第十九章知識(shí)加油站電磁波與信息時(shí)代一、選擇題1.我國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有定位、導(dǎo)航和通信等功能，它傳遞信息是利用(A)A.電磁波 B.超聲波C.次聲波 D.光纖2.中考考場(chǎng)內(nèi)常用的電波鐘通過(guò)接收無(wú)線電信號(hào)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)校正，從而實(shí)現(xiàn)所有考場(chǎng)時(shí)間顯示的精準(zhǔn)性和一致性。電波鐘接收的信號(hào)是(C)第2題圖A.紅外線 B.超聲波C.電磁波 D.次聲波3.某款折疊屏手機(jī)以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和先進(jìn)的技術(shù)在市場(chǎng)上占據(jù)了重要地位，下列說(shuō)法正確的是(C)A.5G網(wǎng)絡(luò)信息的載體是超聲波B.5G網(wǎng)絡(luò)下載速度和傳播速度都比4G網(wǎng)絡(luò)大C.5G網(wǎng)絡(luò)的頻率比4G網(wǎng)絡(luò)更高D.折疊屏的柔性發(fā)光二極管主要是由超導(dǎo)體材料制成的解析：5G網(wǎng)絡(luò)信息的載體是電磁波，故A錯(cuò)誤；5G網(wǎng)絡(luò)下載速度比4G網(wǎng)絡(luò)大，傳播速度和4G網(wǎng)絡(luò)相同，都等于光速，故B錯(cuò)誤；波速一定時(shí)，波長(zhǎng)與頻率成反比，5G網(wǎng)絡(luò)電磁波的波長(zhǎng)比4G網(wǎng)絡(luò)更短，5G網(wǎng)絡(luò)的頻率比4G網(wǎng)絡(luò)更高，故C正確；半導(dǎo)體具有單向?qū)щ娦?，常用于制作二極管，因此折疊屏的柔性發(fā)光二極管主要是由半導(dǎo)體材料制成的，故D錯(cuò)誤。故選C。4.2024年是中國(guó)全面接入互聯(lián)網(wǎng)30周年，也是AI引領(lǐng)科技變革爆發(fā)的元年。關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)通信，下列說(shuō)法正確的是(C)A.無(wú)線通信是利用超聲波傳遞信息的B.電磁波不能在真空中傳播C.光纖通信是利用光在光纖中進(jìn)行多次反射來(lái)傳遞信息的D.電磁波在空氣中的傳播速度為340m/s5.關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列判斷正確的是(A)A.地球同步衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同B.地球同步衛(wèi)星在空中靜止不動(dòng)C.地球同步衛(wèi)星和月球一樣每天繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周D.地球同步衛(wèi)星作為傳播微波的中繼站，地球上空至少要4顆才能將信號(hào)覆蓋全球解析：地球同步衛(wèi)星是指環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)且周期跟地球自轉(zhuǎn)的周期相同的衛(wèi)星。用同步衛(wèi)星作為微波的中繼站，只需要在地球赤道上方距地面某一高度的圓周上均勻放置三顆通信衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)全球通信。6.伽馬射線的頻率超過(guò)3×1019Hz，有極強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，對(duì)細(xì)胞有殺傷力。下列關(guān)于伽馬射線說(shuō)法不正確的是(C)A.伽馬射線是一種電磁波B.伽馬射線的頻率高，在真空中的傳播速度為3×108m/sC.伽馬射線的傳播需要介質(zhì)D.伽馬射線在醫(yī)療上可以用來(lái)治療腫瘤解析：伽馬射線是一種電磁波，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，故A正確，C錯(cuò)誤；伽馬射線的頻率超過(guò)3×1019Hz，頻率高，伽馬射線屬于電磁波，電磁波在真空中的傳播速度為3×108m/s，故B正確；伽馬射線有極強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，對(duì)細(xì)胞有殺傷力，在醫(yī)療上可以用來(lái)治療腫瘤，故D正確。7.當(dāng)手機(jī)開啟熱點(diǎn)功能為電腦、平板等帶有Wi-Fi功能的設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)支撐時(shí)，它相當(dāng)于(A)A.無(wú)線路由器 B.微波中繼站C.服務(wù)器 D.基站解析：當(dāng)手機(jī)開啟熱點(diǎn)功能為電腦、平板等帶有Wi-Fi功能的設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)支撐時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)臨時(shí)的無(wú)線路由器，故A符合題意，B、C、D不符合題意。二、填空題8.濟(jì)寧有著悠久的歷史文化，又具有巨大發(fā)展?jié)摿?，如圖為濟(jì)寧老運(yùn)河、太白樓和通訊大廈交相呼應(yīng)的場(chǎng)景，水中倒影的成像原理是__光的反射__，通訊大廈是保障濟(jì)寧有線和無(wú)線信號(hào)暢通的重要職能部門，其中光纖是利用激光運(yùn)載著信號(hào)在光纖中不斷發(fā)生__反射__來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)摹５?題圖9.如圖所示是珠海航展上展示的偵察型機(jī)器狗，不但小巧靈活，而且配備4D超廣角激光雷達(dá)和攝像頭，能快速接近偵察目標(biāo)并通過(guò)__電磁波__(選填“電磁波”或“超聲波”)實(shí)時(shí)傳輸畫面給指揮中心。當(dāng)機(jī)器狗靠近偵查物體時(shí)，畫面中的像__變大__(選填“變大”或“變小”)，攝像機(jī)的鏡頭應(yīng)適當(dāng)__前推__(選填“前推”或“后縮”)。第9題圖10.如圖所示，電磁波家族有無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線等，它們的__波速__(選填“頻率”“波長(zhǎng)”或“波速”)相同；其中的微波可以加熱含水的食物，市面上大多數(shù)微波爐的門都是用特殊玻璃制造的，電磁波__能__(選填“能”或“不能”)在玻璃中傳播。第10題圖11.科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，用特定波長(zhǎng)的紅光持續(xù)照射人體背部15min，可明顯刺激人體線粒體，降低血糖水平。該紅光的波形圖如圖所示，已知OA＝AB＝BC＝CD＝335nm，則該紅光的波長(zhǎng)為__670__nm，合__6.7×10-7__m。第11題圖12.納米涂層因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在電磁波吸收領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。小明同學(xué)在家進(jìn)行了“濃墨涂層大量吸收電磁波的實(shí)驗(yàn)探究”。實(shí)驗(yàn)器材：墨、硯臺(tái)、膠水、兩個(gè)相同的鹽水瓶、兩支溫度計(jì)、一個(gè)大功率白熾燈。實(shí)驗(yàn)步驟：①用墨在硯臺(tái)上研磨出濃墨汁，加入適量膠水，選甲、乙兩個(gè)相同的鹽水瓶，甲瓶用墨汁涂滿外壁；②待涂抹的墨汁干后，將溫度計(jì)通過(guò)瓶塞分別置于兩個(gè)空鹽水瓶中，放在大功率白熾燈前；③過(guò)一段時(shí)間，讀出兩瓶中溫度計(jì)的示數(shù)，分別記作t甲和t乙。以上實(shí)驗(yàn)中通過(guò)__溫度計(jì)示數(shù)的變化__反映對(duì)電磁波的吸收效果。若涂有墨汁(即納米涂層)的鹽水瓶能很好地吸收電磁輻射，則t甲__＞__(選填“＞”“＜”或“＝”)t乙。若納米涂層能很好地吸收電磁輻射，請(qǐng)寫出該材料可能的一項(xiàng)應(yīng)用：__隱形飛機(jī)(合理即可)__。解析：實(shí)驗(yàn)中大功率白熾燈發(fā)出的電磁波被鹽水瓶吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)溫度上升，因此通過(guò)觀察溫度計(jì)示數(shù)的變化反映對(duì)電磁波的吸收效果。如果墨汁涂層能有效吸收電磁輻射，則涂有墨汁的鹽水瓶溫度會(huì)比沒有涂墨汁的鹽水瓶溫度更高，即t甲>t乙。納米涂層能很好地吸收電磁輻射，可以應(yīng)用在隱形飛機(jī)。13.如圖是無(wú)線電廣播的工作過(guò)程簡(jiǎn)易圖。話筒把播音員的__聲__信號(hào)轉(zhuǎn)變成__電__信號(hào)，調(diào)制器把音頻信號(hào)加載到__高頻__電流上發(fā)射到空中，收音機(jī)接收到各種電磁波并從中選出特定頻率的信號(hào)。通過(guò)解調(diào)將__音頻__信號(hào)留下，通過(guò)__揚(yáng)聲器__把播音員的聲音從收音機(jī)播放出來(lái)。第13題圖14.電視信號(hào)的傳送是將頻率較低的音頻信號(hào)和視頻信號(hào)加載到頻率更高的電流上，產(chǎn)生電磁波發(fā)射到天空中，這種電流叫做射頻電流。如圖所示是音頻信號(hào)、視頻信號(hào)和射頻信號(hào)波形的示意圖，其中表示射頻信號(hào)的是__丙__，該信號(hào)在真空中傳播速度為__3×108__m/s。第14題圖解析：音頻信號(hào)頻率在幾十赫到幾十千赫，視頻信號(hào)頻率在幾赫到幾兆赫，視頻信號(hào)的頻率大于音頻信號(hào)的頻率，射頻電流是把音頻信號(hào)和視頻信號(hào)加載到頻率更高的電流上，因此頻率最高的是射頻信號(hào)。由波形圖可知，丙頻率最高為射頻信號(hào)，甲頻率最低為音頻信號(hào)，乙為視頻信號(hào)，該信號(hào)在真空中傳播速度為3×108m/s。三、實(shí)驗(yàn)題15.小明用五號(hào)電池A、B做了如下實(shí)驗(yàn)。第15題圖(1)如圖甲為小明用電池B制作的“神奇轉(zhuǎn)框”，金屬轉(zhuǎn)框的上部中央與電池正極相連，下部緊貼在與電池負(fù)極相連的柱形物兩側(cè)，金屬轉(zhuǎn)框就可繞電池及柱形物持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。柱形物的材料應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性、__磁性__(填物理屬性)。(2)用細(xì)線吊住電池A，然后將一本《物理》課本__垂直__放在課桌面上，若發(fā)現(xiàn)__細(xì)線與課本平行__現(xiàn)象，則可以判斷課桌面是水平的。(3)如圖乙所示，小明在打開的收音機(jī)附近，將導(dǎo)線一端與電池B的一極相連，然后再用導(dǎo)線的另一端與電池B的另一極時(shí)斷時(shí)續(xù)地接觸，從收音機(jī)中能聽到“咔咔”的聲音。這驗(yàn)證了__電磁波__的存在。16.如圖甲、乙所示是家用微波爐及其銘牌。小徐對(duì)微波加熱食物的原理感到好奇，查閱資料后得知：(a)水分子會(huì)發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)的固有頻率為2450MHz(1MHz＝106Hz)，若受到頻率相同或相近的波激發(fā)，水分子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)加??；(b)微波的振動(dòng)頻率為300～300000MHz，可以穿過(guò)玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但遇到金屬就會(huì)發(fā)生反射。第16題圖(1)該微波爐正常工作0.1h，耗電__0.08__kW·h。(2)結(jié)合所學(xué)知識(shí)及上述信息，簡(jiǎn)述微波加熱食物的原理：__微波加熱食品的過(guò)程是食物中各種分子隨微波引起的振蕩電場(chǎng)的變化而振動(dòng)，使食物的內(nèi)能增加，溫度升高_(dá)_。(3)若要加熱牛奶到60℃左右，應(yīng)將牛奶倒入__A__中，再放入微波爐加熱。A.耐高溫的玻璃杯B.耐高溫的不銹鋼杯C.耐熱溫度50℃的一次性紙杯四、計(jì)算題17.為了測(cè)出某時(shí)刻火星到地球的距離，科學(xué)家們向火星發(fā)射了一束頻率為600MHz的電磁波，7min后地面雷達(dá)接收到了反射波。求：(真空中電磁波的傳播速度為c＝3×108m/s)(1)此時(shí)火星到地球的距離；(2)該電磁波的波長(zhǎng)。(已知波速c、波長(zhǎng)λ與頻率f的關(guān)系為c＝λf)解：(1)已知電磁波從地球發(fā)射到火星再反射回地球，總共用時(shí)t＝7min＝7×60s＝420s，因?yàn)殡姶挪ㄗ吡艘粋€(gè)往返，所以火星到地球的單程距離s＝eq\f(1,2)ct＝eq\f(1,2)×3×108m/s×420s＝6.3×1010m。(2)根據(jù)公式c＝λf，可得波長(zhǎng)λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108m/s,6×108Hz)＝0.5m。18.中國(guó)月球探測(cè)車要在月球背面登陸，但在月球背面無(wú)法與地球上的控制中心直接聯(lián)系，因此在2018年5月發(fā)射了中繼衛(wèi)星“鵲橋”，無(wú)線電波通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行中轉(zhuǎn)，為地月之間通信提供支持。某一時(shí)刻，地球、月球、“鵲橋”衛(wèi)星位置如圖所示，“鵲橋”衛(wèi)星距離地球約4.5×108m，已知無(wú)線電波在太空的傳播速度為3×108m/s，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)地球上的人們無(wú)法看見月球背面是因?yàn)開_光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播__(填光學(xué)現(xiàn)象)，衛(wèi)星信號(hào)不用超聲波來(lái)傳播是因?yàn)開_聲音不能在真空中傳播__。(2)當(dāng)?shù)厍蛐l(wèi)星控制中心向“鵲橋”衛(wèi)星發(fā)出無(wú)線電波指令，“鵲橋”衛(wèi)星多久會(huì)收到指令？(3)“鵲橋”衛(wèi)星將指令傳輸給月球背面的探測(cè)車時(shí)，需要0.2s，則此時(shí)“鵲橋”衛(wèi)星離月球背面的探測(cè)車距離有多遠(yuǎn)？第18題圖解：(2)由v＝eq\f(s,t)可知，當(dāng)?shù)厍蛐l(wèi)星控制中心向“鵲橋”衛(wèi)星發(fā)出無(wú)線電波指令，電磁波傳播到“鵲橋”衛(wèi)星的時(shí)間t＝eq\f(s,v)＝eq\f(4.5×108m,3×108m/s)＝1.5s。(3)由v＝eq\f(s,t)可知，“鵲橋”衛(wèi)星離月球背面的探測(cè)車的距離s′＝vt′＝3×108m/s×0.2s＝6×107m。五、綜合能力題19.閱讀材料，回答問(wèn)題。手機(jī)信號(hào)屏蔽器隨著高科技發(fā)展的日新月異，為防止考試作弊，每個(gè)考場(chǎng)都會(huì)放置一個(gè)手機(jī)信號(hào)屏蔽器。那么手機(jī)信號(hào)屏蔽器的原理是什么呢？手機(jī)工作時(shí)是在一定的頻率范圍內(nèi)和基站通過(guò)無(wú)線電波連接起來(lái)，以一定的波特率和調(diào)制方式完成數(shù)據(jù)和聲音的傳輸。針對(duì)手機(jī)通信的原理，手機(jī)信號(hào)屏蔽器在工作過(guò)程中以一定的速度從低端頻率向高端頻率掃描，該掃描速度可以在手機(jī)接收?qǐng)?bào)文信號(hào)中形成亂碼干擾，使手機(jī)不能檢測(cè)出從基站發(fā)出的正常數(shù)據(jù)，無(wú)法與基站建立連接，達(dá)到屏蔽手機(jī)信號(hào)的目的，從而使手機(jī)表現(xiàn)為搜索網(wǎng)絡(luò)無(wú)信號(hào)、無(wú)服務(wù)系統(tǒng)等現(xiàn)象。隨著5G手機(jī)的普及，相應(yīng)地出現(xiàn)了5G全頻段信號(hào)屏蔽器，可以使5G手機(jī)信號(hào)也被屏蔽。(1)手機(jī)和基站之間連接的無(wú)線電波__屬于__(選填“屬于”或“不屬于”)電磁波。(2)手機(jī)信號(hào)屏蔽器主要是阻礙無(wú)線電波傳遞__信息__(選填“信息”或“能量”)。(3)手機(jī)信號(hào)屏蔽器的作用頻率有800MHz、900MHz、2000MHz等幾個(gè)不同的頻率，這幾個(gè)不同頻率的無(wú)線電波在真空中的傳播速度是__相同__(選填“相同”或“不同”)的。(4)針對(duì)“手機(jī)信號(hào)屏蔽器