21.3　卫星通信和光纤通信教案 2025-2026学年物理人教版九年级全一册

第3节卫星通信和光纤通信 素养目标》 物理观念： 1.初步了解卫星通信、光纤通信。 2.了解卫星通信、光纤通信的原理和优点。 科学思维： 通过对比了解卫星通信与光纤通信的优缺点，培养辩证看待问题的科学思维方式。 科学探究： 通过自主合作学习本节知识，培养学生敢于发表自己见解的意识，提高学生应用物理知识解决实际问题的能 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，提高学生学习科学的兴趣，树立科技服务人类的思想。 教学重难点 重点：常识性了解卫星通信、光纤通信的原理和优点。 难点：常识性了解光纤通信的原理和优点。 教具准备 多媒体课件。 教学过程】 一、情景导入 为什么新闻联播伴随着视频播放？结合上节课我们学习的无线电广播和电视的工作过程，你认为电视广播和 声音广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？（学生回答：电视广播比声音广播传递的信息量多） 信息理论表明：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，因此，几十年以来，无 线电通信、电视广播等所用的频率越来越高，信息之路越来越宽了。今天我们就来了解一下卫星通信和光纤通信。 二、合作探究 探究点① 卫星通信 多媒体展示 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50m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。要想使信号传递的距离越远，那么需要的中继站 就越多。 文 提出问题 能否用月球作中继站，实现微波通信呢？（学生回答：不行，距离太远！信芳衰减、时间延迟，而且只有当 两个通信点同时见到月球时，才能完成这两，点间的通信)那用什么方案可以解决呢？ 多媒体展示 (1)多媒体展示图片：卫星通信。 (②)多媒体播放视频：全球同步卫星通信。（视频详见教学课件） 同步卫星全球类通信 同步卫星 同步卫星 同步卫星 归纳总结 (1)同步通信卫星相对于地面是静止的，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。 (2)在地球周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就可以实现全球通信。 (3)卫星通信应用非常广泛，我国建立的北斗卫星导航系统，可以提供全天候的即时定位服务。 (④)卫星通信的优点：通信范围大，只要卫星发射的电磁波束覆盖的范围均可进行通信；不易受陆地灾害影 响；建设速度快；易于实现广播和多址通信。 探究点② 光纤通信 提出问题 你知道激光吗？光纤通信为什么要用激光？光纤通信有哪些优点呢？ 多媒体展示 (1)激光 ①激光是频率单一、方向高度集中的一种光：②激光是比微波频率高得多的电磁波；③利用激光进行通信， 频带宽，通信容量大，可以进行多路通信。 (2)光导纤维 光导纤维是用来传递通信用的激光的一种特殊管道。 内芯 入外套 光在光导纤维中的传播 (3)光纤通信技术是近几十年才发展起来的。1966年，华裔物理学家高锟首次利用无线电波导通信的原理， 提出了低损耗(20db/km)的光导纤维（简称光纤）的概念。1970年，美国康宁公司首次成功研制损耗为20db/m的 低损耗石英光纤，它是一种理想的传输介质。1970年，贝尔实验室成功研制室温下连续振荡的半导体激光器。 从此，开始了光纤通信迅速发展的时代。 归纳总结 ()光纤通信的优点：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。 (②)光纤通信传播的不是电信号而是光信号。 材料拓展 光纤的发展现状 光纤通信因其频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性强、保密性高等特点得到飞速发展。20世纪90年代 以来，光纤通信已成为各国电信业务传输的主要手段。到2000年底，全世界光纤用量累计已达3亿公里，光传 输系统设备的市场规模超过110亿美元。国际上，光纤通信产品制造业已实现集约化大生产，主要产品的生产集 中于十几家大公司手中。1999年全球光纤产量约6700万公里，仅康宁、朗讯、阿尔卡特三大公司就占了总产量 的60%。在光传输系统设备方面，阿尔卡特、北方电信和朗讯三公司占据了50%的市场份额。 20世纪30年代前，通信传输设备基本上是通过铁线、铜线、铜包钢线、平衡电缆和同轴电缆等传输信号的。 由于这些线材具有容量和传输距离有限的先天不足，很快它们成了通信发展的瓶颈。1966年7月，世界著名的 华裔专家高锟博士在英国发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，创造性地提出了用玻璃制成损耗 为20d/km的光纤，以支持长距离、大容量信息传输的思想，这一年被认为是光纤通信元年。经过50多年的发 展，光纤通信已是各种通信网的主要传输方式，欧美等发达国家已经把光纤通信放在了国家发展的战略地位。现 在光纤的使用已不只限于陆地，光缆已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，这些海底光缆使得全球通信变得非常 简单、快捷。现在不少发达国家又把光缆铺设到住宅前，实现了光纤到办公室和家庭的接入。 20世纪70年代，国外的低损耗光纤获得突破以后，我国从1974年开始了低损耗光纤和光纤通信的研究工 作，并于20世纪70年代中期研制出低损耗光纤和室温下可连续发光的半导体激光器。1979年分别在北京和上 海建成了市话光缆通信试验系统，这比世界上第一次现场试验只晚了两年多。这些成果是我国光纤通信研究的良 好开端，并使我国成为当时少有的拥有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到20世纪80年代末，我国光纤通 信的关键技术己达到国际先进水平。目前，我国己经形成了较完整的光纤通信产业体系，涵盖了光纤、光传输设 备、光源与探测器件和光电器件等领域。 板书设计】 第3节卫星通信和光纤通信 卫星通信和光纤通信 当堂演练刀 见学生用书。 教学反思】 这节课的容量比较大，名词术语较多，也是比较抽象的，涉及到很多我们身边的事例，所以多结合自己身边的现 象来分析，这节课就不难理解了。