21.4越来越宽的信息之路 教案2023－2024学年人教版物理九年级全一册

21.4越来越宽的信息之路
【学习目标】
1.常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信。
2.通过了解卫星通信、光纤通信、网络通信的知识，提高学生应用物理知识解决实际问题的能力。
3.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。
【教学重难点】
重点：了解现代通信知识。
难点：了解现代通信知识。
【教学方法】
采用问题引导、对比观察和实验探究、分析、讲解法、讨论法。
【教学过程】
新课导入：
为什么新闻联播伴随着视频播放？
结合上节课我们学习的无线电广播和电视的工作过程，你认为电视广播和声音广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？
信息理论表明：作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内可以传输的信息就越多，因此，几十年以来，无线电通信、电视广播等所用的频率越来越高，信息之路越来越宽了。
新课讲授：
探究点一、微波通信
活动1：大家阅读课本，讨论交、流后并回答以下问题：（比一比，看谁找的快）
1.为什么要用微波通信？
2.微波的波长范围和频率范围是多少
3.微波有有什么性质
4.微波中继站的作用是什么
5.微波中继站的建立在距离上有什么要求
6.能不能用地球的天然卫星---月球作为一个中继站呢
活动2：学生讨论、交流后回答：
微波（microwave）的波长在10 m~1 mm之间，频率在30 MHz~3×105 MHz之间，比中波和短波的频率更高，可以传输更多的信息。
微波的性质更接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地面绕射，因此需每隔50 km左右就建一个微波中继站。微波中继站可以把上一站传来的微波信号经过处理后，再发射到下一站，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。
活动3：讨论交流：微波通信的优缺点是什么？
学生讨论、交流后回答：
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。
活动4：讨论交流：能否用月亮——地球的卫星作为中继站，实现微波通信？大家讨论。
学生讨论、交流后回答：能，但是用月亮作为中继站不好。因为月亮可以反射微波，但它离我们太远了，信号衰减，时间延迟。况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。所以用月亮作为中继站，信号不好，还可能有时接收不到信号。
探究点二、卫星通信
活动1：那么人造卫星做中继站可以吗？说出你了解的卫星通信的知识。
（看屏幕，PPT播放内容：人造卫星）让同学们讨论、交流说出自己的见解。
活动2：阅读课本P159页并思考:
什么是同步卫星
2.要想实现全球通信至少需要几颗同步卫星
3.卫星通信有哪些优越性
教师归纳总结：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。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。现在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的画面，这就是通信卫星带来的好处。
探究点三、光纤通信
活动1：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。但如何实现这一目的呢？通过讨论说出你对光纤通信的了解。
同学们交流讨论后回答：（1）普通的光源夹杂许多不同波长（频率）的光，方向性差。如果用它作载波，就像收音机同时接收到了许多频率节目，声音重叠在一起，让人无法分辨清楚。（2）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（laser），才使光作为载波得以实现，用光进行通信成为现实。
（3）通信用的激光一般在特殊的管道——光导纤维（optical fiber）里传播。（4）光从光导纤维的一端射入，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。
（5）光导纤维是很细很细的玻璃丝，是用高纯度的石英玻璃拉制成的。（6）光缆是数条光纤敷上保护层，制成多芯光缆。
活动2：光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输。光纤通信，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，看到了什么？这个实验说明了什么。实验：把大塑料瓶用不透光的纸包上，瓶的侧壁开个小孔，塑料瓶内盛满水，水中有一个光源，观察水流时的光。
同学们交流讨论后回答：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。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。
活动3：讨论交流：光纤通信的优势是什么？
学生讨论、交流后回答：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.频率稳定，信号传输质量高；
4.光纤抗电磁干扰，保密性好。
探究点三、网络通信
活动1：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”。交流讨论你知道了哪些新的知识。
同学们交流讨论后说:世界上最大的计算机网络叫做因特网（Internet），这样就能做到资源共享。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、远程医疗等等。
电子邮件的传递方式是
活动2：网络通信在传播信息中越来越快捷方便。请同学们阅读科学世界“激光的应用”。
课堂练习：
1．生活中我们看的光纤电视，信号强，画面清晰，音质好。那么光纤的主要作用是（　　）
A．输电 B．通讯 C．导热 D．照明
【答案】B
【解析】
光导纤维：是很细的玻璃丝。光在光纤里只发生全反射，光纤通信抗干扰能力强，信号衰减小，传递的信息量大，保密性好，通信质量高，故光纤的主要作用是通讯。
故选：B。
2．关于信息与材料，下列说法正确的是（　　）
A．5G手机利用超声波传递信息
B．光纤通信用光波传递信息，光导纤维是导体
C．用超导材料制造输电线可大大降低电能损耗
D．塑料容器对电磁波能起到屏蔽作用
【答案】C
【解析】
A.5G手机是利用电磁波传递信息的，故A错误；
B.光导纤维是用绝缘体材料制成的，不是导体，故B错误；
C.如果用超导材料作为输电线，可大大降低输电过程中的电能损耗，所以利用超导体的零电阻可以实现远距离输电，故C正确；
D.金属物质对电磁波能起到屏蔽作用，塑料容器对电磁波不能起到屏蔽作用，故D错误。
故选：C。
3．北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统.系统由空间端、地面端和用户端（导航仪）组成，建成后可在全球范围内为各类用户提供高精度的定位、导航等服务.北斗卫星导航系统传递信息利用了（　　）
A．电磁波 B．激光 C．超声波 D．次声波
【答案】A
【解析】导航仪与导航卫星之间是通过电磁波传递信息的，电磁波能在真空中传播，故A符合题意；BCD不符合题意。
故选：A。
4．京东在一些城市用无人驾驶车取代了人力配送商品，无人车在送货过程中，由北斗导航+5G技术+传感器进行360度环境监测，自动规避道路障碍与往来车辆行人，能识别红绿灯信号并做出反应如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．北斗卫星导航是通过光纤传递信息
B．5G技术是物联网的基础，它们是靠超声波来实现的
C．无人机内部的核心“芯片”是用超导体材料制作的
D．其北斗导航+5G技术+传感器与服务器联系靠的是电磁波
【答案】D
【解析】A.北斗卫星导航系统具有定位、导航和通信等功能，它传递信息是利用电磁波来实现的，故A错误；
B.5G手机上网属于移动电话，所以它传递信息是通过电磁波来实现的，故B错误；
C.无人机内部的核心“芯片”是用半导体材料制作的，故C错误；
D.其北斗导航+5G技术+传感器与服务器联系靠的是电磁波，故D正确。
故选：D。
5．下列说法中不正确的是（　　）
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缆中传播进行信息传递的
【答案】B
【解析】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，但是不能把月亮当做中继站，因为月亮绕地球转动；应该用和地球同步的卫星作为微波中继站，在地球周围均匀的分配三颗人造卫星就能实现全球通信；
光纤通信是靠激光在光缆中传播进行信息传递的。故A、C、D正确，不符合题意。
故选：B。
课堂小结：
一、基本知识
1．微波通信
2．卫星通信
3．光纤通信
4．网络通信
二、基本技能：会正确查阅资料
三、基本方法：观察法、对比法
作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
越来越宽的信息之路
一：微波通信----借助“微波”和“微波中继站”
二：光纤通信---利用“激光”在“光纤”里传播
三：卫星通信---使用3颗同步卫星，实现全球通信。
四：网络通信---电子邮件
【课后反思】
本节主要内容是了解应用微波通信是因为它的频率比较宽泛，容量大，但传输时的损耗也快，需要建立中继站，而高山、大洋处建中继站很困难，于是人们就想到了卫星通信，在太空设立三颗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，它和损失小，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；网络通信集合了通信的多种功能，让人们的生活更加丰富多彩了