初中物理人教九年級(jí)（2022年新編）第二十一章 信息的傳遞越來越寬的信息之路教案

越來越寬的信息之路教案

營(yíng)山縣福源小學(xué)彭詩(shī)宇

三維目標(biāo)

一、知識(shí)與技能

常識(shí)性了解衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。

二、過程與方法

通過微波通訊、衛(wèi)星通訊、光纖通信和網(wǎng)絡(luò)通信的學(xué)習(xí)，了解通訊的發(fā)展過程。

三、情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識(shí)，了解科技為人類帶來的便利，提高學(xué)科學(xué)的興趣，同時(shí)學(xué)習(xí)用辯證的觀點(diǎn)看問題。

課前準(zhǔn)備

多媒體課件、實(shí)物投影一臺(tái)、光纖棒、激光手電、大可樂瓶子、水、試管、光源、塞子、細(xì)線、重物、不透明紙、膠帶、可上網(wǎng)的電腦一臺(tái)。

教學(xué)設(shè)計(jì)

[導(dǎo)入新課]

方案1：

提出問題：自古至今，人們傳遞信息的方式有許多種，并在不斷地發(fā)展變化，影響著我們的生活。請(qǐng)各學(xué)習(xí)小組自備一張紙，寫出你們所知道的信息傳遞方式，并從傳播速度和信息容量?jī)蓚€(gè)方面分析對(duì)比一下，發(fā)生了什么樣的變化？

學(xué)生活動(dòng)：各學(xué)習(xí)小組在紙片上寫完后，用實(shí)物投影投放，并請(qǐng)?jiān)摻M學(xué)生發(fā)言。其他小組如有不同，再展示自己小組的紙片，并發(fā)言。

總結(jié)：人們獲取信息的途徑越來越多，信息傳遞速度越來越快，且信息量也越來越大。信息理論表明：作為載體的無線電波，頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳遞的信息就越多。下面我們來學(xué)習(xí)幾種信息傳遞的方式。

方案2：

溫故知新，導(dǎo)入新課

上節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了廣播、電視信號(hào)的發(fā)射與接收，那么請(qǐng)同學(xué)們思考，它們兩者進(jìn)行對(duì)比，哪種形式單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘扛竽兀繉W(xué)生思考后回答。信息理論表明，作為載體的無線電波頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。因此，幾十年來，無線電通信、電視廣播等所用的頻率越來越高，我們可以形象地說，信息之路越來越寬了。這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)其他傳輸信息的方式。

[推進(jìn)新課]

一、微波通信和衛(wèi)星通信

教師活動(dòng)：組織學(xué)生閱讀課本“微波通信”部分，組內(nèi)交流后，回答以下問題：

問題展示：①微波的波長(zhǎng)和頻率分別在哪個(gè)范圍？它的容量是多少？

②對(duì)比前面學(xué)過的電磁波家族圖，看一看微波與可見光是否很近。這就決定了它的性質(zhì)更接近誰(shuí)。

③為克服微波的這一缺陷，需要怎么做？

④我們知道地球表面決非只有平原，還有雪山、大洋，遇到這種地形時(shí)應(yīng)該怎么克服呢？能不能利用地球的衛(wèi)星——月球進(jìn)行中繼通信呢？為什么？

⑤生活中，我們接收的哪些節(jié)目是通過衛(wèi)星來傳輸?shù)模?/p>

⑥要想實(shí)現(xiàn)全球通信，需要幾顆同步通信衛(wèi)星？

⑦通信衛(wèi)星是借助于什么能量進(jìn)行工作的？

⑧地面上的蝶形天線是干什么用的？

學(xué)生活動(dòng)：①閱讀課本，查找以上問題的答案，并力爭(zhēng)獨(dú)辟蹊徑，說出自己對(duì)某一問題的看法。

②針對(duì)課本中的內(nèi)容和圖片，提出你還想知道有關(guān)它們的哪方面信息，又該如何獲取呢？

總結(jié)：①微波是指波長(zhǎng)在10m～1mm之間，頻率在30MHz～3×105MHz之間。因?yàn)樗念l率很高，所以信息容量很大，一條微波線路可以同時(shí)開通幾千、幾萬路電話。

②從電磁波家族圖上可以看出，微波距離可見光很近，因此微波的性質(zhì)更接近光波，大致沿直線傳播，不能沿地面繞射。為克服微波的這一缺陷，必須每隔50km左右就要建設(shè)一個(gè)微波中繼站，像接力棒一樣，把上一站傳來的信號(hào)處理后，再發(fā)射到下一站去。

③遇有雪山、大洋無法建立中繼站時(shí)，需要借助于衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)接。地球的衛(wèi)星——月亮，是不能作微波中繼站的，因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)，信號(hào)衰減、時(shí)間延遲，而且只有當(dāng)兩個(gè)通信點(diǎn)同時(shí)看到月亮?xí)r，才能完成這兩點(diǎn)的通信。

④隨著科技的發(fā)展，人們已經(jīng)能夠發(fā)射人造衛(wèi)星了，通信用的衛(wèi)星大多是相對(duì)地球靜止不動(dòng)的。如果在地球的周圍均勻地配置3顆同步通信衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實(shí)現(xiàn)全球通信。

⑤2023年5月12日的汶川大地震，給四川人民帶巨大的損失，有關(guān)的時(shí)況轉(zhuǎn)播就是通過通信衛(wèi)星來傳輸?shù)饺珖?guó)乃至全世界，讓關(guān)心災(zāi)區(qū)人民的人們及時(shí)了解當(dāng)時(shí)的情況。另外，通過衛(wèi)星傳輸?shù)倪€有新聞連線、比賽時(shí)況等。

⑥通信衛(wèi)星板狀的兩翼是太陽(yáng)電池板，它把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，供衛(wèi)星使用。地面上的蝶形天線是用來接收來自衛(wèi)星的信號(hào)。

即學(xué)即練(課件展示問題)

(1)“嫦娥一號(hào)”月球探測(cè)衛(wèi)星，成功地向地球回傳了搭載的奧運(yùn)志愿者歌曲《微笑北京》，《微笑北京》是通過______________傳播到地球的。

(2)微波的性質(zhì)更接近于()

A．光波B．電磁波C．聲波D．電流

(3)可以作微波通信中繼站的有()

A．月球B．人造衛(wèi)星C．電視臺(tái)D．廣播電臺(tái)

(4)2023年北京奧運(yùn)會(huì)比賽實(shí)況全球轉(zhuǎn)播，至少需要多少顆地球同步衛(wèi)星()

A．2顆B．3顆C．5顆D．8顆

答案：(1)電磁波

(2)A

(3)B

(4)B

二、光纖通信

1．創(chuàng)設(shè)情境，引出光纖通信

展示材料：教師拿出光纖棒，打開開關(guān)，把散開的光纖部分對(duì)著同學(xué)們。

設(shè)問：同學(xué)們玩過這種光纖棒嗎？那么光為什么可以沿彎曲的線傳播呢？

此問題引起學(xué)生的認(rèn)識(shí)沖突，因?yàn)榍懊娴膶W(xué)習(xí)中學(xué)生知道光是沿直線傳播的。就此引發(fā)學(xué)生對(duì)本知識(shí)板塊的好奇心。

2．閱讀教材，探求新知

教師活動(dòng)：①指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，回答以下問題。

②學(xué)生回答問題后，及時(shí)作出點(diǎn)評(píng)。

③組織學(xué)生做好演示實(shí)驗(yàn)。

④對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，并補(bǔ)充有關(guān)全反射的知識(shí)。

(教學(xué)說明：全反射的知識(shí)，學(xué)生以前沒有接觸到，需要教師做補(bǔ)充性講解。講解時(shí)要考慮到學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，即他們已經(jīng)知道光的反射規(guī)律，反射角等于入射角，當(dāng)入射角增大時(shí)，反射角也增大。當(dāng)光從水或玻璃中斜射向空氣時(shí)，既發(fā)生反射也發(fā)生折射，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，就只發(fā)生反射而不再發(fā)生折射，這時(shí)就叫做發(fā)生了全反射。如下圖所示。)

⑤投放有關(guān)光導(dǎo)纖維絲的制作材料、制作過程，以拓寬學(xué)生的視野。

⑥組織學(xué)生閱讀STS部分，讓學(xué)生為我國(guó)的光纖通信事業(yè)的發(fā)展而自豪的同時(shí)，從中了解光纜在通信中的重要作用，使學(xué)生自覺愛護(hù)光纜。

問題展示：①既然微波承載的信息量那么大，為什么還要開發(fā)新的傳輸方式？

②普通光的頻率比微波還高，能夠攜帶更多的信息，自然也就進(jìn)入了科學(xué)家的視野，請(qǐng)分析能不能用普通光來傳輸信息呢。

③實(shí)際應(yīng)用于通信的激光是在特殊的管道——光導(dǎo)纖維里傳播的，那么光為什么可以在任意彎曲的管道里傳輸呢？

④實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？

⑤光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)是怎樣的？光是如何通過光導(dǎo)纖維把信息傳遞到遠(yuǎn)方的？

⑥請(qǐng)總結(jié)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)。

學(xué)生活動(dòng)：①閱讀課本“光纖通信”部分，思考并回答以上問題。

②在教師的指導(dǎo)下完成“光沿水流傳播”的演示實(shí)驗(yàn)裝置的裝配，并成功完成實(shí)驗(yàn)。

③閱讀STS部分，了解我國(guó)光纖事業(yè)的發(fā)展史，了解光纜在通信中的重要作用，以后的生活和社會(huì)活動(dòng)中，自覺愛護(hù)光纜。

總結(jié)：①微波通信確實(shí)可以傳輸大量的信息，不過在傳輸過程中容易受到電磁干擾，還易遭雷擊，導(dǎo)致信號(hào)傳遞不夠穩(wěn)定，且距離越遠(yuǎn)，時(shí)間延遲，會(huì)導(dǎo)致聲音和圖像不同步。為提高通信質(zhì)量，有必要研究開發(fā)一種新的信號(hào)傳輸方式。

②普通的光源夾雜了許多不同波長(zhǎng)的光，如果用它作載波，就像收音機(jī)同時(shí)接收到了許多頻率的節(jié)目，各種聲音重疊在一起，讓人無法分辨清楚。因此，要讓光來傳輸信息，這種光必須是頻率單一、方向高度集中才可以。于是“激光”在人們的企盼中誕生了。

③實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)光沿著彎彎的水流照到地面，在地面產(chǎn)生一個(gè)光斑，表明光可以沿著彎曲的水流傳播。那么光也可以沿著彎曲的玻璃絲傳播。這是光纖通信的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

④光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在內(nèi)壁上經(jīng)過多次反射，從另一端射出，從而可以把信息傳到遠(yuǎn)方。光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套兩部分組成，內(nèi)芯是由很細(xì)很細(xì)的石英玻璃絲做成的。

⑤光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：一是不受外界條件干擾，使激光通信能傳播很遠(yuǎn)，并且能提高通信質(zhì)量；二是容量大。

即學(xué)即練(課件展示問題)

(1)光纖是一種非常細(xì)的玻璃絲，它由______和______兩部分組成，光從光纖的一端射入，在內(nèi)壁上______，從另一端射出，這樣就將它攜帶的信息傳到了遠(yuǎn)方。

(2)下列應(yīng)用激光的幾種情況中，錯(cuò)誤的是()

A．利用激光進(jìn)行通信B．利用激光進(jìn)行照明

C．利用激光加工堅(jiān)硬的材料D．利用激光進(jìn)行長(zhǎng)距離精確測(cè)量

(3)關(guān)于光纖通信，小明同學(xué)曾思考這樣的問題：在漫長(zhǎng)的線路上，光纖免不了要拐彎、纏繞，而光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，激光通信信號(hào)怎能從一端傳到另一端呢？后來在“研究光纖怎樣傳輸光信號(hào)”的活動(dòng)中，終于明白了：激光信號(hào)在光纖中()

A．就像水流沿彎曲水管流動(dòng)那樣B．就像電流沿彎曲導(dǎo)線傳播那樣

C．不斷地經(jīng)光纖壁反射而向前傳播D．不斷地在光纖中折射而向前傳播

答案：(1)內(nèi)芯外套多次反射

(2)B(3)C

三、網(wǎng)絡(luò)通信

設(shè)問：同學(xué)們，誰(shuí)有電子信箱？誰(shuí)有QQ號(hào)碼？誰(shuí)有自己的blog？請(qǐng)說出它們各自有什么用處，你的電子信箱是如何獲得的？

學(xué)生針對(duì)自己知道的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的事情，暢所欲言。

教師活動(dòng)：①指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本有關(guān)“網(wǎng)絡(luò)通信”的內(nèi)容，并回答以下問題。

②針對(duì)學(xué)生的回答，作出適當(dāng)點(diǎn)評(píng)。

③通過教室內(nèi)能夠上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，演示如何申請(qǐng)電子信箱，如何發(fā)送郵件，又是如何接收郵件的？

(教學(xué)說明：此環(huán)節(jié)也可以請(qǐng)十分熟悉電腦的學(xué)生代為演示，一方面增強(qiáng)演示者的自信心，另一方面演示者可能成為其他同學(xué)的偶像，促其更加熱愛電腦。)

④組織學(xué)生進(jìn)行總結(jié)。

問題展示：①目前，人們最常用的網(wǎng)絡(luò)通信形式是什么？

②電子信箱地址由哪幾部分構(gòu)成？每一部分分別是什么意思？

③獲取電子信箱的方式有哪些？電子郵件的優(yōu)點(diǎn)是什么？

④世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)叫什么？計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)結(jié)，用到哪些通信手段？

學(xué)生活動(dòng)：①閱讀課本，并回答以上問題。

②組內(nèi)學(xué)生互換意見，交流有關(guān)問題的答案。

總結(jié)：①目前人們最常用的網(wǎng)絡(luò)通信形式是電子郵件(email)。

②電子信箱由兩部分組成，一個(gè)是郵箱的歸屬人名稱，另一個(gè)是服務(wù)器名稱，中間用符號(hào)“@”連接，這是電子信箱的標(biāo)致性符號(hào)。比如，某電子信箱的地址是：xiaolin@，這表示信箱屬于一個(gè)自稱“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫“。

③有許多方式可以獲取電子信箱，我們常用的有“126”的，有“163”的，有“sina”的等等。電子郵件跟電話一樣快捷，和信件一樣方便，還可以在任意一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上查看，它除了傳遞文字以外，還可以傳遞照片、語(yǔ)言及任何信息。

④世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，叫做因特網(wǎng)。計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)結(jié)，除了使用金屬導(dǎo)線外，還使用光纜、通信衛(wèi)星等各種通信手段。

即學(xué)即練

(1)目前使用的最頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信形式是()

A．電話B．發(fā)帖C．電子郵件D．下載

(2)世界上凡是計(jì)算機(jī)集中的地方，例如：企業(yè)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等等，大都已經(jīng)把自己的計(jì)算機(jī)連在一起了。這些網(wǎng)絡(luò)又互相連接，成為世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，叫做____________，這樣就可以做到____________的共享。

(3)計(jì)算機(jī)可以高速處理大量信息，把計(jì)算機(jī)______，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。某電子郵箱的地址是“wangsheng@，這表示信箱屬于一個(gè)叫______的人，他的服務(wù)器名叫______，其中“cn”是______的簡(jiǎn)寫，表示這個(gè)服務(wù)器是在______注冊(cè)的。

(4)將計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起形成網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)又互相______，成為世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，就是________，這樣就能使信息資源______。利用網(wǎng)絡(luò)通信除了收發(fā)電子郵件外，還可以看到________，查到所需的________。

答案：(1)C

(2)因特網(wǎng)信息資源

(3)聯(lián)在一起wangshengChina中國(guó)

(4)聯(lián)結(jié)因特網(wǎng)共享不斷更新的新聞各種資料

[課堂總結(jié)]

本節(jié)課學(xué)到了四種通信方式：

1．微波通信：微波具有較高的頻率，可以攜帶大量的信息，不過它的性質(zhì)接近光波，大致沿直線傳播，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳播需要每隔50km建立一個(gè)微波中繼站。遇有雪山、大洋時(shí)，只能靠衛(wèi)星通信來轉(zhuǎn)接。

2．衛(wèi)星通信：通信用衛(wèi)星大多是相對(duì)地球“靜止”的同步衛(wèi)星，只要在地球的周圍均勻地配置3顆同步通信衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實(shí)現(xiàn)全球通信。

3．光纖通信：微波通信有時(shí)會(huì)受到外界的干擾，使信號(hào)不穩(wěn)定。使激光攜帶著信息在光導(dǎo)纖維中傳播，就避免了以上問題，可以大大提高通信質(zhì)量。而且激光的頻率更高，可以攜帶更多的信息。

4．網(wǎng)絡(luò)通信：要想使用網(wǎng)絡(luò)通信，首先要申請(qǐng)一個(gè)電子信箱，就可以使用電子郵件進(jìn)行通信了。電子郵件具有電話一樣的快捷，信件一樣的方便，還可以在任意一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上查看，它除了傳遞文字以外，還可以傳遞照片、語(yǔ)言及任何信息。

[布置作業(yè)]

1．鞏固復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”的第1題。

2．課下搜集有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的資料，擇時(shí)舉辦一個(gè)題為“網(wǎng)絡(luò)帶給我們什么？”的辯論會(huì)。正方觀點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)帶給我們好處。反方觀點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)帶給我們壞處。

設(shè)計(jì)反思

本節(jié)課一開始就抓住了學(xué)生的思維動(dòng)向，讓其寫出已知的通信方式，并尋找它們之間的變化趨勢(shì)，繼而講授了四種形式的通信方式。衛(wèi)星通信也可以歸到微波通信上，它