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第二十一章 电磁波及其应用
九下物理 RJ
第3节 卫星通信和光纤通信
1.初步了解卫星通信和光纤通信的原理，解释有关现象。
2.了解通信方式的变革为人类生活带来的便利，体会物理学对社会发展的促进作用。
学习目标
课堂导入
在无线电波中，微波的波长短，频率高。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。
微波通信接收装置
微波的性质接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。我们怎样才能把微波信号传递到远方呢
新知探究
知识点1 卫星通信
1. 微波通信
微波：波长是10 m ～1 mm； 频率是30 MHz ～3 ×105 MHz。
在无线电波中，频率比中波和短波的更高，相同时间内可以传输更多的信息。
微波通信塔
新知探究
知识点1 卫星通信
由于微波大致沿直线传播，所以要想让它沿地球表面传播就要设中继站。通常每隔50 km左右就要建设一个微波中继站，把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去。要想使信号传递的距离越远，那么需要的中继站就越多。
新知探究
知识点1 卫星通信
想想议议
在遇到雪山、大洋等根本无法建设中继站的情况时，又该怎么办
能不能利用地球的卫星——月球进行微波中继通信呢
月球是地球的卫星，可以反射微波，但它离我们太远了——38万千米！信号衰减、时间延迟，而且只有在当两个通信点同时见到月球时，才能完成这两点间的通信。
用月球作为中继站的设想
参数 数值
轨道高度
轨道周期
轨道平面
速度
新知探究
知识点1 卫星通信
人类可以用通信卫星作为微波通信的中继站来进行通信。
2. 卫星通信
相对地球静止的同步卫星
35786 km
23 h 56 min 4 s
赤道平面，圆形
约3.07 km/s
新知探究
知识点1 卫星通信
工作过程：把从一个地面站接收的电信号，处理后
再发送到另一个或几个地面站。
用3颗地球静止卫星
就可以实现全球通信
卫星通信工作过程
微波中继站
新知探究
知识点1 卫星通信
视频
新知探究
北斗卫星导航系统
知识点1 卫星通信
利用卫星来发射和接收电磁波信号的应用非常广泛。
卫星电话
卫星应急通信车
船载卫星天线
无人驾驶的汽车
典型例题
例1.车载导航仪是通过与导航卫星互相传递信息来确定汽车的准确位置，并在电子地图上显示出来，为汽车驾驶员导航的。下列说法正确的是（ ）
A．导航卫星发射的电磁波不能在真空中传播
B．导航仪上的移动电话通过电流传递信息
C．导航仪与导航卫星通过电磁波传递信息
D．导航卫星发射的电磁波比光的传播速度慢
解析：
导航仪和导航卫星以及导航仪上的移动电话都是通过电磁波来传递信息的；电磁波可以在真空中传播，传播的速度和光的传播速度是相同的，在真空中等于3×108 m/s。
C
新知探究
知识点2 光纤通信
光也是一种电磁波。与短波、微波相比，光的频率更高。如果用光来通信，相同时间可以传递更多的信息。
不过，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。
新知探究
知识点2 光纤通信
激光器，它能产生频率单一、方向高度集中的光——激光。物理学家提出用光纤通信的构想，这使得用光进行通信的梦想得以实现。通信用的激光一般在特殊的管道——光导纤维（简称光纤）里传播。
1960年，美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器
光缆和光缆的结构
光导纤维
1. 激光
新知探究
知识点2 光纤通信
演 示
水流导光
在塑料瓶的一侧开个小孔，塑料瓶内盛水，让激光从另一侧水平射向小孔。当水从小孔流出时，注意观察看到的现象。
视
频
实验现象：光沿着水流弯曲前进。
2. 光纤通信的原理
新知探究
知识点2 光纤通信
光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射后从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。
光导纤维
光在光导纤维中的传播
新知探究
知识点2 光纤通信
视频
我国光纤通信的发展十分迅速，光缆可以通达几乎所有地区，而且还与其他国家合作修建了跨越太平洋的海底光缆。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
例2.历经几十年的发展，中国光纤光缆行业已经占据世界的半壁江山，为现代通信做出了突出贡献，体现了大国精神、大国担当。现代信息高速公路，是卫星通信和光纤通信等高速、大容量信息传输通道的俗称，光纤通信传输信息的载体是（　　）
A．微波 B．光波 C．无线电波 D．超声波
典型例题
解析：
光纤通信传输的信息的载体是光波，光波可以携带大量的信息。
B
除了通信，激光还有许多其他应用。
1. 激光测距雷达
对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲和收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出与目标的距离。
新知探究
科学世界
激光的应用
激光的应用
激光测距
激光测距的原理
激光束的方向性特别好
2Y = cT
2. 利用激光束来切割各种物质、焊接金属以及在硬质材料上打孔。
利用激光切割晶片
利用激光焊接金属
利用激光束钻孔
新知探究
激光的应用
激光的亮度高
新知探究
激光的应用
医学上可以用激光作为“光刀”切除肿瘤，还可以用激光“焊接”脱落的视网膜。
强激光可以在瞬间破坏敌人的飞行器，这是军事研究的重要方向。
LY-1舰载激光武器
此外，利用几十阿秒（10﹣18s）的激光脉冲可以“捕捉”原子内电子的运动，使人类对微观世界的观察接近极致。
发生电离的气体中，电子从
原子中游离出来成为自由电子
新知探究
激光的应用
阿秒激光获2023年诺奖
卫星通信
和光纤通信
卫星
通信
课堂小结
光纤
通信
1.微波在无线电波中，波长最短，频率最高；大致沿直线传播，需建中继站
2.卫星是微波中继站，可实现全球通信
3.特点：信号覆盖范围广，通信范围大
1.利用激光在光纤中多次反射传递信息
2.特点：传输信息量大，传输距离远，抗干扰能力和保密性强
1. 下列技术应用中，不是利用电磁波工作的是（ ）
A．利用微波雷达跟踪飞行目标
B．利用北斗导航系统进行定位和导航
C．用手机打电话
D．利用声呐系统探测海底深度
随堂练习
解析：
微波雷达、北斗导航和手机通信都利用了电磁波来工作的。而声呐系统用的是超声波。
D
2. 利用光导纤维在一定时间内可以传输大量的信息，这是因为光波的（　　）
A．波长长 B．波速快 C．频率高 D．看得见
随堂练习
解析：
光波频率高，意味着光通信的频带宽，能够承载更多数据。光纤通过光波的高频特性，实现大容量信息传输。
C
3. 现在许多长途电话是以地球静止卫星作为中继站的。打这种长途电话时，会感到对方的反应有些延迟。造成这种延迟的一个原因是，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，则延迟的时间大约是（ ）
随堂练习
解析：
无线电波传播的距离为s=36000 km×2=72000 km
延迟时间为
A. 0.12 s B. 0.24 s C. 2.4 s D. 0.012 s
C
4. 我们的生活已经离不开信息的传递。我们不知不觉地把各种通信方式融入自己的生活和工作之中。请想一想，自己哪些地方用到了卫星通信和光纤通信。各举一个例子。
随堂练习
解析：
卫星通信：卫星电视、卫星导航等；
光纤通信：宽带网络等。

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