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(共23张PPT)
第二十一章 电磁波及其应用
第3节 卫星通信和光纤通信
素养目标
物理观念：了解卫星通信、光纤通信；知道信息理论，频率越高，相同时间传输的信息越多。
科学思维：经历通信方式演变的过程，体会信息传递的多样性。
科学探究：经历“水流导光”实验，了解光纤通信的原理，提高应用物理知识分析、解决问题的能力。
科学态度与责任：通过学习通信知识，了解科技为人类带来的便利，培养关注科学发展前沿的意识，提高学科学的兴趣，树立科技服务人类的思想。
在无线电波中，微波的波长通常在1m～1mm之间，波长较
短、频率较高。微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。
情境导入
我们怎样才能将微波信号传递到远方呢？
微波中继通信示意图
要想让微波沿地球表面传播就要设中继站。
发射
接收
新知探究
任务一 卫星通信
通常每隔50km建设一个微波中继站
山顶上的微波
中继站
微波中继站在建设的过程中可能会遇见哪些难题呢？
能否用月亮做中继站，实现通信呢？
新知探究
任务一 卫星通信
月球是地球的卫星，两者相距 38 万千米！微波在真空中的传播速度约为 3.0×108 m/s，信号在地球与月球之间往返，大约需要多久？
新知探究
任务一 卫星通信
地球与月球的单程距离 38 万千米＝3.8×108 m
往返总路程 s＝2×3.8×108 m＝7.6×108 m
由公式 υ＝ 得
t＝ ＝ ＝2.53 s
信号在地球与月球之间往返，大约需要 2.53 s。
s
t
s
υ
7.6×108 m
3.0×108 m/s
新知探究
任务一 卫星通信
往返时间约 2.53 s
B
A
C
信号衰减、时间延迟
两个通信点同时见到月球才能完成通信
人们用通信卫星做微波通信的中继站。
通信卫星
同步卫星
新知探究
任务一 卫星通信
同步卫星：绕地球转动的周期跟地球自转周期相同，相对地球静止。
B 处的人无法收到 A 处的人的信息，有什么解决方法吗？需要几颗卫星可以实现全球通信？
一颗同步卫星覆盖的区域
A
B
至少需要三颗同步卫星实现全球通信
至少需要三颗同步卫星实现全球通信
新知探究
任务一 卫星通信
碟形天线
通信卫星从一个地面站接收信号，经过处理，再发送给另一个或几个地面站。
卫星通信示意图
新知探究
任务一 卫星通信
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
新知探究
任务一 卫星通信
视频 北斗卫星导航系统
新知探究
任务一 卫星通信
γ 射线
可见光
Ｘ 射线
紫外线
红外线
无 线 电 波
频率/Hz
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1020
与无线电波相比，光的频率更高。如果用光来通信，可行吗？
新知探究
任务二 光纤通信
普通的光源包含了许多不同波长(频率)的光，难以用它携带信息。
人们可以使用频率单一的、方向高度集中的激光进行通信了。
世界上第一台红宝石激光器
新知探究
任务二 光纤通信
光沿直线传播，容易被遮挡。
光导纤维：非常细的玻璃丝，用于通信的激光传播的管道。
新知探究
任务二 光纤通信
演示实验：
光在水流的内表面发生了多次反射。
新知探究
任务二 光纤通信
实验 水流导光
光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就能把它携带的信息传到远方。
新知探究
任务二 光纤通信
激光频率高：传输信息量大
光纤管道：减少损耗
新知探究
任务二 光纤通信
随着互联网的进一步发展，移动通信网络的建设，物联网等新应用的不断涌现，光纤通信将迎来更广阔的发展空间。
新知探究
任务二 光纤通信
视频 激光的应用
光纤通信和卫星通信
卫星通信
光纤通信
三颗地球静止卫星可实现全球通信
激光：频率单一、方向高度集中
组成：同步通信卫星、地面站
利用激光在光导纤维中传输信息
课堂小结
利用卫星作为微波中继站来进行通信
1.下列说法不正确的是（ ）
A.微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此需
要微波中继站
B.我们可以把月亮作为一个微波中继站
C.卫星通信只需要3颗同步卫星就可以实现全球通信
D.光纤通信是靠激光在光缆中传播进行信息传递的
B
课堂练习
2.小明同学曾思考过这样的问题：在漫长的线路上，光纤免不了要拐弯、缠绕，而光在同种均匀介质中是沿直线传播的，激光通信信号怎样从一端传到另一端呢？后来在“研究光纤怎样传输光信号”的活动中终于明白了，激光信号在光纤中（ ）
A.就像水流沿弯曲水管流动那样
B.就像电流沿弯曲导线传播那样
C.不断地经光纤壁反射而向前传播
D.不断地在光纤中折射而向前传播
C
课堂练习
3.同步通信卫星是在离地面高度为3.6×107 m，绕地心转动的同
步轨道上运行的卫星，运行周期跟地球自转周期相同。
(1)同步通信卫星绕地球运行时_____（选填“受”或“不受”）地
球的引力，其运行周期是______h。同步通信卫星相对于地面
的建筑物是_______的，_____颗同步通信卫星基本可以实现
全球通信。
(2)地面上的甲乙两人用卫星电话通过同步通信卫星联系，从
甲发出信号到他收到乙自动回复的信号至少需要_______s。
0.48
24
受
静止
3
课堂练习

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