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第3节 卫星通信和光纤通信
物理九年级全一册 人教版
第二十一章 电磁波及其应用
学习目标
01
02
03
04
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
通过阅读卫星通信和光纤通信的相关材料进行学习，发展通过阅读提取重要信息、分析、归纳的能力。
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。
重点难点
教学
重点
教学
重点
了解卫星通信、光纤通信的基础知识
卫星通信、光纤通信的原理
课堂导入
　　2020年，北斗三号系统的建设基本完成，北斗系统正式实现了全球覆盖，为全球用户提供了高精度、可靠性的导航服务，从古代的“北斗七星”到现代自主研发的“北斗系统”，中国的星辰大海梦想从幻想已经变为了现实。
探究新知
卫星通信
1. 微波通信
微波波长较短，频率较高。一定时间内可以传递更多信息。
①微波的波长范围和频率范围
a. 微波的波长在厘米量级甚至更短。
可穿透大气层，适用于电视信号与雷达信号传送，以及卫星通信，具有极高的民用、科研及军事价值。
b. 微波的频率在30MHz~3×105MHz之间。
探究新知
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？
中继站
探究新知
　　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，把上一站传来的微波信号处理后，再发射到下一站去，这就像接力赛跑一样，一站传一站，经过很多中继站可以把信息传递到远方。
发射
接收
微波中继通信示意图
②微波中继站
探究新知
③微波通信的优缺点
a. 优点：微波通信的频率高，传播信息容量大，且中继站用计算机监督控制。出现故障时能自动倒换，自动报警，节约了人力资源。
b. 缺点：微波传送距离越远，需要建立的中继站就越多， 势必会带来一定的麻烦。而且在遇到雪山、大洋，要本无法建立中继站。
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。
探究新知
　　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？
用月球作为中继站实现微波通信的设想。
通信卫星
探究新知
卫星通信
1.同步卫星
　　地球同步卫星是指在地球同步轨道上自西向东运行的人造卫星。从地面上看，它们好像悬挂在空中静止不动。
轨道周期与地球的自转周期相同，为1个恒星日，即23小时56分4秒 ；距离地面大约35,786 km，距离地心大约 42,164km 。
探究新知
　　天线A向卫星发射电磁波；卫星作为中继站，将接收到的电磁波进行处理，发送给天线 B，并转发给另一颗卫星；另一颗卫星再发送给天线C。通过这个通信网络，地球上几乎任意一个地方都可以将信息即时发往世界各地，在一瞬间传遍全球。
用三颗同步卫星就可以实现全球通信
中国的创新发展战略使科技领域不断取得新成果，下列说法正确的是（　　）
A．智能机器人只能通过声音信号控制
B．北斗卫星导航是通过光纤传递信息
C．摇控器与无人机是利用电磁波通信的
D．用5G手机上网是通过超声波传递信息
【学习任务一】卫星通信
探究新知
C
探究新知
2.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。
且拥有远距离传递信息、通信容量大、干扰小、质量好、功效高等优点。
使用北斗卫星导航系统的无人驾驶车辆。
探究新知
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。
从理论上讲，如果用光来通信，相同时间可以传递更多的信息。这个设想直到激光器诞生后才得以实现。
1960年，美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生频率单一、方向高度集中的光——激光。
探究新知
1.光导纤维：
　　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。
　　光纤是利用光波（即可见光）传播信号的，是信息社会传送各种信息的主要工具。
探究新知
【实验】水流导光（模拟激光在光导纤维中的传播）
　　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，你会看到光随着弯弯的水流照到地面，在地面产生一个光斑。
拓展实验
探究新知
2.光在光导纤维中传播
　　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。
探究新知
2.光纤通信的优点
　　光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。
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。
探究新知
科学世界
激光的应用
　　激光束的方向性特别好，这个特点使它可以用来进行精确的测距。激光测距雷达就是根据这个原理制成的。
　　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，就可以使物体的被照部分迅速上升到极高的温度并熔化。
　　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。
从古至今，人类活动离不开对信息的收集、传递和使用。下列说法错误的是（　　）
A．手机只能发射电磁波，不能接收电磁波
B．“北斗”卫星导航系统是利用电磁波传递信息的
C．5G技术采用无线电波传输信息，无线电波是电磁波
D．光纤通信是利用光在光导纤维中进行多次反射来传递信息的
【学习任务二】光纤通信
探究新知
A
课堂小结
卫星通信和光纤通信
卫星通信
光纤通信
光导纤维
同步卫星
1. 如图，光导纤维在传递信息时，光从内芯的一端传输到另一端，其原理应用了光的（　　）
A．折射
B．反射
C．色散
D．直线传播
B
课堂练习
布置作业
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：
请同学们搜集资料，把所学的几种通信方式，设计一个通信方式分类图，简单说明它们之间的关系，可以如何互相结合 在生活中有什么应用 感受信息高速公路为人们生活带来的便捷。
谢谢聆听
下 课
Thanks!
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