【名师备课】人教版九下物理21.4《越来越宽的信息之路》教学设计与同步测试

《越来越宽的信息之路》教学设计
江苏无锡市东林中学　王伟彬
一、教学目标
（一）知识与技能
1．常识性了解：卫星通信、光纤通信、网络通信。
2．通过教学使学生了解：为什么要用微波通 ( http: / / www.21cnjy.com )信？如何实现微波通信？了解微波性质接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射的特性，了解微波传播过程中的一些缺陷以及这些缺陷如何通过卫星通信来弥补。
3．了解光纤通信的原理和优点。
4．了解网络通信的发展过程和优点，掌握发电子邮件的方法。
（二）过程与方法
通过师生共同交流来探讨现代信息的变化，用大量的多媒体图片、影视画面使学生掌握和了解卫星通信、光纤通信、网络通信的特点和粗略的原理。
（三）情感态度和价值观
通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的 ( http: / / www.21cnjy.com )便利，提高学生学习科学的兴趣，使学生养成关注科学发展前沿的习惯，树立正确的科学观，培养振兴中华、用科学服务于人类的使命感和责任感。
二、教学重难点
重点：了解微波通信、卫星通信、光纤通信和网络通信。
难点：了解各种通信方式的优缺点。
三、教学资源准备
光纤、小灯具、演示光在光导纤维中传播的装有 ( http: / / www.21cnjy.com )水且有小孔的塑料瓶、不透光的纸、水、光的全反射演示仪器、微波通信、卫星通信影视图片、能上网的计算机一台（有条件的话让学生人手一台）。
四、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
创设情景（5分钟） 上节课我们学习了无线电广播和电视的工作过程，那么电视广播和声音广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？ 学生回答：电视 创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲
引入新课（5分钟） 播放广播、电视、互联网通信 ( http: / / www.21cnjy.com )的视频。电视传播的信息比声音广播多，电视除能通过声音得到信息，还可以看到它的周围环境、色彩、天气等等信息。信息理论表明，作为载体的无线电波频率越高，拥有的范围越宽泛，相同时间内传输的信息就越多。因此，几十年来，无线电通信、电视广播等所用电磁波的频率越来越高，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了。这就是我们今天所要讨论的课题 学生观察看书或视频了解信息传递的发展过程 了解信息传递的发展历程，引入本课主题
新课内容（25分钟） （一）微波通信频率宽泛，容量大。大家阅读课本思考下列问题：为什么要用微波通信呢？ 微波（microwave）的波长在10 ( http: / / www.21cnjy.com )m～1mm之间，频率在30～3×105MHz之间，比中波和短波的频率更高，它可以同时开通几千、几万路电话，所以传输的信息更多 培养学生合作学习的能力
微波沿直线传播不能绕射，因此衰减很快，要使它传向远方，必须建设中继站，像接力赛那样，一站一站地向外传播。你见过中继站吗？高山、大洋中无法建设中继站，怎么办呢？需要在高处悬挂一个中继站，这就要靠卫星来实现 学生结合生活举例：移动、联通通信网络在一些建筑物上都有自己的中继塔，就是想让信号传递到人们活动的各个角落。学生讨论
（二）卫星通信阅读课本上有关卫星通信的内容思考下列问题：1．卫星中继站可以随便移动吗？（看屏幕，电脑播放内容：人造卫星）2．月亮能作中继站通信吗？3．卫星通信系统由哪几部分组成？4．要实现全球通信至少需要几颗卫星？小结：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 学生阅读课本，讨论回答思考问题。1．卫星应该与地面保持固定对应，这样的卫星叫作地球同步卫星。2．月球不能作为微波中继站。因为月球距地球太远，信号衰减、时间延迟、连接受月球位置限制等。3．卫星通信由通信卫星、地面站和传输系统组成。4．至少需要三颗卫星才能基本实现全球通信（并不能实现真正的全球通信，如不能覆盖两极地区） 培养学生的自学能力
（三）光纤通信介绍人类发现利用光 ( http: / / www.21cnjy.com )纤通信的历史过程。阅读课本有关光纤通信的内容，思考以下几个问题：1．光纤通信使用的是什么光源？2．光纤通信使用的材料。3．光是如何在光纤中传播的？4．我国现阶段光纤通信的发展情况。演示光纤如何传导光的。光在光导纤维里传播：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，观察水流时的光随着弯弯的水流照到地面，在地面产生一个光斑 学生阅读课本，思考问题。1．光纤通信使用的光源是激光。普通 ( http: / / www.21cnjy.com )的光源方向性差，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。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。2．光纤通信使用的材料是光导纤维。3．激光射入光导纤维中，在光纤内壁上多次反射，把信号从一端传递到另一端。4．学生通过阅读了解我国在光纤通信上取得的一些成就 光也是一种电磁波，也可以用来通信，培养学生广阔的思维方式
（四）网络通信电子计算机的发明和应用给人们的工作、学习、生 ( http: / / www.21cnjy.com )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”。播放有关网络通信的视频。阅读课本有关网络通信的知识，结合生活常识，回答下列问题：1．什么是网络通信？2．电子邮件是如何传送的？你知道如何把邮件发到yinfajin@的邮箱中吗？电子邮件的传送过程可以使用下图来说明。现代网络已经非常发达，已经不仅局限于收发电子邮件，你还能说出一些互联网在实际生活中的应用吗？ 学生交流讨论。1．计算机 ( http: / / www.21cnjy.com )可以处理各种信息，把各台计算机与服务器相连，就可以实现信息的传递，这就是上网，它们间的通信就是网络通信。2．电子邮件是网络通信形式的一种。当甲给乙发送一封邮件，他的服务器A把邮件送到与乙相连的服务器B，当乙上网就能从B服务器上得到这个邮件。学生回答发邮件的过程。1．先登陆自己的邮箱，即联接自己的服务器A。2．填空收件人地址yinfajin@ ( mailto:yinfajin@ )，并填好信件内容。3．点击发送，邮件传送到www. ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )网络所在服务器。学生结合实际生活总结：网络通信在实际中可以用于传递语音、文字、图像信息。互联网在生活中已经遍布生活的各个部分，可以通过网络了解不断更新的全球新闻，查阅各种资料，进行网络购物、视频会议、网络教育等 培养学生情感、态度和价格观。提高对网络通信的认识。 培养学生的动手能力。提高网络应用的能力。 培养物理联系实际生活的能力。
（五）阅读材料：激光的应用激光除了在通信方面有着不小的用途，在其他方面也有广阔的应用前景，请同学们阅读科学世界“激光的应用”。思考：1．激光有哪些不同于其他光的特点？2．除了课本中介绍的应用外，你还知道在什么地方用到了激光 学生阅读有关激光应用的知识，讨论思考题，同学之间 进行交流 培养学生的自学能力，合作学习的能力
总结（5分钟） 课堂小结：本节我们学习 ( http: / / www.21cnjy.com )了微波通信、卫星通信、光纤通信和网络通信的知识。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、大洋处中继站的很困难，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 学生对本节课内容总结，相互补充 培养学生的总结能力
《越来越宽的信息之路》同步测试
江苏无锡市东林中学　王伟彬
1．据报道，2010年上海世博会，光纤网覆盖了所有展览场馆。光纤的主要用途是（ ）
A．通信 B．输电 C．导热 D．照明
答案：A
解析：光纤是光导纤维的简称，是传输光的介质，用来传递信息。它抗干扰能力强，信号衰减小，传递的信息量大，保密性好，通信质量高。
2．下列技术应用中，不是利用电磁波工作的是（ ）
A．利用微波雷达跟踪飞行目标
B．利用声呐系统探测海底深度
C．利用北斗导航系统进行定位和导航
D．利用移动通信屏蔽器屏蔽手机信号
答案：B
解析：微波属于电磁波，雷达是利用了电磁 ( http: / / www.21cnjy.com )波的反射，声呐是利用了超声测距，北斗导航系统和移动通信屏蔽器屏蔽手机信号均是利用了电磁波，B选项正确。
3．下列说法错误的是（ ）
A．光波是一种电磁波，它可以在真空中传播
B．声波是一种电磁波，但它不能在真空中传播
C．超声波能用来粉碎结石是因为超声波具有能量
D．光纤通信是一种利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式
答案：B
解析：电磁波可以在真空中传播，声波不属于电磁波。
4．如图1所示，为我国“北斗卫星导航系 ( http: / / www.21cnjy.com )统”示意图，截至目前，中国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和16颗北斗导航卫星，北导系统区域组网顺利实现，可以向亚太地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务。该系统在传递信息过程中主要依靠（ ）
图1
A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．光导纤维
答案：A
解析：北斗卫星导航系统中，导航卫星 ( http: / / www.21cnjy.com )位于太空中，电磁波可以在真空中传播，其他像超声波、次声波都不能在真空中传播，而光导纤维从太空传向地面是不可能的，因此A选项正确，B、C、D选项均错误。
5．关于同步通信卫星，下列判断中正确的是（ ）
A．同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同，相对于地球是运动的
B．同步卫星在赤道正上空，绕地球转动的周期和地球自转周期一样，从地球上看，它是在赤道上空某处静止不动的
C．同步卫星在空中静止不动
D．同步卫星作为传播微波的中继站，地球上空只要4颗就几乎能覆盖全球
答案：B
解析：同步卫星绕地球转动，地球本身也在自转，两者相对静止。同步卫星作为传播微波的中继站，地球上空只需3颗就几乎能覆盖全球。
6．下列说法错误的是（ ）
A．计算机进行网络通信最频繁的形式是电子邮件
B．网络通信是数字通信
C．计算机的联网需要金属导线，还使用光缆，但不需要通信卫星
D．宽带网是指频率较高，能传输更多信息的网络
答案：C
解析：选项A、B、D的叙述均正确，选项C中计算机的联网不仅需要导线、光缆，还要靠通信卫星快速传递信息。
7．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、微波通信容量更宽
答案：D
解析：激光在光缆中传播发生的是反射，不是 ( http: / / www.21cnjy.com )光的折射，故A错误；用于通信的激光到目前为止，仍在光纤中传播，故B错误；光在光导纤维中的传播轨迹是折线，故C错误。
8．在中国移动通信大楼的顶部常可见到一些锅形天线。关于这种天线的作用，以下说法中正确的是（ ）
A．这是做广告用的模型
B．天线凹面斜向上方是用来接收卫星信号的
C．天线凹面朝水平方向是用来接收卫星信号的
D．无论天线朝什么方向均能接收卫星信号
答案：B
解析：移动通信是通过微波来传递信息的 ( http: / / www.21cnjy.com )，微波几乎是沿直线传播的，不会沿地面绕射，它是以地球同步卫星和地面站作为中继站不断地向远方传递信号的。电信大楼的顶部锅形天线就是用来接收来自卫星的转接信号的。
9．下列关于移动通信的说法中不正确的是（ ）
A．有一些移动通信设备之间不需基地台也可以相互联系
B．用手机与另一部手机通话时，必须经过基地台才能实现
C．移动通信无需借助光缆线，可直接使用无线电波（电磁波）联系
D．移动通信不但可以通话，还可以传递图片等
答案：C
解析：有些通信设备，像对讲机、军用电台 ( http: / / www.21cnjy.com )等无需借助基地台，可直接建立联系，A正确。手机与其他手机（或座机）通话时，必须经基地台转接，有些甚至还要经多个基地台转接，B正确。移动通信，由一个基地台向另一个基地台传送信号时，可能需用光缆传播，C不正确。移动电话现在除通话功能外还可以实现收发信息、拍摄和传送图片、接收电视节目和无线上网等功能，D正确。
10．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．电子信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
解析：发送电子邮件，需要先进入 ( http: / / www.21cnjy.com )自己的信箱，然后把邮件发送到对方的服务器上，无论对方的计算机是否开机，都可以收到电子邮件。因为电子信箱占有的是网络服务器上的空间，所以只要对方开机后，就可以从服务器上收到邮件。
11．卫星通信系统由卫星和地面站两部分 ( http: / / www.21cnjy.com )组成。卫星在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地面站出入卫星系统形成链路。由于同步卫星在赤道上空约36 000 km处，它绕地球一周的时间恰好与地球自转一周时间（23 h 56 min 4 s）一致，从地面看上去如同静止不动。3颗卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信，最适合卫星通信的频率是1～10 GHz频段，即微波频段。
（1）卫星通信是远距离的无线通信，要从卫星上接收信号必须在地面上建立__________。
（2）关于同步卫星，以下说法中正确的是（ ）
A．同步卫星的转动周期和地球的自转周期相同
B．同步卫星和月球一样每天绕地球一周
C．同步卫星固定在空中一直不动
D．作为传播微波的中继站，地球上空的同步卫星越多越好
（3）频率为1～10 GHz的电磁波对应的波长是多少？
（4）赤道上的地面站向卫星发射信号需要多长时间？
答案：（1）地面站 （2）A （3）0.03～0.3 m （4）0.12 s
解析：地球同步卫星，就是卫星绕地球转动一周所用的时间和地球自转一周所用的时间相同，从地球上看，它好像悬挂在空中静止不动。在地球的周围均匀地配置三颗同步通信卫星，就可覆盖几乎所有地球表面，基本实现全球通信。根据c=λf，频率为1～10 GHz的电磁波对应的波长范围是0.03 m～0.3 m。从赤道上的地面向赤道上空36 000 km的卫星发射信号需要的时间为。
12．阅读下列材料并回答问题。
传递信息的电信号有两种：模拟信号和数字信号。
例如打电话声音转换成电流时，电流的频率和幅 ( http: / / www.21cnjy.com )度全都“模仿”着声音的频率和幅度变化，所以这种信号称为模拟信号。目前的广播和电视中的声音和图像使用的都是模拟信号。录音带和录像带上记录的也是模拟信号。模拟信号的特点是连续变化，如图2所示，模拟信号的缺点是放大时会使信号的“形状”改变而造成失真，传输过程中受到的干扰不易排除。例如汽车发动机的火花塞工作时会产生电磁波，使得电视画面上出现杂乱的点或条纹。
图2
计算机中的信息，无论文字、声 ( http: / / www.21cnjy.com )音、图像都是用二进制数“0”和“1”编码的，称为数字信号，数字信号的特点是跳跃变化的：“0”代表低电压，“1”代表高电压。如图2乙表示字母“K”的数字信号，它的编码是“01 001 011”。数字信号的优点是易于用计算机识别和进行复杂的处理，抗干扰能力强，能够进行高密度的存储等等。CD盘、VCD盘和计算机软件光盘上记录的都是数字信号。
由上可知，如图3所示，甲是声音信号波形 ( http: / / www.21cnjy.com )，乙和丙是通过处理后传递的电流信号，其中__________是模拟信号，__________是数字信号。
图3
答案：甲和乙 丙
解析：模拟信号的图像是连续变化的，数字信号是跳跃变化的。利用这点就很容易进行区别。
13．阅读短文，回答问题。
地球同步卫星
人造地球同步卫星发射过程可简化为点火加速、离开大气层后关闭发动机自由上升和调整姿态三个阶段。
从地面上看，它相对于地球静止于赤道上空 ( http: / / www.21cnjy.com )，与地球转动同步，故称地球同步卫星。在赤道上空约为36 000 km的高度上布设3颗通信卫星，可实现除两极外的全球通信。地球同步卫星常用于通信、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等方面，以实现对同一地区的连续工作。
（1）同步卫星相对于地面是__________（选填“运动”或“静止”）的。
（2）点火加速阶段中能量转化为：化学能→内能→_______能。
（3）从地面发送电磁波信号通过同步卫星返回至少需要_______s。
（4）同步卫星的用途有_________（答出两种即可）。
答案：（1）静止 （2）机械 （3）0.24 （4）通信、广播电视（答案合理即可）
解析：同步卫星相对于地面的位置不发生变化，所以同步卫星相对于地面是静止的；在点火加速阶段，首先是燃料燃烧将化学能转化为内能，然后内能再转化为机械能，使同步卫星加速上升；从地面发送电磁波信号到达同步卫星需要的时间，返回的时间相同，整个过程需要0.12s×2=0.24s；根据短文可知同步卫星的用途有通信、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等。