第3节 卫星通信和光纤通信

第3节卫星通信和光纤通信【教学目标】1.常识性了解卫星通信、光纤通信.2.了解光纤通信的原理和优点.3.通过了解卫星通信、光纤通信的知识，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力.4.通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学生学习科学的兴趣.【教学重点】了解现代通信知识.【教学难点】卫星通信、光纤通信的优点和原理.【教具准备】多媒体课件、视频资源、光纤等.【教学课时】1课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】节课我们学习了无线电广播和电视广播的工作过程，那么电视广播和无线电广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？大家请看屏幕（多媒体机播放视频）.生1电视广播的信息比无线电广播多.生2电视除能通过声音得到信息，还可以看到它的周围环境、色彩、天气等等信息.M信息理论表明，作为载体的电磁波频率越高，运用的范围越宽泛，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高，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了.这就是我们今天所要讨论的课题.【进行新课】知识点1卫星通信在无线电波中，微波的波长短，频率高.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.师我们怎样才能把微波信号传递到远方呢?生设中继站.师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（图21.3-2）.要想使信号传递的距离越远，那么需要的中继站就越多.教师引导学生阅读课本P183想想议议.师在遇到雪山、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（图21.3-3)?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.师那我们还能用什么作为中继站呢？生通信卫星.1.问题:做中继站的卫星随便移动可以吗？地球同步卫星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”.(做中继站的卫星是地球同步卫星，相对地球静止，不随便移动的.)大家看屏幕，多媒体播放视频:人造卫星.2.卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成.看书了解地面接收站的天线形状和朝向.3.在地球的周围均匀地配置3颗地球静止卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信.（如图）通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站，它可以把从一个地面站接收的信号，处理后再发送到另一个或几个地面站.现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场画面，这就是通信卫星带来的好处.师利用卫星来发射和接收电磁波信号的应用有哪些？生北斗卫星导航系统.北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，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空间基础设施.知识点2光纤通信师人类自从用了电磁波这一宇宙中最快的速度进行通信以后，不断地向前发展.现代信息社会中，我们需要交流越来越多的信息，这就需要把这一信息之路修得越来越宽.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.这就是光纤通信，请看屏幕（用多媒体播放光纤通信资料），通过讨论说出你对光纤通信的了解.学生讨论，回答.教师总结:①所用的是激光.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.1960年美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器，它能产生单一频率、方向高度集中的光——激光.②在光导纤维里传播.通信用的激光一般在特殊的管道——光导纤维（简称光纤）里传播.教师演示教材P185实验：水流导光把大塑料瓶用不透光的纸包上，瓶的侧壁开个小孔，在塑料瓶内盛满水，水中有一个光源，观察水流中的光.生1：看到水从小孔流出时，光随着弯弯的水流照到地面，在地面产生一个光斑.生2：这个实验说明光可以沿弯弯的水流传播，也可以沿玻璃丝传播，不管玻璃丝怎样弯曲都可以传播.水流导光的实验模拟了光在光导纤维中的传播.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.光导纤维是很细很细的玻璃丝，通常将数条光纤并成一束再敷上保护层，制成光缆，用来传递电视、电话等多种信息.由于光的频率很高，所以光在一定时间内可以传输大量信息.师光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输.光纤通信的通信容量大，通信质量高，保密性好.光能沿弯曲的玻璃丝传播，观察演示(如图).师我国光纤通信的发展十分迅速，光缆可以通达几乎所有地区，而且还与其他国家合作修建了跨越太平洋的海底光缆.随着互联网的进一步发展，移动通信网络的建设，物联网等新应用的不断涌现，光纤通信将迎来更广阔的发展空间.教师引导学生自主阅读教材P186科学世界，让学生了解激光的应用情况.【教师结束语】本节我们学习了卫星通信、光纤通信的知识.微波传播需要建立中继站，而高山、大洋处中继站的建设很困难，于是人们就想到了卫星通信，在太空设立三颗同步卫星就能实现全球通信;光也是一种电磁波，它也能通信，专门用于通信用的光是激光，我们需要它在专门的光导纤维里通行，它损失小，保密性好，容量大，传输质量高，所以近年来的电话很少有占线现象，这都得益于光纤通信的发展.课后作业完成本课时的练习.1.这节课的容量大，名词术语多，比较抽象，但所涉及的现象多与自己身边的事例有关，所以多结合自己身边的现象来分析，该课也不难理解了. 2.将各地常见到的地面卫星接收天线能收到电视节目与卫星通信联系起来，学生也不难理解卫星通信. 3.光导纤维也可以与日常生活相结合，让这些抽象、陌生的东西具体化，学生学起来就有兴趣了. 4.讲述我国的通信技术的发展，增强学生的兴趣和爱国的热情.知能演练提升能力提升1.电子支付已成为人们生活中的一部分,在手机电子支付过程中用来传递信息的是()A.声波 B.空气C.电磁波 D.光导纤维2.下图是玉兔号月球车在月面上行驶留下清晰可见车辙痕迹的照片,分析照片还可得到很多有用的信息。照片拍摄后从月球传递到地球的载体是()A.超声波 B.微波C.次声波 D.红外线3.关于光纤通信,下列说法错误的是()A.光导纤维是很细的玻璃丝,通常数条光纤一起敷上保护层,制成光缆B.光在光导纤维中传输时损耗小,可长距离传输C.光纤通信容量极大、不怕雷电、不受电磁干扰、通信质量高、保密性好D.激光在光纤中不断反射,曲折前进,因而能量损失较大4.随着社会的进步,光纤网络开始进入普通老百姓家庭。光纤的主要用途是()A.输电 B.导热 C.通信 D.照明5.现代航空和航运中使用的雷达是利用电磁波来发现目标的,如果一台雷达搜寻到了目标,从发射信号到接收信号的时间是1.2×10-4s,那么这个目标离雷达的距离是()A.3.6×104km B.3.6×102kmC.1.8×104km D.18km6.关于电子邮件的收发,下列说法正确的是()A.发送电子邮件必须要输入对方的信箱地址B.电子信箱是某用户计算机上的空间C.对方的计算机没有开机,邮件就无法发送D.发送电子邮件必须要输入自己的邮箱地址7.下列关于北斗卫星导航系统说法正确的是()A.北斗卫星导航系统传送信息的速度与光速相同B.北斗卫星导航系统采用光纤传送信息C.北斗卫星导航系统采用超声波为汽车导航D.北斗卫星导航系统还未开始投入使用8.1960年,美国科学家梅曼制成了世界上第一台红宝石,它能产生单一、高度集中的光——,这才使得用光进行通信的想法得以实现。

★9.人们通过计算机进入因特网这个“高速公路”,足不出户就可以获得世界各地的各种信息。同学们可以在因特网上学习、获取信息,但是有的同学却沉迷于网络,聊天、打游戏,荒废学业,由此看出科技是一把双刃剑。(1)因特网给你带来了哪些方便?(2)未成年人上网有可能会产生哪些负面影响?探究创新★10.无人驾驶飞机简称“无人机”,无人机的飞行控制系统简称“飞控”。无人机悬停还是飞行、向哪个方向飞行、上升还是下降等飞行指令都由飞控下达,飞控主要由感知飞行姿态的陀螺仪、定位模块、超声波传感器等各种功能的传感器及控制电路组成。(1)定位模块利用传递信息,它在真空中的传播速度为m/s。

(2)超声波传感器可探测无人机在飞行时遇到的障碍物,这是因为超声波具有的特点。

(3)某无人机由输出电压14.8V、容量10000mA·h的电池提供飞行能量,该电池最多可提供kW·h的电能,若这些电能的80%用于飞行,当飞行功率为200W时,最长飞行时间为h。

知能演练·提升1.C手机既可以接收电磁波,也可以发射电磁波,是利用电磁波来传递信息的,因此手机抢红包过程中用来传递信息的是电磁波。2.B3.D光纤通信是用激光做信号的载波,即激光通信。光纤是极细的玻璃丝,在通常情况下是绝缘体,故不怕雷电、不受电磁干扰、通信质量高、保密性好。4.C光纤具有容量大、不受外界磁场的干扰、不怕腐蚀、不怕潮、能量损耗少等优点,已经成为现代通信的主要传输工具。5.D电磁波的传播速度和光在真空中的传播速度相同,为3.0×105km/s。s=12×3.0×105km/s×1.2×10-4s=18km6.A发送电子邮件时,不论对方开不开计算机,只要将对方的信箱地址输入,就可以把邮件发送到对方的服务器中,对方的计算机开机后,就可以收到这个邮件。7.A北斗卫星导航系统是利用电磁波传送信息的,电磁波的速度与光速相同,A正确,B错误;北斗卫星导航系统采用电磁波为汽车导航,C错误;我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统已面向全球用户提供全天候、全天时的高精度定位服务,D错误。8.答案激光器频率方向激光9.答案(1)能知道世界各地的信息;能在网上学习;看电影;交朋友等。(2)沉迷于网络游戏,荒废学业,受网上有害信息的毒害,受网上虚假信息干扰等。10.解析(1