人教版九年级物理全册教案：第二十一章第4节越来越宽的信息之路

第4节 越来越宽的信息之路
设计说明 “越来越宽的信息之路” 这节内容主要让学生常识性了解微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信。作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息越多。从无线电通信、微波通信到光纤通信，所用频率越来越高，可以通过类比交通运输与道路，让学生理解这一点。让学生真切感受到信息技术已经渗透到人类生活、生产的各个领域，信息技术的发展与人类的生活越来越密切。 微波通信、卫星通信部分内容，主要讲清楚什么是微波，和前面学习的电磁波中的可见光相比较，具有什么样的性质，为弥补它的缺点，应采取什么措施？为了实现全球通信，应采取什么措施？ 光纤通信部分内容，首先让学生明白开发研究光纤通信的意义首先在于光与微波相比具有更高的频率，可以传输更多的信息，具有更大的容量。让光在固定的通道里传输，不受干扰，通信质量更高，光导纤维的出现水到渠成。为了打消学生学习过的“光沿直线传播”的疑惑，接着做演示实验“光沿水流传播”，通过观察到的实验现象，得出光可以在光导纤维中经过多次反射，把信息传到远方。 网络通信部分内容，主要结合人们获取信息的渠道之一——电子邮件，通过边示范边讲解的方法，如何申请电子邮箱、如何发送、如何接收电子邮件；同时结合学生已有的经验，告诉大家“网络”的作用很多、很大，例如可以查阅资料、上网聊天、网络游戏等，但要正确认识网络，合理利用网络。教学过程可分为三个阶段，第一阶段，了解微波通信及卫星通信；第二阶段，了解光纤通信；第三阶段，了解网络通信。 教学目标 【知识与技能】 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，了解科技为人类带来的便利，提高学物理的兴趣。 【过程与方法】 通过观看大量的图片、视频，了解各种通信方式的优点、缺点、改进方法，加深对信息之路越来越宽的理解。 【情感、态度和价值观】 通过学习，了解科技为人类带来的便利，从而提高学生学习科学的兴趣，培养用科学服务于人类的使命感和责任感。 重点难点 教学重点 了解微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信。 教学难点 结合日常信息，加深对信息之路越来越宽的理解。 教学方法 观察、讨论相结合。 教具、学具 多媒体、投影仪、光纤棒、激光手电、大可乐瓶子、水、光源、试管、塞子、细线、重物、不透明纸、胶带。 授课时数 1课时 教学过程 回顾思考 1.广播电视和移动电话通过什么传递信息？ 2.无线电广播信号的发射和接收的工作过程是怎样的？ 3.电视信号的发射和接收的工作过程是怎样的？ 导入新课 师：上节课我们学习了无线电广播和电视的工作过程。那么电视和无线电广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？ (讨论得出) 生甲：电视传播的信息比无线电广播多。 生乙：电视除了能通过声音得到信息，还可以看到它的周围环境、色彩、天气等信息。 师：看来，当前人们传递信息的方式越来越多，速度越来越快，容量越来越大。信息理论表明，无线电波作为传递信息的载体，频率越高，相同时间内传递的信息就越多。这一节，咱们就来学习一下几种信息传递的方式。 讲授新课 一、微波通信和卫星通信 师：请大家阅读教材第158～159页“微波通信” “卫星通信”部分内容，组内交流后，回答以下问题(多媒体展示)： (1)微波的波长和频率分别是多少？ (2)结合前面学习的电磁波内容，它与可见光是否很接近，这决定着它具有什么样的性质？ (3)为了克服微波的这一缺点，应采取什么措施？ (4)我们能不能利用月球作为微波中继站呢？ (5)什么是卫星通信？ (6)要想实现全球通信，需要几颗通信卫星？ (7)通信卫星借助什么来进行通信？ (8)碟形天线的作用是什么？ (9)生活中，我们知道的哪些信息是通过卫星传递的？ 小组交流总结。 1.微波 微波的波长在10 m～1 mm之间，频率在30 MHz～ MHz之间。因为它的频率很高，所以信息容量很大，一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。从电磁波家族图上可以看出，微波距离可见光很近，因此微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地面绕射。为克服微波的这一缺陷，必须每隔50 km左右就建设一个微波中继站，像接力棒一样，把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去。这就像接力赛跑一样，一站传一站，通过很多中继站，可以把信息传递到远方。 2.微波通信的优缺点 优点： 微波通信的频率高,传播信息容量大,且中继站用计算机监督控制。出现故障时能自动倒换,自动报警,节约了人力资源。 缺点： 微波传送距离越远,需要建立的中继站就越多, 势必会带来一定的麻烦。而且在遇到雪山、大洋，根本无法建立中继站。 3.月亮不能做中继站，实现微波通信。 原因：（1）月球离我们太远，信号衰减、时间延迟。 （2）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，太不方便了。 故不能用月球作为中继站。 解决方案：用同步通信卫星做微波通信的中继站。 4.地球同步通信卫星 同步通信卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同，所以叫做“同步”卫星。 5.卫星通信 卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成。在地球的周围均匀地配置三颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。 卫星通信除了能远距离传递信息外，还有通信容量大、抗干扰性好、质量好、功效高等优点。 通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站，它从一个地面站接收发射来的信号，经过放大变频后，再发送回另一个或几个地面站。通信卫星板状的两翼是太阳能电池板，它把太阳能转化成电能，供卫星使用。地面上的碟形天线是用来接收来自卫星的信号。 三、　光纤通信 师：人类自从用了电磁波这一宇宙中传播最快的物质进行通信以后，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。但如何实现这一目的呢？ 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，称为激光。 1966年，华裔物理学家高锟提出用光纤通信的构想，这使得用光进行通信的幻想得以实现。 师：大家请看，这是光纤棒，大家玩过吗？(打开开关，把散开的光纤部分对着同学们，如图所示)大家结合前面学习过的光的传播，发现了什么问题？ 生：光变弯曲了？为什么？ 师：现在大家请看演示实验——光沿着水流传播：把大塑料瓶用不透光的纸包上，在瓶的侧壁开个小孔。将塑料瓶装满水，在水面上方放一个发光的小灯泡。当水从小孔流出时，观察发生的现象。 师：哪位同学和我合作一下 我说你做。请大家注意观察实验现象。 (学生在教师的指导下完成“光沿水流传播”的演示实验装置的装配，并成功完成实验。) 师：观察的实验现象是什么？ 生：实验中发现光沿着弯弯的水流照到地面，在地面产生一个光斑。 师：这说明什么问题？ 生：表明光可以沿着弯曲的水流传播。 师：光的传播路线可以是弯曲的，是因为光发生了全反射。 (简单讲解全反射知识：我们已经知道光的反射规律，反射角等于入射角，当入射角增大时，反射角也增大。当光从水或玻璃中斜射向空气时，既发生反射也发生折射，当入射角增大到某一角度时，就只发生反射而不再发生折射，这时就发生了全反射。) 师：同样的光也可以在管道中——光导纤维中传播，如果光携带了信息，就是光纤通信。 师：请大家阅读教材第160页“光纤通信”，思考讨论后回答以下问题(多媒体展示问题)。 (1)微波承载的信息量已经很大，为什么还要开发新的传输方式呢？ (2)普通光的频率比微波还高，能够携带更多的信息，那么能不能用普通光来传输信息呢？ (3)激光有什么特点？ (4)实际应用于通信的激光是在特殊的管道——光导纤维里传播的，那么光在光导纤维中是怎样传输的呢？ (5)光导纤维的结构是怎样的？ (6)你能总结一下光纤通信的优点吗？ 学生思考讨论后，师生共同总结 （1）微波通信确实可以传输大量的信息，不过在传输过程中容易受到电磁干扰，还易遭雷击，导致信号传递不够稳定。如果传播的距离很远，时间延迟，会导致声音和图像不同步。为提高通信质量，有必要研究开发一种新的信号传输方式。 （2）普通的光源夹杂了许多不同波长的光，如果用它作为载波，就像收音机同时接收到了许多频率的节目，各种声音重叠在一起，让人无法分辨清楚。要让光来传输信息，这种光必须是频率单一、方向高度集中才可以。 （3）激光的特点就是频率单一、方向高度集中。 （4）光从光导纤维的一端射入，在内壁上经过多次反射，从另一端射出，从而可以把信息传到远方。 注意：（1）光纤通信利用的不是微波，而是激光。（2）激光在光导纤维中传播发生的是全反射，不是折射． （5）光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯是由很细很细的石英玻璃丝做成的。 （6）光纤通信不受外界条件干扰，使激光能传播很远，并且能提高通信质量。光纤通信容量大。 师：激光还有其他的特点，其用途也很广泛，请大家自己读一下教材第162页“科学世界”，了解一下激光的特点和用途。 三、网络通信 师：同学们，谁有电子信箱？谁有QQ号码？请说出它们各有什么用处，你的电子信箱是如何获得的？ 学生结合自己知道的有关网络的内容，积极参与回答。 师：谁能上来演示一下如何申请电子信箱，如何发送电子邮件，又是如何接收邮件的？ (学生积极踊跃展示，同时大屏幕投影) 师：看来，大家对电子邮件都比较熟悉了。现在，请大家阅读教材内容“网络通信”，结合自己的实践，思考交流以下问题(多媒体展示)： (1)目前，人们最常用的网络通信形式是什么？ (2)电子信箱地址由哪几部分构成？每一部分分别是什么意思？ (3)获取电子信箱的方式有哪些？电子邮件的优点是什么？ (4)世界上最大的计算机网络叫什么？计算机之间的联结，用到哪些通信手段？ (5)网络通信还有什么作用？ 师生总结 （1）目前人们最常用的网络通信形式是电子邮件(E-mail)。 （2）电子信箱由三部分组成，一个是邮箱的归属人名称，另一个是服务器名称，中间用符号“@”连接，这是电子信箱的标志性符号。 比如，某电子信箱的地址是：xiaolin@.cn，这表示信箱属于一个自称“xiaolin”的人，他的服务器名叫“.cn”，其中“cn”表示在中国注册。 （3）有许多方式可以获取电子信箱，可以用 “126”的， “163”的，还有“sina”等。 电子邮件跟电话一样快捷，和信件一样方便，还可以在任意一台联网的计算机上查看。除了传递文字以外，还可以传递照片、语言及任何信息变成的数字文件。 （4）世界上最大的计算机网络叫做因特网(Internet)。计算机可以高速处理各种信息，互联网利用通信线路和电磁波，将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传递各种信息。计算机之间的联结，除了使用金属导线外，还使用光缆、通信卫星等各种通信手段。 电子邮件的传递方式是 （5）在因特网上可以收发电子邮件(E-mail)，还可以查阅资料，看新闻、购物、和朋友聊天、进行远程教育、远程医疗等。 师：电子计算机的发明和应用给人们的工作、学习、生活带来了巨大的变化。计算机与通信的结合将成为21世纪信息社会的基础。全球信息网的建立，使人们通过一台联网的电脑，只要轻轻点击鼠标，就可以做到“秀才不出门，便知天下事”。 课堂小结 当堂达标 1.（2021·江苏苏州）2020年6月23日，我国成功发射了最后一颗“北斗”全球组网卫星，卫星向地面传递信息是通过（　　） A.电磁波 B.超声波 C.次声波 D.红外线 答案：A 2.下列说法不正确的是（ ） A.微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此需要建立微波中继站 B.我们可以把月亮作为一个微波中继站 C.卫星通信只需要3颗同步卫星就可以实现全球通信 D.光纤通信是靠激光在光纤中传播进行信息传递的 答案：B 3．关于电子邮件，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．电子邮箱是某用户计算机上的空间 C．对方的计算机没开机，邮件就没法发送 D．发送电子邮件必须要输入自己的信箱地址 答案：A 4.关于光纤通信，下列说法中正确的是（ ） A.载有信息的激光在光缆的内壁上不断地发生光的折射，把信息从一端传到了光缆的另一端 B.用于通信的激光是在空中传播的 C.光在光导纤维中的传播是直线传播 D.光纤通信要比短波、微波通信容量更大 答案：D 5.下列各种活动中，能通过互联网做到的是（ ） A.传送网购的运动鞋 B. 远程学习物理课程 C. 输送发电厂的电能 D. 传输纸质信件 答案：B 板书设计 第4节　越来越宽的信息之路 1.微波通信： (1)微波的定义：微波是指波长为10 m～1 mm，频率为30 MHz～ MHz的电磁波。 (2)微波的性质：更接近于光波。 (3)微波通信的优点：频率很高，信息容量很大。 (4)微波通信的缺点：50 km左右就要建设一个微波中继站。 2.卫星通信：在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，可以实现全球通信。 3.光纤通信： (1)激光的特点：频率单一、方向高度集中。 (2)光纤通信的优点：①不受外界条件干扰，使激光通信能传播很远，并且能提高通信质量；②容量大。 4.网络通信： (1)通信方式：电子邮件。 (2)优点：快捷、方便，可以传递文字、图片、语音等任何信息变成的数字文件。