9.阅读材料,回答问题。
5G通信:让信息“飞”得更快
5G是指第五代移动通信技术,就像升级版的“信息高速公路”,它比4G速度更“快”(理论峰值可达每秒10 Gb,是4G的10倍)、延迟更低(反应时间可达1 ms)。
5G通信还具有以下特点:
①高频波传递信息。5G使用比4G频率更高的无线电波(如毫米波),就像把单车道换成十车道,单位时间内能传输更多数据;但高频波传播距离短,需要更多基站支持。
②基站与天线协作。5G基站(小型基站为主)和智能天线(波束成形技术)会像“精准导航”一样,将信号直接对准你的手机,减少干扰和能耗。
③多设备连接能力。我们试着用吸管吹纸屑,4G像普通吸管,一次只能吹起少量的纸屑,而5G像一捆吸管,能同时吹起更多的纸屑,这就是“多设备连接”的形象比喻。5G网络可以“切”成多个虚拟通道,能同时提供自动驾驶通道(超低延迟)、上网课通道(高速稳定)、智能家居通道,并且互不干扰。
5G在生活中有哪些应用?目前正在应用的有:VR课堂——戴上眼镜就能“走进”虚拟实验室,实时互动无卡顿;远程医疗——医生通过5G操控机器人做手术,画面零延迟;智能城市——路灯、垃圾桶联网,自动调节亮度或通知清理等。
5G这么好,我国目前的研发和应用情况是怎样的呢?可以毫不夸张地说,我国5G领跑世界。截至2023年,中国建成全球最大5G网络,基站超380万个(占全球60%以上),是掌握5G全产业链技术的国家之一。
(1)5G信号比4G更“快”,对“快”的理解是指什么?“快”的原因是什么?
(2)城市里需要的5G基站要比4G更多,为什么?
(3)利用5G进行远程操控机器人进行手术,利用了5G通信的哪些特点?
(4)调查父母使用的手机是5G的吗?
5G通信:让信息“飞”得更快
5G是指第五代移动通信技术,就像升级版的“信息高速公路”,它比4G速度更“快”(理论峰值可达每秒10 Gb,是4G的10倍)、延迟更低(反应时间可达1 ms)。
5G通信还具有以下特点:
①高频波传递信息。5G使用比4G频率更高的无线电波(如毫米波),就像把单车道换成十车道,单位时间内能传输更多数据;但高频波传播距离短,需要更多基站支持。
②基站与天线协作。5G基站(小型基站为主)和智能天线(波束成形技术)会像“精准导航”一样,将信号直接对准你的手机,减少干扰和能耗。
③多设备连接能力。我们试着用吸管吹纸屑,4G像普通吸管,一次只能吹起少量的纸屑,而5G像一捆吸管,能同时吹起更多的纸屑,这就是“多设备连接”的形象比喻。5G网络可以“切”成多个虚拟通道,能同时提供自动驾驶通道(超低延迟)、上网课通道(高速稳定)、智能家居通道,并且互不干扰。
5G在生活中有哪些应用?目前正在应用的有:VR课堂——戴上眼镜就能“走进”虚拟实验室,实时互动无卡顿;远程医疗——医生通过5G操控机器人做手术,画面零延迟;智能城市——路灯、垃圾桶联网,自动调节亮度或通知清理等。
5G这么好,我国目前的研发和应用情况是怎样的呢?可以毫不夸张地说,我国5G领跑世界。截至2023年,中国建成全球最大5G网络,基站超380万个(占全球60%以上),是掌握5G全产业链技术的国家之一。
(1)5G信号比4G更“快”,对“快”的理解是指什么?“快”的原因是什么?
(2)城市里需要的5G基站要比4G更多,为什么?
(3)利用5G进行远程操控机器人进行手术,利用了5G通信的哪些特点?
(4)调查父母使用的手机是5G的吗?
答案
(1)“快”是指 5G 单位时间内传递的信号更多,不是指电磁波的速度更快。“快”的原因是5G 信号使用的电磁波频率更高。
(2)5G 的高频信号传播距离短,所以需要支持的基站更多。
(3)利用了 5G 的低延迟、传输信号更“快”等特点。
(4)略
(2)5G 的高频信号传播距离短,所以需要支持的基站更多。
(3)利用了 5G 的低延迟、传输信号更“快”等特点。
(4)略
解析
【分析】
解题时需结合材料描述和已学的电磁波相关知识逐步分析:①第(1)问首先明确电磁波在空气中传播速度是固定值,因此5G的“快”不是传播速度快,再定位材料中关于5G速度、高频波的描述,即可找到“快”的含义和原因;②第(2)问直接定位材料中高频波特点的段落,提取“高频波传播距离短”的信息即可解答;③第(3)问结合远程手术对零延迟、画面清晰不卡顿的需求,对应5G的特点即可;④第(4)问属于实践调查类问题,实际询问父母的手机情况即可。
【解析】
(1) 已学知识可知电磁波在同种均匀介质中的传播速度是固定的,在空气中近似等于光速,因此5G的“快”不是指电磁波的传播速度更快。结合材料中“单位时间内能传输更多数据”“使用比4G频率更高的无线电波”的描述,可知“快”指5G单位时间内传递的信号(数据量)更多,原因是5G使用的电磁波频率更高,单位时间可传输的信息量更大。
(2) 由材料可知5G使用高频无线电波,高频波的传播距离更短,要覆盖相同的区域,需要建设更多基站保证信号覆盖,因此城市需要的5G基站比4G更多。
(3) 远程操控机器人做手术要求操控信号无延迟、手术画面传输清晰不卡顿,对应5G通信低延迟、传输速度快(单位时间传输数据量多)的特点。
(4) 该题为实践调查题,向父母确认其使用的手机是否支持5G,根据实际情况回答即可。
【答案】
(1)“快”是指 5G 单位时间内传递的信号更多,不是指电磁波的速度更快。“快”的原因是5G 信号使用的电磁波频率更高。
(2)5G 的高频信号传播距离短,所以需要支持的基站更多。
(3)利用了 5G 的低延迟、传输信号更“快”等特点。
(4)略
【知识点】
电磁波的传播、移动通信、信息传递
【点评】
本题结合前沿科技5G通信设置问题,既考查学生从材料中提取有效信息的能力,又考查对电磁波、移动通信相关知识的掌握,贴合生活实际,能帮助学生体会物理知识在科技发展中的应用价值。
【难度系数】
0.8
解题时需结合材料描述和已学的电磁波相关知识逐步分析:①第(1)问首先明确电磁波在空气中传播速度是固定值,因此5G的“快”不是传播速度快,再定位材料中关于5G速度、高频波的描述,即可找到“快”的含义和原因;②第(2)问直接定位材料中高频波特点的段落,提取“高频波传播距离短”的信息即可解答;③第(3)问结合远程手术对零延迟、画面清晰不卡顿的需求,对应5G的特点即可;④第(4)问属于实践调查类问题,实际询问父母的手机情况即可。
【解析】
(1) 已学知识可知电磁波在同种均匀介质中的传播速度是固定的,在空气中近似等于光速,因此5G的“快”不是指电磁波的传播速度更快。结合材料中“单位时间内能传输更多数据”“使用比4G频率更高的无线电波”的描述,可知“快”指5G单位时间内传递的信号(数据量)更多,原因是5G使用的电磁波频率更高,单位时间可传输的信息量更大。
(2) 由材料可知5G使用高频无线电波,高频波的传播距离更短,要覆盖相同的区域,需要建设更多基站保证信号覆盖,因此城市需要的5G基站比4G更多。
(3) 远程操控机器人做手术要求操控信号无延迟、手术画面传输清晰不卡顿,对应5G通信低延迟、传输速度快(单位时间传输数据量多)的特点。
(4) 该题为实践调查题,向父母确认其使用的手机是否支持5G,根据实际情况回答即可。
【答案】
(1)“快”是指 5G 单位时间内传递的信号更多,不是指电磁波的速度更快。“快”的原因是5G 信号使用的电磁波频率更高。
(2)5G 的高频信号传播距离短,所以需要支持的基站更多。
(3)利用了 5G 的低延迟、传输信号更“快”等特点。
(4)略
【知识点】
电磁波的传播、移动通信、信息传递
【点评】
本题结合前沿科技5G通信设置问题,既考查学生从材料中提取有效信息的能力,又考查对电磁波、移动通信相关知识的掌握,贴合生活实际,能帮助学生体会物理知识在科技发展中的应用价值。
【难度系数】
0.8
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