资源简介

第3节 卫星通信和光纤通信
【教学目标】
1.常识性了解卫星通信、光纤通信.
2.了解光纤通信的原理和优点.
3.通过了解卫星通信、光纤通信的知识，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力.
4.通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学生学习科学的兴趣.
【教学重点】
了解现代通信知识.
【教学难点】
卫星通信、光纤通信的优点和原理.
【教具准备】
多媒体课件、视频资源、光纤等.
【教学课时】
1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对 知识的巩固.
【新课引入】
节课我们学习了无线电广播和电视广播的工作过程，那么电视广播和无线电广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？大家请看屏幕（多媒体机播放视频）.
生1 电视广播的信息比无线电广播多.
生2 电视除能通过声音得到信息，还可以看到它的周围环境、色彩、天气等等信息.
M信息理论表明，作为载体的电磁波频率越高，运用的范围越宽泛，相同时间
内传输的信息就越多.因此，几十年来，无线电通信，电视广播等所用的频率越来越高，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了.这就是我们今天所要讨论的课题.
【进行新课】
知识点1 卫星通信
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.微波的性质接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射.
师 我们怎样才能把微波信号传递到远方呢
生 设中继站.
师 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50km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（图21.3-2）.要想使信号传递的距离越远，那么需要的中继站就越多.
教师引导学生阅读课本P183想想议议.
师 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（图21.3-3)
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.
师 那我们还能用什么作为中继站呢？
生 通信卫星.
1.问题:做中继站的卫星随便移动可以吗？
地球同步卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同，所以叫作“同步卫星”.(做中继站的卫星是地球同步卫星，相对地球静止，不随便移动的.)
大家看屏幕，多媒体播放视频:人造卫星.
2.卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成. 看书了解地面接收站的天线形状和朝向.
3.在地球的周围均匀地配置3颗地球静止卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信.（如图）
通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站，它可以把从一个地面站接收的信号，处理后再发送到另一个或几个地面站.
现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场画面，这就是通信卫星带来的好处.
师 利用卫星来发射和接收电磁波信号的应用有哪些？
生 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.
知识点2 光纤通信
师 人类自从用了电磁波这一宇宙中最快的速度进行通信以后，不断地向前发展.现代信息社会中，我们需要交流越来越多的信息，这就需要把这一信息之路修得越来越宽.我们已经知道，电磁波的传播速度等于光速，实际上光也是一种电磁波，与微波相比，光的频率更高，如果用光来通信，这条“高速公路”要比短波、微波的“公路”宽出百万倍、千万倍.这就是光纤通信，请看屏幕（用多媒体播放光纤通信资料），通过讨论说出你对光纤通信的了解.
学生讨论，回答.
教师总结:①所用的是激光.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.
1960年美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生单一频率、方向高度集中的光——激光.
②在光导纤维里传播.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.
教师演示教材P185实验：水流导光
把大塑料瓶用不透光的纸包上，瓶的侧壁开个小孔，在塑料瓶内盛满水，水中有一个光源，观察水流中的光.
生1：看到水从小孔流出时，光随着弯弯的水流照到地面，在地面产生一个光斑.
生2：这个实验说明光可以沿弯弯的水流传播，也可以沿玻璃丝传播，不管玻璃丝怎样弯曲都可以传播.
水流导光的实验模拟了光在光导纤维中的传播.
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.
光导纤维是很细很细的玻璃丝，通常将数条光纤并成一束再敷上保护层，制成光缆，用来传递电视、电话等多种信息.由于光的频率很高，所以光在一定时间内可以传输大量信息.
师 光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输.光纤通信的通信容量大，通信质量高，保密性好.光能沿弯曲的玻璃丝传播，观察演示(如图).
师 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.
教师引导学生自主阅读教材P186科学世界，让学生了解激光的应用情况.
【教师结束语】
本节我们学习了卫星通信、光纤通信的知识.微波传播需要建立中继站，而高山、大洋处中继站的建设很困难，于是人们就想到了卫星通信，在太空设立三颗同步卫星就能实现全球通信;光也是一种电磁波，它也能通信，专门用于通信用的光是激光，我们需要它在专门的光导纤维里通行，它损失小，保密性好，容量大，传输质量高，所以近年来的电话很少有占线现象，这都得益于光纤通信的发展.
课后作业
完成本课时的练习.
1.这节课的容量大，名词术语多，比较抽象，但所涉及的现象多与自己身边的事例有关，所以多结合自己身边的现象来分析，该课也不难理解了.
2.将各地常见到的地面卫星接收天线能收到电视节目与卫星通信联系起来，学生也不难理解卫星通信.
3.光导纤维也可以与日常生活相结合，让这些抽象、陌生的东西具体化，学生学起来就有兴趣了.
4.讲述我国的通信技术的发展，增强学生的兴趣和爱国的热情.本章复习和总结
【教学目标】
1.知道电磁波的产生与传播，知道电磁波在无线电广播、电视、移动电话方面的应用以及三者发射和接收信号的区别.
2.常识性了解卫星通信、光纤通信.
【教学方法】
1.归纳法:整合本章知识点之间存在的联系.
2.讲练结合法:通过典型习题的讲练，帮助学生加深理解知识的内涵，熟悉解题方法与技巧.
【教具准备】
多媒体课件.
【教学课时】
1 课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【本章总结】
知识结构（用多媒体展示并总结）
2.例题讲解（用多媒体展示）
知识点1 电磁波
例1 空调遥控器能够控制空调的开机、关机、调温等，利用的是（ ）
A.红外线 B.紫外线
C.X射线 D.可见光
解析:红外线、紫外线、X射线、可见光都是电磁波.红外线的波长为0.76 400微米，主要用于红外遥控；紫外线的波长为10 400纳米，主要用于杀菌；X射线的波长为 (0.06 20）×10-10，主要用于对人体病情的检测；可见光的波长为400 700纳米，是人类肉眼能看见的光.故本题答案为A.
答案:A
例2 下列关于声波和电磁波的说法正确的是（ ）
A .玩电脑游戏时，人不会受到电磁辐射
B .移动电话是通过电磁波来传递信息的
C .电动牙刷发出的超声波不能在空气中传播
D .地震后，用音频探测仪能够搜集废墟中幸存者发出的电磁波信息
解析：电脑会发射电磁波，玩电脑游戏时，人会受到电磁辐射，A错误;超声波能够在空气中传播，C错误；音频探测仪能够识别在空气或固体中传播的微小震动，通过搜集废墟中幸存者发出的声音信息来感知生命信号，D错误.只有B选项正确.
答案:B
例3 学了 “电磁波”和“声波”这两部分内容后，小华列出了如下知识归纳表，其中 和 (填表中序号）的说法是错误的.
解析：声音的传播需要介质，真空不能传播声音，一般情况下，声音在固体中传播最快，在气体中传播最慢；电磁波的传播不需要介质，真空也能传播电磁波.
答案：②③
知识点2 广播、电视和移动通信
例4 (多选)关于广播、电视和手机,下列说法正确的 是(　　)
A．它们都是靠电磁波传递信息的
B．它们都是靠导线中的电流传递信息的
C．它们都只有接收功能,没有发射功能
D．手机既有接收功能,又有发射功能
答案：AD
知识点3 卫星通信、光纤通信
例5 现代通信技术不断走进人们的生活．下列关于 现代通信技术的说法正确的是(　　)
A．微波不是电磁波
B．通信卫星相当于太空中的微波中继站
C．光纤通信主要利用电信号传递信息
D．微波的频率比可见光的高
答案：B
课后作业
完成本课时的练习.第2节 电磁波的海洋
【教学目标】
1.了解电磁波的产生和传播.
2.知道c是电磁波在真空中的传播速度.
3.知道波长、频率和波速之间的关系.
4.通过实验知道可以人为获得电磁波，培养学生想象与实践结合的科学的学习态度.
5.通过对信息的收集、整理，了解电磁波大家族.
6.通过动手实验证明电磁波能在真空中传播.
7.通过对电磁波知识的学习，激发学生敢于向困难挑战、 热爱科学的情感.
【教学重点】
电磁波的传播.
【教学难点】
电磁波的产生.
【教具准备】
多媒体课件、收音机、手机、真空罩、干电池、导线.
【教学课时】
1 课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师 电话有固定电话，还有手机，手机是通过什么来实现自由通话的？我们收看电视、收听广播时又是如何接收到电视、广播信号的？
它们的一个共同特点是没有通信使用的导线，信号都是通过电磁波传播的，今天我们就学习关于电磁波的知识.
【进行新课】
知识点1 电磁波是怎样产生的
师 我们前面提到过水波、声波，请大家用实验来说明什么是水波、声波.
生1：手持木棍，让木棍下端接触水槽水面，水面上有一圈一圈凸凹相间的波纹从木棍接触水面处向外传播，形成水波
生2 ：两个音叉并排放置，并离得很近，敲击其中一个音叉，和另一个音叉接触的小珠被弹起.音叉振动时，在空气中会有疏密相间的声波向外传播.声波看不见，摸不到，但声波能传到我们的耳朵，并引起鼓膜振动，使我们产生听觉.
师 电磁波看不见、摸不到，那么电磁波是怎样产生的？我们如何研究它呢？
下面我们制造一下电磁波，大家感受一下.（教师演示教材P175图21.1-1实验）
实验1 打开收音机的开关，将调谐旋钮旋至没有电台的位置，将音量开大，取一节干电池和一截导线，拿到收音机附近，先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与电池的正极相摩擦，使它们时断时续地接触，从收音机里听到什么？
生 在收音机里听到"喀喀"的杂音.
师 这是因为在导线与电池组成的电路中产生了快速变化的电流，变化的电流产生了电磁波，收音机接收了这一电磁波，并把它放大转换成声音，这就是我们听到的“喀喀” 声.
上面的实验中导线与电池时断时续地接触，产生迅速变化的电流，电能生磁、磁能生电，变化的电流在空间激起（产生）电磁波.
广播电台、电视台以及移动电话靠复杂的电子线路来产生迅速变化的电流，发出电磁波.电磁波有许多用途，例如可以用电磁波来传递信息.
知识点2 电磁波是怎样传播的
波长、波速和频率之间的关系
师 大家看屏幕（多媒体播放不同形式的电磁波），观察到什么？
生1：看到一圈一圈明暗相间的波纹向外传播.
生2：看到一圈一圈凸凹相间的波纹向外传播.
教师总结：
(1)在一列波的传播中，凸起的最高处，叫作波峰；凹下的最低处，叫作波谷.
(2)波长()——邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫波长.
(3)频率()——在某确定位置，1s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少.
(4)波速——波不停地向远处传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速.
师 波是自然界普遍存在的现象.我们知道声波的传播需要介质，那么电磁波的传播是否也需要介质？
师 我们想想如何做实验才能知道电磁波的传播是否也需要介质？
(启发：回忆声音的传播需要介质的实验）
实验2 把一手机放在密闭的塑料袋内，再放入水槽中，用另一手机打电话寻呼，看到它能够收到信号.
生:这个实验说明，电磁波在液体中能够传播.
实验3 把手机放在密闭的木制的盒子里，用另一手机打电话寻呼，看到它能够收到信号.
生:这个实验说明电磁波在固体中能传播.
实验4 把手机放在真空罩中，呼叫，手机仍能够收到信号.
生:这个实验说明，电磁波在真空中能够传播.
师 月球上没有空气，声音无法传播.但是电磁波能够在真空中传播，所以宇航员在月球上可以用电磁波来通信.
师 电磁波的传播速度是不是看起来很熟悉？你由此产生了什么联想？
生 与光速相同.
知识点3 电磁波大家族
电磁波的频率
电磁波频率的单位也是赫兹.因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz).这些单位间的换算关系是
1MHz=103kHz 1kHz=103Hz
教师引导学生阅读教材P177想想议议.
教师演示实验，请学生上台进行演示.
教师作简单介绍即可.
2.电磁波的应用
电磁波是个大家族.通常用于广播、电视和移动电话的频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分电磁波，叫无线电波.
日常生活中可以看到各种各样的天线，它们有的是发射电磁波的，有的是接收电磁波的.
我们学过的可见光、红外线和紫外线也属于电磁波.X射线、γ射线是频率很高的电磁波.不同频率范围的电磁波在我们的生活中发挥着重要作用（图21.1-5）.
微波炉
生活中常见的微波炉是用电磁波来加热食品的.微波炉内有很强的电磁波.这种电磁波的波长在无线电波中较短，叫作微波.食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高.由于微波可以深人食物内部，所以用微波
炉做饭时食物的内部和外部几乎同时变熟，省时、省电.
教师引导学生思考以下问题：
(1)微波炉的原理是什么？
(2)微波炉适宜于加热什么食物？
(3)微波对人体有害，使用微波炉时，应怎样作好防护？
学生阅读，思考，讨论，回答.
教师用多媒体展示中国天眼的相关资料，学生了解即可.
【教师结束语】
这节课我们学习了电磁波的产生、传播和它的一些基本常识.了解到电磁波是由变化的电流所引起的，它以波的形式向外传播，其中的波长、频率和波速存在着一个定量关系式:，频率越大，电磁波的波长越短;频率越小，电磁波的波长越长，但其传播速度是不变的.电磁波还有其他的应用，如微波炉、雷达等.
课后作业
完成本课时的习题.
这节课比较抽象，因为电磁波看不见、摸不着，所以如何把电磁波讲直观了，是这节课的关键.
1.通过水波讲电磁波，采用视频或让学生回忆水中波纹产生的原因及过程可以使学生感知水波的形成，再利用类比推导出电磁波的形成，这样学生接受起来比较自然.
2.把电磁波的传播与生活经验相结合.一方面我多做了一些可以证明电磁波能在固体、液体中传播的实验，另一方面我还通过举些生活中的实例来说明电磁波的传播，后者的方法更让人们信服.
3.在对微波炉、雷达知识的自学时，积极发动学生，让家中有微波炉的同学介绍其使用方法及使用的便捷程度，起到了较好的互动效果，其实学生自身的不同生活经验本身也是一种很好的教学资源.第3节 广播、电视和移动通信
【教学目标】
1.了解无线电广播的大致工作流程.
2.大概了解电视的工作流程.
3.了解手机是怎样工作的.
4.通过了解无线电广播、电视和手机的工作流程，初步认识科技对现代生活的影响.
5.通过了解广播、电视和手机的工作流程，初步认识科技对现代生活的影响.
【教学重点】
广播、电视和手机的工作流程.
【教学难点】
广播、电视和手机的工作流程.
【教具准备】
多媒体课件、投影仪、手机、无绳电话、VCD、电视机.
【教学课时】
1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师 我们打开电视机，听到的声音、看到的图像都是通过电磁波传来的；我们用智能手机浏览网页、打电话，也是靠电磁波来传递各种信息的.电磁波在信息的传递中扮演着非常重要的角色.这些信息是怎样被发射和接收的呢
下面我们就来研究一下这个问题.
【进行新课】
知识点1 无线电广播信号的发射和接收
师 话筒的作用是什么？
生:把声音信号变成电流信号.
师 从话筒出来的电流信号能不能直接变成电磁波发射出去？
生:思考，讨论.
师 由于从话筒出来的电流频率很小，它变成的电磁波的频率也很小，这样的电磁波在传播过程中能量损失很快，所以它传播得并不远，要想在传播过程中能量损失较小，电磁波的频率必须高，所以我们需要把频率较小的声音信号加载到频率较高的高频电流上去，以形成带有声音信号的高频振荡电流，它产生的高频电磁波可以传播到很远的地方.
1.无线电广播信号的发射
教师播放多媒体文件“无线电广播的原理和类比”，并给学生讲解.
无线电广播信号的发射由反播电台完成.人们先用话筒把播音员的声音信号转换成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电流上，再通过天线产生电磁波并发射到空中（图21.2-2甲）.
2 .无线电广播信号的接收
教师用多媒体播放文件“无线电广播的原理和类比”并给学生讲解.
信号的接收由收音机完成.收音机都有天线.老式收音机的天线很长，而且要架在室外很高的地方，以获收音机的天线能接收到各种各样的电磁波.转动收
音机调谐器的旋钮，可以从中选出特定频率的信号.由调谐器选出的信号含有高频电流成分，需要通过解调将其滤去，将音频电信号留下.音频电信号经放大后被送到扬声器里（图21.2-2乙）.扬声器把音频电信号转换成声音，我们就听到广播电台的节目了.
教师引导学生完成教材P181练习与应用第1小题，进行讲解.
有条件的学校可以进行演示实验，可以用数字化实验设备来直观地显现电磁波的发射与接收过程.帮助学生理解.
【拓展实验】电磁波的发射和接收
教师引导学生阅读课本P180拓展实验.
知识点2 电视信号的发射和接收
师 电视与无线广播相比有什么不同？
生：电视除了有声音的传递外还有图像的传递.
师 声音的传递与无线电广播是一样的，可图像的传递是怎样的呢？
大家看书了解有关电视的发射和接收过程，思考一下图像是如何传递的？
学生阅读，讨论，回答.
教师总结：
电视节目的发射：摄像机把图像变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电流上，通过发射天线发射到空中.
电视节目的接收：电视机的接收天线把这样的高频信号接收下来，通过电视机把图像信号取出并放大，由显示器把它还原成图像.声音信号的产生、传播和接收跟无线电广播的工作过程相似.
生活中常见的有线电视通过电缆等把电视节目传送到千家万户.
知识点3 移动通信信号的发射和接收
师 手机没有电话线，它也是通过电磁波来传递信号的，大家讨论一下，手机方便了我们的生活，在设计这些手机时，应该使它具有怎样的条件？
学生讨论，并积极发言.
教师总结：
(1)手机要求既要发射电磁波又要能接收电磁波.
(2)话筒、听筒、调制、解调都要有.
(3)不应有很大的天线，体积尽量的小.
手机的原理：
手机既是无线电发射台又是无线电接收台：它用电磁波把讲话的信息发射到空中，同时它又在从空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息.
手机可以使你很方便地跟朋友通话，无论你的朋友在附近，还是远在别的国家.
手机的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高.因此，它跟其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接.这种固定的电台叫作基站. 城市中高大建筑物上常常可以看到移动通信基站的天线.图21.2-5为全球海拔最高的5G（第五代移动通信技术）基站，实现了珠峰峰顶5G网络覆盖.现在智能手机的功能非常丰富，可以用来视频通话、浏览网页、举办网络会议，等等.
【教师结束语】
这节课我们学习了无线电广播、电视和移动通信方面的知识.它们都是靠电磁波来传递信息的，它们本身所转化过来的电流信号的频率都较低，不能直接通过电磁波发射，必须要将其调制到频率较高的电磁波上，然后通过天线发射出去;待接收时再通过天线将其接收下来，通过选台将所要的节目选出来，经过解调再还原成低频电流信号，通过扬声器、显像管再将声音或图像还原出来.
【课后作业】
完成本课时的习题.
1.这是一节较为抽象的原理课，电磁波本身就看不见、 摸不着，低频电流、高频电流、调制、解调等环节也涉及较多的知识，不可能一下子说清楚，只能靠想象边叙述边画图帮助学生在大脑中建立一个大致的概念框架，所以对抽象的东西尽可能使其在教学中直观起来.
2.类比的方法对学生正确理解原理会起到极大的作用，所以在讲广播的过程中用送信的情景能很好地帮助学生建立电磁波传送信息的模型.
3.这节知识仍然要采用通过现象探究原理的思路进行讲解，先让学生说怎样听广播、怎样用手机打电话等，然后再探索应该具有怎样的原理才能实现这样的现实情景，这样学生接受起来比较自然，讲课也会顺畅很多.

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