越来越宽的信息之路（导学案）-人教版九年级物理全一册

21.4越来越宽的信息之路（导学案）

【学习目标】

1.了解微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信。

2.通过学习现代通信知识，了解科技为人类生活带来的便利，提高学科学的兴趣。

【学习重点】

了解微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信的基础知识。

【学习难点】

网络通信和光纤通信的原理。

【自主预习】阅读教材，完成以下问题：

1.信息理论表明，作为载体的无线电波频率越直，相同时间内传输的信息就越多。因此，几十年来，

无线电通信、电视广播等所用的频率越来越多，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了。

2.微波通信：微波是波长在10m〜1mm之间,频率在30MHz~3x105MHZ之间的电磁波。微波大

致沿直线传播,所以每隔50km左右就要建一个微波中继站。

3.£星通信：利用通信卫星做微波通信的史幽来进行通信的方式叫卫星通信。二;颗同步卫星几乎

可实现全球通信。

4.光纤通信：激光的特点是频率里二、方向高度集中。光纤通信是利用邀光在光纤中传输信号的。

光纤由中央的玻璃芯和外面的反射层、保护层构成的，可以传输大量的信息。

5.网络通信：将数台计算机通过各种方式联结在一起，便组成了网络通信。现在世界上最大的计算

机网络叫因特网。人们经常使用的网络通信方式是电子邮件（e-mail）,传递信息既快乂方便。

【合作探究】

探究一、微波通信

1.传输信息与频率的关系

【想一想】为了给同学们注解《移动电话发展史》，一种方式是播放视频，另一种方式是只播放音

频。在相同的时间内，播放视频和播放音频传递的信息量一样吗？

【归纳】信息理论表明：作为我体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越冬，相同时间

内，电视广播比电台广播能传递更多的信息。

2.微波

（1）波长和频率范围：微波波长在之间，频率在30MHz〜3x1"MHz之间。

（2）性质：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。

3.微波通信

（1）概念：利用微波进行的通信称为微波通信。

（2）微波中继站：微波大致沿直线传播，不能绕地球表面绕射。因此必须每隔50km左右就要建设

一个中继站,可以把上一站传来的微波信号经过接收、放大处理后，再发射到下一站去。这就像接力赛

跑一样，一棒传一棒，可以把信息传递到远方。

（3）微波通信的优点

①频率直，传输信息的容量大；

②质量好，可以传送很远的距离•:

③大致沿直线传播，受大气干扰小，能量损耗小，收到的信号强且稳定。

（4）微波通信的缺点

需要大量中继站进行信号处理，且信号传递的距离越远，需要的中继站越多。在遇到雪山、大洋，

根本无法建设中继站时，微波通信几乎无法继续。

【例题1】微波：频率，波氏，信息搭载量大，大致沿直线传播，不能沿地表绕射，每

隔50km左右就要建设一个站。越高的电磁波搭载信息能力越大，越沿直线传播。

【答案】高，短，微波中维站，频率。

【解析】微波频率高，波长短，不能沿地表绕射传播，因此每隔50km就要建设一个中继站转播微

波，否则就不能长距离通信。定于电磁波来讲，频率越高，搭载信息能力就越大，传播方向性越好。

探究二、卫星通信

【想一想】在遇到雪山、大洋，根本无法建设中继站时，又该怎么办？能不能利用地球的卫星一一

月球进行微波中继通信呢？

【分析】月球是地球的卫星，可以反射微波，但它离我们太远了一一38万千米！信号衰减、时间延

迟，而且只有当两个通信点同时见到月亮时，才能完成这两点间的通信。

解决方案：人们使用人造卫星进行通信。

1.卫星通信的概念

利用通信犬星做微波通信的中继站来进行通信的方式叫卫星通信c

2.同步通信

地球同步卫星即地球同步轨道卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，距离地球约36000km,

卫星的运行方向与地球的自转方向相同、运行轨道位于地球赤道平面上圆形轨道、运动周期与地球自转

一周的时间相等,所以叫做“同步通信卫星”。

3.全球通信

在地球周闱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。

4.卫星通信的组成

由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星通信的工作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。

5.卫星通信特点

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；不易受陆地灾害影晌，建设速

度快；易于实现广播和多址通信。

6.中国北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，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2】2019年9月23日，我国以“一箭双星”方式成功发射第47、48颗北斗导航卫星，北斗

导航系统由地球非同步卫星和地球同步卫星两部分组成。如图是三颗地球同步卫星轨迹示意图。下列地

球同步卫星说法中正确的是（A）

A.卫星1相对于卫星2是静止的

B.卫星2相对于卫星3是运动的

C.三颗卫星相对于地球是运动的

D.三颗卫星相对于地球是静止的，卫星相互间是运动的

【解析】A.以卫星2为参照物，卫星1与卫星2之间的位置没有变化，因此卫星1是静止的，故

A正确：

B.以卫星3为参照物，卫星2与卫星3之间的位置没有变化，因此卫星2是静止的，故B错误；

C.以地球为参照物，三颗卫星与地球之间的位置没有发生变化，因此三颗卫星都是静止的，同时

三颗卫星之间都没有位置变化，所以卫星相互间是静止的，故C选项错误；

D.由C选项可知，D选项错误。

故选A。

探究三、光纤通信

I.激光

（1）激光的概念：频率里_、方向高度集史的光叫激光。

（2）激光通信容量更大：我们已经知道，电磁波的传播速度等于光速，实际上光也是一种电磁波。

与微波相比，光的频率更高。如果用光来通信，这条“高速公路”要比短波、微波的“公路”宽出百万

倍、千万倍。不过，普通的光源包含了许多不同波长（频率）的光，难以用它携带信息。

2.光导纤维

（1）光导纤维简称光纤，是•种非常细的玻璃丝，激光可在光纤里传播,不受外界干扰。

实用的光纤是比人的头发丝梢粗的玻璃丝，通信用光纤的外径一般为125〜140pm。一般所说的光

纤是由纤芯和包层组成，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

井起到保护纤芯的作用。工程中一般将多条光纤固定在一起构成光缆。

（2）光导纤维传光原理

①演示实验一《水流导光》

【实验结论】光不但能沿直线传播，也可以沿着汕的水流传播。

②光导纤维传光原理

光导纤维传播激光的原理是光的全反射。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型小

3.光纤通信

光纤通信是利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式。由于光的频率很高，在一定时间内可

以传输大展信息。

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（市、州），而且还与其他国家合作修

建了跨越太平洋的海底光缆C光纤通信已经成为我国长途通信的骨干力量C

4.光纤通信的优点

（1）传输频带极宽，通信容展很大；

（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。

5.光纤通讯技术的发展

光纤通讯技术是近几十年才发展起来的。I960年，美国物理学家西奥多梅曼在佛罗里达州迈阿密

的研究实验室里，制成了世界上第一台红宝石激光器。1966年，华裔物理学家高馄提出用光纤通信的构

想，并得以实现，高馄被誉为“光纤之父”。

【例题3】历经四十年的发展，中国光纤光缆行业已经占据世界半壁江山，为现代通讯做出了突出

贡献，体现了大国精神、大国担当。现代信息高速公路，是卫星通信和光纤维通信等高速、大容量信息

传输通道的俗称，光纤维通信传输信息的载体是（B）

A.微波B.光波C.无线电波D.超声波

【解析】光纤通信传输的信息的载体是光波，因为光波可以携带大量的信息，故ACD不符合题意，

B符合题意。故选Bo

探究四、网络通信

1.网络通信

计算机可以高速处理各种信息，把计算机联在一起,可以进行网络通信。计算机之间的联结，除了

侵用金属导线外，还用了光缆、通信卫星等各种通信手段。

如果某人的计算机跟一个叫做服务器的大计算机相联，就是平常说的“上网”。世界上最大的计算

器网络是因特网。

2.计算机服务器

计算机服务器是指在计算机网络中提供服务的一种计算机系统，它提供应用程序的服务，可以接受

客户端的请求并提供相应的服务功能。服务器通常配备高效的硬件和软件资源，用于处理大量的请求和

数据，在网络上起到“服务商”的角色。

3.网络通信的应用

(1)电子邮件

①电子邮件是人们经常使用的网络通信形式，它不仅可以传送文字，也可以把照片、语言及任何信

息变成数字文件进行传送。

每个电子信箱都有自己的“地址”,这样才能把邮件送到正确的地方。电子信箱地址的格式为：用

户名、符号“@"(发音同英语的"at”)和域名三部分c如xiaclin@,这表示信箱属于一

个自称“xiaolin”的人,他的服务器名叫。其中“cn”是China的简写，表示这个服务器

是在中国注册的。

②电子邮件的传送

发送方通过计算机输入信息并传送到与计算机相联系的服务器△一服务器A将信息传送到与接收

方计算机相连接的服务器BT服务器B将信息再传送到接收方计算机中,即可显示甲的信息。

(2)网络通信的一些应用

除了通过网络收发电子邮件外，还可以通过网络通信系统查阅资料、看新闻、购物、进行视频点播，

另外还可以通过网络进行远程教育、远程医疗等。

【例题4】电子邮件可以传输：①文字资料；②声音信息；③图片图像；④视频资料中的(D)

A.①②④B.②③④C.①③④D.①②③@

【解析】电子邮件是指发送者和指定的接收者利用计算机通信网络发送信息的一种非交互式的通信

方式，是最基本的网络通信功能。这些信息包括文本、数据、声音图像、语音、视频等内容。

故选Do

探究五、激光的应用

1.激光的特点与应用

（1）激光束的平行度特别好,在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。

①激光测距：激光的这个特点使它可以用来进行精确的测距。对准目标发出一个极短的激光脉冲，

测量发射脉冲和收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出目标的距离。激光测距雷达就是根据这个原理制

成的。

②读出光盘上记录的信息：由于平行度好，激光可以会聚到很小的一点上。让这一点照射到光盘上，

就可以读出光盘上记录的信息、，经过处理后还原成声音和图像。由于会聚点很小，光盘记录信息的密度

很高。

（2）激光的亮度高

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，可以使物体的被照部分迅速上升到极高的温度，最难熔化的物

质在这一瞬间也要汽化了。因此，我们可以利用激光束来切割各种物质、焊接金属以及在硬质材料上打

孔。医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤，还可以用激光“焊接”脱落的视网膜。强激

光可以在瞬间破坏敌人的飞行器，在军事上有广泛的应用。

2.想想议议

阅读了以上这段“科学世畀”和前面的“光纤通信”后，讨论下面问题。

（1）激光有哪些不同于其他光的特点？文中所说激光的应用分别利用它的哪个特点？

（2）除了文中介绍的应用外，你还听说在什么地方用到了激光？

【精讲点拨】

I.微波通信：微波的频率高，可携带大量的信息，它的性质接近光波，大致沿直线传播，要实现

长距离传播需要每隔50km建立一个微波中继站。遇有雪山、大洋时，只能靠卫星通信来转接。

2.卫星通信：通信用卫星人多是相对地球“静止”的同步卫星，只要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，可以实现全球通信。

3.光纤通信：微波通信有时会受到外界的干扰，使信号不稳定。使激光携带着信息在光导纤维中

传播，就避免了以上问题，可以大大提高通信质量。而且激光的频率更高，可以携带更多的信息。

4.网络通信：计算机可以高速处理各种信息，把计算机联在一起，可以进行网络通信。使用电子

信箱，就可以使用电子邮件进行通信。除了通过网络收发电子邮件外，还可以通过网络通信系统查阅资

料、看新闻、购物、进行视频点播，另外还可以通过网络进行远程教育、远程医疗等。

【归纳整理】

第4节越来越宽的信息之路

「①微波：波长10m〜1mm间，频率30MHz〜3X1（）5MHZ间.

N微波通信卜②利用微波进行的通信称为微波通信。

L©需利用微波中继站传递信息.

越

来「①利用通信卫星做微波通信的中继站来进行通信的方式

越

宽卫星通信卜叫卫星通信。三颗同步卫星几乎可实现全球通信.

的L②组成：同步通信卫星、地面站.

信

息

环面式1r激光：频率单一、方向高度集中.

之

—3ML②是利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式.

路

向丽信■［网络通信是借助计算机网络进行通信的方式.

【课堂练习】

I.通过微波传送的是（）

A.超远程通信B.无线电广播

C.电报D.电视和宇航通信

【答案】Do

【详解】超远程通信用的是短波；无线电广播是多波段，短波、中波、长波都有；电报■般是短波

和长波比较多：电视和宇航通信是微波。故选D。

2.北斗卫星导航系统是中国自主建设、独立运行的卫星导航系统，始终秉持和践行“中国的北斗，

世界的北斗，一流的北斗”的发展理念，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。卫星导航在传递信息过程中主要依靠的是（）

A.超声波B.次声波C.电磁波D.光导纤维

【答案】Co

【详解】卫星导航在传递信息过程中依靠的是电磁波来传递信息。故选C。

3.利用光导纤维在一定时间内可以传输较人量的信息，这是因为光波的（）

A.波长长B.波速快C.频率高D.看得见

【答案】Co

【详解】因为光波的频率高，所以光导纤维在一定时间内可以传输较大量的信息，故ABD不符合

题意，C符合题意。故选C。

4.关于网络通信，下列说法正确的是（）

A.目前使用比较频繁的网络通信形式是电子邮件

B.电子邮件在目前只能传递文字，不能传递照片、语音或其他信息

C.从网上只能收发电子邮件，查不到其他资料，因此上网是有局限性