資源簡介

第34講　信息的傳遞　能源與可持續發展
命題分析　
廣東省近五年中考物理命題分析
考點 2023 2022 2021 2020 2019
電磁波及其應用 省題12 省題22 省題4 ___ ___
能源與可持續發展 省題12、23 省題5 省題9 省題8 省題23
【課程標準】
2．4.6　知道電磁波。知道電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速。了解電磁波的應用及其對人類生活和社會發展的影響。
例1　舉例說明電磁波的存在。
例2　了解廣播電臺節目的發射頻率和波長。
例3　知道移動通信和衛星通信等都應用了電磁波。
3．6.1　列舉常見的不可再生能源和可再生能源。
3．6.2　知道核能的特點和核能利用可能帶來的問題。
例　了解處理核廢料的常用方法。
3．6.3　從能源開發與利用的角度體會可持續發展的重要性。
例　了解太陽能、風能、氫能等能源的開發對可持續發展的意義。
考點一　電磁波及其應用
1．電話(貝爾在1876年發明)
(1)組成：主要由話筒和聽筒組成。
(2)工作過程：話筒把聲音信號轉換成電信號，聽筒將電信號轉換成聲音信號。
(3)電話交換機的作用：提高線路利用率。
(4)模擬通信和數字通信：電話信號分為模擬信號(容易失真)和數字信號(抗干擾能力強)。
2．電磁波
(1)產生：導線中的電流迅速變化會在周圍的空間激起電磁波。
(2)傳播：在真空中能(選填“能”或“不能”)傳播，傳播速度約是3.0×108 m/s。
(3)波長越長，頻率越低；波長越短，頻率越高。即c＝λf(λ表示波長，f表示頻率，c表示波速)。
注意：電磁波的頻率越高，相同時間內可傳輸的信息越多。
(4)分類：如圖所示，按頻率由小到大依次分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
(5)應用：傳遞信息，如無線電波用于廣播、電視和移動電話；傳遞能量，如微波爐利用微波加熱食品。
3．廣播、電視和移動通信
(1)無線電廣播信號的發射和接收：
①無線電廣播信號的發射由廣播電臺完成。話筒把播音員的聲音信號轉換成電信號，然后用調制器把音頻電信號加載到高頻電流上，再通過天線產生電磁波發射到空中。
②信號的接收由收音機完成。轉動收音機調諧器的旋鈕，可以從中選出特定頻率的信號。由調諧器選出的信號含有高頻電流成分，需要通過解調將其濾去，將音頻信號留下。音頻信號經放大后被送到揚聲器里。揚聲器把音頻電信號轉換成聲音，就能播放廣播電臺的節目。
(2)電視信號的發射和接收：
電視用電磁波傳遞圖像信號和聲音信號。聲音信號的產生、傳播和接收跟無線電廣播的工作過程相似。圖像信號的工作過程是：攝像機把圖像變成電信號，發射機把電信號加載到頻率很高的電流上，通過發射天線發射到空中。電視機的接收天線把這樣的高頻信號接收下來，通過電視機把圖像信號取出并放大，由顯示器把它還原成圖像。
(3)移動電話：
移動電話與固定電話的工作原理基本一樣，只是聲音信息不是由導線中的電流來傳遞，而是由空間中的電磁波來傳遞。移動電話機既是無線電發射臺又是無線電接收臺：它用電磁波把講話的信息發射到空中；同時它又在空中捕獲電磁波，得到對方講話的信息。
4．通信方式
微波通信 靠微波中繼站轉接信號(月亮不能作為中繼站，距離太遠了)
衛星通信 用通信衛星做微波中繼站的通信方式(用3顆同步通信衛星就幾乎可以實現全球通信)
光纖通信 利用激光(屬于電磁波)在光纖內壁上多次反射來傳遞信息的方式
網絡通信 利用因特網實現信息資源的傳遞和共享
(1)倒車雷達是靠電磁波傳遞信息指引倒車。(　×　)
(2)紅外線在真空中傳播的速度比紫外線快。(　×　)
(3)電話聽筒的工作原理和電動機一樣。(　√　)
例1　(2021·廣東)電磁波的頻率與波長的大致分布如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．紫外線屬于可見光 B．紅外線的波長比可見光的短
C．X射線的頻率比無線電波的低 D．可見光與γ射線在真空中的傳播速度相等
分析　人看不見紅外線和紫外線；根據電磁波譜的波長順序可知紅外線的波長和可見光的波長關系；根據圖中信息可比較X射線和無線電波的頻率高低；電磁波在真空中的傳播速度相同。
答案　D
例2　(2023·東莞模擬)中國首次火星探測任務“天問一號”探測器與地球間的通信是利用________(選填“超聲波”“次聲波”或“電磁波”)；無線電波按波長成分主要分為長波、中波、短波和微波四種，其中頻率最大的是________。
分析　電磁波能在真空中傳播；衛星信號都是通過電磁波來傳遞信息的。電磁波在傳播過程中以光速傳播且保持不變；理解電磁波的波長、波速、頻率之間的關系，即電磁波的波速一定，電磁波的波長和頻率互成反比例關系。
答案　電磁波　微波
考點二　能源與可持續發展
一、能源
1．化石能源：由埋在地下的動、植物經過漫長的地質年代形成的能源。常見的化石能源有煤、石油和天然氣。
2．能源分類：
分類標準 類型 定義 實例
來源 一次能源 可以直接從自然界獲得的能源 風能、水能、太陽能、地熱能、潮汐能、化石能源、核能等
二次能源 必須通過消耗一次能源才能得到的能源 電能、汽油、煤油、酒精等
可否再生 可再生能源 可以在自然界里源源不斷地得到的能源 風能、水能、太陽能、地熱能、潮汐能等
不可再生能源 不能在短期內從自然界得到補充的能源 化石能源、核能等
二、核能
1．核能是質量較大的原子核發生分裂或者質量較小的原子核相互結合所釋放出的能量。
2．獲得核能的途徑核裂變和核聚變。
(1)核裂變：利用中子轟擊質量較大的原子核，使其變成兩個質量中等大小的原子核，同時釋放出巨大的能量的過程。應用：核電站(可控)、原子彈(不加控制)。
(2)核聚變(熱核反應)：質量很小的原子核，在超高溫下結合成新的原子核并釋放出巨大的能量的過程。應用：氫彈。
三、太陽能
1．來自太陽內部的核聚變。
2．地球上除核能、地熱能和潮汐能以外的能源，如化石能源、風能、水能等，幾乎都來自太陽能。
3．利用太陽能的三種方式
4．優點：供應時間長，分布地域廣，獲取方便，環保無污染。
四、能源與可持續發展
1．能量的轉化、能量的轉移，都具有方向性，我們所能利用的能源是有限的，因此需要節約能源。
2．能源消耗對環境的影響：熱污染、溫室效應、大氣污染等。
3．未來的理想能源應滿足以下幾點：
(1)必須足夠豐富，可以保證長期使用；
(2)必須足夠便宜，可以保證多數人用得起；
(3)相關的技術必須成熟，可以保證大規模使用；
(4)必須足夠安全、清潔，可以保證不會嚴重影響環境。
(1)太陽能和電能都是可再生能源。(　×　)
(2)超導體可用來制作加熱器內的電熱絲。(　×　)
(3)太陽內部氫原子發生裂變釋放出核能。(　×　)
(4)風能、水能、化石能源都是一次能源。(　√　)
(5)核能屬于不可再生能源。(　√　)
(6)核電站是利用可控的核裂變發電。(　√　)
(7)核電站將核能全部轉化為電能。(　×　)
(8)核泄漏會引發嚴重環境污染。(　√　)
例3　(2020·廣東)目前人們正致力于開發太陽能、核能、風能、海洋能、氫能……其中核能是________(選填“可再生”或“不可再生”)能源，核電站利用原子核________(選填“聚變”或“裂變”)釋放的能量發電，電能屬于________(選填“一次能源”或“二次能源”)。
分析　像風能、水能、太陽能等可以在自然界源源不斷地得到，把它們稱為可再生能源；化石能源、核能等能源會越用越少，不能在短期內從自然界得到補充，這類能源稱為不可再生能源。核電站利用原子核裂變發電。電能是通過消耗一次能源轉化而來，稱為二次能源。
答案　不可再生　裂變　二次能源
例4　(2022·廣東)關于能量和能源，下列說法正確的是(　　)
A．煤、石油、天然氣都是可再生能源 B．電能是一次能源
C．水力發電是將水的機械能轉化為電能 D．太陽釋放的能量是核裂變產生的
分析　煤、石油、天然氣都是化石能源，不能在短時間內形成，是不可再生能源；能從自然界直接獲取的是一次能源，需要通過一次能源的消耗來獲得的能源，叫二次能源；水力發電機發電時是把機械能轉化為電能；太陽釋放的能量是核聚變產生的。
答案　C
考點一　電磁波及其應用
1．(2023·荊州)關于電磁波，下列說法正確的是(　　)
A．5G通信是利用電磁波來傳遞信息的
B．我國的北斗衛星定位系統是利用超聲波進行定位的
C．電磁波在真空中的傳播速度是340 m/s
D．遙控器發出的紅外線不是電磁波
答案　A
解析　5G通信是利用電磁波來傳遞信息的，故A正確；我國的北斗衛星定位系統是利用電磁波來定位的，故B錯誤；電磁波在真空中的傳播速度是3×108 m/s，故C錯誤；遙控器發出的紅外線是電磁波，故D錯誤。
2．(科技與物理)(2023·佛山模擬)如圖為電磁波的頻率及其應用實例，下列說法正確的是(　　)
A．電磁波的傳播不需要介質
B．電視機遙控器是利用了γ射線工作的
C．體檢胸透用的X射線頻率比可見光低
D．紅外線在真空中的傳播速度比紫外線的快
答案　A
3.(2023·廣州)各色光在真空中的波長如圖所示，植物中葉綠素a會吸收波長在430 nm～662 nm之間的光。真空中，波長650 nm的光(　　)
A．是紫光 B．不是電磁波
C．波長比藍光的長 D．比波長500 nm的光傳播速度大
答案　C
解析　根據題圖可知，紫光的波長比波長650 nm的光短，故A不符合題意；所有的可見光都屬于電磁波，故B不符合題意；從題圖可知，波長650 nm的光的波長比藍光的波長長，故C符合題意；不同波長的光在真空中的傳播速度相同，故D不符合題意。
考點二　能源與可持續發展
4．(科技與物理)(2023·貴州)我省蘊藏豐富的能源可用于發電，下列發電方式中利用不可再生能源的是(　　)
答案　D
解析　風能、水能、太陽能可以源源不斷地從自然界獲得，是可再生能源，烏江源風電場、平箐太陽能電站、構皮灘水電站都是利用可再生能源發電的；煤等化石能源不能從自然界源源不斷獲得，也不能重復利用，是不可再生能源，因此發耳火電廠是利用不可再生能源發電的。
5．(2023·廣東模擬)下列關于信息、能源和材料的說法中正確的是(　　)
A．太陽能、電能、核能都是一次能源
B．光纖通信是利用激光通過光纖傳遞信號的，光信號在線芯內反復發生全反射
C．電動機線圈用超導材料可以實現將電能全部轉化為內能
D．太陽內部是在高溫下發生核裂變來提供巨大能量的
答案　B
6．(2023·河北)秉承可持續發展的思想，開發新能源、更好地利用已知能源是全球范圍內的重要課題，開發和利用核能就是一個有效途徑。核能是質量較大的原子核發生________或質量較小的原子核發生聚變時釋放的能量，通過可控聚變來利用核能，有望解決人類能源問題。1 g核燃料聚變時釋放的能量約為1×105 kW·h，假設把1×105 kW·h的能量完全轉化為電能，可供年用電量為1 000 kW·h的家庭使用________年。太陽也是一個巨大的“核能火爐”，它向外輻射的能量是我們的能源寶庫。人類利用太陽能的實質是將太陽能轉化為其他形式的能量，請你寫出一種轉化方式或一個相關的實例：_____________________________________。
答案　裂變　100　太陽能集熱器把水加熱
解析　核能是質量較大的原子核發生裂變或質量較小的原子核發生聚變時釋放的能量；把1×105 kW·h的能量完全轉化為電能，可供年用電量為1 000 kW·h的家庭使用的時間為＝100年；人類利用太陽能的實質，是將太陽能轉化為其他形式的能量，例如用太陽能集熱器把水加熱。
7．(2023·成都)我們生活在能量的世界，社會的進步和發展離不開能量。對于能量、能源的認識，下列說法正確的是(　　)
A．做功過程實質是能量的轉化或轉移過程
B．能量轉化具有方向性，所以能量不守恒
C．核燃料能量轉化效率可達100%，需大力發展
D．煤、石油、天然氣提供的能量源自地球本身
答案　A
解析　做功的過程是能量轉化或轉移的過程，例如：摩擦生熱，把機械能轉化為內能；風吹帆船前行，屬于機械能的轉移，故A正確；能量的轉移與轉化具有方向性，所有能量在轉化和轉移的過程中是守恒的，故B錯誤；由于有不可避免的損耗，核燃料能量轉化的效率不可能達100%，故C錯誤；遠古時期陸地和海洋的植物通過光合作用，將太陽能轉化為生物質能，它們死后身體埋藏在地下和海底腐爛，多年之后形成化石能源，所以煤、石油、天然氣等化石能源其根本來源是太陽能，故D錯誤。
8．(2023·汕頭濠江區模擬)信息、能源、材料是現代社會發展的三大支柱，下列說法錯誤的是(　　)
A．化石能源是可再生能源
B．核電站利用的是核裂變產生的核能
C．LED燈是一種發光二極管，它是由半導體材料制成的
D．5G通信與4G通信相比，其載波的頻率較高，因而波長較短
答案　A
9．(科學探究)(2023·揭陽普寧市二模)近年來，手機“微信”成為人們交流的一種方式，它是靠手機發射和接收的________來傳播信息的；使用手機時，其外殼因摩擦帶________而經常粘有灰塵，在給手機充電的過程中，電能轉化為________能，人類是在能量的轉化或轉移的過程中利用能量，而能量的轉化和轉移是有________的，因此可利用的能源是有限的。
答案　電磁波　電　化學　方向
10．(科技與物理)閱讀下列短文，回答問題。
微　波　通　信
電磁波可以用來傳遞信息，通常用于廣播、電視等通信。微波是電磁波家族中的一員，它的性質比中波和短波更接近光波。信息理論表明，作為載體的電磁波，與中波和短波相比，微波在相同的時間內可以傳輸更多的信息。
用微波傳遞信息時，必須每隔50 km左右就要建設一個微波中繼站，如圖甲所示。信號傳遞的距離越遠，需要的中繼站越多。在雪山上、大洋中，根本無法建設中繼站，所以人類用地球同步通信衛星做微波通信的中繼站來進行通信如圖乙所示，在地球的周圍均勻地配置A、B、C三顆同步通信衛星作為太空微波中繼站，可使地球上幾乎任意兩點間保持通信。衛星接收地面站傳來的信號，經過處理后，再發送到另一個或幾個地面站。現在某地舉行體育賽事，通過衛星電視，其他地方的人幾乎可以立刻看到現場的畫面。
(1)普通手機通過地面基地臺接收和發射信息，衛星電視直接通過衛星傳遞信息。它們都是利用________傳遞信息的，速度約為________ km/s。
(2)利用微波通信的原因是________。
A．微波比中波和短波的波長要長一些 B．微波比中波和短波傳輸的信息多
C．微波比中波和短波傳播得遠 D．利用微波通信的成本低
(3)如圖丙所示，a、b分別是A、B兩顆衛星正下方的地面站，把通信衛星假想成一個平面鏡，使地球上b處地面站接收到a處發送的信號。請仿照光路圖，在圖丙中畫出(a處發送的微波信號傳送到b)平面鏡及微波傳播的路徑和方向。
(4)已知三顆通信衛星距地面的高度都是3.58×104 km，任意兩顆衛星之間的距離都是7.30×104 km。則a處發送的微波信號傳送到b處所用的時間是________ s。
答案　(1)電磁波　3×105　(2)B　(3)如圖所示　(4)0.482
解析　(1)普通手機通過地面基地臺接收和發射信息，衛星電視直接通過衛星傳遞信息。它們都是利用電磁波傳遞信息的，速度約為3×108 m/s＝3×105 km/s。
(2)因為微波比中波和短波的頻率高，波長短，所以微波比中波和短波傳輸的信息多，故選B。
(3)由題意可知，分別連接a和A、A和B、B和b，作出∠aAB和∠ABb的平分線即為法線的位置，然后分別過A、B作出法線對應的垂線即為平面鏡的位置，微波從a點發出然后到達b點，如答圖所示。
(4)a處發送的微波信號傳送到b處時微波通過的路程s＝3.58×104 km×2＋7.30×104 km＝1.446×105 km，
微波傳播的速度等于光速，即v＝3.0×105 km/s，
由v＝可得，a處發送的微波信號傳送到b處所用的時間t＝＝＝0.482 s。

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