第三节 跨学科：电磁波与信息技术（培优教学课件）物理新教材沪科版九年级全一册

义务教育教科书 第二十章 电磁波与信息时代 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 上海科学技术出版社 思考： 为什么我们通过手机、平板电脑或计算机，几乎 能在瞬间与千里之外的亲朋好友通话或视频交流? 导入新课 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. 学习目标 能从跨学科视角了解电磁波与信息技术的关联，能了解光纤通信、现代电信网络、互联网等及其与生产生活的关联；能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 1. 光纤通信 2. 现代电信网络 3. 互联网 4. 课堂总结 5. 综合提升训练 目录导航 一、光纤通信 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 一、光纤通信 （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。 1. 光纤 运用光纤传送信息的容量，比运用电线传送信息的容量要大很多。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。 细如发丝的光纤 一、光纤通信 【做一做】 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。 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。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。 （2）观察光在光纤中的传播 一、光纤通信 【现象】 (1) 将红色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，在光纤的另一端看到红色的光；将绿色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，在光纤的另一端看到绿色的光；将黄色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，在光纤的另一端看到黄色的光… … (2) 将光纤弯曲成不同的角度、甚至成环状时，仍能在光纤的另一端看到与上面相同的现象。 【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。 （2）观察光在光纤中的传播 一、光纤通信 光导纤维 携带信息 的激光射入 携带的信息 随激光射出 （3）光导纤维传光原理 光导纤维传播激光的原理是光的全反射。光纤很细，有内外两层，由于内外层的折射本领不一样。携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在光纤内部发生全反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。 一、光纤通信 视频讲解—《光导纤维》 一、光纤通信 （1）光纤的特点：光纤的抗干扰能力强，能有效减少信号的衰减，适用于远距离、大容量传输信息。 （2）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。 2. 光纤通信 在光纤组成的“信息高速公路”上， 已可以同时传送500个电视频道信号 一、光纤通信 1966年，华裔物理学家高锟提出用光纤通信的构想，并得以实现，高锟被誉为“光纤之父”。 1960年，美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，制成了世界上第一台红宝石激光器。 3. 光纤通讯技术的发展 光纤通讯技术是近几十年才发展起来的。 一、光纤通信 【例题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 光纤通信传输的信息的载体是光波，因为光波可以携带大量的信息，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 B 二、现代电信网络 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 二、现代电信网络 人们每天都在打电话，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，以下扼要展示卫星通信、微波通信及移动通信在无线电通信中发挥的作用。 电话网络示意图 二、现代电信网络 1. 卫星通信 （1）概念 卫星把地面站送来的信号接收后，进行放大，再转发给另外的地面站。 地面站 1 地面站 2 卫星 （2）组成 卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。通信卫星接收从一个地面站发射来的信号，经过处理后，再发送到另一个或几个地面站。 二、现代电信网络 在地球周围均匀地配置三颗通信卫星，就可以覆盖几乎全部的地球表面，实现全球通信。 二、现代电信网络 （3）卫星通信的优缺点 优点：卫星通信具有覆盖面大、通信距离长、不受地理环境限制等许多独特的优点，尤其在长距离、边远山区和抢险救灾等的通信中更是大显身手。 缺点：造价较高、有零点几秒的时间延迟、保密性不好。 二、现代电信网络 2. 微波通信 （1）概念 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。 二、现代电信网络 （2）优点 作为载体的电磁波，频率越高 ，相同时间内可以传输的信息就越多。微波比中波和短波的频率更高 ，可以传递更多的信息。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。 （3）缺点 微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。微波通信每隔50km左右就需要建一个微波中继站。信号传递的距离越远，需要的中继站就越多。遇到雪山和大洋无法建中继站时，微波通信就无法继续。现在，人类可以用通信卫星做中继站来进进行通信。 二、现代电信网络 3. 移动通信 （1）移动电话 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。它用电磁波把讲话的信息发射到空中；同时它又在空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息。 移动通信的基地台 （2）基地台 移动通信的基地台是按蜂窝的构造布局的，这样，大大增加了无线电覆盖的有效面积，减少了转接信息的基地台数量。因而移动电话也被称为“蜂窝电话”。 蜂窝 二、现代电信网络 视频欣赏——《移动电话通话原理》 二、现代电信网络 二、现代电信网络 第五代移动通信技术简称5G。移动通信技术已历经第一代、第二代、第三代、第四代发展，每一次代际跃迁都极大地促进了产业升级和经济社会发展。 第五代移动通信技术 与4G相比，5G最大的优势在于其更高的速度和更低的延迟，是实现人机物互联的网络基础设施，是移动互联网及其服务蓬勃发展的基础，也是目前改变世界的几种主要技术之一。 二、现代电信网络 国际电信联盟（ITU）定义了5G的八大关键性能指标，其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps时延低至1ms，用户连接能力达每平方千米百万连接。 第五代移动通信技术 目前我国已基本建成5G移动通信网络，无论是技术还是应用均处于世界前列。 查阅资料，了解更多关于5G的发展及功能。 二、现代电信网络 【例题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 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电话、电报、广播、电视等信号的。所以A、C、D均错，B正确。 二、现代电信网络 【例题3】“5G+北斗”的融合发展正在成为新的趋势，指的是5G通信技术与北斗卫星导航系统相结合，构建出一个精准的地下定位导航系统，该系统传递信息主要依靠（　　） A．电磁波 B．次声波 C．超声波 D．光导纤维 A 5G通信技术与北斗卫星导航系统相结合，该系统传递信息主要依靠电磁波，超声波和次声波无法在真空中传播，也不可能靠光导纤维连接卫星，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A． 三、互联网 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 三、互联网 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. 互联网： 2. 互联网的应用 （1）获取信息 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，即便你足不出户也能了解天下大事。网络让我们即使远隔千山万水，也仿佛近在咫尺。 三、互联网 （2）网络学校 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。 （3）网上医院 网上医院使医生与患者能通过互联网及时传递信息，患者无需和医生面对面，就能获得专业咨询和诊断。 互联网使信息在全球范围内得到了高速共享。 （4）网络购物 近年来随着互联网技术的不断发展，使得线上购物成为中国网民不可缺少的消费渠道之一。截止到2019年上半年，我国网络购物用户规模达6.39亿，占网民整体的74.8%。其中手机网络购物用户规模达6.22亿，占手机网民的73.4%。 三、互联网 三、互联网 在人类文明历程中，信息的产生和传播一直备受关注。我国古代就有了烽火传递信息的方法，主要用于军事，后来驿站的建立完善了通信体系。古代信息的传递速度受限于交通工具，直到电磁波的发现，才真正让天涯变为咫尺。借助电磁波，现代通信网络已覆盖了地球的各个角落，世界变成了 “地球村”。 跨越千年：从烽火台到“5G +北斗”导航 三、互联网 我国在移动通信和卫星通信领域都取得了丰硕的成果。我国自行研制的北斗卫星导航系统，在卫星通信领域有着明显的优势和潜力，同时具备高精度定位和通信功能，可广泛应用于交通运输、海洋探测、天气预报等多个领域。如果5G与北斗融合，北斗可支撑“G网络安全高效运行，5G可增强北斗导航服务能力，将能提供高精度、连续稳定的时空信息服务，进而服务于智慧城市、无人系统、万物互联等多个场景。 跨越千年：从烽火台到“5G +北斗”导航 查阅资料，了解“5G +北斗”的强大功能，完成一篇关于信息 技术的应用将给人们生产生活带来怎样变化的科学猜想报告。 【例题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 A．同一个办公室里的几台计算机可能建立网络，故A错误； B．把几台计算机用信号线直接连接起来不是网络，故B错误； C．网络通信既能传递文字，还能传递图象和声音，故C正确； D．用笔记本电脑进行无线上网属于网络通信，故D错误。故选C。 C 三、互联网 三、课堂总结 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 课堂总结 ①光纤是利用光波（即可见光）传播信号的. ②光纤特点：抗干扰能力强，能有效减少信号的衰减， 适用于远距离、大容量传输信息. ③光纤通信网络：光纤成为互联网地面信号传输的主要媒介. ①卫星通信：地面站信号 →卫星接收放大→ 转发给地面站. ②微波通信：隔几十km修建一座接力站，接收放大信号，继续传送. ③移动通信：移动电话用微波信号与电话网络联系. ①互联网：将世界各地计算机网络连接起来，传送计算机信号. ②应用：共享信息、网络学校、网上医院、网上购物等. 光纤 通信 现代电信网络 互联网 电磁波与信息技术 五、综合提升训练 第三节 跨学科：电磁波与信息技术 【解析】光纤通信是利用激光传输信息的，从光纤的一端射入，在内壁上多次反射后在另一端放射出来，然后在接收端；使用因特网除观看视频、浏览网页外，使用因特网还可以网上聊天、购物等。 综合提升训练 1. 小明在电脑上收看春晚直播。小明家使用是光纤上网，因特网的信息是通过光导纤维传送的，在光导纤维中传递的是________（选填“电流”、“激光”或“微波”）； 除观看视频、浏览网页外，使用因特网还可以______________（只需填写一种） 网上聊天、购物 激光 综合提升训练 2. 关于光纤通信和网络通信，下列说法正确的是（ ） A．激光在光纤的内芯和包层间来回传播 B．激光在内芯与外层处只发生反射不发生折射 C．电子邮件在目前只能传递文字，不能传递照片、语音和其他信息 D．从网上只能收发电子邮件，查不到其他资料，因此上网是有局限性的 B A. B. 激光在光纤的内芯与外层处进行全反射传输信息，不发生折射，故A错误，B正确； C. 电子邮件可以传递文字，也能传递照片、语音和其他信息，故C错误； D. 从网上即可以收发电子邮件，也能通过网页等方式查找其他资料，故D错误。故选B。 综合提升训练 【解析】北斗系统传递信息利用的是电磁波，微波是电磁波的一种。 故选A。 3. 古时候，北斗七星是人们用来辨别方向的重要指针。今天，我国自主研发的北斗系统，已成为全球导航领域的璀璨明星。如题图所示，北斗系统服务全世界，它传递信息是利用（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．光纤 A 综合提升训练 4. 第六代移动通信技术也被称为6G，主要促进的就是物联网的发展，6G仍在开发阶段。6G的传输能力可比5G提升100倍，1秒下载10部高清视频成为可能。下列说法正确的是（　　） A．6G手机间是利用超声波传输信号 B．6G手机间发短信是利用电磁波传输信号 C．6G手机内的芯片材料都是超导体 D．6G手机通话是用电磁波传递的模拟信号 B AB．超声波不能在真空中传播，6G手机间是利用电磁波传输信号，故A错误，B正确； C．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，6G手机内的芯片材料都是半导体，故C错误； D．6G手机通话是用电磁波传递的数字信号，故D错误。故选B。 综合提升训练 5. 光纤通信具有传输信息量大、光能损耗小、抗干扰能力强等优点，得到了广泛的应用。在漫长的线路上，光纤免不了要拐弯、缠绕，而光在同种均匀介质中是沿直线传播的，激光通信信号怎能从一端传到另一端呢？后来在“研究光纤怎样传输光信号”的活动中，终于明白了：激光信号在光纤中（ ） A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播 B．就像电流沿弯曲导线那样传播 C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播 D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播 A 光纤很细，有内外两层，内壁具有使光发生反射的特性（类似于平面镜），所以光经多次反射能从光纤的一端传播到另一端，而不是经过折射，也不会像电流和水流一样，因为激光方向性好，不会弯曲。故B、C、D错误，故选A． 6. 关于现代通信，下列叙述错误的是（　　） A．通讯公司研究的5G技术是利用电磁波通信的 B．电磁波的频率越低，在空气中传播的速度越小 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，进行通信 D．光纤通信是利用激光在光纤中不断反射传递信息的 B A．电磁波可传递信息，5G技术是利用电磁波通信的，故A正确，不符题意； B．电磁波在空气中的传播速度与频率无关，电磁波在同种介质中的传播速度不变，故B错误，符合题意； C．卫星通信是利用地球同步通信卫星作微波中继站，把地面站送来的信号接收，并进行放大，然后转发给另外的地面站，实现信息的传递，故C正确，不符题意； D．利用携带信息的激光从光导纤维的一端射入，经内壁多次反射，从另一端射出，就把它携带的信息传到了远方，这种通信方式叫光线通信，D正确，不符题意。 综合提升训练 故选B。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $