第十七章《电磁波与现代通信》-2023-2024学年九年级物理下册同步精品讲义及练习（含解析）

2023-2024学年九年级物理下册同步讲义及练习
第十七章《电磁波与现代通信》
姓名：_________ 班级：_________ 学号：_________
【知识梳理】
一、信息与信息传播
1．信息：各种事物发出的有意义的消息。
（1）人类特有的三种信息：语言、符号和图像。
（2）人类历史上，信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革：①语言的诞生；②文字的诞生；③印刷术的诞生；④电磁波的应用；⑤计算机与网络技术的应用。
2．早期的信息传播工具：烽火台、驿马、信鸽、电报机和早期电话等。
莫尔斯发明了电报机；贝尔发明了电话。
3．人类储存信息的工具有：(1)牛骨﹑竹简、木牍；(2)书；(3)磁盘﹑光盘、磁带。
二、电磁波及其传播
1．波
（1）波的概念：波是能传播周期性变化的运动形态，还能传递能量以及信息。
（2）波的基本特征：
振幅A：振动的幅度，它反映了震动的强弱。
周期T：振动一次所需要的时间，单位是s。
频率f：其数值等于每秒内振动的次数，单位是Hz，频率与周期反映了振动的快慢，。
波长λ：波在一个周期内传播的距离，或相邻的两个波峰或波谷的距离，单位是m。
波速v：波传播的速度，单位是m/s，它反映波传播的快慢。
（3）波的传播速度v与波长λ、频率f、周期T的关系是：
2．电磁波
（1）导线中电流迅速变化会在空间激起电磁波，电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。
记住：麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在；赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。
（2）特性：①电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，但金属可以屏蔽电磁波；②一切电磁波都具有能量，可以传递信息。
（3）电磁波在真空中传播的速度为3×108m/s，与光速相同，光波属于电磁波。
3．电磁波谱（按波长由小到大或频率由高到低排列）：γ射线、X射线、紫外线、可见光（红橙黄绿蓝靛紫）、红外线﹑微波、无线电波。
4．人类应用电磁波传播信息的历史经历了以下变化：
（1）传播的信息形式从文字（BB机）→声音（早期手机）→图像（当代手机）；
（2）传播的信息量由小到大；
（3）传播的距离由近到远；
（4）传播的速度由慢到快。
三、现代通信---走进信息时代
1．卫星通信
（1）卫星通信：用卫星作为中继站的微波通信。
（2）优点：①覆盖面大；②通信距离长；③不受地理环境限制。
缺点：①造价较高；②信号有零点几秒的时间延迟；③保密性差。
（3）应用：电话、电报、电视广播、全球定位、导航。
2．光纤通信
（1）光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式。
（2）发明人：高锟
（3）原理：携带信息的光从光导纤维的一端射人，在内壁上多次全反射，从另一端射出,这样就把光携带的信息传到了远方。
（4）优点：①容量极大；②不会受外界电磁场的干扰；③不怕潮湿、耐腐蚀、能量损耗低。
（5）缺点：①架设线路受地理条件限制；②光缆易被拉断。
3．互联网与信息高速公路
（1）互联网通信：计算机通过各种通信方式连接在一起，传递信息。
（2）互联网的用途：①发送电子邮件；②召开视频会议；③网上发布新闻；④远程教育；⑤远程会诊；⑥网上购物；⑦网上聊天；⑧汽车导航；⑨进行远程控制，实现资源共享等。
【易错点】
1．要想实现全球卫星通信，至少需要三颗卫星。
2．激光在光导纤维中传播时，由于光发生反射时，反射角较大，此时只发生反射不发生折射，因此称为全反射。
3．不同电磁波的频率不同，周期不同，在同种介质中传播速度相同。
【典例分析】
1．（2023·河北石家庄·九年级期末）关于信息传递，下列说法正确的是（　　）
A．光在光导纤维内壁上多次折射传递信息
B．手机通话是利用超声波传递信息
C．北斗卫星是通过电磁波传递信息，从而提供导航和通信服务
D．宇航员在空间站外交流可以使用超声波
2．（2023·吉林长春·九年级期末）下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．电磁波在空气中的传播速度是340m/s
B．电磁波只能传递声音信号，不能传递图像信号
C．微信聊天时手机发射的电磁波不能在真空中传播
D．北斗卫星定位系统既可以发射也可以接收电磁波
3．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
【夺冠训练】
一、单选题
1．新冠病毒疫情期间，额温枪因快速无接触测温的特点被广泛使用。额温枪，学名是“红外线测温仪”，测温原理中最关键的是从“电磁波信息”到“温度信息”的转换。下列说法中错误的是（　　）
A．额温枪扫人的头部，对人体有辐射伤害
B．额温枪接收人体辐射的电磁波，推测其重要结构为红外接收传感器
C．红外线的频率比可见光的频率低
D．红外线与无线电波在真空中的传播速度相等
2．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
3．下列说法正确的是（　　）
A．通过手语向听力障碍者传递信息，这是数字通信
B．没有手机、收音机、电视机的海边就没有电磁波
C．光信号在光导纤维中的传播速度是
D．通过调频日照新闻广播频道能听到频率为的声音
4．据网络信息，WIFI商业联盟，Wifi版本，标准和时间以及对应的参数统计如图，由图可知（　　）
Wifi版本 wifi标准 发布时间 最高传输速率 工作频段
Wifi 7 IEEE 802.1 lbc 2022年 30Gbits 2.4GHz，5GHz，6GHz
Wifi 6 IEEE 802.1 lax 2019年 11Gbps 2.4GHz或5GHz
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Wifi 1 IEEE 802.1 la 1999年 54Mbps 5GHz
A．随着Wifi版本的提升，信号电磁波的传播速度越来越快
B．某Wifi6版本的家用路由器工作信号属于无线电波
C．从电磁波谱图可以看出红外线的波长明显小于紫外线的波长
D．1999年实施的第一代Wifi工作频段为5GHz，说明当时已进入5G通信时代
5．关于信息的传递，下列说法正确的是（　　）
A．用月球做中继站，实现微波通信
B．用手机与另一部手机通话时，必须经过基地台才能实现
C．同步通信卫星作为传播微波的中继站用两颗同步卫星就可以实现全球通信
D．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
6．下列关于移动电话的说法中，错误的是（ ）
A．移动电话既能接收电磁波，也能发射电磁波
B．移动电话发射功率非常大，其天线的灵敏度很高
C．移动电话与其他用户通话需基地台转接
D．移动电话用微波信号与电话网络联系
7．中国的创新发展战略使科技领域不断取得新成果，下列说法不正确的是（　　）
A．智能机器人能完成实时图像传输、语音识别、自动避障等重要功能
B．2020年5月，珠峰登顶测高运用了北斗卫星系统，该系统是通过电磁波传递信息
C．无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装备操纵的不载人飞机
D．“5G”采用波长为1～10毫米的微波更好地传递信息，微波在真空中的传播速度大于光速
二、填空题
8．小明在电脑上收看春晚直播。小明家使用是光纤上网，因特网的信息是通过光导纤维传送的，在光导纤维中传递的是 _____（选填“电流”、“激光”或“微波”）；除观看视频、浏览网页外，使用因特网还可以_____（只需填写一种）
9．地球同步通讯卫星相对于地面是______的，它是利用______向地面传递信息的。
10．手机已经进入“5G”时代，所谓“5G”指的是第五代移动通信技术．“5G”手机传递信息的载体是频率更高的_____（填“超声波”或“电磁波”）；手机中科技含量最高的元件是芯片，芯片的核心部分主要是由_____（填“导体”、“半导体”或“绝缘体”）材料制成的；智能手机传递信息的电信号采用_____（填“模拟”或“数字”）信号。
1
参考答案
【典例分析】
1．C
【详解】A．核裂变是可控的，故目前世界上的核电站都是利用原子核分裂时释放出的能量发电的，故A错误；
B．天然气可以直接利用，属于一次能源；在使用后不能源源不断地获得，属于不可再生能源，故B错误；
C．电磁波可以传递信息，手机看综艺节目是靠电磁波传递音像信息的，故C正确；
D．能量的转化和转移都有一定的方向性，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】从能源是否可再利用的角度，可把能源分为可再生能源和不可再生能源，人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源，属于不可再生能源；在自然界中可以不断再生的能源，属于可再生能源。
AD．煤、石油属于化石燃料，不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故AD不符合题意；
B．潮汐能是因海水涨落及潮水流动所产生的能量，属于可再生能源，故B符合题意；
C．核燃料会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以，它属于不可再生能源，故C不符合题意。
故选B
3．C
【详解】A．核电站发电利用的是原子核的裂变，而不是聚变。故A错误；
B．能量在转移、转化过程中总是守恒的，但是能量的转化具有方向性，在能源的使用过程中，使能源从便于利用的变成不便于利用的，所以说能量虽守恒但还是要节约能源。故B错误；
C．根据能量转化特点可知，风力发电机主要是将风能转化为电能。故C正确；
D．可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源；一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源。水能、太阳能都是可再生能源，但核能属于不可再生能源。故D错误。
故选C。
【夺冠训练】
一、单选题
1．C
【详解】A．核能是不可再生能源，水能、太阳能都属于可再生能源，故A错误；
B．能量转化过程是有方向性的，故B错误；
C．太阳能电池板通过光电反应，能将太阳能直接转化为电能，故C正确；
D．核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量能量来发电的，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】A．能量在转化过程中都遵守能量守恒定律，所以总量不会减少，故A错误；
B．太阳能电板是将太阳能直接转化为电能，然后通过蓄电池存储起来，故B错误；
C．水电站的水轮机带动发电机发电过程中，消耗了水的机械能，获得了电能，故是将机械能转化为电能的过程，故C正确；
D．汽油机的效率只有20%30%，所以在做功冲程中将很少一部分内能转化为机械能，故D错误。
故选C。
3．A
【详解】可再生能源指的是在自然界可以循环再生，取之不尽，用之不竭的能源。如水能、风能、太阳能等；不可再生资源指的是无法在短时间内再生的能源，核能、化石燃料利用完后短时间内无法再生，因此属于不可再生资源。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
4．B
【详解】A．核电站主要是利用核的裂变进行发电的，其过程是将核能转化为内能，内能对外做功转化为机械能，然后带动发电机发电，机械能再转化为电能，故A错误；
B．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变，是一种热核反应，故B正确；
C．化石燃料指的是煤、石油、天然气，核能不是化石燃料，核能必须通过一次能源的消耗才可以得到，它是二次能源，核能是不可再生能源，故C错误；
D．太阳能是一种理想能源，但不是唯一，风能、水能、地热能等也是理想能源，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】必须通过一次能源的消耗才能得到的能源为二次能源，如汽油、酒精、液化石油气、电能、煤气、柴油等，其中电能最容易获得，也最方便向其它形式的能转化，被誉为二次能源的“骄子”，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
6．D
【详解】煤气是化石能源，属于不可再生能源，煤气是煤和水蒸气制取得到的，是二次能源，故ABC错误，D正确。
故选D。
7．B
【详解】A．海底富含甲烷的固体燃料是可燃冰，可燃冰的燃烧产物为水和二氧化碳，无其它污染物是清洁能源，故A正确，不符合题意；
B．可燃冰的密度大于水的密度，且1m3可燃冰的体积大于0.8m3水的体积，由m＝ρV可知，可燃冰的质量较大，故B错误，符合题意；
C．可燃冰存在于压强大、温度低的地方。在海底和冻土层可能存在“可燃冰”，故C正确，不符合题意；
D．1m3体积可燃冰可转化为164m3的天然气，所以相同体积的可燃冰完全燃烧所释放的热量是同体积天然气完全燃烧释放的热量的164倍，故D正确，不符合题意。
故选B。
8．A
【详解】除了地热能、潮汐能和核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能。
故选A。
9．D
【详解】A．煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能，故A正确，不符合题意；
B．太阳能的利用之一：用集热器把水等物质加热，太阳能集热器内部有涂黑的吸热板，可以吸收太阳辐射并转化为内能，故B正确，不符合题意；
C．在阳光照射时，太阳能电池可以将太阳能直接转化为电能，故C正确，不符合题意；
D．太阳能的能量来源是太阳内部核聚变产生的，故D错误，符合题意。
故选D。
10．A
【详解】目前人类使用的能源主要是化石能源，如煤炭、石油、天然气等，这类能源的实质是由古代生物固定下来的太阳能，属于不可再生能源，这类能源在被消耗后，因能量的转移或转化具有方向性，无法在短时间内再次生成，所以可利用的能源在逐渐减少，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
二、填空题
11．聚 裂
【详解】[1]人造太阳是利用较轻的氢原子核在高温下发生聚变而释放出核能。
[2]核电站利用的是铀核裂变时释放核能发电的。
12．核聚变 一次 1.3
【详解】[1][2]太阳能是太阳内部氢发生聚变反应产生的，这种反应已经持续了数十亿年，还将持续了数十亿年，所以对人类来说，太阳能是我们可以从自然界中源源不断获取的能源，即太阳能属于一次能源。
[3]由可得，则相当于完全燃烧的煤气的体积为
13．电 化学 电
【详解】[1][2][3]太阳能电池板就是将太阳能直接转化为电能的装置，蓄电池充电时电能转化为化学能；蓄电池放电时化学能转化为电能。所以，太阳能电池板白天将太阳能直接转化为电能，多余部分转化为化学能储存在蓄电池里，晚上再转化为电能用来照明。
14．可再生 污染少
【详解】[1]能够源源不断的从自然界得到的能源叫可再生能源；乙醇是由植物发酵而成，植物可以不断地从自然界中获取，所以乙醇属于可再生能源。
[2]乙醇燃烧产生二氧化碳和水，乙醇汽油相较使用汽油可以减少一氧化碳和碳氢化合物的主要污染物的排放，所以使用乙醇汽油较使用汽油的好处有：污染少。
15．越少 源源不断
【详解】[1]不可再生能源：指的是越用越少，不能在短期内从自然界得到补充的能源。
[2]可再生能源：指的是可从自然界中源源不断地得到的能源。
16．乙图 甲图
【详解】[1][2]获得核能的途径有：重核裂变以及轻核聚变。乙图中进行的是较重的原子核裂变成较轻的原子核的一种核反应，是核裂变，核电站利用可控的核裂变；甲图中是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应，是核聚变；在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能。
三、计算题
17．（1）1.05×107J；（2）2.1×107J；（3）800J
【详解】解：（1）水吸收的热量为
（2）由可知，太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为
（3）吸热时间为
根据题意可知，垂直于太阳光的1m2表面上，每秒钟接受到的太阳能为
答：（1）在这个过程中水吸收的热量是1.05×107J；
（2）已知这个太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%，太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为2.1×107J；
（3）这个太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能是800J。
18．（1）1.68×108J；（2）28%；（3）16.7m3；（4）产生大量的粉尘和有害气体，污染环境等．
【详解】（1）水吸收的热量：Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×500kg×（100℃-20℃）=1.68×108J．
（2）20kg煤完全燃烧放出的热量：
Q放=m煤q煤=20kg×3×107J/kg=6×108J，
则锅炉的效率：η=×100%=×100%=28%．
（3）由于锅炉的热效率不变，水吸收的热量不变，所以燃料燃烧放出的热量不变，
则天然气完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放=6×108J，
由Q=Vq得，烧开同样的水需要天然气的体积：V==≈16.7m3．
（4）煤燃烧时除产生大量颗粒物（包括一次PM2.5）外，还会形成二氧化硫、氮氧化物、烃类等有害气体，这些气态污染物在大气中又会发生一系列化学反应生成二次PM2.5等，对环境危害很大。