20.3跨学科_电磁波与信息技术（课件）2025-2026学年九年级物理全册沪科版（2024）23页ppt

(共23张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：20.3 跨学科：电磁波与信息技术
副标题：无形纽带连接的科技交融
姓名：[你的名字]
日期：[具体日期]
幻灯片 2：课程导入
知识关联：在前两节课中，我们认识了电磁波的特性，也了解了它在通信、医疗、能源等领域的广泛应用。而信息技术的飞速发展，从早期的电报电话到如今的 5G、物联网，始终离不开电磁波这一核心载体。
跨学科视角：电磁波与信息技术的融合并非单一学科的成果，而是物理学、电子工程、计算机科学、材料科学等多学科交叉协作的结晶。这种跨学科融合如何推动科技进步？又带来了哪些革命性的变化？
学习目标：本节课我们将从跨学科角度探索电磁波与信息技术的内在联系，分析多学科在其中的作用，了解两者融合的典型应用及未来趋势。
幻灯片 3：电磁波 —— 信息技术的物理基础
信息传递的载体：信息技术的核心是信息的获取、传输、处理和存储，而电磁波是信息传输最主要的载体。无论是有线通信中的光纤（利用可见光 / 红外线），还是无线通信中的无线电波、微波，都依赖电磁波的传播特性实现信息传递。
物理原理支撑：
电磁波的传播不需要介质，使其成为远距离无线通信的理想选择，这源于物理学对电磁波传播特性的研究。
不同波段电磁波的频率、波长差异，决定了它们的带宽、穿透能力等特性，为信息技术提供了多样化的传输方案，如长波适合远距离低速通信，微波适合高速大容量通信。
技术突破基础：麦克斯韦电磁场理论和赫兹实验为电磁波的应用奠定了物理基础，后续物理学对电磁波调制、解调、衰减等规律的研究，推动了通信技术从模拟到数字的跨越。
幻灯片 4：电子工程与电磁波技术的融合
硬件实现核心：电子工程学科负责将电磁波理论转化为实际的通信设备，包括发射机、接收机、天线、滤波器等。
天线设计：天线是电磁波发射和接收的关键部件，电子工程师需根据电磁波的频率特性设计不同类型的天线（如 dipole 天线、阵列天线），确保高效辐射或接收电磁波。
调制解调技术：电子电路实现对电磁波的调制（如调幅、调频、数字调制中的 ASK、FSK、PSK），将信息加载到电磁波上，接收端通过解调电路还原信息，这一过程依赖电子工程中的信号处理技术。
设备小型化突破：电子工程中的集成电路技术使通信设备不断小型化，从早期的大型电台到如今的智能手机，芯片对电磁波信号的处理能力提升，推动了信息技术的便携化发展。
幻灯片 5：计算机科学与电磁波通信的协同
数字信号处理：计算机科学中的数字信号处理技术（DSP）与电磁波通信深度结合，实现对电磁波承载的数字信号的编码、解码、纠错等处理，提高信息传输的可靠性和效率。例如，5G 通信中采用的正交频分复用（OFDM）技术，通过计算机算法优化电磁波的频谱利用。
网络协议支撑：计算机网络协议（如 TCP/IP）规范了电磁波传递信息的格式和规则，确保不同设备之间通过电磁波准确交换数据，实现全球互联。
人工智能赋能：近年来，人工智能技术与电磁波通信结合，通过机器学习算法优化电磁波的传输参数（如功率、频率），动态适应信道变化，提升通信质量，这是计算机科学与电磁波技术融合的新方向。
幻灯片 6：材料科学对电磁波应用的推动
新材料突破限制：材料科学的发展为电磁波技术提供了新型材料，改善电磁波的传输、屏蔽或吸收性能。
光纤材料：高纯度石英光纤的发明，使可见光 / 红外线在其中的损耗极低，推动了光纤通信的普及，这是材料科学对电磁波传输的重大贡献。
电磁屏蔽材料：金属材料和新型复合材料用于制作电磁屏蔽外壳，减少电磁波干扰，保障精密电子设备（如医疗仪器、航空电子）的正常工作。
超材料应用：超材料具有天然材料没有的电磁特性，可实现对电磁波的超常调控，如超材料天线能缩小尺寸并提高增益，超材料隐身衣可使电磁波绕过物体传播，为信息技术开辟新应用场景。
幻灯片 7：跨学科融合的典型应用 —— 移动通信技术
从 2G 到 5G 的演进：移动通信技术的每一次升级都是多学科融合的成果：
物理学：研究更高频率电磁波（如毫米波）的传播特性，为 5G 的大容量通信提供频段支持。
电子工程：开发适用于高频段的射频芯片、大规模 MIMO 天线，实现电磁波的高效收发。
计算机科学：设计更先进的信号处理算法和网络架构，应对高频电磁波的路径损耗问题，保障通信质量。
技术协同案例：5G 中的 “波束赋形” 技术，通过电子工程的阵列天线设计，结合计算机科学的算法控制各天线单元的相位，使电磁波能量集中指向用户，提升信号强度，这一技术融合了物理、电子、计算机多学科知识。
幻灯片 8：跨学科挑战 —— 电磁波通信的瓶颈与突破
频谱资源有限：不同信息技术应用对电磁波频谱的需求日益增长，导致频谱资源紧张。这需要物理学研究新的频段（如太赫兹波），计算机科学开发动态频谱共享算法，电子工程设计兼容多频段的设备，多学科协作解决频谱困境。
电磁干扰问题：密集的电磁波信号易产生干扰，影响通信质量。材料科学研发抗干扰材料，电子工程设计滤波电路，计算机科学开发干扰抑制算法，共同应对这一挑战。
能效与安全：远距离、高速通信需要消耗更多能量，且电磁波信号存在被窃听的风险。物理学研究低损耗传输机制，电子工程优化功率控制电路，计算机科学设计加密协议，从多维度提升能效与安全性。
幻灯片 9：未来展望 —— 跨学科引领的技术革新
6G 与空天地一体化通信：未来 6G 技术将融合地面通信、卫星通信、无人机通信，实现全域无缝覆盖。这需要物理学探索太赫兹波在复杂环境中的传播规律，电子工程开发适应多场景的智能天线，计算机科学构建分布式网络架构，材料科学提供耐高温、低损耗的航天器通信材料。
量子通信与电磁波结合：量子通信利用量子叠加和纠缠特性实现绝对安全通信，其信号传输仍依赖电磁波载体。物理学研究量子态在电磁波中的编码与传输，电子工程开发量子调制设备，计算机科学设计量子密钥分发协议，跨学科推动量子通信实用化。
智能感知网络：结合电磁波的多波段感知（如毫米波雷达、红外成像）与人工智能，构建智能感知网络，应用于自动驾驶、环境监测等领域。这需要多学科协作优化感知精度、降低能耗，实现 “通信 - 感知 - 计算” 一体化。
幻灯片 10：课堂练习
填空题：
电磁波是信息技术中_____的核心载体，其传播特性为信息传递提供了物理基础，不同波段的电磁波因_____和_____差异，适用于不同的通信场景。
电子工程在电磁波技术中的作用主要体现在_____设计、_____技术实现和设备小型化，计算机科学则通过_____和_____支撑电磁波通信的高效与可靠。
光纤通信的普及得益于材料科学研发的_____材料，其对_____（波段）电磁波的损耗极低。
简答题：
举例说明物理学、电子工程、计算机科学在 5G 通信技术中的具体作用。
为什么说电磁波与信息技术的发展是跨学科融合的结果？
幻灯片 11：课堂小结
知识梳理：本节课从跨学科角度分析了电磁波与信息技术的关系，物理学提供电磁波的理论基础，电子工程实现硬件设备，计算机科学优化信号处理与网络，材料科学推动材料革新，多学科协同支撑了信息技术的发展。
核心要点：电磁波与信息技术的融合是跨学科协作的典范，各学科从不同维度解决技术难题，推动了通信技术的迭代升级；未来技术的突破仍需依赖跨学科创新，应对频谱、干扰、安全等挑战。
幻灯片 12：课后作业
选择一项你熟悉的信息技术产品（如智能手机、路由器、卫星导航设备），分析其中涉及的电磁波技术以及物理学、电子工程、计算机科学等学科的具体贡献。
查阅资料，了解太赫兹波通信目前面临的主要技术难题，思考哪些学科的突破能推动其发展，并撰写一段分析文字（200 字左右）。
结合本节课内容，设计一个跨学科解决电磁波干扰问题的方案，说明各学科的角色和协作方式。
幻灯片 13：结束页
总结语：电磁波与信息技术的跨学科融合，展现了科技发展的协同之力。从基础理论到实际应用，从单一学科到多学科协作，这种融合不仅推动了技术进步，更深刻改变了人类的生活方式和社会形态。
启示展望：未来的科技革新将更加依赖跨学科思维，希望同学们能打破学科界限，培养综合思考能力，在电磁波与信息技术的交叉领域探索更多可能，为科技发展贡献力量！
2024沪科版物理九年级全册
20.3跨学科_电磁波与信息技术
第二十章 电磁波与信息时代
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
探索新知
光导纤维简称光纤。
光纤是传输光信号的介质。
一.光纤
利用桌上老师提供的手电筒一只，彩色透明纸，光纤来探究：
①不同颜色的光在光纤中传播的现象；
②光在光纤弯曲成不同角度（甚至环状）时的传播情况。注意观察现象，并归纳结论。
不同颜色的光在光纤里只发生反射.
光导纤维中激光是以不断反射的形式向前传播的，因而光缆也可以不沿直线铺设。
电话、电视、广播等信号以及数据文件可以在光纤构成的“信息高速公路”上传播，并且互不干扰。
光纤的特点：
⑴信息容量大。
⑵传输速度快。
⑶传输距离远。
⑷频带极宽。
⑸抗干扰能力强。
⑹保密性强。
⑺经济。
要点归纳
(1)光纤通信原理：利用携带信息的激光从光导纤维的一端射入，在内壁多次反射，从另一端射出，这样就把它所携带的信息传到了远方（如下图）。
(2)光纤通信特点：由于光的频率很高，在一定时间内可以传输大量信息。光纤通信可长距离传输信息，容量大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
二.现代电信网络
现代通信网络由光纤通信（激光通信）、卫星通信、微波通信、移动通信和因特网（网络通信）组成，实现了信息的大容量、高速度传输，形成了“信息高速公路”。
什么是卫星通信？要完成全球通讯，至少需要几颗卫星？
利用卫星把地面送来的信号接收下来，进行放大，然后转发给另外的地面站，称为卫星通信，需3颗.
卫星通信
同步卫星
微波通信
微波通信像接力赛，每隔几十千米修建一座接力站，接受并放大信号，继续传递。
微波接力通信的通信容量大，建设费用低，抗灾害性强，能满足各种电信业务的传输质量要求，是一种被广泛应用、具有强大生命力的通信方式。
移动通信
移动电话用微波信号与电话网络联系。移动通信的基地台是按蜂窝的构造布局的。因而移动电话也被称为“蜂窝电话”。
互联网
因特网将分布于世界各地的计算机网络连接起来用来传递计算机信号。
信息时代的利与弊
⑴给人带来方便的同时，也给罪犯许多可乘之机。如网络骗子、手机短信骗子等。
⑵电磁辐射。如手机、电脑对人体的辐射危害等。
⑶在传播有用信息的同时，假信息、不良信息、有害信息等也得以泛滥。如黄色、暴力影片、图片、文字等毒害青少年。
8．遥感卫星利用________(填“红外线”或“紫外线”)遥感设备探测海水温度，再通过________把信息传输到地球。
红外线
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电磁波
9．如图甲所示的是新型“光导纤维照明系统”，其原理如图乙所示，让太阳光先通过可过滤部分紫外线的玻璃球罩，再通过________镜将光会聚到光导纤维里，从而将太阳光导入室内不同的地方。光通过光导纤维时，在其内部发生的是________(填“反射”或“折射”)现象。
凸透
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反射
10．下图是一列波的波形图，A、B间的距离为75 m，则这列波的波长为______m，频率为 ______Hz。
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11. (跨学科·地理　2024·青岛中考节选)月球公转和自转周期相同。如图甲所示，我们始终看不到月球上B点。在探月工程中，当探测器在月球背面工作时，我们无法通过电磁波直接给它发指令，如何解决这个问题？如果给月球发射一个绕月圆形轨道卫星C作为信号传输中转站，如图乙所示，那么卫星C作为信号中转站的不足之处有________。
A．卫星C离地球太远，信号无法到达
B．当卫星C转到地月之间时，无法把
信号传给探测器，造成信号中断
C．当卫星C转到月球背面时，地面站无法
把信号传给卫星C，造成信号中断
BC
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谢谢观看！