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21.3卫星通信和光纤通信
第二十一章 电磁波及其应用
人教版2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
21.3 卫星通信和光纤通信教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够精准阐述卫星通信和光纤通信的基本概念、系统组成及工作原理，详细说明卫星通信中通信卫星的作用、运行轨道，以及光纤通信中光信号的产生、传输和接收过程。
熟练掌握卫星通信和光纤通信的特点，包括通信容量、传输距离、抗干扰能力等方面，能够准确对比两者的异同点，并举例说明其在不同场景下的应用。
深入了解卫星通信和光纤通信技术的发展历程、现状及未来趋势，知晓相关技术突破对现代通信领域的重大影响。
（二）过程与方法目标
通过观察卫星通信和光纤通信的示意图、视频演示等，有效培养学生的观察能力和信息获取能力，提高学生从直观材料中提炼关键知识的水平。
在分析两种通信技术工作原理和特点的过程中，显著提升学生的逻辑思维能力和综合分析能力，引导学生学会运用对比、归纳等方法梳理知识。
通过小组讨论和案例分析，培养学生的合作学习能力和知识应用能力，让学生能够运用所学知识解释实际生活中的通信现象，解决简单的通信技术问题。
（三）情感态度与价值观目标
充分激发学生对卫星通信和光纤通信技术的探索兴趣，引导学生感受现代通信技术的魅力，培养学生对科学技术的热爱和追求。
通过了解我国在卫星通信和光纤通信领域取得的成就，如 “北斗” 卫星导航系统、光纤通信网络的广泛铺设，增强学生的民族自豪感和自信心，激发学生的爱国情怀。
在学习过程中，培养学生的创新意识和探索精神，鼓励学生关注通信技术的发展前沿，树立为科技进步贡献力量的远大理想。
二、教学重难点
（一）教学重点
深刻理解卫星通信和光纤通信的工作原理，掌握通信卫星的运行机制和光信号在光纤中的传输原理。
熟练掌握卫星通信和光纤通信的特点及应用场景，能够准确区分两种通信技术在实际生活中的应用实例。
了解卫星通信和光纤通信技术的发展现状及未来趋势，认识到通信技术对社会发展的重要推动作用。
（二）教学难点
理解卫星通信中通信卫星的轨道布局、信号中继过程以及多颗卫星协同工作的原理，这涉及到天体运动和复杂的信号处理知识。
掌握光纤通信中光信号的调制、耦合、传输损耗及光信号放大等技术原理，这些内容较为抽象，与光学和电磁学知识紧密相关。
能够运用所学知识分析卫星通信和光纤通信在实际应用中面临的问题及解决方案，如卫星通信的信号延迟、光纤通信的铺设成本等问题。
三、教学方法
讲授法：系统讲解卫星通信和光纤通信的基本概念、原理、特点等核心知识，构建清晰的知识框架，确保学生掌握理论基础。
演示法：利用多媒体课件、动画、视频等资源，直观展示卫星通信的卫星轨道运行、信号传输过程，以及光纤通信中光信号在光纤内的传播路径，帮助学生理解抽象知识。
讨论法：组织学生分组讨论卫星通信和光纤通信的优缺点、应用场景的选择，以及未来发展面临的挑战等话题，促进学生思维碰撞，培养学生的批判性思维和创新能力。
案例分析法：引入实际案例，如国际卫星电话通信、海底光纤电缆工程等，引导学生运用所学知识进行分析，提高学生解决实际问题的能力。
对比教学法：对比卫星通信和光纤通信的系统组成、工作原理、技术特点等方面，加深学生对两种通信技术的理解和记忆。
四、教学过程
（一）导入新课（5 分钟）
情境创设：播放一段精彩的国际新闻直播画面，主持人介绍新闻现场通过卫星通信将画面实时传输到全球各地，同时展示城市中铺设光纤实现高速网络覆盖的场景。提问学生：“新闻画面是如何跨越千山万水快速传递到我们眼前的？我们日常使用的高速网络背后又隐藏着怎样的通信技术？” 引发学生的思考和讨论，激发学生的学习兴趣。
知识关联：回顾之前学过的广播、电视和移动通信知识，提问学生：“这些通信方式在远距离、大容量信息传输方面存在哪些局限？” 引导学生认识到随着社会发展对通信技术的更高需求，进而引出本节课的内容 —— 卫星通信和光纤通信。
（二）新课教学
卫星通信（20 分钟）
系统组成与工作原理讲解：通过多媒体课件展示卫星通信系统的组成，包括通信卫星、地面站等。详细讲解通信卫星的作用，它就像太空中的 “微波中继站”，接收来自地面站的信号，经过放大、变频等处理后，再转发到其他地面站。以动画形式演示通信卫星在地球同步轨道上的运行情况，解释为什么选择地球同步轨道可以实现稳定的通信覆盖。同时，介绍卫星通信的多址技术，如频分多址、时分多址等，让学生理解多颗卫星如何协同工作实现全球通信。
特点与应用分析：引导学生分析卫星通信的特点，如通信距离远、覆盖范围广、不受地理环境限制等，同时也指出卫星通信存在信号延迟、通信成本较高等不足。结合实际案例，如偏远山区的电视信号接收、海上船只的通信、“北斗” 卫星导航系统等，说明卫星通信在不同领域的重要应用，让学生体会卫星通信的实用性。
发展历程与趋势介绍：简要介绍卫星通信的发展历程，从早期的试验卫星到如今功能强大的通信卫星系统。展示我国在卫星通信领域取得的成就，如 “东方红” 系列卫星、“北斗” 卫星导航系统的建设和应用。探讨卫星通信的未来发展趋势，如高通量卫星的应用、卫星互联网的建设等，拓宽学生的科技视野。
光纤通信（20 分钟）
工作原理演示：利用动画和视频演示光纤通信的工作过程，从光信号的产生（如激光器发出激光）、通过调制器将电信号加载到光信号上，到光信号在光纤中通过全反射进行传输，最后在接收端通过光探测器将光信号转换为电信号并解调还原信息。结合光路示意图，详细讲解光纤的结构，包括纤芯、包层等部分，以及全反射原理在光纤传输中的应用，帮助学生理解光信号在光纤中稳定传输的奥秘。
技术特点讲解：组织学生讨论光纤通信的特点，如通信容量大（一根光纤可同时传输成千上万路电话和电视信号）、传输损耗低、抗干扰能力强、保密性好等。通过与传统通信方式对比，如电缆通信，让学生更直观地感受光纤通信的优势。同时，也提及光纤通信在铺设成本、施工难度等方面存在的问题。
应用实例分享：分享光纤通信在实际生活中的广泛应用，如互联网骨干网、FTTH（光纤到户）实现家庭高速宽带上网、光纤在医疗领域用于内窥镜图像传输等。展示一些光纤通信工程的图片和视频，如超长距离的海底光纤电缆连接各大洲，让学生了解光纤通信对现代社会信息传输的重要支撑作用。
对比与拓展（10 分钟）
对比总结：引导学生对卫星通信和光纤通信进行全面对比，从系统组成、工作原理、技术特点、应用场景等方面进行梳理，填写对比表格，加深学生对两种通信技术的理解和记忆。例如，在通信距离上，卫星通信可实现全球覆盖，光纤通信适合陆地长距离和短距离的局域通信；在传输速度上，光纤通信目前在短距离内具有高速优势，卫星通信存在一定信号延迟等。
拓展讨论：提出问题，如 “在偏远山区和海洋上，为什么卫星通信更具优势？而在城市的互联网通信中，光纤通信又为何成为主流？”“未来卫星通信和光纤通信是否可以相互融合，发挥更大的作用？” 组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点，培养学生运用知识分析实际问题的能力和创新思维。
（三）课堂小结（5 分钟）
知识梳理：与学生一起回顾本节课的主要内容，通过思维导图的形式在黑板上呈现卫星通信和光纤通信的系统组成、工作原理、特点及应用等知识要点，帮助学生构建完整的知识体系。
重点强调：再次强调卫星通信和光纤通信的核心工作原理，两种通信技术的特点及应用场景的差异，以及它们在现代通信领域的重要地位，加深学生对重点内容的理解和记忆。
（四）课堂练习（10 分钟）
基础练习：
填空题：卫星通信中通信卫星的作用相当于______；光纤通信是利用______在光纤中通过______原理进行信息传输。
选择题：下列关于卫星通信和光纤通信的说法，正确的是（ ）
A. 卫星通信信号延迟小，光纤通信信号延迟大
B. 卫星通信覆盖范围广，光纤通信适合短距离局域通信
C. 卫星通信抗干扰能力强，光纤通信抗干扰能力弱
D. 卫星通信成本低，光纤通信成本高
综合分析题：给出一个实际情境，如 “某跨国公司需要建立全球范围内的高速通信网络，同时在公司总部和各分支机构之间实现高速、稳定的内部通信。请分析该公司应如何结合卫星通信和光纤通信技术来满足需求，并说明原因。” 让学生运用所学知识进行分析解答，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力。
（五）布置作业（5 分钟）
书面作业：完成课本课后与卫星通信和光纤通信相关的练习题，巩固课堂所学知识，加深对通信技术原理和特点的理解。
实践作业：让学生查阅资料，了解我国在卫星通信和光纤通信领域的最新科研成果和应用案例，写一篇不少于 500 字的科技小报告，下节课进行分享交流，培养学生自主学习和信息收集处理的能力。
这份教案围绕卫星通信和光纤通信的教学需求设计。若你对教学环节时长、案例选择、知识拓展深度等方面有新想法，欢迎随时和我交流，我会进一步完善。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
讲五分钟的故事和放映五分钟的电影，两者所传递的信息量是不一样的，五分钟的语言只能简单描述人的相貌、衣着和事件的梗概；而五分钟的电影，除此之外还能展现故事地点的山川和天气、人物衣服的质地和颜色、主人公的容貌和嗓音等许许多多细节。因此，电视广播与声音广播相比，在相同时间内要传送更多的信息。
信息理论表明：
作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。
先将信号加载在电磁波上，再把载有信号的电磁波发射出去，（类似于把信件绑到鸽子身上，放飞鸽子）
从到达接收处的电磁波中把信号检出来。（类似于鸽子携带信件飞到目的地，从鸽子身上取下信件并读取）
知识点 1
无线电广播信号的发射和接收
点击观看
电磁波的发射和接收
拓展性实验：电磁波的发射与接收
点击图片播放实验视频
1. 广播电台通过　　　　　将信息传播给千家万户。某收音机的面板上有“AM” 和“FM”两个波段(如下图所示)，其中波长较长的是　　波段。
电磁波
AM
电磁波的频率与波长成反比
发射：
（由_____完成）
电视台
接收：
（由_______完成）
电视机
知识点 2
电视的发射与接收
2. 各地高高耸立的电视塔是地标性建筑，电视塔上天线的作用是（ ）
A．让声音、图像信号转化为电信号
B．让声音、图像信号加载到高频电流上
C．让音频、视频电信号加载到高频电流上
D．让载有音频、视频信号的高频电流产生电磁波
D
移动电话机由 _______来传递声音，它既是_____________ 又是___________。
电磁波
无线电发射台
接收台
移动电话靠__________ (较大的固定无线电台）使在不同地方的人可以互相通话
基地台
设立基地台的原因：
a:手机体积小，发射功率不大；
b:天线简单，灵敏度不高。
知识点 3
移动电话
　　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。
无绳电话
舰载卫星通讯系统
车载数字新闻通讯车
3. 近年来在我们的生活中，4G手机通信业务已经逐渐推广，使用4G手机不仅通话信号好，而且在使用无线网络上网时效果更佳。下列说法正确的是（ ）
A．电磁波和声波在空气中的传播速度都是3×108 km/s
B．电磁波和声波都是由物体振动产生的
C．手机无线上网是利用电磁波传输信息的
D．电磁波能传递能量，声波不能传递能量
C
声波在空气中的传播速度是340 m/s
电磁波是由迅速变化的电流产生的
1. 激光的特点与应用
（1）激光束的平行度特别好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。
①激光测距：激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。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，就可以求出目标的距离。激光测距雷达就是根据这个原理制成的。
②读出光盘上记录的信息：由于平行度好，激光可以会聚到很小的一点上。让这一点照射到光盘上，就可以读出光盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像。由于会聚点很小，光盘记录信息的密度很高。
五、《科学世界》——激光的应用
（2）激光的亮度高
激光还有一个特点是亮度高，也就是说它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，可以使物体的被照部分迅速上升到极高的温度，最难熔化的物质在这一瞬间也要汽化了。因此，我们可以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。医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、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，在军事上有广泛的应用。
五、《科学世界》——激光的应用
2. 想想议议
阅读了以上这段“科学世界”和前面的“光纤通信”后，讨论下面几个问题。
（1）激光有哪些不同于其他光的特点？文中所说激光的应用分别利用它的哪个特点？
（2）除了文中介绍的应用外，你还听说在什么地方用到了激光？
五、《科学世界》——激光的应用
1. 微波通信需要中继站，原因是( )
C
A. 微波信号衰减特别快
B. 微波信号传播速度慢
C. 微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射
D. 微波信号容易被干扰，信号容易丢失
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2. 下列关于地球同步通信卫星的判断中正确的是( )
A
A. 同步卫星的转动周期和地球自转周期相同，相对于地面
是静止的
B. 同步卫星在空中静止不动
C. 同步卫星每天绕地球运转一周
D. 同步卫星作为微波通信的中继站，地球上空至少要4颗才
能将信号覆盖全球
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3. 光纤通信就是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信
方式，光导纤维是一种由玻璃制成的纤维，其应用前景非常
广阔。下列关于光纤通信的说法正确的是( )
B
A. 光导纤维是导体
B. 由于光的频率高，可以在一定时间内传播大量的信息
C. 光波在光导纤维中传播的速度等于
D. 光波不是电磁波
【点拨】光导纤维是玻璃丝，属于绝缘体。光导纤维是固体，
光在固体中的传播速度小于 。光波属于电磁波。
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4.在一个无色大塑料瓶的侧壁靠底部的位置钻一个小孔，用
胶带粘住小孔，在瓶中装满水，在瓶的另一侧放一只激光电
筒，调节光束的方向，让光束正好能射中对侧的小孔
（如图所示）。揭下胶带，让水流到下面的盆里，你会看到
光束随弯曲的水流照到盆底，在盆底形成一个光斑。
（第4题）
（1）在这个实验中，激光电筒的光束沿水
流的____（填“内”或“外”）壁经过多次
______（填“反射”或“折射”），最后射到
盆底。
内
反射
（2）实验中从瓶中流出的水柱相当于光纤
通信中的光导纤维，由此说明用来进行光
纤通信的光纤____（填“能”或“不能”）弯
曲。
（3）在光纤通信中，每一根光纤____
（填“能”或“不能”）同时传导多束激光信号
而不致相互干扰。
能
能
（第4题）
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（第5题）
5. 现在许多长途电话是以地球同
步卫星做中继站的，如图所示。
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
的原因之一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
B
A. B. C. D.
离是 ，则延迟的时间约为( )
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6.光导纤维由内芯和
外套组成（如图甲）。
若光在光导纤维内芯
16
中传播速度为真空中传播速度的 ，那么光信号在光导纤维内
芯中沿直线传播，需要_________ 。光纤通信是利用
光在光导纤维中多次反射来传输信息，当一束光与水平方向
成 角，从点射到一段水平放置的长为 、内径为
的直光导纤维的边缘，如图乙所示，光束进入此光导
纤维内部（两端的边缘除外）后反射了____次。
【点拨】光在光导纤维内芯
中传播速度为
光信号在光导纤维内芯中沿直线传播 需要的时间为
。由题知，光束在此光导纤维
，
内部每反射一次传播的距离
为 /次
/次，光束在
此光导纤维内部反射的次数
为 次。因两端的边缘除外，反射的次数
应减去1，所以光束在此光导纤维内部反射的次数为16次。
返回
①微波：波长10m~1mm间，频率30MHz~3×105MHz间.
②利用微波进行的通信称为微波通信。
③需利用微波中继站传递信息.
①利用通信卫星做微波通信的中继站来进行通信的方式
叫卫星通信。三颗同步卫星几乎可实现全球通信.
②组成：同步通信卫星、地面站.
①激光：频率单一、方向高度集中.
②是利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式.
网络通信是借助计算机网络进行通信的方式.
五、课堂总结
微波通信
卫星通信
光纤通信
网络通信
越来越宽的信息之路
谢谢观看！

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