资源简介

(共30张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：15.3 现代通信技术及其发展前景
学科：物理
年级：九年级
授课教师：[你的姓名]
幻灯片 2：课程引入
生活场景链接：
我们可以通过手机与世界各地的人视频通话，利用网络快速下载大容量文件，借助导航系统精准找到目的地…… 这些便捷的生活场景都离不开现代通信技术的支撑。
思考：现代通信技术是如何实现信息高速、精准传递的？与传统的广播、电视通信相比，它有哪些独特的优势？
技术对比展示：
展示传统书信、固定电话与智能手机、5G 网络的对比图片，直观呈现通信技术从慢节奏、单一功能向高速率、多功能的转变。
列举一组数据：5G 网络的峰值速率可达 10Gbps，而 4G 网络峰值速率约为 1Gbps，突出现代通信技术的高速发展。
引入主题：本节课将带你走进现代通信技术的世界，了解移动通信、光纤通信、卫星通信等主流技术的原理，探索其未来的发展前景。
幻灯片 3：移动通信技术
技术定义：移动通信是指通信双方或至少一方在移动中进行信息交换的通信方式，以手机通信为主要代表。
发展历程：
1G（第一代移动通信）：20 世纪 80 年代出现，仅支持语音通话，采用模拟信号，通话质量差、容量小。
2G：90 年代发展起来，采用数字信号，支持语音和短信服务，如 GSM 网络，通话质量和安全性提升。
3G：21 世纪初普及，支持高速数据传输，可提供网页浏览、视频通话等服务，速率可达 2Mbps。
4G：2010 年后推广，以 LTE 技术为核心，速率大幅提升至 100Mbps 以上，支持高清视频、移动互联网应用。
5G：当前主流技术，具有高速率（10Gbps）、低时延（毫秒级）、大连接（每平方公里百万级设备）的特点，支持物联网、自动驾驶等新兴应用。
工作原理：
移动通信通过基站实现信号覆盖，手机与基站之间通过无线电波传递信息，基站之间通过光缆等骨干网络连接，形成通信网络。
核心技术包括调制解调、多天线技术（MIMO）、正交频分复用（OFDM）等，提升信号传输效率和抗干扰能力。
图示：展示移动通信网络架构图，标注手机、基站、核心网的位置和信号传输路径。
幻灯片 4：光纤通信技术
技术定义：光纤通信是以光为载波，以光纤为传输介质的通信方式，是现代通信网络的骨干传输技术。
工作原理：
发送端：电信号通过电光转换器（如激光器）转换为光信号，光信号注入光纤中传输。
传输过程：光在光纤中通过全反射原理向前传播，损耗小、传输距离远。
接收端：光信号通过光电转换器（如光电二极管）转换为电信号，完成信息传递。
技术优势：
高速率：单根光纤可传输速率达 Tbps 级别，远超电缆通信。
大容量：一根光纤可同时传输海量信息，满足多用户、大数据传输需求。
低损耗：光在光纤中传输损耗极低，无需频繁中继放大，适合长距离传输。
抗干扰：光纤不受电磁干扰，信号传输稳定，保密性好。
应用场景：
用于骨干通信网络，连接城市、国家之间的通信；也用于宽带接入，如光纤到户（FTTH），为家庭提供高速网络。
图示：展示光纤通信系统示意图，包括发送端、光纤、接收端的结构，配合光信号在光纤中的全反射示意图。
幻灯片 5：卫星通信技术
技术定义：卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，在地面站之间或地面站与卫星之间传递信息的通信方式。
系统组成：由卫星、地面站和用户终端组成。卫星负责接收、放大和转发信号，地面站负责与卫星通信并连接地面网络，用户终端包括卫星电话、卫星电视接收设备等。
工作原理：
地面站将电信号转换为电磁波发送给卫星，卫星接收后进行放大和频率转换，再转发给其他地面站或用户终端，实现远距离通信。
技术特点：
覆盖范围广：一颗地球同步卫星可覆盖地球表面三分之一的区域，适合偏远地区、海洋、航空等场景通信。
通信距离远：可实现全球范围内的通信，不受地理条件限制。
抗毁性强：卫星网络不易受地面灾害影响，在应急通信中发挥重要作用。
应用场景：
卫星电视广播、全球定位系统（GPS）、远洋通信、航空通信、灾害应急通信等。
图示：展示卫星通信系统示意图，标注地球同步卫星、地面站和用户终端的位置及信号传输路径。
幻灯片 6：其他现代通信技术
物联网通信：
物联网是物物相连的互联网，通过传感器、射频识别（RFID）等技术实现物品的智能化识别和管理。
通信技术包括近距离通信（如蓝牙、Wi-Fi、ZigBee）和远距离通信（如 NB-IoT、LoRa），支持低速率、低功耗、广覆盖的设备连接。
应用于智能家居、智能交通、工业监控、环境监测等领域。
量子通信：
利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传输，具有绝对安全性，一旦被窃听会立即被察觉。
我国在量子通信领域处于领先地位，已建成 “京沪干线” 等量子通信骨干网络。
应用于国防、金融等对信息安全要求极高的领域。
图示：展示物联网设备互联示意图和量子通信原理示意图，介绍其典型应用案例。
幻灯片 7：现代通信技术的核心优势
高速率：从 4G 到 5G，数据传输速率实现跨越式提升，满足高清视频、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等大数据量应用需求。
广覆盖：通过移动通信基站、光纤网络、卫星等多种方式结合，实现城市、农村、偏远地区的通信覆盖，缩小数字鸿沟。
低时延：5G 网络的时延可低至 10 毫秒以下，为自动驾驶、远程医疗等对实时性要求高的应用提供支撑。
大容量：能够连接海量设备，适应物联网时代万物互联的需求，如智能城市中大量传感器和智能设备的连接。
高可靠：通过冗余设计、抗干扰技术等，保障通信的稳定性和安全性，尤其是在关键领域的应用。
图示：用图表对比不同通信技术的速率、时延、容量等参数，直观展示现代通信技术的优势。
幻灯片 8：现代通信技术的发展趋势
6G 技术研发：
6G 将实现更高的速率（100Gbps）、更低的时延（微秒级）、更广泛的覆盖，可能引入空天地一体化通信，实现全球无缝覆盖。
预计支持全息通信、普惠智能等新应用，推动通信技术与人工智能、大数据等深度融合。
人工智能与通信融合：
人工智能技术将应用于通信网络的优化、故障诊断、资源调度等，实现网络的智能化管理，提升通信效率和服务质量。
例如，通过 AI 预测网络流量，动态调整资源分配，避免网络拥堵。
绿色通信发展：
注重通信设备的节能降耗，研发低功耗芯片、节能基站等，减少通信行业的能源消耗和碳排放，实现可持续发展。
隐私与安全强化：
随着通信技术的发展，信息安全和用户隐私保护日益重要，将加强加密技术、身份认证等安全机制的研发和应用，如量子加密技术的普及。
图示：展示 6G 通信场景构想图、AI 优化通信网络示意图，描绘未来通信技术的发展蓝图。
幻灯片 9：现代通信技术的应用前景
智能交通：
基于 5G/6G 的低时延、高可靠通信，实现车与车（V2V）、车与路（V2I）、车与人（V2P）的实时通信，支撑自动驾驶和智能交通系统，减少交通事故，提高交通效率。
远程医疗：
借助高速、稳定的通信网络，实现远程诊断、远程手术等医疗服务，让优质医疗资源覆盖偏远地区，提升医疗普惠性。
工业互联网：
通信技术与工业生产深度融合，实现工业设备的远程监控、智能调度和协同工作，推动智能制造的发展，提高生产效率和产品质量。
数字孪生：
结合高精度通信和大数据技术，构建物理世界的数字孪生模型，在城市规划、灾害模拟、产品设计等领域发挥作用，实现虚实交互和精准决策。
图示：展示智能交通、远程医疗、工业互联网的应用场景图片，说明通信技术在其中的核心作用。
幻灯片 10：课堂练习
选择题：
下列通信技术中，以光纤为传输介质的是（ ）
A. 移动通信 B. 光纤通信 C. 卫星通信 D. 蓝牙通信
5G 技术的主要特点不包括（ ）
A. 高速率 B. 高时延 C. 大容量 D. 低时延
下列关于卫星通信的说法，正确的是（ ）
A. 覆盖范围小 B. 受地理条件限制大 C. 适合偏远地区通信 D. 传输速率低
填空题：
移动通信技术经历了 1G、2G、3G、4G，当前主流技术是______，其具有______、______、______的特点。
光纤通信是以______为载波，以______为传输介质，其核心优势包括______、、。
现代通信技术的发展趋势包括______、______、______等。
简答题：
简述光纤通信的工作原理。
举例说明现代通信技术在日常生活中的应用（至少两个），并说明其依赖的通信技术。
幻灯片 11：课堂总结
主流技术：移动通信（5G 为代表）实现移动互联，光纤通信构成骨干网络，卫星通信保障广域覆盖，物联网和量子通信拓展应用边界。
核心优势：高速率、广覆盖、低时延、大容量、高可靠，支撑多样化信息传递需求。
发展趋势：向 6G 演进，与人工智能融合，注重绿色节能和安全隐私，推动通信技术持续升级。
应用前景：在智能交通、远程医疗、工业互联网等领域发挥关键作用，深刻改变生产生活方式，推动社会智能化发展。
核心意义：现代通信技术是信息社会的基础设施，其发展水平体现国家科技实力，为经济发展和社会进步提供强大动力。
幻灯片 12：课后作业
书面作业：完成课本上关于现代通信技术的练习题，包括技术原理分析、发展趋势判断等题目。
实践作业：
调查家中使用的通信服务，如手机网络类型（4G/5G）、宽带接入方式（光纤 / 其他），记录其速率和使用体验。
收集身边的物联网设备（如智能手环、智能音箱），了解其通信方式和功能。
拓展作业：查阅资料，了解 6G 技术的研发进展和预期应用场景，撰写一篇 400 字左右的短文，畅想 6G 时代的生活变化。
2024北师大版物理九年级全册
15.3现代通信技术及其发展前景
第十五章 电磁波与通信技术
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
观察与思考
1876年贝尔发明了电话
1892年，贝尔在纽约至芝加哥
的电话开通仪式上
了解移动通信、光纤通信、网络通信、卫星中继通信。
02
了解通信技术的发展和工作原理。
01
学习目标
手机既是发射机又是接收机
　　1．移动电话：（发射接收二合一）
移动通信
基地台的天线
移动电话的发射功率不大，天线的灵敏度也不高，需要靠固定无线电台转接，这种固定的电台叫作基地台。
　　手机和座机借助基地台进行交流
手机
座机
　　手机和手机通过基地台进行沟通
　　工作区域在几十米至几百米的范围。
　　座机接在市话网上，相当于小型基地台。
2．无线电话
网络通信
计算机网络：把许多独立工作的计算机通过一定的硬件和软件连接起来，使计算机之间能够传递信息，这就构成了计算机网络。
根据覆盖范围，计算机网络可以分为个域网、局域网、城域网、广域网等层次。
个域网用来连接距离很近的个人数字设备。
局域网是在较近的传输范围内(如一所学校或一栋办公楼)，通过交换机和服务器(提供网络控制和服务的专用计算机)连接有限数量的计算机，进行信息交换的通信网络。
广域网通常由许多小型网络联合组成，能覆盖几个城市、国家，乃至全球的区域。
城域网是介于局域网和广域网之间，进行数据传输的高速网络，通常覆盖一个城市或者地区。
现在的计算机能够高速处理海量的多媒体信息，通信技术又能实现大数据的实时交互传递，所以人们不仅能够通过网络传送文字、图片，还可以分享声音、视频等。
如今，远程视频通话、多终端视频会议等技术已经走进日常生活，未来还将给我们的生产生活方式带来更大的改变。
光纤通信
光的波长只有几百纳米，比无线电波短得多，从理论上讲，被调制的光能够携带比无线电波多得多的信息。这个设想在发明了激光器后得以实现。
激光是一种颜色非常纯、方向高度集中的光。
为了避免干扰和减少能量的损失，通信用的激光要在用专门材料制造的一种纤维中传播，这种纤维称为光导纤维，简称光纤。
光纤通讯技术是近几十年才发展起来的
1966年，华裔物理学家高锟首次利用无线电波导通信的原理，提出了低损耗(20db/km)的光导纤维(简称光纤)的概念。
1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20db/km的石英光纤，它是一种理想的传输介质。
1970年，贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器(LD)从此，开始了光纤通信迅速发展的时代。
各种光导纤维
光沿着水流传播
实验演示——光可以沿着水流传播
光在光导纤维中的传播
（1）传输频带极宽，通信容量很大
（2）光纤衰减小，无中继设备，传输距离远
（3）频率稳定，信号传输质量高
（4）光纤抗电磁干扰，保密性好
光纤通信的优点
卫星中继通信
1.通信卫星一般需要与地球表面各点保持相对静止不动，这样的卫星称为地球静止轨道卫星。
2.要想实现全球通信至少需要几颗地球静止轨道卫星
用三颗地球静止轨道卫星就可以实现全球通信
用碟形天线（大锅）接收来自卫星的信号
中国北斗卫星导航系统
远距离传递信息
通信容量大
干扰小、质量好、功效高。
卫星通信的优点
15．目前汽车绝大多数具有卫星定位导航系统，它与卫星之间是通过________进行通信的，如图所示的是一列这种波的波形图，A、B间的距离为75 m，则这列波的波长为______m，频率为________Hz。(c＝3×108 m/s)
电磁波
30
1×107
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
9
12
13
14
15
16
17
18
19
16. [中考趋势题]小明是一位航天迷，他期盼某天能乘坐宇宙飞船到月球上生活。由于月球和地球有众多差异，很多地球上的仪器设备在月球上不能正常使用。小明刚买的蓝牙耳机________(填“能”或“不能”)在月球表面使用，你的理由是___________________________________________________。
能
蓝牙耳机通过电磁波传递信息，电磁波能在真空中传播
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
9
12
13
14
15
16
17
18
19
17．电磁波在人们生产、生活中扮演着非常重要的角色。下列关于电磁波的说法中错误的是(　　)
A．光波炉利用电磁波的能量来加热食物
B．倒车雷达利用电磁波获取信息
C．收音机利用电磁波接收信息
D．手机通话主要是利用电磁波传递信息
B
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
9
12
13
14
15
16
17
18
19
18．[2025·滁州模拟]5G“黑科技”凭借着它的高传输速率、低时延、多终端、广连接数等各项优势在生活中起到了积极作用，5G智能巡检机器人、空中课堂、“智能快递小哥”……5G越来越深入我们的生活，5G技术也是依靠电磁波传递信息的，下列有关电磁波的说法正确的是(　　)
A．太空中是真空，电磁波不能传播
B．电磁波在空气中的传播速度是340 m/s
C．微波不属于电磁波，所以金属容器可以放入微波炉加热
D．光是一种电磁波
D
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
9
12
13
14
15
16
17
18
19
19．如图所示的是电磁波家族的部分波谱，真空中各种电磁波的传播速度相同。喜爱思考的小明查阅有关资料，了解到蓝牙通信使用的甲波的频率约是2.4×109 Hz，消毒柜工作时使用的乙波的频率约是1.4×1015 Hz，根据所给信息可推测下列说法正确的是(　　)
A．甲的波长比乙的波长短
B．甲、乙均属于电磁波
C．甲、乙均属于无线电波
D．甲属于红外线
B
2
3
4
5
6
7
8
1
10
11
9
12
13
14
15
16
17
18
19
现代通信技术
移动通信
卫星通信
光纤通信
三颗同步卫星几乎可实现全球通信
网络通信
内外两层组成，激光在其内层发生全反射
功能：上网、收发电子邮件等
依靠大功率固定电台和交换中心转接
组成：通信卫星、地面站和传输系统
特点：通信容量大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好
互联网的连接组成
谢谢观看！

展开更多......

收起↑