第四节 现代通信（表格式教学设计）物理新教材鲁科版（五四学制）九年级下册

该初中物理教学设计聚焦现代通信，涵盖卫星通信、光纤通信等核心知识。通过山区露营卫星电话情境导入，衔接电磁波传播、光的反射等前序知识，搭建从生活到物理的学习支架。 特色在于融合新课标核心素养，物理观念上明确卫星通信原理与光纤传光方式，科学探究通过“水流导光”实验直观呈现光的反射路径，科学态度与责任融入北斗系统增强民族自豪感。采用问题驱动与实验演示，提升学生空间想象与逻辑推理能力，为教师提供清晰教学流程与实例支持。

第四节 现代通信（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第四节 现代通信 教学目标 物理观念 知道微波大致沿直线传播及中继站作用；了解卫星通信原理，知道同步卫星覆盖地球的条件；知道激光的特点及光纤通信原理。 科学思维 通过对比微波中继与卫星通信，培养分析问题和解决问题的能力；从光纤通信技术中认识技术优化的科学思维。 科学探究 通过“水流导光”实验，理解光在光纤中反射传播的特点，提升观察与归纳能力。 科学态度 与责任 认识卫星通信、光纤通信在生活中的应用价值；了解北斗系统，增强民族自豪感和科技探索意识。 教材分析 本节围绕卫星通信与光纤通信展开，属于电磁波应用的拓展内容，衔接电磁波传播特性与信息传递技术，体现物理与科技、社会的联系，突出“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。重点是理解微波中继通信的局限性及卫星通信的优势，掌握光纤通信中激光与全反射原理的应用；难点在于理解信号衰减、时间延迟及光在光纤中的传播方式。教学应以问题驱动，结合示意图和生活实例，帮助学生建立空间想象和技术应用逻辑。通过类比水流导光实验，直观呈现光在光纤中的反射路径，降低认知难度。学习活动可设计为小组讨论通信方式的演进与比较，强化信息获取能力。目标定位为了解现代通信的基本原理，发展科学素养和技术意识，最终达成对电磁波在信息传递中作用的全面认识。 学情分析 学生已学过电磁波的产生与传播、光的反射等知识。初中阶段学生抽象思维逐步发展，对科技应用感兴趣，但空间想象能力和逻辑推理能力仍较弱，对同步卫星覆盖原理等抽象内容理解有难度。教材重难点是卫星通信中继原理、光纤通信中激光的特性及光导纤维的传光原理，要求学生理解微波中继站的作用，知道同步卫星实现全球通信的原理，了解激光的特点及光纤通信的优势，能联系生活实例认识卫星通信和光纤通信的应用价值。 教学重点 通过分析微波传播特点，理解卫星通信的基本原理；结合实验演示，掌握光纤通信中激光的传播方式。 教学难点 理解同步卫星实现全球通信的覆盖原理。 教学准备 相关视频、挂图、模型、课件等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 周末小明和家人去山区露营，手机突然没了信号，爸爸却拿出一个卫星电话拨通了救援站：“我们被困在山谷里，坐标是北纬30度、东经115度！”不一会儿，直升机就精准地找到了他们。小明特别好奇，平时手机靠基站传递信号，可这里既没有高塔也没有电线，为什么卫星电话还能用？而且无论是在茫茫大海、雪山顶上，还是在荒无人烟的沙漠里，只要抬头能看到天空，就能联系到世界另一端的人。这背后到底是谁在“牵线搭桥”？这些看不见的信号又是怎样跨越千山万水，甚至绕过整个地球完成通信的呢？ 本节课将学习相关内容。 学习新课 一、卫星通信 1.什么是卫星通信： 利用通信卫星做微波通信的中继站来进行通信的方式叫卫星通信。 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。 2.为什么要使用卫星通信： 因为在无线电波中，微波的波长较短，频率较高。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。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。 所以要想让它沿地球表面传播就要设中继站。通常每隔50km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。 3.卫星通信的组成和原理： （1）组成： 由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。 （2）星通信的原理： 是将卫星发射到赤道上空36000km处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。 4.卫星通信的特点： 通信范围大，只要在卫星发射的电磁波覆盖的范围内均可进行通信；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。 5.北斗卫星导航系统： 北斗卫星导航系统是我国自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。 【例题1】通信卫星相当于微波通信的 。通信卫星大多是相对地球“ ”的同步卫星，在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现 。 【答案】中继站；静止；全球通信。 【详解】（1）卫星通信是利用人造卫星作为通信的中继站来转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行通信的．通信卫星作为一个微波中继站，只是转发信号，转发的信号可以是广播、电视等多种信号。 （2）通信卫星大多是相对地球静止的同步卫星，用通信卫星做微波通信的中继站，在地球周围均匀地配置3颗同步通信卫星，通信范围就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。 【例题2】（多选题）北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）是我国自主发展、独立运行的卫星导航系统。从2018年12月26日开始提供全球服务，标志着北斗卫星导航系统正式迈入全球时代。如图所示的北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成：空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。在北斗卫星导航系统中（　　） A．各部分间利用超声波进行信息传递 B．太阳能帆板是卫星的主要电源之一 C．静止轨道卫星相对于地球是静止的 D．导航定位信号的传播速度等于光速 【答案】BCD 【详解】A．北斗导航各部分是利用电磁波进行信息传递的，故A选项不符合题意； B．太阳能帆板是是将太阳能转化为电能，故是电能的主要电源之一，故B选项符合题意； C．静止在轨道卫星，与地球同样的速度运动，故相对于地球是静止的，故C选项符合题意； D．导航定位信号是电磁波，而光也是一种电磁波，故传播的速度等于光速，故D符合题意。 故选BCD。 【例题3】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。 学习新课 二、光纤通信 1.什么是激光： 频率单一、方向高度集中的光叫激光。由激光器产生发出。 激光实际也是一种电磁波。与微波相比，光的频率更高。如果用光来通信，比短波、微波能传播更多的信息 。 2.什么是光纤： 光导纤维简称光纤，是一种非常细的玻璃丝（直径100μm左右），由纤芯和包层组成，纤芯完成信号的传输，包层与纤芯的折射率不同，将光信号封闭在纤芯中传输并起到保护纤芯的作用。激光可在光纤里传播，不受外界干扰。 3.光纤通信原理： 光的反射 携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在光纤内部传播时，发生的是全反射，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。 4.光纤通信的优点： （1）通信容量很大； （2）光纤衰减小，无中继设备，传输距离远； （3）不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。 我国光缆通信的发展十分迅速，目前光缆可以通达所有地区，而且还与其他国家合作修建了跨越太平洋的海底光缆。 【例题4】光纤通信主要利用波长很 （选填“短”或“长”）的激光传输信息。如图所示，激光从光纤一端射入，在内壁上多次 ，从另一端射出，把信息传到远方，无线电广播的音频信号在发射出去之前，必须加载到频率更 （选填“高”或“低”）的电流信号上。 【答案】 短 反射 高 【详解】光纤是利用激光传播信息的，作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内传输的信息量越多，激光的频率比较高，波长较短，相同的时间内就可以传递大量的信息。 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，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息；无线电广播的音频信号在发射出去之前，必须加载到频率更高的电流信号上。 【例题5】小明在电脑上收看春节联欢晚会的直播。小明家使用的是光纤上网，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”）。 【答案】激光 【详解】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。 【例题6】光纤通信前景广阔，下列关于光纤通信的说法正确的是（　　） A．光纤通信中所使用的光不是激光 B．光纤通信传递信息的容量要比短波、微波大 C．光纤通信不需要任何传导介质 D．因为玻璃丝很容易折断，不宜用来做光导纤维 【答案】B 【详解】光纤通信利用的是激光，通信时需要光导纤维作为传导介质，光导纤维是很细很细的玻璃丝；光纤通信传递信息的容量比短波、微波高出百万倍、千万倍。故ACD错误，B正确。 故选B。 学习新课 三、水声通信和量子通信 1.水声通信： 水声通信是以声波为载体在水下传输文字、语音及图像等信息的技术，通过电信号与声信号的相互转换实现信息传递。其原理为信息经数字化处理后由换能器转为声信号传递，接收端再将声信号解码还原。 2.量子通信： 量子通信，量子加密通信的简称，可以简单理解为使用量子计算为通信双方进行加密，保障通信安全性的过程。主要优势在于其提供的信息传输安全性。它利用量子比特作为信息载体，能够在确保信息安全和增大信息传输容量方面突破经典信息技术的极限。特别是量子密钥分发技术，它克服了经典加密技术的安全隐患，被认为是迄今为止唯一被严格证明无条件安全的通信方式。 板 书 设 计 第四节 现代通信 1卫星通信 微波中继站：微波沿直线传播，需设中继站接力传输，每50 km一个。 卫星通信：利用同步卫星作为中继站，3颗卫星即可覆盖全球，实现实时通信。 应用：如北斗导航系统，提供全球定位、导航服务。 2.光纤通信 原理：激光在光纤中通过多次反射传播，频率高，信息传输量大。 特点：比电磁波通信更高效，光缆可长距离传输电视、电话等信息。 发展：我国光缆覆盖广泛，包括海底光缆，支持互联网高速发展。 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.完成课本P89中的1-3小题。 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 学科网（北京）股份有限公司 $