15.3 现代通信技术及其发展前景 课件-2025-2026学年北师大版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦现代通信技术，涵盖移动通信、网络通信、光纤通信及卫星中继通信等核心内容，通过“观察与思考”结合手机、网络功能变化等生活实例提问，搭建从电磁波基础到具体通信技术应用的学习支架。 其亮点在于融入我国“东方红二号”“鹊桥”中继星、北斗系统等科技成就，培养学生科学态度与责任；网络通信分类等内容体现模型建构的科学思维，“交流讨论”环节引导科学探究。实例丰富的教学方法帮助学生联系生活，教师可借此提升教学效率与学生学习兴趣。

第十五章 电磁波与通信技术 第三节 现代通信技术及其发展前景 观察与思考 移动通信 生活中还有其他一些移动通信设备，如对讲机、手持和车载小型电台等，如图15.3-3所示。 手机由电磁波传递信息，可以在信号覆盖范围内的任何地方使用。手机既是发射机又是接收机，但是它的发射功率很小，也不具有交换能力，所以必须依靠一组大功率的固定电台（基地台）和交换中心来转接。 网络通信 根据覆盖范围，计算机网络可以分为个域网、局域网、城域网、广域网等层次。个域网用来连接距离很近的个人数字设备，如利用蓝牙技术连接智能手机和个人电脑。局域网是在较近的传输范围内（如一所学校或一栋办公楼），通过交换机和服务器（提供网络控制和服务的专用计算机）连接有限数量的计算机，进行信息交换的通信网络。城域网是介于局域网和广域网之间，进行数据传输的高速网络，通常覆盖一个城市或者地区。广域网通常由许多小型网络联合组成，能覆盖几个城市、国家，乃至全球的区域。互联网就是一种广域网，如图15.3-4所示。 网络通信数据传输 电缆 西沃 腾讯微信 现在的计算机能够高速处理海量的多媒体信息，通信技术又能实现大数据的实时交互传递，所以人们不仅能够通过网络传送文字、图片，还可以分享声音、视频等。如今，远程视频通话、多终端视频会议等技术已经走进日常生活，未来还将给我们的生产生活方式带来更大的改变。 光纤通信 光也是电磁波，可见光的波长只有几百纳米，比无线电波短得多。从理论上讲，被调制的光能够携带比无线电波多得多的信息，但是这个设想直到激光器诞生后才得以实现。 激光(laser)是一种颜色非常纯、方向高度集中的光。它的强度可以超过太阳光，因此不能让激光直接射入眼中，否则会伤害视网膜。图15.3-5所示是科学研究中使用的激光器。 光纤通信 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（optical fiber)，简称光纤。光纤是绝缘体，而且光纤中传输的是频率很高的光，因此光纤具有不怕雷电和高压、抗干扰能力强的特点。 光纤通信用途广泛，如长途电话、有线电视、电视会议、互联网等。一根光缆能同时传递50多万路电话或5000多路电视，可以大大降低成本，减少维护的工作量。可以说，光纤的应用是社会信息化程度提高的重要标志。 把若干条光纤集成束，外面包上保护层，就成为光缆（图15.3-6）。光缆一般都铺设在地下管道中，特别适用于远距离通信。 玻璃纤维（纤芯） 包层 包层 全反射 光纤通信 光纤之父——高锟，华裔物理学家，2009诺贝尔物理学奖。 光纤通信 卫星中继通信 现在越洋通信大都使用通信卫星。通信卫星一般需要与地球表面各点保持相对静止不动。这就要把它发射到赤道上空约36000km高处与赤道平面共面的圆形轨道上，使它绕地球转动一周的时间恰好与地球自转一周的时间相等，并且转动的方向与地球自转的方向相同。这样的卫星称为地球静止轨道卫星。1984年4月8日，我国成功发射第一颗地球静止轨道试验通信卫星“东方红二号”（图15.3-7），开启了我国用自己的通信卫星进行信息传输的新篇章。 微波通信（10m--1mm） 卫星中继通信 卫星中继通信 在上述轨道上均匀地布置三颗卫星，就能使通信范围几乎覆盖地球上各个角落。卫星通信使用微波，例如使用X频段时，上行（地球到卫星）电磁波频率为8GHz，下行（卫星到地球）电磁波频率为7GHz。该频段微波的特点是容易像光波那样集束和沿着直线传播。如图15.3-8所示，从地面上A点向B点和C点直接发送微波是不可能的，但是可以从地面站向卫星1发送微波，卫星1收到后经过放大用微波向地面的B点发送，并向卫星2转发，卫星2收到后经过放大再用微波向地面的C点发送。这样只要有三颗卫星协作，就几乎可以将地球上任意一点发出的微波信号，经过不同卫星的连续传递送达地球上的任意位置。这种方法类似于接力赛跑，所以被称为中继通信。 地球同步通信卫星 嫦娥四号中继星“鹊桥” 2018年5月21日发射升空的“鹊桥”是嫦娥四号月球探测器的中继卫星（图15.3-9），其作用是解决地面与在月球背面登陆的嫦娥四号探测器之间的通信问题。2019年1月3日，嫦娥四号探测器在“鹊桥”提供的地月中继通信的支持下，开创了人类航天史上的新篇章：首次实现在月球背面着陆，首次在月球背面与地球通信，传来了首张近距离拍摄的月背表面影像图（图15.3-10）……嫦娥四号与“鹊桥”中继星的完美配合，是我国由航天大国向航天强国迈进的重要标志之一。 通信技术的发展前景 21世纪人类全面进入信息化时代，通信技术飞速发展。我国已经建成以光缆为主体的主干通信网，卫星电视也覆盖了全部国土，计算机和智能手机也已进人千家万户。计算机技术在通信领域得到更加广泛和深入的应用。 随着第四代、第五代移动通信技术（4G、5G）的发展和普及，优质的数据传输效率和速度使人们享受到互联网时代移动通信技术发展带来的便利，人们的学习、工作与生活方式也因此发生了重大变化。物联网、云计算、人工智能的兴起，正推动着社会的数字化演进。 通信技术的发展前景 卫星通信的应用也进一步扩展，例如我国自主研制、独立运行的北斗卫星导航系统（图15.3-11）可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时等服务。北斗卫星导航系统不仅在我国国家安全领域发挥重大作用，还服务于国家重要基础设施，广泛应用于交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域。此外，北斗卫星导航服务已广泛进人我国大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。 通信技术的发展前景 量子保密通信技术正在从实验室走向产业化，当前量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标，我国在量子通信技术方面已经走在世界前列。我国自主研发的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”（图15.3-12），在国际上首次成功实现数百万米的星地双向量子通信，并已具备实现洲际量子保密通信的能力。 未来的通信发展趋势是移动通信、互联网技术和人工智能技术的高度融合。 课堂小结 电磁波频率越高，相同时间内传输的信息就越多。通信频率越来越高，信息之路越来越宽。 激光的特性：（1）亮度高 ：金属转孔、切割 （2）方向性好：测距 （3）单色性好：治疗近视、美容祛斑 通信。信息存储。 1、收听广播节目时，通过旋动一个旋钮来进行选台，这实际上是在选择（　　） A、电磁波的波速和频率 B、电磁波的波速 C、电磁波的频率 D、电磁波的强弱 2、手机已经成为一种人们沟通和交流的工具．下列关于手机传递信息的方式和信息传播速度的说法，正确的是（　　） A、通过声波传递信息，传播速度约340m/s B、通过声波传递信息，传播速度约3×108m/s C、通过电磁波传递信息，传播速度约340m/s D、通过电磁波传递信息，传播速度约3×108m/s 巩固练习 3、“神舟”五号载人航天飞船在飞行时，由多个地面测控站和四艘“远望”号远洋航天测量船组成的测控网对其进行了跟踪、测量与控制．这是利用了下列的哪一种波（　　） A、红外线 B、微波 C、超声波 D、次声波 4、下列说法中不正确是（　　） A、微波大致沿直线传播，因此微波通信要建很多中继站才能把信息传递到远方 B、卫星通信只需要3颗同步卫星就可以实现全球通信 C、光纤通信容量大，不受电磁干扰，保密性好，通信质量高，但传输距离短 D、利用因特网可实现资源共享和信息传递，还可进行远程教育、远程医疗等 5、电视机换台时，实际上是在改变 （　　） A、电视台的发射频率 B、电视机的接收频率 C、电视台发射的电磁波的波速 D、电视机接收的电磁波的波速 6、关于广播、电视、移动电话的信息发射和接收过程，下列说法错误的是（　　） A、它们都是靠电磁波传递信息的 B、在发射时，它们都要把电信号加载到高频电磁波上 C、它们都只有接收功能，没有发射功能 D、移动电话既有接收功能，又有发射功能 Lavf56.12.100 Lavf56.12.100 Lavf56.12.100 $