第四节 越来越宽的信息之路
●教学目标
一、知识目标
常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信。
二、能力目标
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。
三、德育目标
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。
●教学重点
了解现代通信知识。
●教学难点
了解现代通信知识。
●教学方法
讲解法、讨论法。
●教具准备
微机、光纤棒。
●课时安排
1课时
●教学过程
一、创设情境、引入新课
［师］上节课我们学习了无线电广播和电视的工作过程。那么电视广播和声音广播相比，在相同的时间内哪个传输的信息多？看屏幕（微机播放）。
（学生们讨论）
［生甲］（讨论得出）电视传播的信息比声音广播多。
［生乙］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。
［师］信息理论表明，作为载体的无线电波频率越高，相同时间内传输的信息就越多。因此，几十年来，无线电通信，电视广播等所用的频率越来越高，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了。微波通信已走入了我们的生活，为什么要用微波通信？大家阅读课本，并回答问题。
二、进行新课
第四节 越来越宽的信息之路［板书］
（一）微波通信［板书］
［生甲］微波（microwave）的波长在10 m~1mm之间，频率在30 MHz~3×105MHz之间，比中波和短波的频率更高，可以传输更多的信息。
［生乙］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。
［生丙］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。
［师］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。
［生］（经过讨论）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。
［师］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，微机播放内容：人造卫星）
（二）卫星通信［板书］
［生甲］卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成。
［生乙］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。
［生丙］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。
［生丁］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。
［师］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？看屏幕（微机播放光纤通信资料），通过讨论说出你对光纤通信的了解。
（三）光纤通信［板书］
［生甲］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。
［生乙］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。
［生丙］通信用的激光一般在特殊的管道——光导纤维（optical fiber）里传播。
［生丁］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。
［生戊］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。
［生己］光缆是数条光纤敷上保护层，制成多芯光缆。
［师］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。
［演示］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。
［生甲］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。
［生乙］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。
［师］光纤通信发展非常快，一些发达国家已经建立了跨越海底的光缆通信网络，我们国家也在大力发展光纤通信，已经建立了纵横大城市之间的光缆通信系统。请同学们阅读STS“我国光缆通信的发展”。
（学生们阅读、教师巡回并与学生探讨）
［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”。看屏幕（微机播放网络通信）了解网络通信。
（四）网络通信 ［板书］
［生甲］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。
［生乙］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。
［生丙］电子邮件的传递方式是
［师］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”。
三、小结
本节我们了解了微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信的知识。
四、布置作业
动手动脑学物理：①②③
五、板书设计
第四节 越来越宽的信息之路
（一）微波通信
（二）卫星通信
（三）光纤通信
（四）网络通信四、越来越宽的信息之路
教学目标
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。
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。
情感、态度与价值观
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，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。
重点与难点
卫星通信、光纤通信、网络通信的优点和原理。
教学准备
光纤小灯具、演示光在光导纤维中传播的装有水和有小孔的塑料瓶、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）。
板书设计
第四节 越来越宽的信息之路
一、历史与科学发展
信息理论表明：作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内输送信息的量就越大。
二、微波通信
三、光纤通信
光的入射角决定它是否离开介质。如果角度足够大，光就被反射回水中。
四、网络通信
小结
教学过程
引入新课
师：同学们，请大家谈谈古代人、近代人、现代人用什么传递信息。他们传递信息的信息量有什么变化？
生甲：古代人用语言（大声喊）传递信息。
生乙：古代人用手势、消息树、烽火台传递信息。传递的信息比甲说的快、范围大。
生丙：古代人用文字写成书传递信息，传递的信息量比上面两种情况范围大。
生丁：发明了电以后，近代人用收音机、黑白电影、电话、电报传递信息。
生：现代人用彩色电影、立体电影、手提电话、彩色电视、音响、DVD、电脑等传递信息。
师：刚才同学们说的很好，通过大家的讨论，我们可以得出什么结论？
生：学生讨论后总结：
随着时代的发展、科技的进步，人类获取的信息量越来越大，越来越多，越来越快。
师：总结得很好，这就说明信息之路越来越宽，越来越快，今天我们就来学习第九章的第四节──越来越宽的信息之路。师：现在我们来看一看下面的视频图像。（多媒体播放0．5min故事，再播放0．5min相同内容的电影）
师：请同学们回答上面听到和看到的0．5min的故事，哪个给你的信息量大？
生：看到的故事。
师：知道它们是用什么作为载体吗？
生：微波。
师：回答很好。为什么要用微波做载体？
因为微波比中波和短波的频率更高，可以传递更多的信息。作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内传递的信息越多。
板书：信息理论表明：作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内输送信息量就越大。
师：请同学们看教材P89~90并分小组讨论回答下列两个问题：
（1）微波的波长、频率在什么范围？
（2）微波通信有什么优点？有什么缺点？为什么？
生甲组：波长在10m~1mm之间，频率在30兆赫兹~3×105兆赫兹之间。
生甲组：优点：一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。
生丙组：缺点：是每隔50km要设一个微波中继站。
师：为什么需要建立微波中继站，它起到什么作用 请同学们看课本图9．4－1，它生动形象地说明了中继站的作用。
生丁组：因为微波大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。
师：回答很好。微波大致沿直线传播，中继站可以把上一站传来的微波信号经过处理后，再发射到下一站去，这就像接力赛跑一样，一站传一站，经过很多中继站可以把信息传递到远方。
师：能在月球上建中继站吗？请同学们讨论并算算微波从地球传到月球后再传回地球需要多少时间。（现在知道地球与月球之间的距离是3．8×105km，微波在真空中传播速度为3．0×105km/s）
生：需要2．5s。不能，因为太远了。时间延迟，信号衰减。
师：对，这就是微波通信的缺点。不过人类现在发射了卫星，用同步卫星做微波通信的中继站，解决了微波通信的缺陷。
师：卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成，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电信号，经过放大变频后，再发送回另一个或几个地面站。
播放有关通信卫星的资料片。
师讲解:随着卫星技术的发展，长距离通信变得越来越快捷和廉价。通信卫星类似于移动电话的接收器和发射器，绕地球运动的卫星接受无线电波、电视和电话信号，然后把他们传输到世界各地。从地球上发送到卫星的无线电波，由卫星传输给地球上的其他接受站。大多数卫星在向地球发送信号前先要增强信号的强度。通信卫星能够同时传播几种信号。
师：通信卫星是绕地球飞行的遥控飞船。由于电磁波是沿直线传播的，他们不能沿着地球弯曲的表面直接到达另一地点。卫星接收来自地球的信号，然后把这些信号传送到电磁波无法到达的地方。
（教师播放有关卫星电话系统、电视卫星接受器、全球定位系统（GPS）等资料片）
师讲解：GPS接受器在飞机、船只、甚至轿车中得到越来越广的应用。在这些轿车中，你可以把你的目的地输入计算机中，然后利用GPS系统指挥汽车行驶。轿车中的电脑甚至可以发出声音告诉驾驶员什么时候向右转，什么时候向左转。
演示实验:把窗帘拉上，老师拿着一只打开的手电筒，光线四射，照亮整个房间。
师：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。我们知道，光也是一种电磁波，而且它们的频率很高，频率间隔很宽。如果用光来通信，其容量要高出短波、微波百万倍、千万倍。但如何实现这一目的呢？普通的光源夹杂了许多不同波长（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的节目一样，各种声音重叠在一起，让人无法分辨清楚。直到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，方向高度集中的光束激光，才使光作为载波得以实现。
演示实验:老师将激光笔打开，一束细细的亮亮的光射出。
师问：这是什么光？
生答：激光。
师：对，就是它解决了普通光线难携带信息的缺陷，通信所用的激光特殊通道叫光导纤维，它实现了光的通信。
演示实验:教师演示光沿水传播。（课本上的演示实验）
师：光不但能够沿直线传播，也可以沿着弯曲的水流传播。也能沿着玻璃丝传播。不管玻璃丝怎样弯曲，从它一端射入的光都会顺着它传播，再从另一端射出。在节日看演出时，一些观众拿着的灯具就是光纤。
演示实验:教师展现光纤灯具，并演示光的全反射实验。
师：它根据什么光学原理呢？
（教师在黑板上画图讲原理）（见图－35）
图－35
师：为了减少传输损耗，我们现在用高纯度的石英玻璃制成光导纤维，来传递光信号。光纤也可以像电缆一样做成多芯的光缆。
光纤通信与有线电通信相似，拿电话来说，在发送端，说话的声音通过电话机变成强弱变化的电信号，电信号进入激光发射机，经能量转换后，辐射出相应的强弱变化的光信号；光信号沿着光导纤维传输到光接收机，把光信号再转化成相应的电信号，受话机又把电信号复原成声音，我们就可以听到对方讲话了。光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输。光纤通信的通信容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好。
师：计算机可以高速处理大量信息，把计算机联在一起，可以进行网络通信。你已经通过连接各城市的公路网和高速公路网进行旅游。计算机网络是用电缆或电话线、光缆、微波连接起来的一组计算机。计算机允许不同地方的人共同享受信息和软件。请同学们说说你知道的计算机能够做的事情。
生甲：计算机可以在线玩游戏。
生乙：计算机可以看时事新闻。
生丙：计算机可以发电子邮件。
生丁：计算机可以搜寻各种信息等。
师：同学们说得很好，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”。
师问：大家会发电子邮件吗？请一位同学发一封邮件给我好吗？
生甲：发邮件并解释邮件地址的名称和表示方法。
师：同学们知道因特网是怎样建立起来的吗？
学生讨论后，老师小结。（如果有学生知道，最好由学生来谈）
师：因特网创建于1969年，它当时作为军事通信系统，用来连接军用计算机。即使有许多计算机被毁坏，这条线路的设计仍保持畅通。为了让科学家们通过计算机交换数据，各所大学纷纷加入因特网。
允许企业加入因特网始于1993年。这些企业叫做因特网服务提供者。由于进入因特网很容易、便捷，因特网以惊人的速度发展起来了。现在因特网可用于娱乐、购物和日常资料的收集，已经完全超出了原先设计者的目的。
师：请同学们看书上因特网的组成图。
请学生讨论本节学到的知识并小结。
布置作业
1．谈谈计算机网络的优点是什么？
2．通过各种信息源了解目前信息技术的发展状况和对未来的展望，写一篇科学作文，畅想50年后我们在信息社会中的生活。
