【人教版】九年级物理：第21章第4节《越来越宽的信息之路》教学设计

第二十一章
第4节
越来越宽的信息之路
【学情分析】
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了，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了。
“微波通信”和“卫星通信”，本环节要讲清楚什么是微波，它的波长和频率分别在哪个范围，可以和前面学过的电磁波家族图作比较，看一看微波是在哪个位置。微波具有什么性质，为弥补它的缺点，应该采取什么措施？为实现全球通信，又应该采取什么措施？
“光纤通信”，首先要让学生明白，开发研究“光通信”的意义就在于光与微波相比有更高的频率，可以传输更多信息，容量更大。如果让光在固定的通道里传输，还可以避免外界条件对它的干扰，提高通信质量，于是光导纤维就应运而生了。对此学生可能感到疑惑：在以前的学习过程中讲到“光是沿直线传播的”，又怎么可以沿着人为设定的通道传播呢
？为打消学生的疑虑，接着做“光沿水流传播”的分组实验。为拓宽学生的知识面，可以播放光导纤维的生产视频，让学生一睹为快。
“网络通信”，人们通过互联网可以得到各种各样的信息，电子邮件就是其中的一种。关于电子邮件的使用，边讲边示范，需要讲清如何申请电子邮箱、如何发送、如何接收电子邮件等。计算机之间的连接，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。网络的作用当然也不只是收发邮件，还可以浏览新闻、查寻各种资料、视频聊天、网络电视、网络游戏等等多个方面。使学生辩证地看待网络，它是一面双刃剑，合理利用网络，其乐无穷，不合理利用，危害多多。
最后，通过视频《5G技术的认识》小结，更深一步了解越来越宽的信息之路，同时，根据本节课所学课后写一篇有关未来信息之路的感想。
【教学目标】
一、知识目标：1.常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信。
2.了解微波通信、卫星通信、光纤通信的原理和优点。
3.了解网络通信的发展过程和优点，掌握发电子邮件的方法。
4.拓展了解5G通信技术的相关知识。
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。
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。
【教学重、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。
【教学准备】微机、激光笔、矿泉水瓶、水、水槽（或小桶）、光缆（或光纤）实物。
【教学过程】
主
要
教
学
过
程
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
情景创设
提出课题
【情境创设】：[导入新课]提出问题：自古至今，人们传递信息的方式有许多种，并在不断地发展变化，影响着我们的生活。请各学习小组自备一张纸，写出你们所知道的信息传递方式，并从传播速度和信息容量两个方面分析对比一下，发生了什么样的变化？飞鸽传书
烽火台
家书无线电广播
电话网络
电视多媒体结合之前我们学习的知识，对比在相同的时间内哪个传输的信息多？总结：人们获取信息的途径越来越多，信息传递速度越来越快，且信息量也越来越大。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。下面我们来学习几种信息传递的方式。
第4节
越来越宽的信息之路
交流：各小组在纸片上写完后，并请该组学生发言。其他小组如有不同，再发言。电视广播比声音广播传递的信息量多。比如：看电视剧远比单单听讲故事获取的信息量更大一些。（设计说明：通过学生间的交流，意识到不同的信息传输途径，效率不同。）
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
新课探究探究一：微波通信
组织学生阅读课本“微波通信”部分，组内交流后，回答问题：【问题展示】问题1：微波的波长和频率分别在哪个范围？它的容量是多少？微波通信有什么优点？【点拨】微波的波长为10m-1mm，频率在30
MHz至
3×105
MHz之间的电磁波。优点：信息容量大，一条微波线路可以同时开几千甚至几万条电话线路问题2：对比前面学过的电磁波家族图，看一看微波与可见光是否很近。这就决定了它的性质更接近谁。微波通信有什么缺陷？我们知道地球表面决非只有平原，还有雪山、大洋，遇到这种地形时应该怎么克服呢？【点拨】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，并且传播远就会减弱。为克服微波的这一缺陷，必须每隔50
km左右就要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。问题3：遇有雪山、大洋无法建立中继站时，需要借助于卫星进行转接。月亮作为地球的卫星，能否用作中继站，原因是什么?
【点拨】地球的卫星——月亮，是不能作微波中继站的，因为距离太远，信号衰减、时间延迟，而且只有当两个通信点同时看到月亮时，才能完成这两点的通信。
①阅读课本，查找以上问题的答案，并力争独辟蹊径，说出自己对某一问题的看法。②针对课本中的内容和图片，提出你还想知道有关它们的哪方面信息，又该如何获取呢？
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
探究二：卫星通信
问题1：如何理解通信卫星的“同步”？【点拨】地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，星距离地球的高度约为36000
km，卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，即23时56分4秒，卫星在轨道上的绕行速度约为3.1公里/秒，其运行角速度等于地球自转的角速度。
2008年5月12日的汶川大地震，2019年3月30日17时,四川省凉山州木里县境内发生强烈森林火灾,给四川人民带巨大的损失，有关的时况转播就是通过通信卫星来传输到全国乃至全世界，让关心灾区人民的人们及时了解当时的情况。另外，通过卫星传输的还有新闻连线、比赛时况等。问题2：要想实现全球通信，需要几颗同步通信卫星？【点拨】随着科技的发展，人们已经能够发射人造卫星了，通信用的卫星大多是相对地球静止不动的。如果在地球的周围均匀地配置3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。同步卫星可以定点于地球赤道的某一点，信号稳定。在地球周围均匀配置了三颗通信卫星，实现了全球通信。问题3：通信卫星是借助于什么能量进行工作的？地面上的蝶形天线是干什么用的？【点拨】通信卫星板状的两翼是太阳电池板，它把太阳能转化成电能，供卫星使用。地面上的蝶形天线是用来接收来自卫星的信号。【小结】卫星通信的优点：远距离传递信息、通信容量大干扰小、质量好、功效高。
学生结合教材交流：使用同步通信卫星答案：同步卫星相对地是静止的
而相对地心是运动的
就是说卫星和地球自转的角速度相同
所以相对地面是静
而实际上是在运动的
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
探究三：光纤通信
【过渡】既然微波承载的信息量那么大，为什么还要开发新的传输方式？普通光的频率比微波还高，能够携带更多的信息，自然也就进入了科学家的视野，请分析能不能用普通光来传输信息呢。1．创设情境，引出光纤通信展示材料：教师拿出光纤棒，打开开关，把散开的光纤部分对着同学们。设问：同学们玩过这种光纤棒吗？那么光为什么可以沿弯曲的线传播呢？此问题引起学生的认识冲突，因为前面的学习中学生知道光是沿直线传播的。就此引发学生对本知识板块的好奇心。2．阅读教材，探求新知【问题展示】问题1：激光在光导纤维里是如何传播的？【演示实验】：表明：光沿着水流传播【播放视频】光在光导纤维里传播【点拨】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，表明光可以沿着弯曲的水流传播。那么光也可以沿着弯曲的玻璃丝传播。这是光纤通信的实验基础。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。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。【教师】对实验现象进行解释，并补充有关全反射的知识。投放有关光导纤维丝的制作材料、制作过程，以拓宽学生的视野。问题2：
光通讯为什么用激光？
【点拨】普通的光源夹杂了许多不同波长的光，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，各种声音重叠在一起，让人无法分辨清楚。因此，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。于是“激光”在人们的企盼中诞生了。
阅读课本“光纤通信”部分，思考并回答以上问题。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。教学说明：全反射的知识，学生以前没有接触到，需要教师做补充性讲解。讲解时要考虑到学生已有的知识基础，即他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，这时就叫做发生了全反射。
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
科学世界激光的应用
问题3：
什么是光纤通信？为什么要用光纤通信？
光纤（玻璃丝）
数条光纤+保护层=光缆【点拨】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，且距离越远，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。光纤即为光导纤维的简称，是激光的传输管道，一种极细的玻璃丝，数条光纤加上保护层组成光缆。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。优点：（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，不怕雷击，信号传输质量高；（4）光纤抗电磁干扰，保密性好。
【过渡语】：激光除了本节课上学习的通信外，你还知道有哪些应用？【课件展示】：
激光舞
激光手术
激光武器
激光测距
结合教材，了解关于光纤的知识。学生阅读材料：激光的应用
并结合生活中所见所闻交流：?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。
教学环节
教
师
活
动
学
生
活
动
探究四：网络通信
设问：同学们，谁有电子信箱？谁有QQ号码？谁有自己的blog？请说出它们各自有什么用处，你的电子信箱是如何获得的？【问题导入】Email是什么意思？师：网络对我们的生活有着十分重要的影响，你通过网络发送或接收邮件以及聊天时，信息是怎样传递的？【课件展示】：阅读教材，了解以下信息：
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？
学生针对自己知道的有关网络的事情，畅所欲言。结合教材交流完成以下内容：①目前人们最常用的网络通信形式是电子邮件(email)。②电子信箱由两部分组成，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，这是电子信箱的标致性符号。比如，某电子信箱的地址是：xiaolin@server.com.cn，这表示信箱属于一个自称“xiaolin”的人，他的服务器名叫“server.com.cn”。③有许多方式可以获取电子信箱，我们常用的有“126”的，有“163”的，有“sina”的等等。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，它除了传递文字以外，还可以传递照片、语言及任何信息。④世界上最大的计算机网络，叫做因特网。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。
课堂小结
回顾本节课“你学到了什么？”本节课学到了四种通信方式：1．微波通信：微波具有较高的频率，可以携带大量的信息，不过它的性质接近光波，大致沿直线传播，要实现长距离传播需要每隔50
km建立一个微波中继站。遇有雪山、大洋时，只能靠卫星通信来转接。2．卫星通信：通信用卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，只要在地球的周围均匀地配置3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。3．光纤通信：微波通信有时会受到外界的干扰，使信号不稳定。使激光携带着信息在光导纤维中传播，就避免了以上问题，可以大大提高通信质量。而且激光的频率更高，可以携带更多的信息。4．网络通信：要想使用网络通信，首先要申请一个电子信箱，就可以使用电子邮件进行通信了。电子邮件具有电话一样的快捷，信件一样的方便，还可以在任意一台联网的计算机上查看，它除了传递文字以外，还可以传递照片、语言及任何信息。
课堂检测
附件
布置作业
以“未来信息时代”为题写一篇感想
板书设计
第4节
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：卫星通信---使用3颗同步卫星，实现全球通信。三：光纤通信---利用“激光”在“光纤”里传播四：网络通信---电子邮件
教学反思
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。
对于本节的整体设计我是以问题诱思为手段，同时借用多媒体课件的展示来引导帮助学生理解信息传递的不同方式以及特点。同时，也加强了与生活实际的联系，尽可能地让学生感受科技并不遥远，生活处处与物理相关。
教学中采用实验和相关视频结合的形式突破重难点，用用过的矿泉水瓶（底侧部开一小孔）装满水，让小激光笔射向小孔，光线会沿着弯曲的水流传播，这一实验很好地让同学们明白光在光纤中传播的原理，然后通过光纤的制作视频感知现代通信手段的进一步发展；用信息之路的变化——5G技术的一切很好的了解到现代信息技术的日新月异，也总结了本节内容所学。