初中物理人教版九年级全册第4节 越来越宽的信息之路精品课件ppt

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第二十一章 信息的传递
第4节 越来越宽的信息之路
雄伟的长城，绵延万里，蜿蜒起伏，或翘首于峰巅之上，或俯身于峡谷之中。古代的士兵夏季顶着烈日，冬季冒着严寒，在古老的长城上抵御着敌人的侵略。遇到大规模的入侵时，士兵们常在“烽火台”上点起烟火，向远处的同伴们传递“敌人来犯”的消息。有时候，还可以传递更为确切的信息，如“寇不满五百，放烽一炬；五百以上，放三炬；千骑以上，放四炬”。古代人用烽火传递信息，我们现代人用哪些方法传递信息？你知道这些方法的基本原理吗？
1. 微波通信2. 卫星通信3. 光纤通信4. 网络通信
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。
第4节 广播、电视和移动通信
为了给同学们讲解《移动电话发展史》，一位老师采用播放视频的方式，另一位老师只是播放音频的方式。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？
在相同的时间内，播放视频和播放音频传递的信息量是不一样的。播放视频比播放音频传递的信息量要多。
信息理论表明：作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。相同时间内，电视广播比电台广播能传递更多的信息。 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，信息之路越来越宽，今天我们进一步了解一些不同的通信方式。
一、微波通信二、卫星通信三、光纤通信四、网络通信五、课堂总结六、动手动脑学物理七、课堂练习
信息理论表明，作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。因此，现代通信技术所采用的频率越来越高，微波通信就是其中应用较广泛的一种。
1. 传输信息与频率的关系
（1）波长和频率范围微波波长在 10m~1mm之间，频率 30MHz~3×105MHz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。
波长在10m~ 1mm ，频率 30MHz~3×105MHz之间
（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，不能沿地球表面绕射。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频率高，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，而且，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_____，波长_____，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。
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。对于电磁波来讲，频率越高，搭载信息能力就越大，传播方向性越好。
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——月球进行微波中继通信呢？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：使用人造卫星通信
1. 卫星通信的概念 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。
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。
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。
事实上，一颗通信卫星就是一个微波中继站。
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；不易受陆地灾害影响，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．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
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。
（1）激光的概念：频率单一、方向高度集中的光叫激光。 （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。 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。
（1）光导纤维简称光纤，是一种非常细的玻璃丝，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稍粗的玻璃丝，通信用光纤的外径一般为125~140 μm。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并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。
①演示实验—《水流导光》
（2）光导纤维传光原理
光不但能沿直线传播，也可以沿着弯曲的水流传播
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远方。
视频讲解—《光导纤维》
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量信息。
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。光纤通信已经成为我国长途通信的骨干力量。
（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）不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
4. 光纤通信的优点
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。
【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（　　）A．微波 B．光波 C．无线电波 D．超声波
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B。
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，除了使用金属导线外，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。
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。
（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。如 xialin@，这表示信箱属于一个自称“xialin”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。
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A→服务器A将信息传送到与接收方计算机相连接的服务器B→服务器B将信息再传送到接收方计算机中，即可显示发送方的信息。
（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。
　通过因特网可以快速收发语音短信、视频、图片和文字等信息。
随着通信技术的发展，现在已经可以在很短的时间内传送越来越大的信息量，信息传送的速度能够满足电视等活动画面的需要。
近年来随着互联网技术的不断发展，使得线上购物成为中国网民不可缺少的消费渠道之一。截止到2019年上半年，我国网络购物用户规模达6.39亿，占网民整体的74.8%。其中手机网络购物用户规模达6.22亿，占手机网民的73.4%。2019年网络购物消费额将达到66610亿元，占社零总额比重为19.5%。
视频讲解——《互联网工作原理》
【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（ ） A．①②④ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
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D。
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。
五、《科学世界》——激光的应用
（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“科学世界”和前面的“光纤通信”后，讨论下面几个问题。（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？
①微波：波长10m~1mm间，频率30MHz~3×105MHz间.②利用微波进行的通信称为微波通信。③需利用微波中继站传递信息.①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。三颗同步卫星几乎可实现全球通信.②组成：同步通信卫星、地面站.①激光：频率单一、方向高度集中.②是利用激光在光导纤维中传输信息的一种通信方式.网络通信是借助计算机网络进行通信的方式.
1. 现在许多长途电话是以地球同步卫星做中继站的。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36 000 km，请你估算延迟的时间。为什么打市内电话时没有这种延迟？
无线电波传播的距离为s=36000km×2=72000km延迟时间为打市内电话没有延迟的原因为：在市内打电话距离很短，延迟时间很短，人感觉不到。
2. 我们的生活已经离不开信息的传递。我们不知不觉地把各种通信方式融入自己的生活和工作之中。请想一想：自己哪些地方用到了微波通信、卫星通信、光纤通信和网络通信？各举一个例子。
微波通信：可以用于各种电信业务的传送，如电话、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。卫星通信：卫星电视、卫星导航等。光纤通信：宽带网络等。网络通信：电子邮件等。
3. 微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信，这些通信方式是从不同的视角进行分类的：微波通信按加载信号的电磁波的波长来分类；卫星通信、光纤通信按传播介质或设备来分类，网络通信按通信者之间的联络关系来分类。网络通信也可以采用光纤通信方式，微波通信也可以通过卫星传播，这些分类是可以重叠的。请你把以上通信方式和你知道的其他通信方式，设计一个通信方式分类图，并在图中侧重说明以上四种方式的优点。
（1）按通信信号的传输特点分为：有线传输和无线传输两大类。（2）按通信手段分：有线通信手段方面有：有线电话、有线电视、计算机网络通信和光纤通信等；无线通信手段有：卫星通信、移动通信、微波中继通信、短波通信、地波通信，等等。（3）按信号本身的特点分为：模拟通信、数字通信。
微波通信：具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响。卫星通信：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信。光纤通信：传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，节省金属材料；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄漏小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。网络通信：数字化、宽带化、高速化、智能化、网络化。
1．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
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；电报一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
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大量的信息，这是因为光波的（　　）A．波长长 B．波速快C．频率高 D．看得见
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的D．利用互联网可以进行远程教育、下载文件、邮寄商品等
5．早在100多年前，贝尔实验室就有了用“光话”替代电话的设想，后来科学家利用强光源产生的_______，以及光导纤维技术，终于让光纤通信成为了现代通信的重要方式。如图是光导纤维工作示意图，光导纤维能传导光纤的基本原理是________ 。
光纤通信的基本原理是首先利用强光源产生激光，然后利用光的反射特点，实现携带信息的激光在光导纤维中的传播。