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第3节 跨学科：电磁波与信息技术
第二十章 电磁波与信息时代
信息化是当今时代的大趋势。当你用手机与人交流、查阅资料和在网上购物时，你是否感受到网络已与我们生活息息相关？信息化离不开高速发展的通信技术。
本节我们将学习我们身边的几种典型的通信技术。
1.能从跨学科视角了解电磁波与信息技术的关联。
2.知道光纤通信、现代电信网络、互联网等及其与生产生活的关联。
3.了解电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。
1.光纤：光纤是光导纤维的简称， 是由玻璃或塑料等材料制成的纤维。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。
细如发丝的光纤
知识点一、光纤通信
2.光纤传送信息的容量大
一根光纤能同时传输相当于10 000根电线所传输的信息量。随着科学技术的发展, 光纤能传送的信息容量还会更大。
拓展延伸
1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维。
高锟（1933-2018）
光导纤维
高锟与光导纤维
3.观察光在光纤中的传播
迷
你
实
验
室
（1）实验器材
彩色透明纸、手电筒、一束光纤
（2）实验步骤
①先将彩色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，再将一束光纤的一端垂直放置其上。观察不同颜色的光在光纤中传播的现象。
②把光纤弯曲成不同的角度，甚至成环状，重复上面的实验步骤。
③观察光在弯曲光纤中传播的现象，跟同学们一起讨论为什么会出现这些现象。
（3）实验视频：弯曲的有机玻璃棒能导光
（4）结论：不同颜色的光都能沿着光纤传播，不管光纤怎样弯曲，从它的一端射入的光都会顺着它传播，再从它的另一端射出。
4.光在光导纤维中的传播原理
光在光导纤维中的传播原理是光的全反射。光纤很细，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全
内芯
外套
光发生多次全反射
反射，因此光能从光导纤维的一端射入，从另一端射出，这样信息传到了远方。
5.光纤通信的优点
①传输容量大：单根光纤可同时传输数百万路电话或数千路电视信号。
②传输距离远：信号衰减极弱，无中继传输距离可达数十公里，减少设备成本。
③抗电磁干扰能力强：光纤不导电、不辐射电磁波，不受雷电、工业干扰，信号稳定。
④保密性好：光信号在光纤内传播，不易泄露，难以窃听。
6.光纤通信网络：由于光纤传输信号容量及抗干扰能力的优异特性，现已成为互联网地面信号传输的主要媒介，由其组建的网络又称为光纤通信网络。
通过光纤传送的若干电视频道信号
光导纤维的应用：光纤通信、医学上的内窥镜。
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。
内窥镜
知识点二、现代电信网络
人们经常使用电话，其实，要打通一个电话可没想象中那么简单。电话系统由许多有线、无线网络构成。
数据终端
电话
微波中
继站
微波中
继站
数据终端
传真机
传真机
长途
电信局
无线寻呼
微波中
继站
寻呼通信
中继站
海底光缆
海底光缆
地面
站A
地面
站B
电话
长途
电信局
卫星
电话网络示意图
1.卫星通信
（1）卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星把地面站送来的信号接收下来，进行放大，然后转发给另外的地面站。
卫星
地面站
地面站
（2）卫星通信的优缺点
①卫星通信的优点
覆盖范围广：可跨越海洋、沙漠等网络盲区，实现全球覆盖。
通信距离远：单颗卫星即可连接数千公里外的终端，无需大量地面中继站。
部署灵活：适用于应急通信、偏远地区通信，快速组网。
容量较大：现代卫星可支持语音、数据、视频等多业务并发传输。
②卫星通信的缺点
时延较高：信号往返卫星需0.25秒左右，实时性差。
受环境影响大：暴雨、暴雪等天气会干扰信号，导致通信质量下降。
成本高昂：卫星制造、发射及地面设备投入大，使用费用较高。
轨道资源有限：地球同步轨道容量稀缺，存在频率干扰风险。
2.微波通信
发射
接收
（1）微波通信像接力赛，每隔几十千米修建一座接力站，接收并放大信号，继续传送。这就像接力赛跑一样，一棒传一棒，可以把信息传递到远方。
（2）微波通信的优点和缺点
①优点：频率高，传播信息的容量大；质量好，可传送很远的距离；大致沿直线传播，受大气干扰小，收到的信号强且稳定。
②缺点：需要大量的中继站进行信号处理，受地形限制较大。
3.移动通信
（1）移动电话用微波信号与电话网络联系，既是无线电发射台又是无线电接收台。
移动通信的基地台是参考蜂窝的构造布局的，大大增加了无线电覆盖的有效面积，因此移动电话也被称为“蜂窝电话”。
移动通信的基站
蜂窝
视频：第五代移动通信技术
学科综合
1. 互联网
（1）互联网将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传送计算机信号。
（2）互联网使信息在全球范围内得到了高速共享。
想一想
阅读课文并根据自己对互联网的认识说一说互联网有哪些应用？
知识点三、互联网
2. 互联网的应用
（1）获取信息与传播
人们通过计算机，进入互联网这个信息高速公路，足不出户就可获得世界各地的各种信息，也可通过社交软件、自媒体分享内容。
（2）沟通与社交
即时通讯（微信、QQ）、视频通话（Zoom、腾讯会议）、社交网络（微博、抖音），实现跨时空人际、群体互动。网络让我们即使远隔千山万水，也仿佛近在咫尺。
（3）教育与学习
互联网为我们提供了崭新的学习方式— 网络学校。互联网让图书馆和实验室都能“进入”你的家里，随时随地打开计算机，你就可开始学习。
在线课程（网易云课堂、Coursera）、远程教育、题库工具、虚拟实验室，打破教育时空限制。
跨越千年：从烽火台到“5G + 北斗”导航
烽火传递信息
卫星导航示意图
阅读课文了解从烽火台到 “5G + 北斗”导航的内容。
学 科 综 合
视频：5G+北斗导航
跨学科：电磁波与信息技术
光纤通信
光纤是由玻璃或塑料等材料制成的纤维
传播原理：光的全反射
光纤通信的优点
现代电信网络
卫星通信
微波通信
移动通信
互联网
互联网的应用
互联网将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传送计算机信号。
1.历经四十年的发展，中国光纤光缆行业已经占据世界半壁江山，为现代通讯做出了突出贡献，体现了大国精神、大国担当。现代信息高速公路，是卫星通信和光纤维通信等高速、大容量信息传输通道的俗称，光纤维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
B
2.下列关于卫星通信的说法正确的是（ ）
A. 卫星通信就是利用卫星来向地面发射电磁波
B. 通信卫星相当于一个太空微波中继站，它是用来转发地面站发送来的信号的
C. 卫星通信发送广播信号
D. 卫星通信接收电视信号
B
3.下列关于计算机网络的说法正确的是（ ）
A．同一个办公室里的几台计算机不可能建立网络
B．把几台计算机用信号线直接连接起来就成为网络
C．网络通信既能传递文字，还能传递图像和声音
D．用笔记本电脑进行无线上网不属于网络通信
C

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