第3节 卫星通信和光纤通信
1.了解卫星通信、光纤通信的优点和原理。 2．通过学习现代通信知识，了解科技为人类生活带来的便利，提高学习科学的兴趣。
1．卫星通信
利用通信卫星作为微波通信的 来进行通信的方式叫作卫星通信。在地球的周围均匀地配置 颗地球静止卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。
2. 光纤通信
激光的特点是频率 、方向高度集中。光纤通信是利用 在光纤中传输信号的。光纤是由中央的玻璃芯和外面的反射层、保护层构成的，可以传输大量的信息。
重难突破
1．卫星通信
(1)卫星通信的组成。
卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星通信的工作原理是将卫星发射到赤道上空36 000 km处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。
(2)卫星通信特点。
通信范围大，只要在卫星发射的电磁波覆盖的范围内均可进行通信；不易受陆地灾害的影响，建设速度快；易于实现广播和多址通信。
【典例1】现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场的画面。下列说法正确的是 ( )
A.3颗地球静止卫星就可以实现全球通信
B．卫星只能接收电磁波，不能发射电磁波
C．北斗卫星导航系统利用了电磁波传递能量
D．只有地球静止卫星才能与地球通信
2．光纤通信
(1)光导纤维传光原理。
光导纤维传播激光的原理是光的全反射。携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在光纤内部传播时，发生的是全反射，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。
(2)光纤通信的优点。
①传输频带极宽，通信容量很大；
②光纤衰减小，无中继设备，传输距离远；
③不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
【典例2】如图所示是光导纤维的结构图，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用光作为载体来传递信息
B．光传播时在内芯与外套界面发生折射
C．光在光纤中沿着中轴线直线传播
D．光导纤维是用金属铜制成的
1．在地球周围均匀地配置________颗地球静止卫星就可以实现全球通信。卫星通信是利用了电磁波可以传递________(选填“能量”或“信息”)。电磁波在真空中的传播速度为________m/s。
2．现在许多长途电话是以地球静止卫星做中继站的，如图所示。打这种长途电话时，会感到对方的反应有些延迟。造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间。假设某颗人造卫星与地球的距离是36 000 km，则延迟的时间约为( )
A．0.12 s B．0.24 s
C．2.4 s D．0.012 s
3．光纤通信主要利用波长很________(选填“短”或“长”)的激光传输信息。如图所示，激光从光纤一端射入，在内壁上多次________，从另一端射出，把信息传到远方，无线电广播的音频信号在发射出去之前，必须加载到频率更________(选填“高”或“低”)的电流信号上。
1．古时候，北斗七星是人们用来辨别方向的重要指针。今天，我国自主研发的北斗卫星系统，已成为全球导航领域的璀璨明星。北斗卫星导航系统传递信息时是利用( )
A．电磁波 B．超声波
C．次声波 D．光纤
2．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．地球静止卫星作为传播微波的中继站，理论上用2颗地球静止卫星就可以实现全球通信
D．宇航员在太空中交流时利用超声波传递信息
3．从古至今，人类活动都离不开对信息的收集、传递和使用。下列说法错误的是( )
A．手机只能发射电磁波，不能接收电磁波
B．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s
C.5G技术采用无线电波传输信息，无线电波是电磁波
D．光纤通信是利用光在光导纤维中进行多次反射来传递信息的
4．随着科技的高速发展，光纤的应用使人们踏上了“信息高速公路”，电话、电视、广播等的信号及数据文件都可以在光纤中传播。这主要是利用光纤能够( )
A．照明 B．输电
C．通信 D．导热
5．光纤通信因其通信容量大、传输距离远，已经是现代通信的主要支柱之一。下列关于光纤通信的说法不正确的是( )
A．光纤通信是电磁波传递信息的一种方式
B．光纤通信用到的光是激光
C．光在光纤中沿直线传播
D．光纤通信比起微波通信其能加载更多的信息
能力达标
6．我国科学技术迅猛发展，在信息、能源等领域取得了辉煌的成就。下列说法正确的是( )
A．货运飞船到达空间站后携带的货物质量变小
B．地面指挥中心通过电磁波与“天问一号”传递信息
C．天文学家常用“光年”作为时间单位
D．光纤通信是利用激光在光导纤维中多次折射传输信息的
7．我国能前往月球背面采集样品，是因为有“鹊桥”中继卫星为探月任务提供了强有力的通信支持。如图所示，请你为“鹊桥”选址，将其位置选定在________(选填“A”“B”或“C”)点，可以实现地面指挥中心与月球背面的通信中转。
8．光导纤维由内芯和外套组成(如图甲)。若光在内芯中的传播速度为在真空中的传播速度的三分之二，那么光信号在光导纤维内芯中沿直线传播100 km，需要________s。互联网的光纤通信是利用光在光导纤维中多次反射来传输信息，当一束光与水平方向成45°角(如图乙)，从某点射到一段水平放置的长为0.850 mm、内径为50 μm的直光导纤维的边缘，光束进入此光导纤维内部(两端的边缘除外)后反射了________次。
第3节 卫星通信和光纤通信
1.了解卫星通信、光纤通信的优点和原理。 2．通过学习现代通信知识，了解科技为人类生活带来的便利，提高学习科学的兴趣。
1．卫星通信
利用通信卫星作为微波通信的中继站来进行通信的方式叫作卫星通信。在地球的周围均匀地配置3颗地球静止卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。
2. 光纤通信
激光的特点是频率单一、方向高度集中。光纤通信是利用激光在光纤中传输信号的。光纤是由中央的玻璃芯和外面的反射层、保护层构成的，可以传输大量的信息。
重难突破
1．卫星通信
(1)卫星通信的组成。
卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星通信的工作原理是将卫星发射到赤道上空36 000 km处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。
(2)卫星通信特点。
通信范围大，只要在卫星发射的电磁波覆盖的范围内均可进行通信；不易受陆地灾害的影响，建设速度快；易于实现广播和多址通信。
【典例1】现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场的画面。下列说法正确的是 ( )
A.3颗地球静止卫星就可以实现全球通信
B．卫星只能接收电磁波，不能发射电磁波
C．北斗卫星导航系统利用了电磁波传递能量
D．只有地球静止卫星才能与地球通信
解析 1颗地球静止卫星信号可以覆盖赤道120°的范围，故只需3颗即可实现全球信号覆盖，实现全球通信，A正确；卫星既能接收电磁波，也能发射电磁波信号，B错误；北斗卫星导航系统利用了电磁波能够传递信息的原理，C错误；除了地球静止卫星外，其他卫星也可以与地面实施通信，D错误。故选A。
答案 A
2．光纤通信
(1)光导纤维传光原理。
光导纤维传播激光的原理是光的全反射。携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在光纤内部传播时，发生的是全反射，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。
(2)光纤通信的优点。
①传输频带极宽，通信容量很大；
②光纤衰减小，无中继设备，传输距离远；
③不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
【典例2】如图所示是光导纤维的结构图，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用光作为载体来传递信息
B．光传播时在内芯与外套界面发生折射
C．光在光纤中沿着中轴线直线传播
D．光导纤维是用金属铜制成的
解析 光纤通信是将传送信号转化为光信号，再利用光作为载体来传播信息，在传播过程中运用光的反射进行传送，A正确，B、C错误；光导纤维是一种非常细的玻璃丝，D错误。故选A。
答案 A
随堂练习
知识点一 卫星通信
1．在地球周围均匀地配置________颗地球静止卫星就可以实现全球通信。卫星通信是利用了电磁波可以传递________(选填“能量”或“信息”)。电磁波在真空中的传播速度为________m/s。
【答案】3 信息 3×108
2．现在许多长途电话是以地球静止卫星做中继站的，如图所示。打这种长途电话时，会感到对方的反应有些延迟。造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间。假设某颗人造卫星与地球的距离是36 000 km，则延迟的时间约为( B )
A．0.12 s B．0.24 s
C．2.4 s D．0.012 s
【解析】无线电波传播的速度与光速相同，速度v＝3×108 m/s，无线电波从地球到卫星用的时间t＝＝＝0.12 s，延迟时间t′＝2t＝2×0.12 s＝0.24 s，故B符合题意，A、C、D不符合题意。故选B。
知识点二 光纤通信
3．光纤通信主要利用波长很________(选填“短”或“长”)的激光传输信息。如图所示，激光从光纤一端射入，在内壁上多次________，从另一端射出，把信息传到远方，无线电广播的音频信号在发射出去之前，必须加载到频率更________(选填“高”或“低”)的电流信号上。
【答案】短 反射 高
基础巩固
1．古时候，北斗七星是人们用来辨别方向的重要指针。今天，我国自主研发的北斗卫星系统，已成为全球导航领域的璀璨明星。北斗卫星导航系统传递信息时是利用( A )
A．电磁波 B．超声波
C．次声波 D．光纤
2．关于信息的传递，下列说法正确的是( B )
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．地球静止卫星作为传播微波的中继站，理论上用2颗地球静止卫星就可以实现全球通信
D．宇航员在太空中交流时利用超声波传递信息
3．从古至今，人类活动都离不开对信息的收集、传递和使用。下列说法错误的是( A )
A．手机只能发射电磁波，不能接收电磁波
B．电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s
C.5G技术采用无线电波传输信息，无线电波是电磁波
D．光纤通信是利用光在光导纤维中进行多次反射来传递信息的
4．随着科技的高速发展，光纤的应用使人们踏上了“信息高速公路”，电话、电视、广播等的信号及数据文件都可以在光纤中传播。这主要是利用光纤能够( C )
A．照明 B．输电
C．通信 D．导热
5．光纤通信因其通信容量大、传输距离远，已经是现代通信的主要支柱之一。下列关于光纤通信的说法不正确的是( C )
A．光纤通信是电磁波传递信息的一种方式
B．光纤通信用到的光是激光
C．光在光纤中沿直线传播
D．光纤通信比起微波通信其能加载更多的信息
能力达标
6．我国科学技术迅猛发展，在信息、能源等领域取得了辉煌的成就。下列说法正确的是( B )
A．货运飞船到达空间站后携带的货物质量变小
B．地面指挥中心通过电磁波与“天问一号”传递信息
C．天文学家常用“光年”作为时间单位
D．光纤通信是利用激光在光导纤维中多次折射传输信息的
7．我国能前往月球背面采集样品，是因为有“鹊桥”中继卫星为探月任务提供了强有力的通信支持。如图所示，请你为“鹊桥”选址，将其位置选定在________(选填“A”“B”或“C”)点，可以实现地面指挥中心与月球背面的通信中转。
【答案】C
8．光导纤维由内芯和外套组成(如图甲)。若光在内芯中的传播速度为在真空中的传播速度的三分之二，那么光信号在光导纤维内芯中沿直线传播100 km，需要________s。互联网的光纤通信是利用光在光导纤维中多次反射来传输信息，当一束光与水平方向成45°角(如图乙)，从某点射到一段水平放置的长为0.850 mm、内径为50 μm的直光导纤维的边缘，光束进入此光导纤维内部(两端的边缘除外)后反射了________次。
【答案】5×10－4 16
【解析】光在内芯中传播速度
v＝c＝×3×108 m/s
＝2×108 m/s
光信号在光导纤维内芯中沿直线传播需要的时间
t＝＝＝5×10－4 s
由题意知，光束在此光导纤维内部每反射一次传播的距离
s′＝50 μm/次＝5×10－2mm/次
光束在此光导纤维内部反射的次数n＝＝17次
因两端的边缘除外，反射的次数应减去1，所以光束在此光导纤维内部反射的次数为16次。
