2025年大学《物理学》专业题库- 电磁波在通信技术中的应用

2025年大学《物理学》专业题库——电磁波在通信技术中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题3分，共30分。请将正确选项的字母填在括号内）1.在自由空间中传播的电磁波，其电场强度E、磁场强度H和传播速度v之间的关系是（）。A.E⊥H，H⊥v，E⊥vB.E//H，H//v，E//vC.E⊥H，H//v，E//vD.E//H，H⊥v，E⊥v2.对于频率为f的无线电波，在自由空间中传播时，其波长λ与f的关系是（）。A.λ与f成正比B.λ与f成反比C.λ²与f成正比D.λ²与f成反比3.在考虑地面通信时，如果工作频率较低（如几百kHz），主要依赖的无线电波传播方式是（）。A.天波传播B.空间波直线传播C.地面波传播D.漫射传播4.麦克斯韦方程组中，描述电场随时间变化产生磁场的是（）。A.高斯电场定律B.高斯磁场定律C.法拉第电磁感应定律D.安培-麦克斯韦定律5.在模拟通信中，调幅（AM）信号的主要缺点是（）。A.抗干扰能力强B.发射功率利用率高C.信号带宽大，信道资源浪费严重D.发射设备简单6.在数字通信中，ASK（幅移键控）调制方式属于（）。A.调相方式B.调频方式C.调幅方式D.频移键控方式7.频分复用（FDM）技术的主要特点是（）。A.将时间分成若干片段，在不同的片段上传输不同的信号B.将信道总带宽分割成若干个子频带，每个子频带传输一路信号C.所有用户共享同一个频率，但使用不同的编码序列D.通过快速切换，在不同的时间点上传输不同的信号8.光纤通信之所以能够实现长距离、高速率传输，其主要原因是（）。A.电磁波在光纤中传播损耗极低B.光纤具有很高的机械强度C.光纤可以传输多种颜色的光D.光纤结构简单，成本低廉9.在现代无线通信系统中，为了提高频谱利用率和系统容量，广泛采用的技术是（）。A.频分复用（FDM）B.正交频分复用（OFDM）C.时分复用（TDM）D.码分复用（CDM）10.影响信道容量（根据香农定理）的主要因素是（）。A.信号功率B.信道带宽C.信号带宽D.信号频率二、填空题（每小题4分，共20分。请将答案填在横线上）1.坡印廷矢量S表示电磁波传播方向的__________，其表达式为S=__________。2.无线电波的传播方式主要有__________、__________和__________三种。3.调制解调是实现模拟信号数字传输的常用技术，其中__________负责将数字信号转换为模拟信号，__________负责将接收到的模拟信号恢复为数字信号。4.在光纤通信中，实现光信号在纤芯中传输的主要物理机制是__________。5.根据麦克斯韦方程组，变化的电场可以产生__________，变化的磁场可以产生__________。三、计算题（每小题10分，共30分）1.一束频率为1MHz的无线电波在自由空间中传播，求其波长是多少？若该无线电波进入一种介质，其折射率为√2，求其在该介质中的传播速度和波长分别是多少？2.某调幅广播信号，其载波频率为1MHz，调制信号频率为5kHz，调制指数为0.3。求该调幅信号的带宽。3.设一通信信道的带宽为1MHz，噪声功率谱密度为N₀/Hz。根据香农定理，若采用理想模拟调制方式，求该信道能达到的最大信息传输速率是多少？（假设信道是低通的）四、简答题（每小题10分，共20分）1.简述调频（FM）信号与调幅（AM）信号在抗噪声性能方面的主要区别。2.简述时分复用（TDM）技术的基本原理，并说明其在现代通信系统中的应用。五、论述题（15分）试述电磁波理论在光纤通信技术中的关键作用，并分析影响光信号在光纤中传输的主要因素。试卷答案一、选择题1.A2.B3.C4.D5.C6.C7.B8.A9.B10.B二、填空题1.平均功率流密度；1/μ₀E×H2.地面波；天波；空间波3.调制；解调4.全反射5.磁场；电场三、计算题1.解：*自由空间波长λ=c/f=(3×10⁸m/s)/(1×10⁶Hz)=300m*介质中传播速度v=c/n=(3×10⁸m/s)/√2≈2.12×10⁸m/s*介质中波长λ'=v/f=(2.12×10⁸m/s)/(1×10⁶Hz)≈212m2.解：*调幅信号带宽B=2fm=2×5kHz=10kHz*考虑到调制指数m，实际带宽B'=B(1+m)=10kHz×(1+0.3)=13kHz3.解：*根据香农定理，C=Blog₂(1+S/N)，其中S/N为信噪比，S为信号功率，N为噪声功率，B为带宽。*噪声功率N=(N₀/Hz)×B=(N₀/Hz)×1MHz=N₀×10⁶*最大信噪比S/N=S/N₀B=1/(N₀B)=1/(N₀×10⁶)*最大信息传输速率C=Blog₂(1+1/(N₀B))=1MHz×log₂(1+1/(N₀×10⁶))*由于N₀/Hz很小，1/(N₀×10⁶)>>1，所以log₂(1+1/(N₀×10⁶))≈log₂(e)≈1.4427*C≈1MHz×1.4427≈1.4427Mbps四、简答题1.解析思路：比较FM和AM信号的抗噪声能力。主要看它们如何对信号幅度和相位（或频率）进行编码。AM信号的信息承载在幅度变化上，而幅度易受噪声干扰。FM信号的信息承载在频率（或相位）变化上，幅度保持相对稳定，对幅度噪声不敏感。因此FM抗噪声性能优于AM。2.解析思路：解释TDM原理。说明TDM是将传输时间分成周期性的时隙，不同的信号在不同的时隙内传输。强调共享信道带宽，但需保证各信号时隙不重叠。说明其应用，如数字电话系统、数据传输等，都是利用时间复用实现多路信号共享信道。五、论述题解析思路：*关键作用：首先强调光在光纤中传播依赖全反射原理，这是电磁波（光波）的传播特性在光纤结构（纤芯和包层折射率差异）下的体现。其次，说明光波在光纤中损耗低，带宽高，这是电磁波性质和光纤材料/设计的结合结果，使得信息可以高速、远距离传输。最后，提及光调制技术（如强度调制、相位调制等）也是利用电磁波的某种属性（如光强、相位）来承载信息。*影响因素：分析影响光信号传输的主要因素，均从电磁波与介质相互作用的角度出发。包括：吸收损耗（材