的中继站，地球上只要有3颗就能覆盖全世界，故B、D正确，均不符合题意； C．同步卫星的速度与地球自转的速度相同，而电磁波速度与光速相同，它们不相等，故C错误，符合题意。 故选C。 4．关于电磁波和现代通信，下列说法错误的是（　　） A．光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强、损耗小等优点 B．微波、超声波、无线电波都属于电磁波 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的 D．卫星通信、光纤通信都可以用来传递信息 【答案】B 【详解】A．光纤通信的优点是传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等，故A正确，不符合题意； B．微波、无线电波都属于电磁波，超声波不属于电磁波，故B错误，符合题意。 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的，故C正确，不符合题意。 D．卫星通信、光纤通信都可以用来传递信息，故D正确，不符合题意。 故选B。 5．如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．图甲，汽车后视镜是凹面镜，扩大了视野范围，方便观察车后路况 B．图乙，光纤传输光信号利用到了光的反射 C．图丙，用放大镜观察树叶纹理，将树叶放在两倍焦距外看到正立放大的像 D．图丁，是岸上的人看到水中的鱼的光路图 【答案】B 【详解】A．汽车后视镜是凸面镜，对光有发散作用，扩大了视野范围，方便观察车后路况，故A错误； B．光纤传输光信号利用到了光在光导纤维中的反射，故B正确； C．用放大镜观察树叶纹理，将树叶放在一倍焦距内看到正立放大的虚像，故C错误； D．光从水中斜射入空气，折射角大于入射角，图中真实鱼的位置错误，故D错误。 故选B。 6．信鸽能从2000km以外的地方准确地飞回“家中”，研究表明，原来信鸽是利用 （选填“地磁场”或“电磁波”）来导航的。光纤是信息传递的一种重要工具，光可以从任意弯曲的光纤一端传向另一端，似乎光在其中能随意“转弯”，其实这是光在光纤内壁多次 （选填“反射”或“折射”）而实现的。光纤利用激光传递信息，大幅提高了信息传输量，是因为激光具有较高的 （选填“速度”或“频率”）。 【答案】 地磁场 反射 频率 【详解】[1]地球相当于一个巨大的磁体，鸽子在飞行时是靠地磁场来导航的。 [2]光纤通信利用的就是全反射的原理，光纤在结构上有中心和外皮两种不同介质，光从中心传播时遇到光纤弯曲处，会发生全反射现象，而保证光线不会泄漏到光纤外。 [3]光纤是信息传递的一种重要工具，由于激光的频率很高，在光导纤维中利用激光传递信息大幅提高了信息传输量。 7．通信模块接收的北斗卫星数据信息是通过 波进行传递的，北斗系统中的地球同步轨道卫星相对于地球是 的。 【答案】 电磁 静止 【详解】[1]通信模块接收的北斗卫星数据信息是通过电磁波进行传递，卫星到地球中间处于真空，而电磁波能够在真空传播。 [2]北斗系统中的地球同步轨道卫星相对于地球，位置没有发生变化，同步轨道卫星相对于地球是静止的。 8．北斗卫星导航系统与地面光纤通信共同组成现代通信，已经在2020年实现全球覆盖。卫星利用太阳能电池板获得能量，太阳能属于 （可再生/不可再生）能源。北斗同步卫星相对于地面通信站是 的，光纤传递信息利用了光的 （反射/直线传播）原理。 【答案】 可再生 静止 反射 【详解】[1]太阳能可以从自然界源源不断得到，属于可再生能源。 [2]以地面通信站为参照物，北斗同步卫星的相对位置不变，是静止的。 [3]光纤通信是利用激光从光纤的一端射入，在内壁上多次反射后在另一端放射出来，然后在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息，利用了光的反射。 9．激光技术是人类的一个重大发明，目前我国激光技术领先世界。 （1）激光属于 （填“自然”或“人造”）光源，它是一种方向高度集中的 （填“复色”或“单色”）光， （填“发散度”或“平行度”）特别好，可以集中到局部产生高温进行激光雕刻； （2）通信用的激光在光导纤维中多次反射，从一端传向另一端，激光走过的路程 （填“大于”“等于”或“小于”）光导纤维的长度。激光未来还可作为核能发电的点火技术，通过可控核 （填“聚变”或“裂变”）有望彻底解决人类能源问题。世界上最强大的激光器于近日被激活，它能使激光脉冲在1飞秒（1000万亿分之一秒）内达到10拍瓦（1拍瓦=1015瓦）的峰值，该激光器在这1飞秒内发出激光的能量为 J。 【答案】 人造 单色 平行度 大于 聚变 10 【详解】（1）[1][2][3] 激光属于人造光源，它是一种方向高度集中的单色光，平行度特别好，可以集中到局部产生高温进行激光雕刻，所以激光可以看做平行光。 （2）[4] 通信用的激光在光导纤维中多次反射，从一端传向另一端，因为是反射前进，激光走过的路程大于光导纤维的长度。 [5] 激光未来还可作为核能发电的点火技术，通过可控核聚变有望彻底解决人类能源问题。 [6] 该激光器在这1飞秒内发出激光的能量为 10．汽车GPS导航仪与通信卫星之间通过 来传递信息，如图所示是表示音频、视频和射频三种信号的波形示意图，频率最高的是 信号。如图所示的光纤通信是利用了激光在纤维中经过多次 （“反射”或“折射”）从一端传到另一端。     【答案】 电磁波 射频 反射 【详解】[1]电磁波能在真空中传播，导航仪与卫星间通过电磁波来传递信息。 [2]由图示知，在相同时间内，射频振动的次数最多，频率最高。 [3]光纤通信是激光在光导纤维即玻璃丝中多次反射，从而向远方传递信息。 11．阅读短文，回答问题 量子通信卫星就是通过卫星，连接地面光纤量子通信网络，形成天地一体化的量子通信网络。它具有保密性超强（目前理论上不能破解）、量子传态等特点。 2016年8月16日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。系统工程副总彭承志说：“‘墨子号’量子卫星过境时，与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离实现了从500公里到1400公里，假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年（宇宙年龄的20倍）才能观测到1个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络等研究奠定了可靠的技术基础。” （1）“墨子号”量子通信卫星是量子传态传递信息，传播速度是 m/s。 （2）发射“墨子号”量子通信卫星的火箭外表涂一层特殊物质，这种物质在高温下会 并 （写物态变化），吸收大量的热，使温度不至升得的太高，保护了火箭。 （3）量子通信卫星除了是量子传态传递信息外，它还有一显著特点是 。 （4）发射“墨子号”量子通信卫星的火箭的外壳最薄处是几个 （选填“厘米”、“毫米”），外壳尽量采用密度 （选填“大”、“小”）的材料制造，这样做都是 （选填“增大”、“减小”）火箭的有效载荷的质量。 【答案】 3×108 熔化 汽化 保密性强 毫米 小 增大 【详解】（1）[1]量子传态传递信息的速度与光速相同，为3×108m/s； （2）[2][3]火箭头部涂抹的特殊物体在高温下会迅速的熔化、汽化，甚至升华，熔化、汽化和升华要吸热，可以保证火箭的温度不至于过高而被烧坏； （3）[4]量子通信卫星除了是量子传态传递信息外，它还有一显著特点是保密性超强； （4）[5][6][7]发射“墨子号”量子通信卫星的火箭，密度体积都要相对小，减小自身的质量，增加火箭的有效载荷的质量，故火箭的外壳最薄处是几个毫米，外壳尽量采用密度小的材料制造，这样做都是增大火箭的有效载荷的质量。 12．阅读短文，回答问题： 光纤的奥秘 光导纤维简称光纤，作为信息高速公路的核心，是本世纪最重要的发明之一、光纤利用玻璃清澈、透明的性质，使用来传送信号的光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃纤维，这是为什么呢？先介绍一个与折射密切相关的概念——介质的折射率。它是指光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。空气的折射率可近似看作1，水的折射率为1.33，玻璃的折射率为1.5~1.8。介质的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。光从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时，同时发生折射和反射（图甲）；如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强（图乙）；当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失（图丙），只剩下反射光，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。这种现象只有当光从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时才能发生。光纤通信就是利用光的全反射原理，光导纤维在结构上有内芯和包层两种不同的透明介质，光从内芯传播时遇到光纤包层处，会发生全反射现象，从而保证光线不会泄漏到光纤外，这样光就只能在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤，如图丁所示。 （1）光在玻璃中的传播速度 （大于/等于/小于）在水中的传播速度。 （2）若图甲中介质的临界角为45°，则下列关于折射角γ随入射角α变化的图像正确的是 。 A．        B． C．        D． （3）下列说法正确的是 。 A．折射光线消失后，反射光线的亮度比原来暗 B．介质的折射率都大于1 C．光从空气进入水时，增大入射角可能发生全反射 D．光从水进入玻璃时，增大入射角可能发生全反射 （4）光纤的内芯的折射率 （大于/小于）包层。 （5）一光导纤维全长为L，光在空气和光纤内芯中的传播速度分别为v1、v2，则关于光在光纤中传播的时间t，正确的是 。 A．t>        B．t=        C．t＜        D．t≥ 【答案】 小于 A B 大于 A 【详解】（1）[1]因为玻璃的折射率大于水的折射率，故光在玻璃中的传播速度小于在水中的传播速度。 （2）[2]根据材料中信息，临界角45°表示入射角为45°而折射角刚好为90°，故选A。 （3）[3]折射率是指光在真空中的传播速度与该介质中的传播速度之比，而光速在真空中的传播速度是大于其他介质的，所以折射率都大于1，故选B。 （4）[4]全反射现象只能发生在折射率大的介质射向折射率小的介质，所以内芯的折射率大于包层。 （5）[5]因为光在内芯不断反射向前传播，所以传播路程要大于L，所以时间t大于在内芯中直线传播时间，故选A。 【链接中考】 1．（2025·江苏徐州·三模）关于能源、信息和材料，下列说法正确的是（　　） A．核能是可再生能源 B．发光二极管是用半导体材料制成的 C．光纤通信是利用的光的折射 D．太阳是利用核裂变向外释放能量的 【答案】B 【详解】A．核能需要用到铀，像铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，故A错误； B．发光二极管是用半导体材料制成的，具有单向导电性，故B正确； C．光导纤维是利用激光的不断反射来传递信息的，故C错误； D．在太阳内部，氢原子核发生聚变放出巨大能量，因此太阳能发出大量的光和热，故D错误。 故选B。 2．（2025·江苏泰州·一模）如图所示，插入水中的铅笔“弯折”了，从光学角度来看与其原理相同的是（　　） A．日食 B．水中倒影 C．光纤传输光信号 D．海市蜃楼 【答案】D 【详解】插入水中的铅笔“弯折”，是由于光从水中斜射入空气中发生的折射现象； A．日食是由光沿直线传播形成的，故A不符合题意； B．水中倒影相当于平面镜成像，是光的反射，故B不符合题意； C．光纤传输光信号利用的是光的反射，故C不符合题意； D．海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，是由于空气的密度不均匀而引起的，故D符合题意。 故选D。 3.（2025·江苏连云港·一模）关于信息和能源，下列说法正确的是（　　） A．电磁波和超声波都可以在真空中传递信息 B．化石能源、核能、水能、太阳能，都属于不可再生能源 C．目前人类已建立的核电站，是利用核聚变释放的能量来发电的 D．光纤通信是利用光从光导纤维中的一端射入，在内壁多次反射后从另一端射出，从而把它携带的信息传到远方 【答案】D 【详解】A．电磁波可以在真空中传递信息，超声波是声音，传播需要介质，不可以在真空中传播，故A错误； B．化石能源、核能消耗后短时间内不可能从自然界得到补充，因此是不可再生能源；水能、太阳能，都属于可再生能源，故B错误； C．目前人类已建立的核电站，是利用核裂变释放的能量来发电的，故C错误； D．光纤通信的实现依赖于光在光纤中的全反射，光纤通信是利用光从光导纤维中的一端射入，在内壁多次反射后从另一端射出，从而把它携带的信息传到远方，故D正确。 故选D。 4．（2025·江苏南京·一模）关于能源、信息传输，下列说法正确的是（　　） A．风能、地热能属于可再生能源，核能属于不可再生能源 B．太阳内部，原子核发生裂变释放出巨大的核能 C．移动通信是依靠超声波传递信息的 D．光从光导纤维一端射入，在内壁多次折射，把携带的信息传送出去 【答案】A 【详解】A．可再生能源是可持续的，‌不会随着使用而耗尽，‌而非可再生能源则会在人类使用过程中逐渐减少，‌最终可能导致枯竭。风能、地热能属于可再生能源，核能属于不可再生能源，故A正确； B．太阳内部，原子核发生聚变释放出巨大的核能，故B错误； C．广播、电视、移动通信、卫星都是用电磁波传递信息的。移动通信是依靠电磁波传递信息的，故C错误； D．光从光导纤维一端射入，在内壁多次反射，把携带的信息传送出去，包括图像、语音等各种信息，故D错误。 故选A。 5．（2025·江苏南通·一模）阅读短文，回答问题。 综合实践活动一一电动汽车储能的项目化学习活动 【项目分解】 认识电动汽车及快充原理：了解电动汽车的充电性能 【项目实施】 （1）认识电动汽车及快充原理； 电动汽车因噪音小、智能化程度高、加速快，而备受人们青睐，如图甲，直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池。通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电。 ①电动汽车行驶时极为安静，它是在 （选填“声源处”或“传播途中”）减弱噪声。北斗卫星利用 与电动汽车传递导航信息。电动汽车需紧急出行而电量不足时，应选择 （选填“直流”或“交流”）充电方式。 ②下列关于电动汽车的说法中，不正确的是 A．电动车快充时，使用的导线要比慢充时粗 B．电动车在充电时，动力电池相当于用电器 C．人眼不能够看见电动车钥匙发射的红外线 D．高速行驶时，地面的支持力和其重力平衡 （2）了解电动车的充电性能。设汽车动力电池当前储能占充满状态储能的百分比为D。充电时，充电桩的充电功率P会随着D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息。现在测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能，假定测试中充电桩输出的电能全部转化为动力电池的储能。充电前，D为30%，充电桩显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0。开始充电后，P与D的关系如图乙（为方便计算，图像已作近似处理），充满后，立即停止充电。当D达到65%时充电桩显示屏的部分即时信息如下表所示： 充电电压/V 充电电流/A 充电时长/min 充电度数/kW·h 充电费用/元 ______ 100 35 21.0 31.20 ①D从30%增至65%的过程中，充电功率大致的变化规律是 。当D为65%时，充电电压为 V。若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为 元。 ②D从70%增至80%所需时间为t1，从80%增至100%所需时间为t2，且t1∶t2=1∶3，则测试全过程的充电总时长为 min。 【项目拓展】 若某电动汽车百公里耗电量为12kW·h/100km，某燃油车与该电动汽车用来做有用功的能量相同，则每行驶100km燃油车需要燃烧 kg的燃油。（已知电动汽车的效率为90%，燃油车的效率为36%，q燃油=5.0×107/kg） 【答案】 声源处 电磁波 直流 D 先增大后不变 400 62.40 103.5 2.16 【详解】（1）[1]电动汽车行驶时极为安静，说明其产生的噪声较小，这是在声源处减弱噪声。 [2]北斗卫星利用电磁波与电动汽车传递导航信息，因为电磁波可以在真空中传播，且传播速度快，适合用于卫星通信。 [3]电动汽车需紧急出行而电量不足时，应选择直流充电方式，因为直流充电桩的充电电压更高、电流更大，可实现快速充电。 [4]A．快充时电流大，为了减小电流通过导线而发热，由焦耳定律可知，应减小导线的电阻，因此导线需要更粗。故A正确，不符合题意； B．电动车在充电时，动力电池相当于用电器，消耗电能。故B正确，不符合题意； C．人眼看不见红外线。故C正确，不符合题意； D．高速行驶时，由于电动汽车的弧形结构，导致上方空气流速快，压强小，下方空气流速慢，压强大，使汽车在高速行驶时获得一个向上的升力，此时地面对电动汽车的支持力小于汽车的重力，这两个力不平衡。故D错误，符合题意。 故选D。 （2）[5]根据图乙可知，D从30%增至65%的过程中，充电功率大致的变化规律是先增大后不变。 [6]当D为65%时，由图乙可知，充电功率为40kW，由表格数据可知充电电流为100A，则充电电压为 [7]设测试全过程的充电费用为x，充电过程中充电电费单价不变，则有 解得x=62.40元。 [8]由题意可知，充满电时储存的电能为 由图乙知，D从80%至100%时，即D增加20%，消耗电能 此过程中充电功率P2=15kW保持不变，此时充电的时间 由题知，t1∶t2=1∶3， 所以D从70%增至80%所需时间 从、D从65%增至70%所需时间 由表中数据知，D从30%增至65%的过程中充电时长35min，所以测试全过程的充电总时长t=35min+4.5min+16min+48min=103.5min [9]电动汽车的有用功为W有=12kW·h×90%=10.8kW⋅h 燃油车需要消耗的总能量为 燃油车需要燃烧的燃油量为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 三、现代通信 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 卫星通信 1 题型2 光纤通信 5 【能力培优练】 9 【链接中考】 13 【重难题型讲解】 题型1 卫星通信 1. 认识卫星通信 卫星通信是利用通信卫星作为中继站，转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。 【注意】 ①通信卫星在空间起中继站的作用，相当于建在高空的微波中继站。 ②卫星通信是微波通信的一种特殊形式。 2. 通信卫星的分类 类型 特点 说明 有源卫星 装有转发器，能对接收到的信号进行放大、处理后再发射 现代通信卫星大多是有源卫星 无源卫星 仅靠金属层反射无线电信号，不放大处理 早期实验用，现基本淘汰 地球同步卫星 运行周期与地球自转周期相同，相对地面静止 又称静止轨道卫星，应用最广泛 其中地球同步卫星是卫星通信中最重要的一类卫星，具有以下特点： ①同步卫星的轨道高度约 36000千米，只能位于赤道平面以上。 ②同步卫星的运行周期与地球自转周期相同约24小时。 ③从地面上看，卫星静止在赤道上空某点，与地面相对静止。 ④一颗同步卫星可覆盖地球表面三分之一以上区域，在赤道上空等间隔放置三颗同步卫星，即可实现除两极外的全球通信。 3. 卫星通信的工作过程 从地面站1发出无线电信号（通常是微波）； 信号被通信卫星接收； 卫星上的转发器对信号进行放大和变频处理； 将处理后的信号转发给地面站2或其他覆盖区域。 卫星通信的优缺点： 优点 缺点 覆盖范围广，通信距离远 信号有延迟（约0.24秒，通话时有感觉） 通信容量大，能同时传输多路信号 发射成本高，技术复杂 通信质量高，受地形影响小 有日凌中断现象（每年春分秋分前后） 广播特性好，可实现大面积覆盖 寿命有限（一般10-15年） 组网灵活，便于移动通信 需要严格的位置保持 4. 卫星通信的应用 应用领域 说明 电视广播 电视节目通过卫星传送到千家万户的卫星电视接收器 长途电话 国际长途电话常通过卫星转接 互联网接入 为偏远地区提供互联网服务 导航定位 北斗、GPS等导航系统利用卫星通信 应急通信 灾害发生时保障通信畅通 军事通信 战略和战术通信的重要方式 【典例1-1】）在体育比赛中，要想把比赛实况进行全球转播，至少需要 颗地球同步卫星。电视直播往往反应“迟钝”，是因为 。若用月球作中继站，则信号至少延迟 s。（地球与月球的平均距离是） 【跟踪训练1】我国已经成功发射了多颗同步通信卫星，它们是在地球同步轨道上运行的卫星。以地球为参照物，同步卫星是 的。现在许多长途电话是以同步卫星为中继站，打这种长途电话会感到对方的反应有点延迟。假设通话的两地到某同步卫星的距离都为，则以该同步卫星为中继站，信号从一方经该同步卫星传到另一方会延迟 s。 【跟踪训练2】同步卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同。在地球的周围均匀地配置 颗同步通信卫星，就可以覆盖全球实现全球通信。卫星通信是使用 （填“超声波”或“电磁波”）与地面站进行通信的。 【典例1-2】阅读材料，回答问题。 电磁波可以用来传递信息，通常用于广播、电视等通信。微波是电磁波家族中的一员，它的性质比中波和短波更接近光波。信息理论表明，作为载体的电磁波，与中波和短波相比，微波在相同的时间内可以传输更多的信息。 用微波传递信息时，必须每隔左右就要建设一个微波中继站，如图甲所示。信号传递的距离越远，需要的中继站越多。在雪山上、大洋中，根本无法建设中继站，所以人类用地球同步通信卫星做微波通信的中继站来进行通信。如图乙所示，在地球的周围均匀地配置三颗同步通信卫星作为太空微波中继站，可使地球上任意两点间保持通信。同步通信卫星接收地面站传来的电信号，经过处理后，再发送到另一个或几个地面站。某地举行体育赛事，现在通过卫星电视，其他地方的人几乎可以立刻看到现场的画面。 (1)如图丙所示，分别是两颗卫星正下方的地面站，把通信卫星假想成一个平面镜，使地球上b处地面站接收到a处地面站发送的信号。请仿照光路图，在图中画出平面镜及微波传播的路径和方向。 (2)已知三颗通信卫星距地面的高度都是，任意两颗卫星之间的距离都是，则a处发送的微波信号传送到b处所用的时间是 s。 【跟踪训练1】请阅读《北斗卫星导航系统》并回答。 北斗卫星导航系统 2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星从西昌卫星发射中心发射升空。北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，可为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，如图所示。卫星定位系统的原理并不复杂。卫星在向接收端发送自己位置信息时，会附上信息发出的时间，终端接收到信息后，用当前时间减去发送时间，得到信息传播的时间。用信息传播时间乘信息传播的速度（光速），我们就能得出终端与卫星的距离。北斗导航系统采用三种轨道搭配，这样带来一定好处：接收机收到至少4颗卫星信号，就可以准确定位。 在卫星定位系统中最核心的部分就是要准确测量卫星信号的传播时间。任何一点细微的时间误差乘上光速，得到的距离误差都会被放大很多倍。为了减小时间误差，原子钟是目前最精确的时间测量工具。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。因此我国自主研制的北斗导航系统中，原子钟堪称“导航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于各个领域，逐步渗透到人类社会生产、生活的方方面面。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）如果卫星信号传播的时间误差是1.0×10-6s，（电磁波的传播速度取3.0×108m/s）那么将导致的距离误差是 m； （2）北斗卫星导航系统确定一个位置，至少需要接收 颗卫星的信号； （3）原子钟的原理是 ； （4）谈谈北斗卫星导航系统在生活中的实际应用 。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题： 2020年6月，我国在西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，成功地将北斗导航系统的最后一颗组网卫星送入太空，如图是长征三号运载火箭发射时的情景，火箭加速离开地面时，发出巨大的轰鸣声，拖着长长的橘红色火焰直奔天际。北斗导航系统的最后一颗组网卫星准确进入轨道，并进行工作，标志着北斗导航系统可以成功为全球用户提供定位和导航服务。北斗导航系统中有地球同步卫星，地球同步卫星运行方向与地球自转方向相同，绕地球转动的周期跟地球自转周期相同。 地球同步卫星可以对所覆盖区域实现24小时不间断的卫星通信。其优点是：只要在卫星覆盖范围内，任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响；同时可在多处接收。 （1）火箭发射时，高温高压的燃气从尾部喷出，火箭获得上升的推力，这是利用了力的作用是 的。 （2）火箭加速离开地面的过程中，动能 ，重力势能 ，机械能 。（均选填“减小”或“增大”）。 （3）地球同步卫星绕地球转动时，卫星的运动状态 （选填“不变”或“改变”）。 （4）卫星通信是通过 （选填“超声波”或“电磁波”）传递信息的。 题型2 光纤通信 1. 认识光纤通信 光纤通信是利用光在光导纤维中传播来传递信息的通信方式。 【注意】①光纤通信使用的光是激光，不是普通光。 ②光纤通信的传输介质是光导纤维（简称光纤），由玻璃或塑料制成。 ③光纤通信是有线通信的一种，但传输的是光信号而不是电信号。 2. 光纤通信的工作过程 发送端：将电信号通过电光转换（如激光二极管）变成光信号。 光纤传输：光信号在光纤中通过全反射向前传播。 接收端：通过光电转换（如光电二极管）将光信号还原为电信号。 3. 光纤通信的优缺点 优点 缺点 通信容量极大（一根光纤可同时传输上百万路电话） 铺设成本较高（尤其海底光缆） 传输损耗小，中继距离长（可达几十到上百千米） 光纤脆弱，弯曲半径不能太小 抗干扰能力强（不受电磁干扰） 分路耦合困难 保密性好（光信号不易被窃听） 维修困难（需专业设备和技术） 材料资源丰富（主要原料是二氧化硅，即沙子） 不能直接传输电信号，需光电转换设备 体积小，重量轻，便于铺设 4. 光纤通信的应用 应用领域 说明 骨干通信网络 国家主干网、国际海底光缆 宽带接入 光纤到户（FTTH）、光纤到楼 有线电视 广播电视信号传输 互联网 高速数据传输 医疗内窥镜 光纤传像束用于医学检查 工业监控 光纤传感器用于温度、压力监测 ★特别提醒 卫星通信和光纤通信不是替代关系，而是互补关系。光纤通信承担了全球通信网络的主干道任务，而卫星通信则在覆盖偏远地区、应急通信、移动通信等方面发挥不可替代的作用。 现代通信网络结构：通常是城市之间用光纤连接作为骨干，偏远地区或移动用户通过卫星或微波中继接入骨干网，手机用户通过基站连接到光纤网络，形成一个立体、综合的通信网络。 【典例2-1】利用光导纤维在一定时间内可以传输较大量的信息，这是因为光波的（　　） A．波长长 B．波速快 C．频率高 D．看得见 【跟踪训练1】如图所示，光在玻璃纤维中的传输情况是光线每次由内层玻璃芯射向外包层的分界面时，均要发生反射，而不发生折射，从而使光在不断的反射中沿内层玻璃心向远处传播。当增大入射光线AB的入射角时，下列说法错误的有（　　） A．光线CD的入射角将增大 B．点D将要向右侧移动 C．信息传输所需时间更少 D．∠BCD将减小 【跟踪训练2】关于信息的传递，下列说法正确的是（　　） A．光纤通信是依靠激光在光导纤维内沿直线传播来传递信息的 B．北斗导航系统能为用户提供定位服务的最小精度为1km C．在真空中，5G通讯信号的电磁波比4G通讯信号的电磁波传播得快 D．电磁波不仅能传递声音信号，且能传递图像信号 【典例2-2】阅读短文，回答问题。 光纤的奥秘 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一、发明光纤电缆的是被誉为“光纤之父”的华人科学家、诺贝尔奖获得者高锯。光纤电缆利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃光纤，这是为什么呢？ 原来，光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角（如图甲）。当入射角增大时，折射角也增大（如图乙），到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光（如图丙），这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤（图丁），这种现象叫做全反射，它只有在上述情况下才可能发生，上述情况下的入射角称为临界角。图戊是光从玻璃射入空气时，折射角随入射角的变化而变化的图像。 所以，一般弯曲的光学纤维（简称光纤〉，只要它的玻璃芯的透明度高、均匀，并且芯与外皮层之间的分界面光滑，就是一根好的光导管。一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相当于一条饭桌般粗大的铜“线”，为目前的信息高速公路奠定了基础，数以万计的光学纤维构成的光学纤维束（如图己）不仅能传导光能，也能将图像从一端传到另一端。传光能的纤维束称传光束，同时能传图像的纤维束称传像束。 (1)光从空气射向玻璃时， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； (2)光发生全反射时，入射角 （选填“大于”或“小于”）临界角；若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是： ； (3)请你写出光纤的一个具体应用： （合理即可）； (4)如图所示，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入，请在图中完成这束光的光路图。（保留作图痕迹） 【跟踪训练1】阅读短文《光导纤维》，回答问题： 英国物理学家丁达尔研究发现，光从水中射向空气，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此时，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象。由于光从水中射向空气中时，光在水流中发生了多次全反射，表面上看，好像光在水流中弯曲前进，实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播。后来人们制造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝——玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。因这种纤维能够用来传输光，故称它为光导纤维。 光导纤维在现代技术中有着广泛的应用，一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容纳50万对用户同时通话，或者同时传送5000个频道的电视节目。除通信领域外，光纤还有许多其他的应用。例如“传能光纤”可以传递高功率的激光能量，广泛应用于激光加工机、激光手术刀等；“传像光纤”可以用来传递图像，用于医学上的肠镜、胃镜检查和海关、机场等的安全监控等。 (1)一束光从水中斜射入空气，入射角 （选填“大于”、“等于”或“小于”）折射角； (2)“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。”这个合适的角度满足的条件是： ； (3)请利用光能沿着弯曲玻璃纤维前进的特点，设计一个应用于生活中的工具： 。 【跟踪训练2】阅读“光的全反射”材料，回答问题。 光的全反射 如图1所示，当光线从玻璃斜射入空气里的时候，一部分光会进入空气里发生折射，此时折射角大于入射角。若入射角增大时，折射角也随之增大，当入射角增大到某值时（小于），折射角会增大到。若继续增大入射角，此时空气中没有折射光射出，光线全部反射回玻璃，这种现象叫做光的全反射。折射角等于时的入射角称为临界角，当光从水或玻璃射入空气时，只要入射角大于临界角，光就会发生全反射。 人们利用光的全反射的现象制成了光缆，用于通信等方面。光在均匀透明的玻璃棒中传播，即可在弯曲的玻璃棒的光滑内壁上，借助于接连不断地全反射，可以将光从一端传导到另一端，即使棒的截面直径很小，甚至到微米数量级，传导的效果也不变，这种导光的细玻璃丝称为光导纤维如图2所示。 光导纤维束已成为一种新的光学基本元件，在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有重要的应用。获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟在此方面贡献突出，被世界誉为“光纤通讯之父”。根据上述材料，回答下列问题： （1）当光线从玻璃斜射入空气里的时候，一部分光会进入空气里发生折射，此时折射角 入射角，反射角 折射角（均选填“大于”、“等于”或“小于”）；当入射角增大时，折射角也 （选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）光发生全反射时，入射角 临界角（选填“大于”、“等于”或“小于”）； （3）当光从空气射向玻璃， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； （4）请你写出光纤的一些具体的应用 。 【能力培优练】 1．关于信息和能源，下列说法正确的是（　　） A．光纤通信时光在光导纤维中始终沿直线传播 B．“天宫”空间站通过电磁波与地面指挥中心联系 C．目前的核电站是利用核聚变释放核能来工作的 D．光伏电站利用的太阳能属于不可再生能源 2．关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（    ） A．地球同步卫星在空中静止不动 B．地球同步卫星和月球一样每天绕地球运转一周 C．地球同步卫星的转动周期和地球自转周期相同，相对于地面是静止的 D．地球同步卫星作为传播微波的中继站，地球上空至少需要4颗才能将信号覆盖全球 3．关于地球同步卫星，下列说法错误的是（   ） A．同步卫星绕地球转动的周期和地球自转的周期一样，从地球上看它是在赤道上空静止不动的 B．同步卫星可作为传播微波的中继站 C．同步卫星的速度和电磁波的传播速度相同 D．要使世界上任何一个地方的电视节目都可以传递到全世界，只需要三颗同步卫星就可以了 4．关于电磁波和现代通信，下列说法错误的是（　　） A．光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强、损耗小等优点 B．微波、超声波、无线电波都属于电磁波 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的 D．卫星通信、光纤通信都可以用来传递信息 5．如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．图甲，汽车后视镜是凹面镜，扩大了视野范围，方便观察车后路况 B．图乙，光纤传输光信号利用到了光的反射 C．图丙，用放大镜观察树叶纹理，将树叶放在两倍焦距外看到正立放大的像 D．图丁，是岸上的人看到水中的鱼的光路图 6．信鸽能从2000km以外的地方准确地飞回“家中”，研究表明，原来信鸽是利用 （选填“地磁场”或“电磁波”）来导航的。光纤是信息传递的一种重要工具，光可以从任意弯曲的光纤一端传向另一端，似乎光在其中能随意“转弯”，其实这是光在光纤内壁多次 （选填“反射”或“折射”）而实现的。光纤利用激光传递信息，大幅提高了信息传输量，是因为激光具有较高的 （选填“速度”或“频率”）。 7．通信模块接收的北斗卫星数据信息是通过 波进行传递的，北斗系统中的地球同步轨道卫星相对于地球是 的。 8．北斗卫星导航系统与地面光纤通信共同组成现代通信，已经在2020年实现全球覆盖。卫星利用太阳能电池板获得能量，太阳能属于 （可再生/不可再生）能源。北斗同步卫星相对于地面通信站是 的，光纤传递信息利用了光的 （反射/直线传播）原理。 9．激光技术是人类的一个重大发明，目前我国激光技术领先世界。 （1）激光属于 （填“自然”或“人造”）光源，它是一种方向高度集中的 （填“复色”或“单色”）光， （填“发散度”或“平行度”）特别好，可以集中到局部产生高温进行激光雕刻； （2）通信用的激光在光导纤维中多次反射，从一端传向另一端，激光走过的路程 （填“大于”“等于”或“小于”）光导纤维的长度。激光未来还可作为核能发电的点火技术，通过可控核 （填“聚变”或“裂变”）有望彻底解决人类能源问题。世界上最强大的激光器于近日被激活，它能使激光脉冲在1飞秒（1000万亿分之一秒）内达到10拍瓦（1拍瓦=1015瓦）的峰值，该激光器在这1飞秒内发出激光的能量为 J。 10．汽车GPS导航仪与通信卫星之间通过 来传递信息，如图所示是表示音频、视频和射频三种信号的波形示意图，频率最高的是 信号。如图所示的光纤通信是利用了激光在纤维中经过多次 （“反射”或“折射”）从一端传到另一端。     11．阅读短文，回答问题 量子通信卫星就是通过卫星，连接地面光纤量子通信网络，形成天地一体化的量子通信网络。它具有保密性超强（目前理论上不能破解）、量子传态等特点。 2016年8月16日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。系统工程副总彭承志说：“‘墨子号’量子卫星过境时，与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离实现了从500公里到1400公里，假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年（宇宙年龄的20倍）才能观测到1个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络等研究奠定了可靠的技术基础。” （1）“墨子号”量子通信卫星是量子传态传递信息，传播速度是 m/s。 （2）发射“墨子号”量子通信卫星的火箭外表涂一层特殊物质，这种物质在高温下会 并 （写物态变化），吸收大量的热，使温度不至升得的太高，保护了火箭。 （3）量子通信卫星除了是量子传态传递信息外，它还有一显著特点是 。 （4）发射“墨子号”量子通信卫星的火箭的外壳最薄处是几个 （选填“厘米”、“毫米”），外壳尽量采用密度 （选填“大”、“小”）的材料制造，这样做都是 （选填“增大”、“减小”）火箭的有效载荷的质量。 12．阅读短文，回答问题： 光纤的奥秘 光导纤维简称光纤，作为信息高速公路的核心，是本世纪最重要的发明之一、光纤利用玻璃清澈、透明的性质，使用来传送信号的光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃纤维，这是为什么呢？先介绍一个与折射密切相关的概念——介质的折射率。它是指光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。空气的折射率可近似看作1，水的折射率为1.33，玻璃的折射率为1.5~1.8。介质的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。光从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时，同时发生折射和反射（图甲）；如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强（图乙）；当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失（图丙），只剩下反射光，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。这种现象只有当光从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时才能发生。光纤通信就是利用光的全反射原理，光导纤维在结构上有内芯和包层两种不同的透明介质，光从内芯传播时遇到光纤包层处，会发生全反射现象，从而保证光线不会泄漏到光纤外，这样光就只能在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤，如图丁所示。 （1）光在玻璃中的传播速度 （大于/等于/小于）在水中的传播速度。 （2）若图甲中介质的临界角为45°，则下列关于折射角γ随入射角α变化的图像正确的是 。 A．        B． C．        D． （3）下列说法正确的是 。 A．折射光线消失后，反射光线的亮度比原来暗 B．介质的折射率都大于1 C．光从空气进入水时，增大入射角可能发生全反射 D．光从水进入玻璃时，增大入射角可能发生全反射 （4）光纤的内芯的折射率 （大于/小于）包层。 （5）一光导纤维全长为L，光在空气和光纤内芯中的传播速度分别为v1、v2，则关于光在光纤中传播的时间t，正确的是 。 A．t>        B．t=        C．t＜        D．t≥ 【链接中考】 1．（2025·江苏徐州·三模）关于能源、信息和材料，下列说法正确的是（　　） A．核能是可再生能源 B．发光二极管是用半导体材料制成的 C．光纤通信是利用的光的折射 D．太阳是利用核裂变向外释放能量的 2．（2025·江苏泰州·一模）如图所示，插入水中的铅笔“弯折”了，从光学角度来看与其原理相同的是（　　） A．日食 B．水中倒影 C．光纤传输光信号 D．海市蜃楼 3.（2025·江苏连云港·一模）关于信息和能源，下列说法正确的是（　　） A．电磁波和超声波都可以在真空中传递信息 B．化石能源、核能、水能、太阳能，都属于不可再生能源 C．目前人类已建立的核电站，是利用核聚变释放的能量来发电的 D．光纤通信是利用光从光导纤维中的一端射入，在内壁多次反射后从另一端射出，从而把它携带的信息传到远方 4．（2025·江苏南京·一模）关于能源、信息传输，下列说法正确的是（　　） A．风能、地热能属于可再生能源，核能属于不可再生能源 B．太阳内部，原子核发生裂变释放出巨大的核能 C．移动通信是依靠超声波传递信息的 D．光从光导纤维一端射入，在内壁多次折射，把携带的信息传送出去 5．（2025·江苏南通·一模）阅读短文，回答问题。 综合实践活动一一电动汽车储能的项目化学习活动 【项目分解】 认识电动汽车及快充原理：了解电动汽车的充电性能 【项目实施】 （1）认识电动汽车及快充原理； 电动汽车因噪音小、智能化程度高、加速快，而备受人们青睐，如图甲，直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池。通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电。 ①电动汽车行驶时极为安静，它是在 （选填“声源处”或“传播途中”）减弱噪声。北斗卫星利用 与电动汽车传递导航信息。电动汽车需紧急出行而电量不足时，应选择 （选填“直流”或“交流”）充电方式。 ②下列关于电动汽车的说法中，不正确的是 A．电动车快充时，使用的导线要比慢充时粗 B．电动车在充电时，动力电池相当于用电器 C．人眼不能够看见电动车钥匙发射的红外线 D．高速行驶时，地面的支持力和其重力平衡 （2）了解电动车的充电性能。设汽车动力电池当前储能占充满状态储能的百分比为D。充电时，充电桩的充电功率P会随着D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息。现在测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能，假定测试中充电桩输出的电能全部转化为动力电池的储能。充电前，D为30%，充电桩显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0。开始充电后，P与D的关系如图乙（为方便计算，图像已作近似处理），充满后，立即停止充电。当D达到65%时充电桩显示屏的部分即时信息如下表所示： 充电电压/V 充电电流/A 充电时长/min 充电度数/kW·h 充电费用/元 ______ 100 35 21.0 31.20 ①D从30%增至65%的过程中，充电功率大致的变化规律是 。当D为65%时，充电电压为 V。若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为 元。 ②D从70%增至80%所需时间为t1，从80%增至100%所需时间为t2，且t1∶t2=1∶3，则测试全过程的充电总时长为 min。 【项目拓展】 若某电动汽车百公里耗电量为12kW·h/100km，某燃油车与该电动汽车用来做有用功的能量相同，则每行驶100km燃油车需要燃烧 kg的燃油。（已知电动汽车的效率为90%，燃油车的效率为36%，q燃油=5.0×107/kg） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $