第21章 第3节 卫星通信和光纤通信-2025-2026学年九年级下册物理同步辅导（人教版）

第3节 卫星通信和光纤通信 知识梳理 1.卫星通信是用通信卫星作为微波通信中继 信就是用频率单一、方向高度集中的激光 站的一种通信方式，通信卫星大多是相对地 从光导纤维一端射入，在内壁多次反射，从 球静止的同步卫星，在地球周围均匀地配 另一端射出，这样就把信息传到远方。光纤 置3颗地球静止卫星，可以实现全球通信。 通信的优点是由于光的频率很高，传输的信 2.光导纤维是很细很细的玻璃丝，将数条光纤 息量很大。 并成一束再敷上保护层，制成光缆。光纤通 基础过关 1.(多选)下列说法中正确的是( 5.以下关于微波的说法不正确的是( ) A.用三颗在地球周围均匀地配置的同步卫 A.微波属于电磁波 星就可以实现全球通信 B.微波的性质接近于光波，大致沿直线传播 B.可以用月亮作为中继站，实现微波通信 C.进行长距离微波通信时，应通过中继站转播 C.现在全球只有三颗同步通信卫星 D.微波中继站间的距离大约为50km,而且 D.通信卫星大多是相对地球“静止”的同步 只能建立在地球表面 卫星 6.如图21-3-1所示，光导 2.在光导纤维中传播信息的光应该是( 纤维在传递信息时，光从内 A.普通光源发出的光 内芯 芯的一端传输到另一端， 外套 B.太阳光 C.激光 其原理应用了光的( 图21-3-1 D.以上三种都可以 A.折射 B.反射 3.“神舟二十号”载人航天飞船在飞行时，由多 C.色散 D.直线传播 个测控站和测控网对其进行跟踪、测量与控 7.关于卫星通信和光纤通信，下列说法正确的 制，这是利用了下列的哪一种波来传递信息 是( 的() A.光纤虽然无辐射，但保密性不是很好 A.超声波 B.次声波 B.光纤通信在通话时有延时现象 C.微波 D.紫外线 C.卫星通信是用激光传递信息的，因此传输 4.(多选)激光具有的特性是( 的速度特别快 A.很强的方向性 B.频率单一 D.光纤通信能抗电磁干扰，因此传输信息质 C.亮度高 D.波长长 量很好 8.某快递公司在一些城市用无人驾驶车取代了 10.激光的光纤通信具有 大，通信 人力配送商品，无人车在送货过程中，由北斗 高，不受外界 等优点。 导航+5G技术+传感器进行360度环境监 11.如图21一3-3所示的是一种通信方式的示 测，自动规避道路障碍与往来的车辆行人，能 意图，你知道这是什么通信吗？这些竖立在 识别红绿灯信号并作出反应，下列说法正确 地面的建筑物有什么作用？ 的是() A.北斗卫星导航系统是通过光纤传递信息 7)、、P’平 B.5G技术是物联网的基础，它们是靠超声波 图21-3-3 来实现的 C.无人机内部的核心“芯片”是用超导体材料 制作的 D.北斗导航十5G技术十传感器与服务器联 系靠的是电磁波 9.我们生活在光的世界里，光每时每刻都在为 人类服务，图21一3一2中属于利用光来传输 文字、图像信息的是( A.植物的光合作用 B.太阳能汽车 久内芯 外套 C.太阳能热水器 D.光纤 图21一3-2 能力提升 1.下列说法错误的是() 2.关于微波通信，下列说法不正确的是(） A.微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕 A.微波波长越短，频率越高，单位时间传输 射，因此要建立微波中继站 的信息就越多 B.我们可以把月球作为一个微波中继站 B.微波中继站在微波通信过程中起着信号接 C.卫星通信只需要3颗地球静止卫星就可以 收、处理、再发射的作用 实现全球通信 C.微波能够围绕地球绕射 D.地球静止卫星转动的周期和地球自转周期 D.月球不能作为微波中继站 相同，相对于地面是静止的 3.下列关于卫星通信的说法正确的是( 9.华裔科学家高锟以“涉及光纤传输的突破性 A.卫星通信就是利用卫星来向地面发射电 成就”获2009年诺贝尔物理学奖。关于光纤 磁波 通信，下列说法正确的是( ) B.通信卫星相当于一个太空微波中继站，它 A.光在光纤中是沿中轴线直线传播的 是用来转发地面站发送来的信号的 B.光纤通信与有线通信一样，都需要金属导线 C.卫星通信发送广播信号 C.光纤通信中使用的“导线”是“光导纤维” D.卫星通信接收电视信号 D.光纤通信中传播的物质-一光，不是电磁波 4.光纤通信传输信息的载体是( 10.关于现代通信和电磁波，下列叙述正确的 A.电流 B.超声波 是( ) C.无线电波 D.光波 A.光纤通信传输的信息量很大，主要用于 5.下列有关光纤通信的说法中正确的是( 无线电广播 A.光纤通信用的是普通光源 B.卫星通信利用人造卫星作为中继站进行 B.在光纤通信中，光的频率很高，在一定时间 通信 内可以传递大量信息 C.电磁波的应用对人类有利无害 C.光纤很细，抗干扰能力差，使用时要特别注意 D.电磁波不能在真空中传播 D.在光纤通信中，只能用来传送电视、广播节目 11.在通信大楼的顶部常可见 6.关于信息传递，下列说法正确的是() 到一些锅形天线（如图21一 A.一条光导纤维只能传输一条信息 3一4所示)。关于这种天 线的作用，以下说法中正确 B.5G网络通信必须通过光导纤维来传输信息 的是( C.光纤通信和无线电通信都不需要介质 A.这是做广告用的模型 图21-3-4 D.北斗卫星导航系统可提供全天候的即时定 B.天线凹面朝斜上方是用来接收卫星信 位服务 号的 7.笔记本电脑能无线上网，包含了一些物理知 C.天线凹面朝水平方向是用来接收卫星信 识和现象，其中错误的是( 号的 A.电磁波连接了电脑和因特网 D.无论天线朝什么方向均能接收卫星信号 B.电脑是利用数字信号工作的 12.下列说法中正确的是( ) C.电脑和无线上网接入点的距离没有限制 A.信息高速公路像公路一样会给环境带来 D.无线上网接入点应具备发射和接收功能 不利影响 8.“信息高速公路”可以同时传送500个电视频 B.信息高速公路会给人类带来诸多益处，没 道。因此，无论是文字信息、声音信息，还是 有不利影响 图像信息或电视信号，都可以在“信息高速公 C.信息高速公路会有“信息环境污染”负面 路”的网络中得到及时传送，而且传送的速率 影响 很高。一部《不列颠百科全书》通过“信息高 D.信息高速公路既然信息高速共享，可以在 速公路”不到5s就能够传送完毕。“信息高 信息高速公路中发布任何信息 速公路”一语中的“路”一般是指( 13.乘飞机时禁止使用手机，是因为使用手机时 A.高速行驶的公路B.利用微波的通信 会干扰飞机正常的导航通信，对飞 C. D. 行安全构成很大威胁。 14.从地球发送的遥测数据被“祝融号”接收后， 如图21一3-5所示。 立即发回应答信息至地球，这个过程最快也 (1)实验中，光源射出的光沿水流 需要6min才能完成，由于通信往来时间延 (选填“内”或“外”)壁经过多次 迟很多，“天问一号”在着陆火星时必须高度 (选填“反”或“折”)射，最后照亮地面。 自动化。根据以上信息可知火星到地球的 (2)实验中，从瓶中流出的水柱相当于光纤 最近距离约为 km。 通信中的 。 可以猜想：在真 15.我国自主研发的北斗卫星导航系统应用极 正的光纤通信中，每一根类似水柱的材 为广泛。无人驾驶车的摄像头是车的“眼 料中， (选填“能”或“不能”)同 睛”；车顶的激光雷达可以接收北斗卫星的 时传导多束激光而不相互干扰。 波信号，对车辆实现 (选 填“厘米”或“千米”)级的定位。 16.把大塑料瓶用不透光的纸包住，在瓶侧壁开 一个小孔，塑料瓶内装满水，水中装一个光 源。当水从小孔流出时，你会看到光随着弯 弯的水流照到地面，在地上形成一个光斑， 图21-3-5 素养发展 【实际应用】阅读材料，回答下列问题。 方向传递文本、音乐、图片和视频，因此能在瞬 光导纤维 间传遍全球。” 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在 玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而制成 的光传导工具。物理学家提出用光纤通信传输 光信号1 光信号2 的构想，这使得用光进行通信的梦想得以实现。 光导纤维是由纯度极高的石英玻璃（主要 图21-3-6 成分是二氧化硅)拉制而成的（如图21一3一6 (1)计算机通过光纤接入互联网，光纤的作用 甲所示)，粗细大致与人的头发相当，有的直径 是 只有几微米。光纤通信的原理是利用光的全反 A.输电B.通信C.导热 D.照明 射现象。当光从玻璃中射向空气时，折射角会 (2)光纤是利用光波在光导纤维中的全反射原 大于入射角，并且随着入射角的增大，折射光越 理而制成的光传导工具。光波 (选 来越暗，反射光能量越来越强，当入射角大于某 填“属于”或“不属于”)电磁波，光在真空中 一角度时，折射光消失，全部光都反射回玻璃 的传播速度为 m/s。 中，这就是光的全反射现象。表面上看，光好像 (3)下列关于光导纤维的说法正确的是 在玻璃中弯曲前进（如图21一3一6乙所示）。 (多选) 一根光纤的潜在带宽可达20THz(1THz= A.光导纤维的主要成分是氧化物 102Hz)。采用这样的带宽，只需一秒钟左右， B.光纤通信不容易受外界干扰，能够传播更远 即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。 C.光导纤维是利用光传输信息的 诺贝尔奖评委会这样描述：“光流动在细小如线 D.石英玻璃能够拉制成细丝说明它的弹 的玻璃丝中，它携带着各种信息数据向每一个 性好8.A点拨：电磁波可以传递信息，因此手机 和5G基站之间信息传输是依靠电磁波来 完成的，故A正确。 9.B点拨：无线电波的发射频率由载波发生 器决定，与播音员声音的频率无关。 10.BACD 11.(1)电磁波 (2)909.58 (3)由c=入f可知，第68频道的波长范围： 3.0X10m/s≤A≤3.0X10m 9.58×108Hz 9.50×108Hz 0.31mλ≤0.32m, 即3.1dm≤λ≤3.2dm, 故该频道被称为“分米波”。 12.手机的体积很小，发射功率不大。它的天 线也很简单，灵敏度不高，所以手机跟其 他用户的通话要靠较大的固定无线电台 转接，我们把这种固定的电台叫作基站。 13.不同的电台发射的电磁波的载波频率不 同，天线将所有的电磁波都接收，我们通 过调节选台旋钮（调谐器），把所要的频段 从众多的信息频段中检出来，这样就可以 选择不同电台的节目了。 14.(1)属于(2)信息(3)相同(4)C 点拨：(1)据电磁波相关知识可知，无线电 波是电磁波；(2)电磁波既能传递信息，又 能传递能量，手机信号屏蔽器主要是阻碍 电磁波传递信息；(3)不同的电磁波在真 空中的传播速度是相同的，故屏蔽器的作 用频率有800MHz、900MHz、2000MHz 等几个不同频率，这几个不同频率的无线 电波在真空中的传播速度是相同的； (4)短文中提到了随着5G手机的普及，相 应地出现了5G全频段信号屏蔽器，说明 改进后的屏蔽器扩大了屏蔽器的作用频 率范围，故选C。 【素养发展】 1.（1)电信号(2)电信号发射天线 (3)电电磁波显示器 2.(1)发射接收(2)避免手机发出的无线 电波干扰飞机的通信和导航设备。（合理 即可) 第3节卫星通信和光纤通信 【基础过关】 1.AD点拨：通信卫星大多是相对地球“静 止”的同步卫星，从地球上看，它好像悬挂 在空中静止不动，在地球的周围均匀地配 置三颗同步通信卫星，可以实现全球通信。 但现在全球的同步卫星很多，可不止三颗。 不能用月球作为中继站实现微波通信，因 为它离我们太远了，信号衰减、时间延迟， 而且只有当两个通信点同时见到月亮时， 才能完成这两点间的通信。 2.C点拨：普通的光源夹杂了许多不同波长 的光，难以用它携带信息。而激光，它的频 率单一，方向高度集中，才使得用光进行通 信的想法得以实现。 3.C点拨：对飞船进行跟踪、测量与控制是 通过通信卫星进行的，所以这里利用了微 波来传递信息。 4.ABC点拨：激光具有频率单一、方向高度 集中和亮度高的特点。 5.D点拨：微波是电磁波的一种，A选项说 法正确，不符合题意；微波的性质接近光 波，沿直线传播，B选项说法正确，不符合 题意；微波由于其大致沿直线传播，因此需 每隔一定距离建一个微波中继站，信息传 输得越远，需要的中继站越多，C选项说法 正确，不符合题意。微波中继站不但可以 建立在地面上，而且可以利用卫星作为中 继站，只需要3颗地球静止卫星就可以实 现全球通信，D选项说法不正确，符合题 意。故选D。 6.B点拨：光纤通信，光从光导纤维的一端 射入，在内壁上多次反射，从另一端射出， 故ACD错误，B正确。 7.D 8.D点拨：北斗卫星导航系统具有定位、导 航和通信等功能，它传递信息是利用电磁 波来实现的，故A错误；5G手机上网属于 移动电话，所以它传递信息是通过电磁波 来实现的，故B错误；无人机内部的核心 “芯片”是用半导体材料制作的，故C错误： 北斗导航+5G技术+传感器与服务器联 系靠的是电磁波，故D正确。 9.D点拨：利用光来传输文字、图像信息的 是光纤，故D符合题意，ABC不符合题意。 10.容量质量干扰点拨：光在光导纤维 中传播损耗小，光纤通信容量极大，不怕 雷击，不受电磁波干扰，故通信质量好，且 保密性好。 11.题图中所示是微波通信，竖立在地面的建 筑物是中继站，作用是使微波在近似于球 体的地球表面进行传播和绕射，因微波大 致沿直线传播，所以必须建立中继站。 【能力提升】 1.B点拨：微波大致沿直线传播，不能沿地 球表面绕射，因此要建立微波中继站，故A 正确；月球离地球太远，如果把月球作为一 个微波中继站，信号延迟比较严重，故B错 误；卫星通信只需要3颗同步卫星就可以 实现全球通信，故C正确；同步卫星运动的 周期和地球自转周期相同，相对于地面是 静止的，故D正确。故选B。 2.C点拨：作为信息载体的微波，其频率越 高，相同时间内传输的信息就越多，故A正 确；微波中继站的作用就是接收电磁波，并 进行处理与放大，再将其向下一中继站进 行转发，故B正确；微波沿直线传播，是不 能沿地球表面绕射的，在不建立中继站的 情况下，不能实现全球通信，故C错误；不 能把月球作为中继站，因为月球距离地球 太远，信号衰减严重，而且月球是绕地球转 动的，故D正确。故选C。 3.B点拨：卫星通信就是利用卫星作为中继 站来转发无线电波而进行的两个或多个地 面站之间的通信，不是用来向地面发射电 磁波的，也不是用来发送广播信号的，也不 是用来接收电视信号的，故B正确，ACD 错误。 4.D点拨：光纤通信主要是利用激光在光导 纤维中传输信息的通信方式，激光是一种 光波。故选D。 5.B点拨：光纤通信是利用激光来传递信息 的，因为激光的频率高，在一定时间内传递 信息量大。光纤有内外两层，由于内外层 的折射本领不一样，光在光纤中通过时，就 不会跑到外层，所以光纤的抗干扰能力强， 能减小信号衰减，适用于远距离传输大量 信息。广播、电视和移动通信都是用电磁 波来传递信息。故选B。 6.D点拨：一条光导纤维可以同时传输大量 信息（利用不同频率的光进行多路传输）， A选项错误。5G网络通信包含无线传输 和有线传输，并非必须通过光导纤维，比如 手机与基站之间的通信是无线传输，B选 项错误。光纤通信需要光导纤维作为传输 介质，无线电通信依靠电磁波传播，电磁波 传播不需要介质，C选项错误。北斗卫星 导航系统利用电磁波传递信息，能够提供 全天候的即时定位服务，D选项正确。 7.C8.C 9.C点拨：激光用于实际的通信，并不像手 电筒照亮房间那么简单。通信用的激光一 般在特殊的管道一光导纤维中传播。 10.B点拨：光纤通信利用激光在光导纤维 中传播，传递电视、电话等多种信息，无线 电广播靠电磁波传递信息；电磁波能传递 信息，也能传递能量，给人们的生活带来 了许多方便，但过量的辐射会影响人的身 体健康；电磁波的传播不需要介质，能在 真空中传播。 11.B点拨：卫星通信是通过微波来传递信 息的，微波几乎是沿直线传播的，不会沿 地面绕射，它是以地球同步卫星和地面站 作为中继站不断地向远方传递信号的。 锅形天线是用来接收卫星信号的，所以天 线凹面应朝斜上方。 12.C 13.电磁波点拨：飞机的导航通信系统是利 用发射、接收电磁波来工作的。 14.5.4×107点拨：电磁波的传播速度v 3×108m/s,由题意可得，电磁波从地球 到火星所用的最短时间=专×6×60s 180s,由v=产可得火星和地球间的最近 距离s=ut=3×108m/s×180s=5.4× 1010m=5.4×107km. 15.电磁厘米点拨：电磁波可以在真空中 传播，可以传递信息，北斗卫星导航系统 在实现定位、导航和授时服务时，是利用 电磁波传递信息的。 16.(1)内反(2)光导纤维能 【素养发展】 (1)B(2)属于3×108(3)ABC点拨： (3)光导纤维是由纯度极高的石英玻璃（主要 成分是二氧化硅)拉制而成的，故A正确；光 纤通信是光在光导纤维内传播，不容易受外 界干扰，能够传播更远，故B正确；光导纤维 是利用光传输信息的，故C正确；石英玻璃能 够拉制成细丝说明它的延展性好，不是弹性 好，故D错误。 综合复习 【聚焦中考】 1.C点拨：手机、雷达、北斗卫星导航系统都 是利用电磁波来传递信息的，而风力发电 机是用来发电的设备，不是用来传递信息 的，故C符合题意。 2.C点拨：我国自行研制的北斗卫星导航系 统具有定位、导航和通信等功能，它是利用 电磁波传递信息的，故选C。 3.A点拨：本题考查电磁波的应用、超声波 的利用。收音机的天线通过电磁波接收信 息，A正确；导航仪利用电磁波与卫星传递 信息，B错误；倒车雷达产生并发射超声 波，通过接收回波的时间，判断与车后物体 的距离，C错误；电磁波包括各种无线电 波、射线、可见光及不可见光等，车灯发出 的可见光也是电磁波，D错误。 4.B点拨：地面测试系统与该卫星之间存在 真空环境，超声波和次声波都不能在真空 中传播，而电磁波可以在真空中传播，电磁 波中的无线电波主要用于通信、广播及其