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3.现在许多长途电话是以地球同步卫星做中继站的,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
B
)A.0.12 s
B.0.24 s
C.2.4 s
D.0.012 s
答案
3.B
解析
【分析】要计算延迟时间，需明确延迟是无线电波从地面到卫星再返回地面的总时间，因此总路程为卫星到地球距离的2倍；无线电波属于电磁波，传播速度等于光速（$3×10^8\ \mathrm{m/s}$），再根据速度公式$t=\frac{s}{v}$计算时间，计算时需统一单位。
【解析】已知无线电波的传播速度$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，卫星与地球的距离$s_0=36000\ \mathrm{km}=3.6×10^7\ \mathrm{m}$，延迟时间对应无线电波往返的总路程，即$s=2s_0=2×3.6×10^7\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{m}$。根据速度公式$t=\frac{s}{v}$，代入数据得延迟时间$t=\frac{7.2×10^7\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=0.24\ \mathrm{s}$，对应选项B。
【答案】B
【知识点】电磁波的传播、速度公式应用
【点评】本题结合卫星通信的实际场景，考查电磁波传播时间的计算，解题关键是明确延迟时间是无线电波往返的总路程，需注意单位换算，属于基础应用类题目，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】已知无线电波的传播速度$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，卫星与地球的距离$s_0=36000\ \mathrm{km}=3.6×10^7\ \mathrm{m}$，延迟时间对应无线电波往返的总路程，即$s=2s_0=2×3.6×10^7\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{m}$。根据速度公式$t=\frac{s}{v}$，代入数据得延迟时间$t=\frac{7.2×10^7\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=0.24\ \mathrm{s}$，对应选项B。
【答案】B
【知识点】电磁波的传播、速度公式应用
【点评】本题结合卫星通信的实际场景，考查电磁波传播时间的计算，解题关键是明确延迟时间是无线电波往返的总路程，需注意单位换算，属于基础应用类题目，难度适中。
【难度系数】0.5
4.在现代化农业生产中,利用智能视频监控与图像处理技术,可以实时获知作物长势,由此科学地判断作物整体的生长状态和营养水平。下列分析不合理的是 (
A.监测数据的传递,使用的是电磁技术
B.传感器将各种非电信号转换为电信号
C.这里的视频监控用到了透镜成像原理
D.图像存储在光导纤维和超导材料之中
D
)A.监测数据的传递,使用的是电磁技术
B.传感器将各种非电信号转换为电信号
C.这里的视频监控用到了透镜成像原理
D.图像存储在光导纤维和超导材料之中
答案
4.D
解析
【分析】本题需结合现代农业智能监控技术的相关原理，逐一分析各选项说法的合理性，找出不合理的选项。需明确数据传递方式、传感器功能、视频监控成像原理、图像存储介质等相关知识，判断每个选项的正误。
【解析】逐一分析选项：
A选项：监测数据的传递依靠电磁波（属于电磁技术），该说法合理；
B选项：传感器的作用是将非电信号（如作物的温度、光照等）转换为电信号，便于后续处理，该说法合理；
C选项：视频监控的摄像头利用凸透镜成倒立、缩小实像的透镜成像原理，该说法合理；
D选项：光导纤维是用于传输光信号的介质，超导材料是电阻为零的特殊材料，二者均无法存储图像，图像一般存储在硬盘、光盘等介质中，该说法不合理，因此选D。
【答案】D
【知识点】电磁技术应用、传感器原理、透镜成像
【点评】本题结合农业现代化的实际场景，考查物理知识在生活中的应用，需要学生对常见科技产品的原理有基本了解，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
【解析】逐一分析选项：
A选项：监测数据的传递依靠电磁波（属于电磁技术），该说法合理；
B选项：传感器的作用是将非电信号（如作物的温度、光照等）转换为电信号，便于后续处理，该说法合理；
C选项：视频监控的摄像头利用凸透镜成倒立、缩小实像的透镜成像原理，该说法合理；
D选项：光导纤维是用于传输光信号的介质，超导材料是电阻为零的特殊材料，二者均无法存储图像，图像一般存储在硬盘、光盘等介质中，该说法不合理，因此选D。
【答案】D
【知识点】电磁技术应用、传感器原理、透镜成像
【点评】本题结合农业现代化的实际场景，考查物理知识在生活中的应用，需要学生对常见科技产品的原理有基本了解，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
5.现代通信技术就像一把神奇的钥匙，打开了信息交流的新大门。下列关于现代通信的说法，不正确的是（
A.手机既能发射电磁波，也能接收电磁波
B.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信
C.6G是物联网构建的基础，在真空中的传播速度比5G大
D.电磁波不仅能传递声音信号，而且能传递图像信号
C
）A.手机既能发射电磁波，也能接收电磁波
B.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信
C.6G是物联网构建的基础，在真空中的传播速度比5G大
D.电磁波不仅能传递声音信号，而且能传递图像信号
答案
5.C
解析
【分析】本题考查现代通信的相关知识，需结合现代通信技术、电磁波的性质等知识点，逐一分析每个选项的说法是否正确，从而选出不正确的选项。
【解析】A选项：手机通过电磁波传递信息，既能发射电磁波（向外发送信号），也能接收电磁波（接收外界信号），该说法正确；B选项：卫星通信的原理是利用人造地球卫星作为中继站，转发地面站的信号，实现远距离通信，该说法正确；C选项：电磁波在真空中的传播速度是恒定的，均为光速（约3×10⁸m/s），与通信技术的代际（5G、6G）无关，该说法错误；D选项：电磁波可以携带声音信号（如手机通话的声音）和图像信号（如视频画面）进行传递，该说法正确。综上，不正确的说法是C选项。
【答案】C
【知识点】现代通信技术、电磁波的应用、电磁波的传播速度
【点评】本题属于基础概念题，主要考查学生对现代通信相关基础知识的掌握，难度不大，需准确记忆各通信方式的原理及电磁波的基本性质。
【难度系数】0.6
【解析】A选项：手机通过电磁波传递信息，既能发射电磁波（向外发送信号），也能接收电磁波（接收外界信号），该说法正确；B选项：卫星通信的原理是利用人造地球卫星作为中继站，转发地面站的信号，实现远距离通信，该说法正确；C选项：电磁波在真空中的传播速度是恒定的，均为光速（约3×10⁸m/s），与通信技术的代际（5G、6G）无关，该说法错误；D选项：电磁波可以携带声音信号（如手机通话的声音）和图像信号（如视频画面）进行传递，该说法正确。综上，不正确的说法是C选项。
【答案】C
【知识点】现代通信技术、电磁波的应用、电磁波的传播速度
【点评】本题属于基础概念题，主要考查学生对现代通信相关基础知识的掌握，难度不大，需准确记忆各通信方式的原理及电磁波的基本性质。
【难度系数】0.6
6.Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手机等终端设备以无线方式互相连接的技术,常见的连接方式是通过一个无线路由器来实现的。以下有关说法正确的是 (
A.无线路由器是通过电磁波向四周有效范围内的终端传送信息的
B.无线路由器是通过超声波向四周有效范围内的终端传送信息的
C.无线路由器向四周传送信息的速度大于光速
D.无线路由器向四周传送信息需要空气作为介质
A
)A.无线路由器是通过电磁波向四周有效范围内的终端传送信息的
B.无线路由器是通过超声波向四周有效范围内的终端传送信息的
C.无线路由器向四周传送信息的速度大于光速
D.无线路由器向四周传送信息需要空气作为介质
答案
6.A
解析
【分析】
要解决这道题，需明确Wi-Fi技术的信息传递载体，以及电磁波和声波的区别、电磁波的传播特性：首先，Wi-Fi是无线通信技术，利用电磁波传递信息；其次，超声波属于声波，声波传播需要介质，且速度远小于光速，而电磁波传播不需要介质，速度等于光速。接下来逐一分析每个选项即可得出答案。
【解析】
选项A：Wi-Fi技术依靠电磁波向终端传送信息，该说法正确。
选项B：超声波是声波，无法用于无线通信，Wi-Fi不用超声波，该说法错误。
选项C：电磁波的传播速度等于光速，并非大于光速，该说法错误。
选项D：电磁波的传播不需要介质，Wi-Fi传送信息不需要空气作为介质，该说法错误。
综上，正确答案为A。
【答案】
A
【知识点】
电磁波的应用、电磁波的传播特性
【点评】
本题考查电磁波在生活中的应用，属于基础识记类题目，需区分电磁波与声波的不同，掌握电磁波的传播特点，难度较低。
【难度系数】
0.8
要解决这道题，需明确Wi-Fi技术的信息传递载体，以及电磁波和声波的区别、电磁波的传播特性：首先，Wi-Fi是无线通信技术，利用电磁波传递信息；其次，超声波属于声波，声波传播需要介质，且速度远小于光速，而电磁波传播不需要介质，速度等于光速。接下来逐一分析每个选项即可得出答案。
【解析】
选项A：Wi-Fi技术依靠电磁波向终端传送信息，该说法正确。
选项B：超声波是声波，无法用于无线通信，Wi-Fi不用超声波，该说法错误。
选项C：电磁波的传播速度等于光速，并非大于光速，该说法错误。
选项D：电磁波的传播不需要介质，Wi-Fi传送信息不需要空气作为介质，该说法错误。
综上，正确答案为A。
【答案】
A
【知识点】
电磁波的应用、电磁波的传播特性
【点评】
本题考查电磁波在生活中的应用，属于基础识记类题目，需区分电磁波与声波的不同，掌握电磁波的传播特点，难度较低。
【难度系数】
0.8
1.在一个无色大塑料瓶的侧壁靠底部的位置钻一个小孔,用胶带粘住小孔,在瓶中装满水。在瓶的另一侧放一只激光手电筒。调节光束的方向,让光束正好能射中对侧的小孔(如图所示)。揭下胶带,让水流到下面的盆里,你会看到光随弯弯的水流照到盆底,在盆底产生一个光斑。
(1)在这个实验中,激光手电筒的光束是沿水流的
(2)实验中从瓶中流出的水柱相当于激光通信中的光导纤维,由此说明用来进行激光通信的导管
(3)猜想:在激光通信中,每一根光纤能不能同时传导多束激光而不相互干扰?
2.阅读材料,回答问题。
从光纤通信到量子通信——信息传输的新革命
在现代社会,光纤通信已成为互联网、电话、电视等信息传输的主要方式。光纤通信利用光信号在细长的玻璃光纤或塑料光纤中传播,以实现远距离的信息传输。然而,光信号在光纤中传播时,会受到信号衰减的影响,使得信息的传输距离受到限制。
在短距离光纤通信中,光信号的最大传播距离$ R $和发射功率$ P $之间存在一定的关系,经验上可以用以下近似公式描述:$ R = k × \sqrt{P} $($ k $是一个经验常数,在短距离光纤通信条件下可取$ 6300 \ \mathrm{m} · \mathrm{W}^{-\frac{1}{2}} $)。在长距离光纤通信中,工程师们通常不会单纯依赖提高功率,而是使用掺铒光纤放大器(EDFA)等设备接力来补偿信号损失,使得信息能够传输到上千公里远。
量子通信的传播机制不同于传统光纤通信。2016年,中国成功发射了“墨子号”量子科学实验卫星,实现了1200公里量子纠缠分发,远远超出了传统光纤通信在单次传输中的理论极限。传统光纤通信依靠光信号的强度来传输信息,而量子通信则利用光子的量子特性。
在量子通信中,量子纠缠允许两个光子处于“纠缠态”,无论它们相距多远,一个光子的状态变化,另一个光子的状态也会同步变化。此外,量子密钥分发(QKD)通过光子的量子态来加密信息,而不是依赖功率来传输信号,因此即使光子的功率极低,信息仍能安全地传输。
量子通信具有更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力和不可克隆性。一旦有人试图窃听,光子的量子态会发生不可逆的变化,从而被通信双方察觉,使信息传输更为安全。量子纠缠技术使得远距离的两个站点可以共享信息,而不会像传统通信那样因信号衰减而影响信息完整性。此外,量子通信对外界干扰不敏感,能够在复杂环境下稳定运行。最后,量子信息无法被复制或篡改,杜绝了数据伪造的可能性,进一步提升了通信的可靠性。尽管量子通信仍然面临技术挑战,但其独特的物理特性使其在未来的高安全性信息传输中展现出广阔的前景。
(1)与传统光纤通信相比,量子通信的优势是:
(2)若某光纤通信系统的发射功率为10 mW,该光信号的最大传播距离为
(3)量子通信技术在信息安全方面有重要应用。请举出一个日常生活中需要信息安全保护的例子,并说明信息安全的重要性。
(1)在这个实验中,激光手电筒的光束是沿水流的
内
(填“内”或“外”)壁经过多次反射
(填“反射”或“折射”),最后射到盆底。(2)实验中从瓶中流出的水柱相当于激光通信中的光导纤维,由此说明用来进行激光通信的导管
能
(填“能”或“不能”)弯曲。(3)猜想:在激光通信中,每一根光纤能不能同时传导多束激光而不相互干扰?
能
光纤通信的容量大,不受外界条件的干扰,传播很远,通信质量很高;在激光通信中,每一根光导纤维中能同时传导多束激光信号而不相互干扰。
。2.阅读材料,回答问题。
从光纤通信到量子通信——信息传输的新革命
在现代社会,光纤通信已成为互联网、电话、电视等信息传输的主要方式。光纤通信利用光信号在细长的玻璃光纤或塑料光纤中传播,以实现远距离的信息传输。然而,光信号在光纤中传播时,会受到信号衰减的影响,使得信息的传输距离受到限制。
在短距离光纤通信中,光信号的最大传播距离$ R $和发射功率$ P $之间存在一定的关系,经验上可以用以下近似公式描述:$ R = k × \sqrt{P} $($ k $是一个经验常数,在短距离光纤通信条件下可取$ 6300 \ \mathrm{m} · \mathrm{W}^{-\frac{1}{2}} $)。在长距离光纤通信中,工程师们通常不会单纯依赖提高功率,而是使用掺铒光纤放大器(EDFA)等设备接力来补偿信号损失,使得信息能够传输到上千公里远。
量子通信的传播机制不同于传统光纤通信。2016年,中国成功发射了“墨子号”量子科学实验卫星,实现了1200公里量子纠缠分发,远远超出了传统光纤通信在单次传输中的理论极限。传统光纤通信依靠光信号的强度来传输信息,而量子通信则利用光子的量子特性。
在量子通信中,量子纠缠允许两个光子处于“纠缠态”,无论它们相距多远,一个光子的状态变化,另一个光子的状态也会同步变化。此外,量子密钥分发(QKD)通过光子的量子态来加密信息,而不是依赖功率来传输信号,因此即使光子的功率极低,信息仍能安全地传输。
量子通信具有更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力和不可克隆性。一旦有人试图窃听,光子的量子态会发生不可逆的变化,从而被通信双方察觉,使信息传输更为安全。量子纠缠技术使得远距离的两个站点可以共享信息,而不会像传统通信那样因信号衰减而影响信息完整性。此外,量子通信对外界干扰不敏感,能够在复杂环境下稳定运行。最后,量子信息无法被复制或篡改,杜绝了数据伪造的可能性,进一步提升了通信的可靠性。尽管量子通信仍然面临技术挑战,但其独特的物理特性使其在未来的高安全性信息传输中展现出广阔的前景。
(1)与传统光纤通信相比,量子通信的优势是:
更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力和不可克隆性(写出两个即可)
。(请写两个)(2)若某光纤通信系统的发射功率为10 mW,该光信号的最大传播距离为
630
m。(3)量子通信技术在信息安全方面有重要应用。请举出一个日常生活中需要信息安全保护的例子,并说明信息安全的重要性。
答案
1.(1)内 反射 (2)能 (3)能。光纤通信的容量大,不受外界条件的干扰,传播很远,通信质量很高;在激光通信中,每一根光导纤维中能同时传导多束激光信号而不相互干扰。
2.(1)更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力和不可克隆性(写出两个即可)
(2)630
(3)信息安全非常重要,如网上银行的账号与密码要妥善保存,防止泄漏。如果这些信息被泄露,黑客可能会盗刷银行卡、转移资金,给用户带来直接的经济损失。自己的社交账号和密码要防止被盗用。在社交媒体平台上,用户会分享个人照片、生活经历、联系方式等大量个人信息。若信息安全得不到保障,这些信息可能被不法分子利用,进行精准诈骗、骚扰甚至身份盗用。比如,诈骗分子利用从社交媒体上获取的信息,冒充用户的亲友进行诈骗。
2.(1)更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力和不可克隆性(写出两个即可)
(2)630
(3)信息安全非常重要,如网上银行的账号与密码要妥善保存,防止泄漏。如果这些信息被泄露,黑客可能会盗刷银行卡、转移资金,给用户带来直接的经济损失。自己的社交账号和密码要防止被盗用。在社交媒体平台上,用户会分享个人照片、生活经历、联系方式等大量个人信息。若信息安全得不到保障,这些信息可能被不法分子利用,进行精准诈骗、骚扰甚至身份盗用。比如,诈骗分子利用从社交媒体上获取的信息,冒充用户的亲友进行诈骗。
解析
【分析】
本题分为两部分，第一部分通过水流传光的实验考查光的反射原理及光纤通信的特点；第二部分为阅读材料题，考查从材料中提取信息、公式计算及生活应用。解题思路：1. 实验题：回忆光在弯曲介质中传播的原理，激光在水流内壁发生多次反射，对应光纤通信的全反射原理，因此导管能弯曲，光纤可同时传导多束激光；2. 材料题：仔细阅读材料，提取量子通信的优势，注意公式计算时的单位转换，再结合生活实例说明信息安全的重要性。
【解析】
1. (1) 实验中，水流相当于光导纤维，激光在水流内部传播时，在内壁发生多次反射，从而将光传导到盆底，故填“内”“反射”；
(2) 水流是弯曲的，仍能传导激光，说明激光通信的导管能弯曲；
(3) 光纤通信的特点是容量大、抗干扰、通信质量高，每一根光纤可以同时传导多束激光而不相互干扰，故填“能”；
2. (1) 从材料中可知，量子通信的优势有更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力、不可克隆性等，任选两个即可；
(2) 已知公式$ R = k × \sqrt{P} $，$ k = 6300 \ \mathrm{m}·\mathrm{W}^{-\frac{1}{2}} $，发射功率$ P = 10 \ \mathrm{mW} = 0.01 \ \mathrm{W} $，代入得：$ R = 6300 × \sqrt{0.01} = 6300 × 0.1 = 630 \ \mathrm{m} $；
(3) 例如：网上银行的账号与密码需要妥善保存，防止泄漏。若这些信息被泄露，黑客可能会盗刷银行卡、转移资金，给用户带来直接的经济损失，因此信息安全至关重要。
【答案】
1.(1)内；反射 (2)能 (3)能。光纤通信的容量大，不受外界条件的干扰，传播很远，通信质量很高；在激光通信中，每一根光导纤维中能同时传导多束激光信号而不相互干扰。
2.(1)更高的安全性、长距离信息共享能力（或抗干扰能力、不可克隆性，写出两个即可） (2)630 (3)示例：网上银行的账号与密码要妥善保存，防止泄漏。如果这些信息被泄露，黑客可能会盗刷银行卡、转移资金，给用户带来直接的经济损失。自己的社交账号和密码要防止被盗用，若信息安全得不到保障，个人信息可能被不法分子利用进行诈骗，造成损失。
【知识点】
光的反射、光纤通信、量子通信
【点评】
本题结合实验与材料，考查光学基础原理、现代通信技术的相关知识，需要学生理解实验现象的本质，具备从材料中提取有效信息的能力，同时能运用公式进行简单计算，注重知识的应用与迁移，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题分为两部分，第一部分通过水流传光的实验考查光的反射原理及光纤通信的特点；第二部分为阅读材料题，考查从材料中提取信息、公式计算及生活应用。解题思路：1. 实验题：回忆光在弯曲介质中传播的原理，激光在水流内壁发生多次反射，对应光纤通信的全反射原理，因此导管能弯曲，光纤可同时传导多束激光；2. 材料题：仔细阅读材料，提取量子通信的优势，注意公式计算时的单位转换，再结合生活实例说明信息安全的重要性。
【解析】
1. (1) 实验中，水流相当于光导纤维，激光在水流内部传播时，在内壁发生多次反射，从而将光传导到盆底，故填“内”“反射”；
(2) 水流是弯曲的，仍能传导激光，说明激光通信的导管能弯曲；
(3) 光纤通信的特点是容量大、抗干扰、通信质量高，每一根光纤可以同时传导多束激光而不相互干扰，故填“能”；
2. (1) 从材料中可知，量子通信的优势有更高的安全性、长距离信息共享能力、抗干扰能力、不可克隆性等，任选两个即可；
(2) 已知公式$ R = k × \sqrt{P} $，$ k = 6300 \ \mathrm{m}·\mathrm{W}^{-\frac{1}{2}} $，发射功率$ P = 10 \ \mathrm{mW} = 0.01 \ \mathrm{W} $，代入得：$ R = 6300 × \sqrt{0.01} = 6300 × 0.1 = 630 \ \mathrm{m} $；
(3) 例如：网上银行的账号与密码需要妥善保存，防止泄漏。若这些信息被泄露，黑客可能会盗刷银行卡、转移资金，给用户带来直接的经济损失，因此信息安全至关重要。
【答案】
1.(1)内；反射 (2)能 (3)能。光纤通信的容量大，不受外界条件的干扰，传播很远，通信质量很高；在激光通信中，每一根光导纤维中能同时传导多束激光信号而不相互干扰。
2.(1)更高的安全性、长距离信息共享能力（或抗干扰能力、不可克隆性，写出两个即可） (2)630 (3)示例：网上银行的账号与密码要妥善保存，防止泄漏。如果这些信息被泄露，黑客可能会盗刷银行卡、转移资金，给用户带来直接的经济损失。自己的社交账号和密码要防止被盗用，若信息安全得不到保障，个人信息可能被不法分子利用进行诈骗，造成损失。
【知识点】
光的反射、光纤通信、量子通信
【点评】
本题结合实验与材料，考查光学基础原理、现代通信技术的相关知识，需要学生理解实验现象的本质，具备从材料中提取有效信息的能力，同时能运用公式进行简单计算，注重知识的应用与迁移，难度适中。
【难度系数】
0.6
