資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第十五章 怎樣傳遞信息——通信技術簡介
15.3 現代通信技術及其發展前景
教學目標：
1.物理觀念：
（1）了解移動通信、網絡通信、光纖通信、衛星通信。
（2）了解光纖通信的特點。
（3）了解衛星通信的特點。
（4）了解通信技術的發展前景。
2.科學思維：
通過多媒體圖片、影視畫面使學生掌握和了解移動通信、網絡通信、光纖通信和衛星通信的特點和粗略的原理。
3.科學探究：
了解我國北斗衛星導航系統的作用和優勢。
4.科學態度與責任：
通過學習現代通信知識，了解科技為人類帶來的便利，提高學生學習科學的興趣，使學生養成關注科學發展前沿的習慣，樹立正確的科學觀，培養振興中華、用科學服務于人類的使命感和責任感。
教學重點：了解移動通信、網絡通信、光纖通和信衛星通信。
教學難點：了解移動、網絡、光纖、衛星通信的特點。
教學課時：1課時
教學用具：多媒體、電源插座、光纖燈、手機。
教學互動設計：
1、 創設情景，導入新課
北斗衛星導航系統（簡稱BDS）是中國自行研制的全球衛星導航系統。北斗衛星導航系統（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯合國衛星導航委員會已認定的供應商。
北斗衛星導航系統（以下簡稱北斗系統）是中國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。
2022年11月4日，國務院新聞辦公室發布《新時代的中國北斗》白皮書，介紹新時代中國北斗發展成就和未來愿景，分享中國北斗發展理念和實踐經驗。
北斗系統是世界上首個具備全球短報文通信服務能力的衛星導航系統；是世界上首個面向授權用戶提供區域短報文通信服務的衛星導航系統；建成地面站全國一張網，向行業和大眾用戶提供實時米級、分米級、厘米級和事后毫米級高精度定位增強服務。
現在北斗一共有45顆衛星在軌提供服務，系統的性能很好。2023年計劃要發射3到5顆衛星，預計的目標是2035年全面建成這個時空體系，到時，我們希望無論是在水下、地面、室內、空中、深空甚至遙遠的太空，都有北斗，都有中國的時空體系。北斗地基增強系統，實測的水平到2厘米，高程可以到5厘米，這是實時的定位精度。事后處理精度可以達到水平2毫米、高程5毫米。已經從傳統的測量測繪向精準農業、變形監測、自動駕駛、電力巡檢、智慧港口、共享單車等多個領域拓展應用。
二、新課講授，師生互動
問題與思考
現代的政治、經濟、軍事、科研、生活等方面，對通信有哪些更高的要求 現代通信運用了哪些高技術
你能夠從手機的變化、網絡功能的變化中感受到通信技術日新月異的發展嗎
（一）移動通信
電話座機必須用電話線連接到電信局的交換機上，依靠導線中的音頻電流傳送話音，只能在固定的地點使用。移動電話(通常稱為手機)由電磁波傳遞信息，可以在信號覆蓋的任何地方使用。手機既是發射機又是接收機，但是它的發射功率很小，又不具有交換能力，必須依靠一組大功率的固定電臺(基地臺)和交換中心來轉接。
如圖所示，手機1發射的信號被離它最近的基地臺1接收，然后由光纜把信號傳到交換中心，尋找到選定的通話對象，再由光纜把信號傳到離對象最近的基地臺2，最終由這個基地臺把信號傳給對象，手機2。
這些基地臺由提供移動通信的專業公司來建設和運營，遍布于全國各地。初期的移動電話使用模擬信號，現在已經完全被數字信號代替，不僅可以通話，還可以發送、接收文字短信息和其他服務性信息(如氣象預報、股市行情)，還能無線上網。最新型的手機還能夠拍攝軍用電臺和傳送彩色的數碼照片，接收電視節目，開通可視電話等。
還有其他一些移動通信設備，例如警察用的對講機、供業余無線電愛好者使用的手持和車載小型電臺、軍隊和地質工作者使用的小型電臺等，如圖所示。
（二）網絡通信
把許多計算機通過一定的硬件和軟件連接起來，就成為網絡。在一所學校或一個居民小區內，若干臺計算機接到交換機和服務器(提供網絡控制和服務的專用計算機)上，就組成了局域網，再進而實現全世界的連接， 就成為互聯網(internet) ， 如圖所示。
由于計算機能夠高速處理多媒體信息，并且有交互性，所以在網上傳送的電子郵件不僅有文字，還有圖像和聲音，這是傳統的通信手段難以同時做到的。人們向往已久的可視電話，也依靠網絡實現了。
在一所學校或一個居民小區內，若干臺計算機接到交換機和服務器(提供網絡控制和服務的專用計算機)上，就組成了局域網。
網絡還有許多功能，你可以在信息技術課上繼續了解并進行實習。
（三）光纖通信
光也是電磁波，可見光的波長只有幾百納米，比無線電波短得多。從理論上講，被調制的光能夠攜帶比無線電波多得多的信息，但是這個設想直到發明了激光器后才得以實現。
激光(laser) 是一種顏色非常純、方向高度集中的光。它的強度可以超過太陽光，不能讓它直接射人眼中，以免傷害視網膜。
如圖所示的就是科學研究中使用的激光器。
為了避免干擾和減少能量的損失，通信用的激光要在用專門材料制造的一種纖維中傳播， 這種纖維稱為光導纖維(optical fiber) ， 簡稱光纖。某些小工藝品上裝設了一些光纖，它們的一端插在封閉的盒子中，用彩色燈泡照亮，露出的另一端就會閃耀美麗的點點“星光”，如圖所示。
某些小工藝品上裝設了一些光纖，它們的一端插在封閉的盒子中，用彩色燈泡照亮，露出的另一端就會閃耀美麗的點點“星光”，如圖所示。
把若干條光纖集成束，外面包上保護層，就成為光纜。光纜一般都鋪設在地下的管道中，特別適合于遠距離通信用。
光纖通信用途廣泛，如長途電話、有線電視、電視會議、互聯網等。一根光纜上可以同時傳遞50萬路電話或5000多路電視，可以大大降低成本，減少維護的工作量。可以說，光纖的應用是社會信息化程度提高的重要標志。
1966年，33歲的華人高錕首次提出，直徑僅幾微米的透明玻璃纖維可以作為傳輸光信號的有效手段，成為光導纖維的先驅。43年后，高錕獲得了2009年諾貝爾物理學獎。
（四）衛星中繼通信
現在越洋通信大都使用通信衛星。通信衛星相對于地面應當是靜止的，這就要把它發射到赤道上空約36000km高度的圓形軌道上，使它繞地球轉動一周的時間恰好為24h，與地球自轉的周期相同，并且轉動的方向與地球自轉的
方向相同，所以稱為同步衛星。如圖是我國的“東方紅-3”號通信衛星。
同步通信衛星繞地球轉動的周期跟地球自轉周期相同，所以叫做“同步”衛星。
在上述軌道上均勻地布置三顆同步衛星，就能使通信范圍幾乎覆蓋地球上各個角落。衛星通信使用微波，例如，使用X頻段時，上行(地球到衛星)電磁波頻率為8GHz， 下行(衛星到地球) 電磁波頻率為7GHz， 其特點是容易像光波那樣集束和沿著直線傳播。如圖所示，從地面站向衛星1發送微波，衛星1收到后經過放大用微波向地面和衛星2轉發，衛星2收到后經過放大再用微波向地面和衛星3發送，衛星3再向地面發射。
這樣從地球一側發出的信號就被地球另一側的地面站接收。這種方法類似于接力賽跑，所以被稱為中繼通信。
2018年5月21日發射的“鵲橋”是“嫦娥”四號月球探測器的中繼衛星，其作用是解決地面于在月球背面登錄的“嫦娥”四號探測器之間的通信問題。2019年1月3日，“嫦娥”四號探測器在“鵲橋”提供的地月中繼通信的支持下，開創了人類航天史上的新篇章；首次月球背面著陸；首次在月球背面上與地球通信；傳來了首張近距離拍攝的月背表面影像圖······“嫦娥”四號與“鵲橋”中繼星完美配合，是我國由航天大國向航天強國邁進的重要標志之一，是新時代中國人民攀登科技高峰的新標桿、新高度，是中華民族為人類探索宇宙奧秘做出的又一卓越貢獻。
（五）通信技術的發展前景
21世紀人類將全面進入信息化社會，通信技術也在飛速地發展。目前我國已經建成以光纜為主體的主干通信網，衛星電視也覆蓋了全部國土，計算機技術將在通信領域得到更加廣泛和深入的應用。
隨著4G技術的發展和普及，優質的數據傳輸效率和速度使人們享受到互聯網時代移動通信技術發展帶來的便利，人們的學習、工作和生活方式也發生了重大變化。物聯網、云計算、人工智能的興起，正推動著社會的數字化演進。
衛星通信的應用也進一步擴展，例如我國自主研制，獨立運行的北斗星導航系統可在全球范圍內全天候、全天時為各地用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時等服務。北斗衛星導航系統在我國國家安全領域發揮重大作用。北斗衛星導航系統不僅在我國國家安全領域發揮重大作用，還服務于國家經濟建設重要基設施，廣泛應用于交通運輸、農林漁業、水文監測、氣象預報、通信授時、電力調度、救災減災、公共安全等領域。此外，北斗導航服務進人大眾消費、共享經濟和民生領域，深刻改變著人們的生產生活方式。
量子保密通信技術正在從實驗室演示走向產業化，當前量子通信的實用化和產業化已經成為各個大國爭相追逐的目標，我國在量子通信技術方面已經走世界前列。我國自主研發的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”在國際上首次成功實現數百萬米的星地雙向量子通信，并已具備實現洲際量子保密通信能力。
未來的通信發展趨勢是移動通信和互聯網技術的高度融合。當前全球多個國家已競相開展5G網絡技術的開發，我國在5G技術開發方面居于世界領先地位。作為21世紀的公民，我們在享受通信技術提供的各種服務的同時，還要自覺遵守信息社會中的道德準則和法律法規，樹立信息安全意識。
三、總結反思，超越自我
1. 移動通信：移動電話由電磁波傳遞信息，既是發射機又是接收機，它靠大功率的基地臺和交換中心來轉接。
2.光纖通信：激光的顏色非常純、方向高度集中，在光纖中傳播，抗干擾、適合遠距離通信。華裔高琨提出光纖通信。光纖的應用是社會信息化程度提高的重要標志。
3.衛星中繼通信：三顆同步衛星做中繼站、覆蓋全球。
4.網絡通信：計算機高速處理各種信息。未來通信發展趨勢是移動通信和互聯網技術的高度融合。
四、板書設計，整合提升
1. 移動通信：移動電話由電磁波傳遞信息，既是發射機又是接收機，它靠大功率的基地臺和交換中心來轉接。
2.光纖通信：激光的顏色非常純、方向高度集中，在光纖中傳播，抗干擾、適合遠距離通信。華裔高琨提出光纖通信。光纖的應用是社會信息化程度提高的重要標志。
3.衛星中繼通信：三顆同步衛星做中繼站、覆蓋全球。
4.網絡通信：計算機高速處理各種信息。未來通信發展趨勢是移動通信和互聯網技術的高度融合。
五、大海揚帆，嘗試遠航
1. 下列說法不正確的是（ ）
A. 固定電話用電話線連接到電信局交換機上，依靠導線中的音頻電流傳遞話音
B. 手機依靠電磁波傳遞信息
C. 手機既是發射機又是接收機
D. 基地臺與交換中心之間不需要光纜
2．下列說法不正確的是（ ）
A. 把計算機通過一定的硬件和軟件連接起來，就成為網絡
B. 在一個小區內，若干臺計算機接到交換機和服務器上，就組成局域網
C.可視電話不需要網絡就能實現
D.光是電磁波
3．關光纖通信說法不正確的是（ ）
A.激光是一種顏色非常純、方向高度集中的光
B.通信激光在光導纖維中傳播
C. 把若干纖維集成束，外面包上保護層就成為光纜，特別適合近距離通信用
D. 華人高琨首次提出，直徑幾微米的透明玻璃纖維可以作為傳輸光信號的有效手段，成為光導纖維的先驅
4．關于衛星中繼通信說法不正確的是（ ）
A. 在赤道上空約36000km高度的圓形軌道上的通信衛星，與地球自轉周期相同稱為同步衛星
B. 在赤道上空約36000km的圓形軌道上均勻布置三顆同步衛星就能使通信范圍幾乎覆蓋地球
C. 衛星通信稱為中繼通信
D. 衛星通信使用中波
5．下列說法不正確的是（ ）
A. 我國的北斗定位系統可供全天候即時定位
B. 北斗系統是世界上首個具備全球短報文通信服務能力的衛星導航系統
C. 北斗衛星導航系統是中國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統
D. 未來通信發展趨勢是衛星通信和互聯網技術的高度融合
參考答案1.D；2.C；3.C；4.D；5.D。
六、作業：P189.T2
課外作業P189.T1、T3、T4。
P190 閱讀材料 電磁污染
教學反思：
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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