18.3让信息飞起来踏上信息高速公路

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第三节 踏上信息高速公路
一、教学目标
【知识与技能】
1.知道波长、频率和波速的关系，能进行简单的计算
2.知道光是电磁波
3.记住电磁波在真空中的传播速度
4.了解什么是信息高速公路
5.了解什么是因特网
【过程与方法】
1.通过各种信息渠道，了解电磁波的作用和应用，确认电磁波的存在
2.通过实践活动，探究电磁波的存在
3.利用获取的信息，讨论电话系统的构成
4.探究光在光纤中的传播
【情感、态度与价值观】
1.培养学生阅读资料、收集证据、分析信息的能力和习惯
2.引导学生辨证的认识电磁波，了解电磁污染
3.初步认识信息技术对社会发展、自然环境及人类生活的影响
4.关心科学发展前沿，具有可持续发展意识，树立正确的科学观
二、教学重难点
重点：
1.知道波长、频率、波速的关系，可进行简单计算
2. 了解电磁波的应用对人类生活和社会发展的影响。
难点：
1.了解波在信息传播中的作用
2.信息高速公路由光纤铺就的，光是频率较高的电磁波。光纤传输信息容量大
三、课时安排
1课时
四、教与学互动设计
（一）创设情景，导入新课
【导语一】飞机上的飞行员与地面指挥员的对话不用电线；我们每天听收音机或看电视，也没有电线直接通向电台或电视台。可见，这些都不是用电线来传播电信号的，我们称作“无线电通信”。那么，无线电通信是怎样传输信号的呢？信息是怎样飞起来的呢？今天我们就来学习这方面的简单知识。
【导语二】实验：打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量开大。取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近。先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极摩擦，使它们时断时续的接触。仔细听收音机里能听到什么？通过设疑的方式，引入本节课题。
【导语三】播放神州五号航天员杨立伟在太空工作的视频。提问：飞船离地球很远，地面上的工作人员如何与航天员进行交流呢？播放火星探测器在火星工作的视频。提问：火星离地球非常的遥远，地球上的工作人员是如何控制千里之外的探测器呢？对！人们都是利用电磁波来传递信息，今天我们就来学习这方面的知识。
（二）合作交流，解读探究
一、电磁波谱
【提问】生活中你知道哪些电磁波？
【点拨】γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等
【阅读】引导学生阅读课本“电磁波谱及电磁波的主要用途”
【注意】可见光也属于电磁波
【讨论交流】生活中的这些电磁波的用途
【点拨】医生用γ射线作脑手术；用X光片判断是否骨折；电视机、空调等设备的遥控器都是红外遥控；微波在通信领域大显身手；无线电波，常用在收音机、电视机以及飞机和舰船上的雷达。
【课件演示】播放利用电磁波通讯的视频
二、波的特征
【提问】在电磁波谱中，这些不同种类的电磁波是按照什么顺序来排列的？
【点拨】按照电磁波的波长长短来排列的
【注意】电磁波和其他的波一样，都具有三大特性：波速、波长和频率
【提问】什么是电磁波的波速、波长和频率
波速：指波传播的快慢
【注意】电磁波传播的速度等于光速，真空中的速度为3×108m/s，在空气中的光速近似等于真空中的光速
【演示】利用示波器演示交流电的波形图，并引导学生得出电磁波的波长
波长：指相邻两个波峰（或波谷）之间的距离，用字母λ表示，在国际单位制中，波长的单位是米（m）
频率：指单位时间内振动的次数，用字母υ表示，在国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hz）
【注意】频率的单位还有千赫（KHz）和兆赫（MHz），他们之间的换算关系：
1KHz＝103Hz，1MHz＝106Hz
【讨论交流】电磁波的波速、波长和频率之间有什么关系呢
【点拨】波速=波长×频率（c=λυ）
【注意】在真空中电磁波的波速一定，所以电磁波的频率和波长成反比关系。波长越长，频率越低；反之，波长越短，频率越高。
【讨论交流】用于通信的电磁波的主要范围和用途
【阅读】信息窗——电磁污染
三、光纤
【提问】什么是信息高速公路吗？
【点拨】信息高速公路：指可以交流各种信息的大容量、高速度的通信网络。
【提问】信息高速公路是由什么材料构成的呢？
【点拨】信息高速公路由光纤构成，光纤即光导纤维，是传输光的介质。
【实验】用不同的方式，将彩色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，再将光纤的一端垂直放置其上，观察不同颜色的光在光纤中传播现象。接着将光纤弯曲成不同的角度，甚至成环状时，观察光在光纤中的传播情况。
【结论】光可以在弯曲的光纤中向前传播，利用光纤可以改变使光弯曲传播
【投影】播放光纤的放大图片，并介绍光纤的构造
【想一想】画出光在弯曲的光纤中传播过程
【点拨】光在弯曲的光纤中利用光的反射传播
【讨论交流】光纤传播信息的特点
四、现代电信网络
【阅读】引导学生阅读现代电信网络
【讨论交流】现代通讯网络由哪几部分组成？
【点拨】现代电信网络由卫星通信、微波通信、移动通信组成
卫星通信：利用通信卫星作为微波通信的中继站，用三颗同步卫星可以实现全球通信。
微波通信：由于微波沿直线传播，不能绕过障碍物沿地球表面传播，因此必须设立中继站进行通信。
移动通信：移动电话用微波信号与电话网络联系
五、因特网
【提问】同学们都会“上网”，都能够通过网络查阅资料，你知道因特网的结构吗？
【讲解】信息高速公路采用光纤和现代电信网络及因特网来高速传递信息。我们的生活因为有了信息高速公路而变得方便。
【讨论交流】信息时代的利与弊
【阅读】信息窗——“再也不会走失了”
（三）应用迁移，巩固提高
类型之一：电磁波
【例1】有一位在北京某剧院里观看演出的观众坐在离演奏者34m远处，另一位南京的观众在自己家里的电视机前看该剧院的电视实况转播演出，北京与南京相距1450km，问哪一位观众先听到演奏声？
【解析】坐在剧院里的观众听到的演奏声是直接通过空气传播的，北京到南京的演奏声是通过电磁波传播的。
【答案】已知声音在空气中传播的速度为v1＝340m/s,电磁波传播的速度为v2=3×105km/s；
所以北京观众听到演奏声所需时间为
南京观众听到演奏声所需的时间为
因为t1>t2，所以南京的观众先听到演奏声。
【变式题】（08年桂林（课改实验区））若某电台教育频道的频率为6.0×106Hz，则这套节目的波长是______m。（电磁波传播速度：3.0×108m／s）
【答案】50
类型之二：光纤通信
【例2】(08年泰州)关于光纤通信,小明同学曾思考这样的问题:在漫长的线路上，光纤免不了要拐弯、缠绕，而光在同种均匀介质中是沿直线传播的，激光通信信号怎能从一端传到另一端呢？后来在“研究光纤怎样传输光信号”的活动中，终于明白了：激光信号在光纤中（C）
A．就像水流沿弯曲水管流动那样 B．就像电流沿弯曲导线传播那样
C．不断地经光纤壁反射而向前传播 D．不断地在光纤中折射而向前传播
【解析】光纤是由很细很细的玻璃丝制成的，因此激光在漫长的光纤中，是通过在光纤的内壁不断的反射，向前传播的，因此选择C。
【变式题】（08年扬州（正卷））光纤通信是现代通信的一种重要方式。光纤的内壁具有使光发生反射的特性，使从一端射入的光能传播到光纤的另一端。请在图中作出光路图，表示光纤传输光信号的原理。
【答案】如图所示
（四）总结反思，拓展延伸
【总结】
一、电磁波谱：电磁波包括γ射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、微波和光线电波等，描述波的特征量有波长、波速和频率。
二、波的特征
1、波速（c）：波传播的快慢叫波速，电磁波传播的速度等于光速，即c=3×108m/s.
2、波长（λ）：相邻两个波峰或波谷间的距离，如图所示。单位：m
　　3、频率（υ）：单位时间内振动的次数。 单位：Hz、kHz、MHz
　　 换算关系：1kHz＝103Hz　　　1MHz＝103kHz＝106Hz
4、波长、波速与频率的关系 数学表达式：c＝λυ。
三、光纤
　　光纤是传播光的介质，其优点是抗干扰能力强，信号衰减小，适用于远距离传输大量信息，原理是光的多次反射。
四、现代电信网络
电信网络由微波通信、卫星通信、移动通信等组成。
五、因特网
因特网是利用通讯线路和电磁波，将分布于世界各地的计算机网络连结起来，实现了在全球范围内信息的网络化高速共享。
【拓展】
无线电广播信号的发射和接收
无线电广播信号的发射由广播电台完成。话筒把播音员的声音信号转化成电信号，然后用调制器把音频电信号加载到高频电磁波（载波）上，再通过天线发射到空中。信号的接收由收音机完成。收音机都有天线。老式收音机的天线很长，而且要架在室外很高的地方，以获得更强的电信号。现代收音机有很好的放大能力，天线可以隐藏在机壳内。收音机的天线接收到各种各样的电磁波。转动收音机调谐器的旋钮，可以从中选出特定频率的信号。收音机内的电子电路再把音频信号从中取出，进行放大，送到扬声器里。扬声器把音频电信号转化成声音，我们就听到广播电台的节目了，如图所示。
电视的发射和接受
电视用电磁波传递图象信号和声音信号。声音信号的产生、传播和接收跟无线电广播的工作过程相似。图象信号的工作过程是：摄像机把图象变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电磁波上，通过发射天线发射到空中。电视机的接收天线把这样的高频信号接收下来，通过电视机把图象信号取出并放大，由显像管把它还原成图象，如图所示。
【例3】（09年镇江）打开收音机的开关，将旋钮调到没有电台的位置，并将音量开大。取一节旧的干电池和一根导线，靠近收音机，将导线的一端与电池的一极相连，再用导线的另一端与电池的另一极时断时续的接触，如图所示，会听到收音机发出“咔咔”声，这一现象验证了 的存在。现将收音机放入玻璃罩中，用抽气机抽去罩中的空气，重复以上实验，却发现听不到收音机发出的“咔咔”声，试分析
（1）收音机放在真空玻璃罩中听不到“咔咔”声的原因是 。
（2）谢老师在一次乘坐镇江商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号，请问这是什么原因？
答： 。
请设计一个实验验证你的判断。（简述实验方法）
【解析】根据电磁波的产生原理，我们可知将导线与电池时断时续的连接，在导线内电流迅速变化，可产生电磁波，因此收音机发出“咔咔”声，验证了电磁波的存在。电磁波可以在真空中传播，将此装置放入抽去空气的玻璃罩内，其实仍然发出了“咔咔”声，由于声音不能在真空中传播，所以我们听不到“咔咔”声。手机传递信息是靠电磁波，在电梯里面接受不到信号，说明电梯对电磁波起到了阻挡的作用，即电磁屏蔽。
【答案】电磁波；（1）声音不能在真空中传播；（2）电梯对电磁波有屏蔽作用。验证方法：将手机设置到响铃状态后放入密闭的金属容器内，试用另一手机呼叫盒内的手机，如果听不到盒内的手机声响，就说明金属容器对电磁波有屏蔽作用。
（五）当堂检测反馈
1．为什么在任何地方我们都能收看电视、收听广播、接收到手机的信号呢 为什么在汪洋里、太空中，我们都能建立联系呢 因为我们都生活在____________的海洋里．
【答案】电磁波
2．将X射线、微波、可见光、γ射线，无线电波、红外线、紫外线等电磁波按波长从小到大排列____________________________________．
【答案】r射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波
3．电磁波的传播：(1)电磁波的传播不需要____________，真空中电磁波传播的速度值大约是____________(2)电磁波的频率用符号______表示，单位是______，常用的还有______和______．电磁波的波长用符号______表示．波速、频率、波长三者之间的关系式是____________．
【答案】(1)介质 3×108 m／s (2)υ Hz kHz MHz λ c＝λυ
4．____________简称光纤，是传导光的介质．
【答案】光导纤维
5．世界上最大的计算机网络叫____________，它的英文名称是______．
【答案】因特网 Internet
五、资料链接
家中的电磁波
随着电器使用率愈来愈普及，电磁波对人体影响也愈来愈大，家庭电器、移动电话、计算机设备及高压电线已成为电磁波四大滋生源，所产生的辐射对人体伤害最重，应该养成防范的习惯，否则将成为身体健康上最不利的祸源.
除了使用最普遍的手机电磁波之外，其实，家庭电器、计算机设备及高压电线的辐射对人体伤害也很重，举凡客厅中的电视、厨房中的电磁炉与微波炉，产生的辐射会使身体产生大量的氧游离基及酸化，长久下来会致癌；也易引发老年痴呆症、关节炎、心脏病、脑中风等疾病；另外计算机设备及高压电线会增加血癌、脑癌及乳癌的发生率二至三倍.
电磁波辐射能量较低，不会使物质发生游离现象，也不会直接破坏环境物质，但在到处充满电子讯用品器材的现代生活，其电磁干扰特性却不可掉以轻心，因为它随时可能使人面临危害的境地.电磁波的危害长时间使用计算机之后，会感到身体疲劳、眼睛疲倦、肩痛、头痛、想睡、不安，这些都是受了电磁波的影响.电磁波还会使人的免疫机能下降、人体中的钙质减少，并引致异常生产、流产、视觉障碍、阻碍细胞分裂如癌、白血病、脑肿瘤……等.此外，电磁波会散发出一种扰乱人体状态的正离子.
经实验研究和调查观察结果表明，电磁辐射对健康的危害是多方面的，复杂的，主要危害表现如下：
１．对中枢神经系统的危害
神经系统对电磁辐射的作用很敏感，受其低强度反复作用后，中枢神经系统机能发生改变，出现神经衰弱症候群，主要表现有头痛，头晕，无力，记忆力减退，睡眠障碍（失眠，多梦或嗜睡），白天打瞌睡，易激动，多汗，心悸，胸闷，脱发等，尤其是入睡困难，无力，多汗和记忆力减退更为突出．这些均说明大脑是抑制过程占优势．所以受害者除有上述症候群外，还表现有短时间记忆力减退，视觉运动反应时值明显延长；手脑协调动作差，表现对数字划记速度减慢，出现错误较多.
２．对机体免疫功能的危害
　　使身体抵抗力下降．动物实验和对人群受辐射作用的研究和调查表明，人体的白血球吞噬细菌的百分率和吞噬的细菌数均下降．此外受电磁辐射长期作用的人，其抗体形成受到明显抑制．
３．对心血管系统的影响
受电磁辐射作用的人，常发生血液动力学失调，血管通透性和张力降低．由于植物神经调节功能受到影响，人们多以心动过缓症状出现，少数呈现心动过速．受害者出现血压波动，开始升高，后又回复至正常，最后出现血压偏低；心电图出现R T 波的电压下降，这是迷走神经的过敏反应，也是心肌营养障碍的结果；P Q间的延长，P波加宽，说明房室传导不良．此外，长期受电磁辐射作用的人，其心血管系统的疾病，会更早更易促使其发生和发展．
４．对血液系统的影响
在电磁辐射的作用下，周围血像可出现白血球不稳定，主要是下降倾向，白血球减少．红血球的生成受到抑制，出现网状红血球减少．对操纵雷达的人健康调查结果表明，多数人出现白血球降低．此外，当无线电波和放射线同时作用人体时，对血液系统的作用较单一因素作用可产生更明显的伤害.
５．对视觉系统的影响
眼组织含有大量的水份，易吸收电磁辐射功率，而且眼的血流量少，故在电磁辐射作用下，眼球的温度易升高．温度升高是造成产生白内障的主要条件，温度上升导玫眼晶状体蛋白质凝固，多数学者认为，较低强度的微波长期作用，可以加速晶状体的衰老和混浊，并有可能使有色视野缩小和暗适应时间延长，造成某些视觉障碍．此外，长期低强度电磁辐射的作用，可促使视觉疲劳，眼感到不舒适和眼感干燥等现象
6．电磁辐射的致癌和致癌作用
大部份实验动物经微波作用后，可以使癌的发生率上升．一些微波生物学家的实验表明，电磁辐射会促使人体内的（遗传基因），微粒细胞染色体发生突变和有丝分裂异常，而使某些组织出现病理性增生过程，使正常细胞变为癌细胞．美国驻国外一大使馆人员长期受到微波窃听所发射的高度电磁辐射的作用，造成大使馆人员白血球数上升，癌发生率较正常人为高．又如受高功率远程微波雷达影响下的地区，经调查，当地癌患者急增．微波对人体组织的致热效应，不仅可以用来进行理疗，还可以用来治疗癌症，使癌组织中心温度上升，而破坏了癌细胞的增生．
除上述的电磁辐射对健康的危害外，它还对生殖系统，内分泌系统，听觉，物质代谢，组织器官的形态改变，均可产生不良影响.
——摘自《三人行初中物理网》
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