精英物理大视野·九年级2020：第23讲信息传递与卫星通信

卫星通信是利用卫星上的转发器作为中继站，转发无线电波，实现地球上（包括地面和低层大气中）的两个或多个卫星通信站之间的通信．卫星通信的特点是通信覆盖范围大，只要在卫星波束（卫星上下行无线电信号）的覆盖范围内，任何两点之间都可进行通信．卫星通信可实现远距离的话音、数据、图像、视频传输等业务功能，是远程通信的重要手段之一．

知能概述

1．电磁波波速、波长λ和频率f的关系．

（1）波长：电流每振荡一次电磁波向前传播的距离叫作波长，用λ表示，单位是m．波长表示相邻两个波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离．

（2）频率：一秒内电流振荡的次数叫频率，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）．

（3）波速：一秒内电磁波传播的距离，用c表示，单位是m／s．

（4）波长、频率和波速的关系c＝λf．电磁波在真空中的波速c＝3×105 km／s．

2．各个波段的无线电波的传播方式和用途

3．电磁辐射危害人体的机理

电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等．

5G介绍

5G是第五代移动通信及其技术的简称．其最高理论传输速度可达每秒数十Gb，这比4G网络的传输速度快数百倍，1部超高画质电影可在1秒之内下载完毕．2019年11月，我国5G网络已实现商用．

（1）热效应：人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作．

（2）非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损伤．

（3）累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前，再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久而久之会成为永久性病态，危及生命．对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也可能会诱发想不到的病变，应引起警惕．

问题解决

例1　下列说法正确的是（　）．

A．频率越高的电磁波，传播速度越大

B．波长越短的电磁波，传播速度越大

C．频率越高的电磁波，波长越短

D．频率越高的电磁波，波长越长

（第十五届全国初中应用物理知识竞赛江苏预赛试题）

解题思路　电磁波在真空中的传播速度是一常数，为3×108 m／s．与频率、波长无关，波速、频率与波长的关系为c＝λf，频率越高的电磁波，波长越短．

例2　儿童要多参加户外运动，这是因为太阳光中的某种频率的电磁波可以促成维生素D的合成，从而促进骨骼对钙的吸收，这种电磁波是（　）．

A．红外线　B．紫外线　C．X射线　D．绿色光

（上海市第二十六届初中物理竞赛大同中学杯复赛试题）

解题思路　人体内的胡萝卜素经紫外线照射后变成维生素D，维生素D能促进人体对钙的吸收．

移动电话与固定电话的区别与联系

移动电话不需要电话线，比固定电话更方便．移动电话与固定电话的工作原理基本相同，只是声音信息不是由导线中的电流来传递，而是由空间的电磁波来传递的．

移动电话机既是无线电发射台又是无线电接收台．讲话的时候，电磁波把声音信息发射到空中，此时相当于广播电台，同时它又能从空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息，此时相当于收音机．

例3　王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门，当有人通过时，门会实现自动开闭．王勇同学对此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的．为此他反复做了几次试验：当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开；当把一个足球滚向自动门时，门自动打开；当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开．王勇同学根据探究试验的结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为其中最合理的猜想是（　）．

A．自动门“听”到来者的声音时，通过声控装置实现自动开闭

B．自动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭

C．自动门本身能发射出一种红外线信号，当此种信号被靠近的物体反射时，就会实现自动开闭

D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭

（第十六届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）

解题思路　分析时主要抓住：“无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开”，为什么门不打开？玻璃板是透明的，反射能力弱．而足球、人是不透明的，反射能力强．

例4　北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS）．系统由空间端、地面端和用户端（导航仪）组成，全部建成后可在全球范围内为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务．2012年12月27日，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务．关于“BDS”的工作过程，下列说法正确的是（　）．

A．导航仪只能接收地面端的中心控制系统的信息，而不能接收导航卫星的信息

B．导航仪只能接收导航卫星的信息，而不能向导航卫星发送信息

C．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播

D．导航仪与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的

（第二十三届全国初中应用物理知识竞赛巨人杯试题）

解题思路　导航仪不但能接收地面端的中心控制系统的信息，也能接收导航卫星的信息，还能向导航卫星发送信息．导航卫星发射的电磁波能在真空中传播，导航仪与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的．

北斗卫星导航系统介绍

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位通信系统（BDS），是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统．系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短文通信能力，目前已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns．北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，建成后将成为我国重要的空间和信息化基础设施，在交通、通信、电力、金融、气象、海洋、国防等领域发挥重要作用．

1．目前，很多汽车的驾驶室里都有一个叫作GPS（全球定位系统）接收器的装置．GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航．卫星向GPS接收器传送信息依靠的是（　）．

A．无线电波　B．红外线　C．紫外线　D．激光

（上海市第三十届初中物理竞赛大同中学杯初赛试题）

2．为了节能，商场安装了智能化的电动扶梯．无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人走近扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转．要实现这样的功能，需要安装传感器，则一般采用的传感器为（　）．

A．位移传感器　B．电压传感器

C．光电传感器　D．温度传感器

（上海市第二十九届初中物理竞赛大同中学杯复赛试题）

3．无线电广播所用的中波波段的频率是5．4×105　Hz～1．5×106　Hz，这个波段的波长范围是________m～________m．

（第七届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）

4．射电望远镜是用来观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电波的强度、频谱及偏振等量．射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似．射电望远镜接收的射电波是________（选填“无线电波”“红外线”“可见光”“紫外线”“X射线”“伽马射线”），射电望远镜的工作时段是________（选填“只能白天工作”“只能夜晚工作”“只能在晴朗的天气工作”“可以全天候工作”）．

（上海市第二十七届初中物理竞赛大同中学杯复赛试题）

5．如图所示，D1和D2是两个二极管．二极管是一种具有单向导电性能的器材，当有按图中箭头方向的电流通过二极管时，二极管的电阻为零，当有按图中箭头反方向的电流通过二极管时，二极管的电阻无穷大．电流表A的指针可以双向偏转．电阻R1、R2、R3的阻值均为3Ω，在a、b间接电压恒为9V的电源．当a接电源正极时，电流表A 的示数为_________A；当b接电源正极时，电流表A 的示数为_________A．

第5题图

（上海市第二十一届初中物理竞赛大同中学杯初赛试题）

6．在如图所示的电路中，W为一个稳压管，其作用是确保C、D之间的电压UCD不变，只要流过稳压管W的电流在5mA和25mA之间，UCD将稳定为15V．R2为一可变电阻，它的最小值为1000Ω，最大值为无穷大（即断路）．设电源电压U为25V，则当R2变化时，为了确保UCD为15V，则R1阻值的范围应为（　）．

第6题图

A．250Ω～2000Ω　B．400Ω～500Ω

C．250Ω～400Ω　D．500Ω～2000Ω

（上海市第二十八届初中物理竞赛初赛试题）

7．电视机的开启和关闭可以通过遥控器实现．遥控器用来控制电视机的是（　）．

A．红光　B．红外线　C．紫光　D．紫外线

（第十四届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）

8．按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0．5W／m2．若某一小型无线电通信装置的电磁辐射功率为1W，那么在距离该通信装置多远以外是符合规定的安全区域？（已知球面面积为S＝4πR2）（　）．

A．0．4m　B．0．5m　C．0．6m　D．0．7m

（浙江省第七届初中生自然科学竞赛复赛试题）

9．电视机的遥控器可以发射一种不可见光（红外线），用它来传递信息，实现对电视机的控制．某同学发现遥控器不对准电视机的控制窗口，而对着房中某些物体，按一下按钮，有时竟然也可以控制电视．这是因为（　）．

A．遥控器发出的红外线会自动拐弯

B．遥控器发出的红外线发生了反射

C．遥控器发出的红外线可以沿任意曲线传播

D．这种情况纯属偶然，没有什么科学依据(www.zuozong.com)

（浙江省第六届初中生自然科学竞赛初赛试题）

10．月球不像地球，在它周围空间没有大气层，甲、乙两人在月球上进行考察，若甲向上发射出信号弹，则乙（　）．

A．有可能看到闪光，但听不到响声

B．有可能听到响声，但看不到闪光

C．有可能先看到闪光，后听到响声

D．有可能先听到响声，后看到闪光

（重庆市物理知识竞赛初二年级初赛试题）

11．用遥控器调换电视机频道的过程，实际就是传感器把光信号转化为电信号的过程，下列属于这类传感器的是（　）．

A．走廊照明灯的声控开关

B．红外报警装置

C．自动洗衣机中的压力传感器

D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

（重庆市初中应用物理知识竞赛试题）

12．光在同种均匀介质中是沿直线传播的，小红一直不明白：在光纤通信中，光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路，从一端传到另一端的呢？后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动，她终于明白了：光信号在光纤中（　）．

A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播

B．就像电流沿弯曲导线那样传播

C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播

D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播

（第十八届全国初中应用物理知识竞赛试题）

13．下列有关激光应用的说法中，错误的是（　）．

A．利用激光进行室内照明

B．利用激光进行通信

C．利用激光加工坚硬的材料

D．利用激光进行长距离测距

（第十届全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）

14．我国曾成功发射地球同步气象卫星，卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的具有接收云层辐射热的红外线传感器完成的，云图上的黑点密集度由辐射红外线的云层温度高低决定，这是利用了红外线的（　）．

A．不可见性　B．热效应

C．穿透性　D．化学效应

（上海市第二十二届初中物理竞赛大同中学杯初赛试题）

15．电视台把无线电信号传送到高空中的通信卫星上，卫星再把信号传到地面上的其他地区，这样就实现了卫星电视传播．在调试过程中，电视台本身也需要接收卫星传回的信号，并和演播室用电缆传来的信号进行比较．这时发现，卫星传来的画面上，人物动作的变化总比电缆传来的画面上相应的变化发生得晚一些．

（1）解释产生这种时间延迟的原因．

（2）已知通信卫星的高度大约是36000km，无线电信号传播的速度与光速相同，估算画面延迟的时间．

（第六届全国初中应用物理知识竞赛试题）

16．现在很流行的数码相机的主要优点是可以直接生成数码照片，从而可以方便地进行编辑与加工，保存的时间也更长．而且数码照片还可以直接在电脑上显示出来，或者通过电子邮件传送出去．

右面是一款数码相机的电池的一些资料．

名　称：充电式锂离子电池

容　量：2200mAh

标称电压：3．7V

充电电压：4．2V

充电模式：恒流／恒压

完全充电：2200mA／4．2V，2．5h

最大持续放电电流：3300mA

循环寿命：500次

工作环境温度：-20℃～60℃

注意：不可将电池拆开、短路或投入火中，不要与其他种类电池混用，使用指定的充电器及正确方法对电池充电

执行标准：GB／T18650

数码相机的电源打开后，就处于待机状态，这时要消耗一定的电能；拍摄时，拍摄与处理数据所消耗的电能就更大．假设用一个充满电的电池作电源进行拍照，每5min拍一张照片，相机使用过程中的平均工作电流为0．2A．请估算一节充满电的电池最多可以拍摄多少张照片．

（第十六届全国初中应用物理知识竞赛试题）

17．有一种电脑电源适配器（即充电器）的铭牌如图所示．这款国产充电器，有九个国家或地区的认证标志，其中已经标出了八个．

（1）请你在第一个标志前的方框中填入所代表的国家名称及其英文名，并在铭牌下面的另三个图案下填写所表示的含义．

第17题图

（2）根据给出的数据，说明此电源适配器所适用的电源条件是什么．

（3）用它给配套的笔记本电脑供电使用时的耗电功率大约在什么范围？

（4）有人说：“如果适配器只是输入端插入电源，输出端不接用电器时就不耗电．”你认为对吗？请简要说明理由．

（第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题）

例1　C　例2　B　例3　C　例4　D

1．A　2．C

3．2．0×102；5．6×102

4．无线电波；可以全天候工作

5．9；1

6．B　流过稳压管W的电流在5mA时，流过R2的电流最大为＝15mA，R1的电流为20mA，R1的电阻为＝500Ω．当R2最大时，R2无穷大，即断路，流过稳压管W的电流最大为25mA，此时流过R1的电流也为25mA，R1的电阻为

7．B

8．A

9．B　10．A

11．B　遥控器调换电视机频道，把光信号转化为电信号，是光电传感器；走廊照明灯的声控开关是把声音信号转换成电信号控制电路通断，是声电传感器；自动洗衣机中的压力传感器控制水的注入，是压力传感器；电饭煲中控制加热和保温的温控器是热电传感器；红外报警装置属于光电传感器．

12．A　13．A　14．B

15．（1）因电磁波从电视台到卫星间的往返传播需要一定的时间．

（2）画面延迟的时间

16．电池充满电时储存在电池内的能量E＝UIt＝3．7V×2200×10-3　A×3600s＝29304J

每拍摄一张照片平均消耗的能量E1＝U1I1t1＝3．7V×0．2A×5×60s＝222J

拍摄照片的张数

17．（1）中国　China；防水；防触电；防摔打或易破损

（2）适用的电源条件是100V～240V、频率为50Hz～60Hz的交流电源．

（3）由P＝UI得100V×1．0A＝100W，240V×0．4A＝96W，所以耗电功率范围是96W～100W．

（4）不对．一定要拔下输入端的插头，否则适配器的初级电路通电，仍在耗电．