第3节 卫星通信和光纤通信（教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦卫星通信和光纤通信核心知识点，以北斗三号系统全球覆盖案例导入，从微波通信的中继站局限切入，逐步引出同步卫星通信原理，再过渡到光纤通信的激光传播特性，构建连贯的知识支架。 其亮点在于通过“水流导光”拓展实验和北斗导航、5G通信等实例，融合科学探究与科学态度与责任素养，帮助学生形成电磁波应用的物理观念，提升实验操作与问题分析能力。教师使用可丰富教学手段，学生能直观理解通信技术原理及生活应用。

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．无人机的垂直运动利用了力的作用是相互的 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 解：A、智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉，除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段，故A错误； B、我国自行研制的北斗卫星导航系统具有定位、导航和通信等功能，它传递信息是利用电磁波传递信息的，故B错误； C、无人机的垂直运动时，无人机的扇叶对空气产生向下的推力作用，由于力的作用是相互的，空气对无人机产生反作用力，推动无人机向上运动，故C正确； D、5G手机上网属于移动电话，所以它传递信息是通过电磁波来实现的，故D错误。 故选：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 解：A、手机既能发射电磁波，也能接收电磁波，故A错误； B、“北斗”卫星导航系统是利用电磁波传递信息的，故B正确； C、5G技术采用无线电波传输信息，无线电波是电磁波，故C正确； 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，故D正确。 故选：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. （2025•绵阳二模）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 解：光纤通信，光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。 故选：B。 点评：该题考查了光纤通信原理，常识性考查，基础简单。 2.我们用地球静止卫星作为微波通信的中继站来实现全球通信，至少需要几颗地球静止卫星？要通过地球静止卫星适时地获得地球背面的信息，其信息传递路径大概是怎样的？ 课堂练习 解：要实现全球通信，至少需要3颗地球静止卫星。因为地球静止卫星相对地球静止，轨道在赤道平面上空，3颗这样的卫星可在赤道上空等间隔分布，其信号覆盖范围能基本涵盖整个地球表面；若要通过地球静止卫星实时传回地球背面的信息，信息传递路径大致为：地球背面的信息发射装置先将信息发送到对应的地球静止卫星，该卫星接收信息后，再把信息转发到地球正面的接收站（或其他卫星，再由其他卫星转发到地球正面接收站）。 答：见解析。 点评：微波通信在现代社会中应用广泛，微波知识的考查能体现物理新课改的理念，是中考热点。 要实现全球通信，至少需要3颗地球静止卫星；地球背面的信息发射装置先将信息发送到对应的地球静止卫星，该卫星接收信息后，再把信息转发到地球正面的接收站。 3. （2024•琼海二模）现在许多长途电话是以地球同步卫星做中继站的，如图所示。打这种长途电话时，会感到对方的反应有些延迟。造成这种延迟的原因之一是无线电波在射向卫星和从卫星返回时需要一定的时间。假设某人造卫星与地球的距离是36000km,则延迟的时间约为（　　） A．0.12s B．0.24s C．2.4s D．0.012s 课堂练习 B 课堂练习 点评：本题考查话筒的工作原理和电磁波的传播，属于基础内容，难度不大。 解：无线电波携带的声音信息传播的距离应该为s=36000km×2=72000km=7.2×107m；延迟时间：t= 故选：B。 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 谢谢聆听 Lavf57.62.100 $