第三节 现代通信技术及其发展前景（表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第三节 现代通信技术及其发展前景 （教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第三节 现代通信技术及其发展前景 教学目标 物理观念 理解移动通信、网络通信、光纤通信、卫星中继通信的基本原理及技术特点 科学思维 通过对比不同通信技术的异同，培养分析、归纳和推理能力 科学探究 结合生活实例，探究现代通信技术的应用场景及发展趋势 科学态度 与责任 认识通信技术对社会发展的重要性，关注前沿通信技术（如5G、量子通信）的发展，树立科技报国的意识 教材分析 本节《现代通信技术及其发展前景》是北师大版九年级全一册第十五章的重要内容，承接前序电磁波相关知识，遵循 “原理→特点→应用→前景” 的逻辑线索展开。首先通过古今通信方式的对比引入主题，依次讲解移动通信、网络通信、光纤通信、卫星中继通信的核心原理与技术特点；再通过实例分析和对比，帮助学生理解不同通信技术的适用场景与优势差异；最后拓展通信技术的发展前景，介绍 5G、北斗系统、量子保密通信等前沿技术，实现理论知识与实际应用、前沿科技的衔接，是培养学生物理观念、科学思维和科技素养的关键章节。 学情分析 九年级学生已掌握电磁波的基本性质和传播特点，对手机、互联网、电视等现代通信设备有丰富的生活体验，但对移动通信中基地台与交换中心的协作、卫星中继通信的中继原理等抽象过程理解难度较大。学生具备基础的对比分析和归纳能力，但对不同通信技术的适用场景及技术优势差异缺乏系统认知，需要通过情境演示、示意图解析和实例探究，帮助突破概念理解和过程认知的难点。 教学重点 各类现代通信技术（移动通信、网络通信、光纤通信、卫星中继通信）的工作原理与特点； 现代通信技术的发展前景及对社会的影响 教学难点 移动通信中基地台、交换中心的协作原理；卫星中继通信的中继原理； 理解不同通信技术的适用场景及技术优势的差异 教学准备 手机、对讲机、路由器、光纤实物模型、卫星通信示意图、各类通信技术工作原理动画、调幅调频信号对比演示器、通信技术相关练习题课件 教学过程 导入新课 展示飞鸽传书、驿站送信、烽火传信等古代通信方式的图片，再播放现代手机通话、互联网视频、卫星通信的实景视频。 【提问】从古代的飞鸽传书到现代的卫星通话，信息传递方式发生了翻天覆地的变化。现代通信技术是如何实现远距离、高效、稳定的信息传递的？不同的通信方式背后又隐藏着怎样的物理原理？带着这些问题，我们今天来探究现代通信技术及其发展前景。 【设计意图】通过古今通信方式的强烈对比，引发学生认知冲突，激发探究兴趣，自然引入本节课核心内容。 学习新课 一、移动通信 【核心概念讲解】 1.传统电话座机：必须通过电话线连接电信局交换机，依靠导线中的音频电流传送话音，仅能在固定地点使用。 2. 电话交换机作用：通过人工或程序控制方式，实现多用户之间的线路切换，提高线路使用效率。 3. 手机通信原理：手机通过电磁波传递信息，兼具发射机和接收机双重身份，但发射功率小、无交换能力，需依靠基地台和交换中心转接，可在信号覆盖范围内任意使用。 4. 移动通信工作过程： ①手机 1 发射信号，被最近的基地台 1 接收； ②基地台 1 通过光缆将信号传到交换中心； ③交换中心寻找通话对象手机 2，通过光缆将信号传到离手机 2 最近的基地台 2； ④基地台 2 将信号传给手机 2。 【实例演示】播放手机通话时基地台与交换中心协作的动画，展示对讲机、车载小型电台等常见移动通信设备。 【典例1】华为麒麟“9000S 5G”芯片惊艳全球，使用该芯片的手机可以实现卫星通话，卫星与手机之间的信息传递依靠（　　） A．空气 B．电磁波 C．超声波 D．次声波 【答案】B 【详解】空气是声音传播的介质之一，但不是卫星与手机之间信息传递的方式。超声波和次声波都属于声波，声波的传播需要介质，不能在真空中传播。手机实现卫星通话说明信号需要在真空中传播，而电磁波可以在真空中传播。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【典例2】某国产品牌手机具有北斗卫星消息的收发功能，如图所示，在身处荒漠无人区等无地面网络信号覆盖环境下，该手机可通过畅连APP将文字和位置信息向外发出，信息是通过 （选填“超声波”“次声波”或“电磁波”）传递的，手机收到信息会发“响铃”，铃声是由于发声物体 产生的。 【答案】 电磁波 振动 【详解】[1]卫星通信是利用电磁波来传递信息的，所以手机通过畅连APP发信息是通过电磁波传递。 [2]声音是由物体振动产生的，铃声是发声物体振动产生。 学习新课 二、网络通信 【核心概念讲解】 1.计算机网络定义：将许多独立工作的计算机通过硬件和软件连接起来，实现信息传递的系统，是计算机技术和通信技术结合的产物，是国家信息化水平的重要标志。 2. 计算机网络层次（按覆盖范围分类）： ①个域网：连接近距离个人数字设备，如蓝牙连接手机和电脑； ②局域网：传输范围较近（如学校、办公楼），通过交换机和服务器连接； ③城域网：覆盖一个城市或地区的高速网络； ④广域网：覆盖多个城市、国家甚至全球，互联网是典型的广域网。 【示意图解析】展示广域网组成拓扑图，讲解服务器、路由器、交换机等设备的作用，演示计算机之间通过网络传递信息的过程。 3.常见网络通信方式：电子邮件、QQ、微信、微博、MSN、YY 语音等。 学习新课 三：光纤通信 【核心概念讲解】 1.基础原理：光是电磁波，可见光波长仅几百纳米，比无线电波短，被调制的光可携带更多信息，激光器的诞生实现了这一设想。 2. 激光特点：颜色纯、方向高度集中、强度大（注意不能直射眼睛）。 3. 光导纤维（光纤）：由专门材料制造的纤维，激光在其中传播，可避免干扰和能量损失，具有绝缘体特性，传输高频光，不怕雷电和高压、抗干扰能力强。 4. 光缆与应用：若干光纤集成束，外包保护层形成光缆，多铺设在地下管道中，适用于远距离通信，可应用于长途电话、有线电视、电视会议、互联网等领域。 5. 传播过程：携带信息的光从光纤一端入射后，在光纤内壁上反复反射，直至从另一端出射。 【实物演示】展示光纤实物模型和光在光纤中传播的实验装置，观察光的反射传播现象。 【典例3】2024年茂县羌历年无人机表演活动中，空中无人机群组成“天下九寨沟，大美阿坝州”字样，如图所示。表演时，给无人机传递信息利用的是（　　） A．电磁波 B．光纤 C．次声波 D．超声波 【答案】A 【详解】电磁波传播范围广，传播速度快，无人机在空中接收和传递信息是利用电磁波；光纤需要有线连接不适用；次声波、超声波难以在空气中远距离有效传递无人机表演所需的复杂信息，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【典例4】携带信息的光从光纤的一端入射后，在光纤的内壁上反复 ，直至从另一端出射。光纤具有 、 等特性，光缆通信能量损耗非常小。 【答案】 反射 传输距离长 高抗干扰 【详解】[1]携带信息的光从光纤的一端入射后，在光纤的内壁上反复反射，直至从另一端出射。这是因为光纤的内壁具有特殊的光学特性，能让光发生全反射，从而使光可以沿着光纤传输。 [2][3]光纤通信具有诸多优良特性，其中传输距离长是因为光纤对光信号的损耗小，能让光信号在长距离传输后仍保持较强的信号强度；高抗干扰是由于光信号在光纤内部传输，不易受到外界电磁干扰等因素的影响，所以光缆通信能量损耗非常小，适用于长距离、高质量的信息传输场景。 学习新课 四：卫星中继通信 【核心概念讲解】 1.通信卫星特点：需与地球保持相对静止，发射到赤道上空 36000km、与赤道平面共面的圆形轨道（地球静止轨道），绕地球一周时间与地球自转一周时间相等、方向相同。 2. 中继原理：用三颗地球同步卫星可实现全球通信，类似接力赛跑，过程为：①地面 A 点向卫星 1 发送微波；②卫星 1 放大后向 B 点发送并向卫星 2 转发；③卫星 2 放大后向 C 点发送，实现远距离通信。 3. 我国成就：1984 年 4 月 8 日成功发射第一颗地球静止轨道试验通信卫星 “东方红二号”；2018 年 5 月 21 日发射 “鹊桥” 中继星，解决地面与月球背面嫦娥四号探测器的通信问题，2019 年 1 月 3 日实现人类首次月球背面着陆、首次月背与地球通信。 【动画演示】播放卫星中继通信工作过程动画和嫦娥四号月背通信实景视频，讲解卫星中继的关键技术。 学习新课 五：通信技术的发展前景 【核心内容讲解】 1.信息化时代基础：我国建成以光缆为主体的主干通信网，计算机和智能手机普及，卫星电视覆盖全国。 2. 关键技术发展：4G、5G 移动通信技术普及，提升数据传输效率和速度；物联网、人工智能兴起，推动社会数字化演进。 3. 前沿技术应用： ①北斗卫星导航系统：我国自主研制、独立运行，全球全天候、全天时提供高精度定位、导航、授时服务，应用于国家安全、交通运输、农林渔业等多个领域； ②量子保密通信：我国走在世界前列，“墨子号” 量子科学实验卫星实现数百万米星地双向量子通信，具备洲际量子保密通信技术。 【拓展阅读】展示我国通信技术发展成就图片，介绍 “墨子号” 卫星和北斗系统的最新应用成果。 【典例5】关于卫星通信，下列说法正确的是（　　） A．要完成全球卫星通信至少需要4颗地球同步卫星 B．通信卫星只能用来传递声音信号 C．卫星通信就是利用卫星来向地面发射电磁波 D．通信卫星既能传递声音信号，又能传递图像信号 【答案】D 【详解】A．在地球周围均匀放置3颗地球同步卫星，就可实现全球通信，并非至少需要4颗，故A错误； B．通信卫星能传递的信号类型丰富，不只是声音信号，像图像信号等也能传递，故B错误； C．卫星通信的原理是地面站发射电磁波，通信卫星作为中继站进行转发，而不是卫星向地面发射电磁波，故C错误； D．通信卫星可以传递声音信号，也能够传递图像信号等多种信号，故D正确。 故选D。 【典例6】2025年1月7日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征三号乙”运载火箭，成功将“实践二十五号”卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。下列说法中正确的是（　　） A．火箭的燃料需要具有较小的热值 B．卫星随火箭加速上升时，机械能一直不变 C．火箭加速上升时，将动能转化为重力势能 D．在轨运行的卫星是通过电磁波与地面联系的 【答案】D 【详解】A．火箭的燃料需要具有较大的热值，在同样情况下，可以释放更多的热量，故A错误； B．卫星随火箭加速上升时，速度增大，则动能增大，高度增加，则重力势能变大，所以机械能变大，故B错误； C．火箭加速上升时，速度增大，则动能增大，高度增加，则重力势能变大，并不是动能转化为重力势能，故C错误； D．电磁波可以在真空中传播，在轨运行的卫星是通过电磁波与地面联系的，故D正确。 故选D。 【典例7】我国在西昌卫星发射中心使用“长征三号乙”运载火箭，成功把“实践二十五号”卫星发射升空。 (1)卫星与地面指挥中心是通过 进行联系的。 (2)发射火箭时，火箭向下喷出高温、高压燃气而升空，该现象可以说明物体间力的作用是 的。 (3)发射火箭时，发射塔架下巨大的水池上方会升起大量“白雾”，“白雾”是水蒸气 （填物态变化名称）形成的。 (4)火箭工作时，依次开启助推一级发动机、二级发动机和三级发动机，这些发动机均依靠电子点火器点火，这些电子点火器一定是 （选填“串联”或“并联”）的。 【答案】(1)电磁波；(2)相互；(3)液化；(4)并联 【详解】（1）由于电磁波可以在真空中传播，电磁波传播速度快，传播范围广，所以卫星通信利用电磁波传递信息。 （2）发射火箭时，火箭向下喷出高温、高压燃气，由于力的作用是相互的，燃气对火箭产生向上的反作用力，推动火箭升空。 （3）高温燃气使水池中的水汽化形成水蒸气，水蒸气上升，遇到冷空气后，液化成小水滴，形成“白雾”。 （4）火箭工作时，依次开启助推一级发动机、二级发动机和三级发动机，则各级点火器在工作时，能独立工作，互不影响，所以是并联连接。 课 堂 练 习 1．新素材北京时间年月日时分，天舟八号成功对接于空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后，天舟八号将转入组合体飞行段。信息从空间站传回地球，利用的是（　　） A．电磁波 B．光导纤维 C．超声波 D．次声波 【答案】A 【详解】电磁波可以在真空中传播，且可以传递信息。空间站利用电磁波将信息从空间站传回地球，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．如图所示是我国自主研制的隐身战斗机歼-35A，其与地面通信是利用（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．光导纤维 【答案】A 【详解】“隐形战机”可以有效避开雷达的探测，主要是它表面有一种特殊材料，能够增强对电磁波的吸收，减弱电磁波反射回雷达，从而有效避开敌方的侦测，飞机与地面指挥中心联系也是通过电磁波来实现的，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．关于2025年春晚中用到的无线麦克风，下列说法不正确的是（　　） A．将声音信号转换为电信号 B．通过电磁波传输信号 C．传输频率属于可见光波段 D．接收器将电信号还原为声音信号 【答案】C 【详解】A．无线麦克风工作时，能将声音信号转换为电信号，故A正确，不符合题意。 B．无线麦克风是通过电磁波来传输信号的，这样能实现无线传输，故B正确，不符合题意。 C．无线麦克风传输频率属于无线电波频段，而非可见光波段，可见光人眼可直接看到，与无线麦克风信号传输无关，故C错误，符合题意。 D．接收器接收到电信号后，会将其还原为声音信号，从而实现声音的播放，故D正确，不符合题意。 故选C。 4．2025年5月29日，长征三号乙运载火箭托举天问二号探测器直冲霄汉，地面控制中心通过 波与探测器传递信息，这种波在真空中的传播速度是 m/s，探测器在随火箭加速升空过程中，机械能 ，以地面为参照物，探测器是 的。 【答案】 电磁 3×108 增大 运动 【详解】[1]地面控制中心通过电磁波与探测器传递信息。因为电磁波可以在真空中传播，且能携带信息，适合用于深空探测器与地面的通信。 [2]电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s。 [3]探测器在随火箭加速升空过程中，机械能增大。因为探测器速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大，而机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能增大。 [4]以地面为参照物，探测器是运动的。因为探测器相对于地面的位置在不断升高，有位置的变化，所以是运动的。 5．近年来，我国的通信行业蓬勃发展。5G是第五代移动通信技术的简称，5G网络是利用 波传递信息的；专家预计，到2030年5G网络将和光纤一道成为信息社会最重要的基础设施，其中光纤通信是利用光在光导纤维中多次 （选填“反射”或“折射”）将信息传到远方的。 【答案】 电磁 反射 【详解】[1]电磁波可传递信息，且传递信息的质量高、传输距离远，5G是利用电磁波传递信息的。 [2]光从光纤的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，把它携带的信息传到了远方，即光纤通信是利用光在光导纤维中多次反射将信息传到远方。 板 书 设 计 第三节 现代通信技术及其发展前景 一、移动通信 1. 传统电话：有线连接，固定使用 2. 手机通信：电磁波传递，依赖基地台和交换中心 3. 工作过程：手机 1→基地台 1→交换中心→基地台 2→手机 2 4. 设备：对讲机、车载小型电台等 二、网络通信 1. 定义：计算机通过软硬件连接实现信息传递 2. 层次：个域网、局域网、城域网、广域网（互联网） 3. 方式：电子邮件、QQ、微信等 三、光纤通信 1. 基础：激光（纯、集中、强） 2. 光纤：光反射传播，抗干扰、传输远 3. 应用：长途电话、互联网等 四、卫星中继通信 1. 卫星特点：地球静止轨道卫星 2. 中继原理：三颗卫星实现全球通信（接力传递） 3. 成就：“东方红二号”“鹊桥” 中继星 五、发展前景 1. 关键技术：4G/5G、物联网、人工智能 2. 前沿应用：北斗卫星导航系统、量子保密通信（“墨子号”） 课 堂 小 结 第三节 现代通信技术及其发展前景 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”剩余题目； 2.拓展作业：收集资料写一篇小短文：从古到今推动通信技术发展的原因（如需求推动、技术突破等）； 3.实践作业：调查家庭或社区中使用的通信设备和技术（如光纤入户、手机基站、北斗导航的应用），用照片或文字记录、分享。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $