第二十一章第4節(jié)越來越寬的信息之路-人教版九年級物理

第4節(jié)越來越寬的信息之路設(shè)計說明“越來越寬的信息之路”這節(jié)內(nèi)容主要讓學(xué)生常識性了解微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒃蕉?。從無線電通信、微波通信到光纖通信，所用頻率越來越高，可以通過類比交通運輸與道路，讓學(xué)生理解這一點。讓學(xué)生真切感受到信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，信息技術(shù)的發(fā)展與人類的生活越來越密切。微波通信、衛(wèi)星通信部分內(nèi)容，主要講清楚什么是微波，和前面學(xué)習(xí)的電磁波中的可見光相比較，具有什么樣的性質(zhì)，為彌補它的缺點，應(yīng)采取什么措施？為了實現(xiàn)全球通信，應(yīng)采取什么措施？光纖通信部分內(nèi)容，首先讓學(xué)生明白開發(fā)研究光纖通信的意義首先在于光與微波相比具有更高的頻率，可以傳輸更多的信息，具有更大的容量。讓光在固定的通道里傳輸，不受干擾，通信質(zhì)量更高，光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)水到渠成。為了打消學(xué)生學(xué)習(xí)過的“光沿直線傳播”的疑惑，接著做演示實驗“光沿水流傳播”，通過觀察到的實驗現(xiàn)象，得出光可以在光導(dǎo)纖維中經(jīng)過多次反射，把信息傳到遠(yuǎn)方。網(wǎng)絡(luò)通信部分內(nèi)容，主要結(jié)合人們獲取信息的渠道之一——電子郵件，通過邊示范邊講解的方法，如何申請電子郵箱、如何發(fā)送、如何接收電子郵件；同時結(jié)合學(xué)生已有的經(jīng)驗，告訴大家“網(wǎng)絡(luò)”的作用很多、很大，例如可以查閱資料、上網(wǎng)聊天、網(wǎng)絡(luò)游戲等，但要正確認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)，合理利用網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)過程可分為三個階段，第一階段，了解微波通信及衛(wèi)星通信；第二階段，了解光纖通信；第三階段，了解網(wǎng)絡(luò)通信。教學(xué)目標(biāo)【知識與技能】1.了解微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。2.通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識，了解科技為人類帶來的便利，提高學(xué)物理的興趣?！具^程與方法】通過觀看大量的圖片、視頻，了解各種通信方式的優(yōu)點、缺點、改進(jìn)方法，加深對信息之路越來越寬的理解?！厩楦?、態(tài)度和價值觀】通過學(xué)習(xí)，了解科技為人類帶來的便利，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)用科學(xué)服務(wù)于人類的使命感和責(zé)任感。重點難點教學(xué)重點了解微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。教學(xué)難點結(jié)合日常信息，加深對信息之路越來越寬的理解。教學(xué)方法觀察、討論相結(jié)合。教具、學(xué)具多媒體、投影儀、光纖棒、激光手電、大可樂瓶子、水、光源、試管、塞子、細(xì)線、重物、不透明紙、膠帶。授課時數(shù)1課時教學(xué)過程回顧思考1.廣播電視和移動電話通過什么傳遞信息？2.無線電廣播信號的發(fā)射和接收的工作過程是怎樣的？3.電視信號的發(fā)射和接收的工作過程是怎樣的？導(dǎo)入新課師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了無線電廣播和電視的工作過程。那么電視和無線電廣播相比，在相同的時間內(nèi)哪個傳輸?shù)男畔⒍啵?討論得出)生甲：電視傳播的信息比無線電廣播多。生乙：電視除了能通過聲音得到信息，還可以看到它的周圍環(huán)境、色彩、天氣等信息。師：看來，當(dāng)前人們傳遞信息的方式越來越多，速度越來越快，容量越來越大。信息理論表明，無線電波作為傳遞信息的載體，頻率越高，相同時間內(nèi)傳遞的信息就越多。這一節(jié)，咱們就來學(xué)習(xí)一下幾種信息傳遞的方式。講授新課一、微波通信和衛(wèi)星通信師：請大家閱讀教材第158～159頁“微波通信”“衛(wèi)星通信”部分內(nèi)容，組內(nèi)交流后，回答以下問題(多媒體展示)：(1)微波的波長和頻率分別是多少？(2)結(jié)合前面學(xué)習(xí)的電磁波內(nèi)容，它與可見光是否很接近，這決定著它具有什么樣的性質(zhì)？(3)為了克服微波的這一缺點，應(yīng)采取什么措施？(4)我們能不能利用月球作為微波中繼站呢？(5)什么是衛(wèi)星通信？(6)要想實現(xiàn)全球通信，需要幾顆通信衛(wèi)星？(7)通信衛(wèi)星借助什么來進(jìn)行通信？(8)碟形天線的作用是什么？(9)生活中，我們知道的哪些信息是通過衛(wèi)星傳遞的？小組交流總結(jié)。1.微波微波的波長在10m～1mm之間，頻率在30MHz～3×2.微波通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：微波通信的頻率高,傳播信息容量大,且中繼站用計算機監(jiān)督控制。出現(xiàn)故障時能自動倒換,自動報警,節(jié)約了人力資源。缺點：微波傳送距離越遠(yuǎn),需要建立的中繼站就越多,勢必會帶來一定的麻煩。而且在遇到雪山、大洋，根本無法建立中繼站。3.月亮不能做中繼站，實現(xiàn)微波通信。原因：（1）月球離我們太遠(yuǎn)，信號衰減、時間延遲。（2）只有當(dāng)兩個通信點同時見到月亮?xí)r，才能完成這兩點間的通信，太不方便了。故不能用月球作為中繼站。解決方案：用同步通信衛(wèi)星做微波通信的中繼站。4.地球同步通信衛(wèi)星同步通信衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動的周期跟地球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以叫做“同步”衛(wèi)星。5.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng)組成。在地球的周圍均勻地配置三顆同步通信衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實現(xiàn)全球通信。衛(wèi)星通信除了能遠(yuǎn)距離傳遞信息外，還有通信容量大、抗干擾性好、質(zhì)量好、功效高等優(yōu)點。通信衛(wèi)星就像一個無人值班的空中微波中繼站，它從一個地面站接收發(fā)射來的信號，經(jīng)過放大變頻后，再發(fā)送回另一個或幾個地面站。通信衛(wèi)星板狀的兩翼是太陽能電池板，它把太陽能轉(zhuǎn)化成電能，供衛(wèi)星使用。地面上的碟形天線是用來接收來自衛(wèi)星的信號。三、光纖通信師：人類自從用了電磁波這一宇宙中傳播最快的物質(zhì)進(jìn)行通信以后，不斷地向前發(fā)展，現(xiàn)代信息社會中，我們需要交流越來越多的信息，這就需要把這一信息之路修得越來越寬。我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度等于光速。實際上光也是一種電磁波。與微波相比，光的頻率更高，如果用光來通信，這條“高速公路”要比短波、微波的“公路”寬出百萬倍、千萬倍。但如何實現(xiàn)這一目的呢？1960年美國科學(xué)家梅曼制成了世界上第一臺紅寶石激光器，它能產(chǎn)生頻率單一、方向高度集中的光，稱為激光。1966年，華裔物理學(xué)家高錕提出用光纖通信的構(gòu)想，這使得用光進(jìn)行通信的幻想得以實現(xiàn)。師：大家請看，這是光纖棒，大家玩過嗎？(打開開關(guān)，把散開的光纖部分對著同學(xué)們，如圖所示)大家結(jié)合前面學(xué)習(xí)過的光的傳播，發(fā)現(xiàn)了什么問題？生：光變彎曲了？為什么？師：現(xiàn)在大家請看演示實驗——光沿著水流傳播：把大塑料瓶用不透光的紙包上，在瓶的側(cè)壁開個小孔。將塑料瓶裝滿水，在水面上方放一個發(fā)光的小燈泡。當(dāng)水從小孔流出時，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。師：哪位同學(xué)和我合作一下?我說你做。請大家注意觀察實驗現(xiàn)象。(學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成“光沿水流傳播”的演示實驗裝置的裝配，并成功完成實驗。)師：觀察的實驗現(xiàn)象是什么？生：實驗中發(fā)現(xiàn)光沿著彎彎的水流照到地面，在地面產(chǎn)生一個光斑。師：這說明什么問題？生：表明光可以沿著彎曲的水流傳播。師：光的傳播路線可以是彎曲的，是因為光發(fā)生了全反射。(簡單講解全反射知識：我們已經(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，反射角也增大。當(dāng)光從水或玻璃中斜射向空氣時，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，就只發(fā)生反射而不再發(fā)生折射，這時就發(fā)生了全反射。)師：同樣的光也可以在管道中——光導(dǎo)纖維中傳播，如果光攜帶了信息，就是光纖通信。師：請大家閱讀教材第160頁“光纖通信”，思考討論后回答以下問題(多媒體展示問題)。(1)微波承載的信息量已經(jīng)很大，為什么還要開發(fā)新的傳輸方式呢？(2)普通光的頻率比微波還高，能夠攜帶更多的信息，那么能不能用普通光來傳輸信息呢？(3)激光有什么特點？(4)實際應(yīng)用于通信的激光是在特殊的管道——光導(dǎo)纖維里傳播的，那么光在光導(dǎo)纖維中是怎樣傳輸?shù)哪兀?5)光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)是怎樣的？(6)你能總結(jié)一下光纖通信的優(yōu)點嗎？學(xué)生思考討論后，師生共同總結(jié)（1）微波通信確實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)致信號傳遞不夠穩(wěn)定。如果傳播的距離很遠(yuǎn)，時間延遲，會導(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)一種新的信號傳輸方式。（2）普通的光源夾雜了許多不同波長的光，如果用它作為載波，就像收音機同時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。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。（3）激光的特點就是頻率單一、方向高度集中。（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。注意：（1）光纖通信利用的不是微波，而是激光。（2）激光在光導(dǎo)纖維中傳播發(fā)生的是全反射，不是折射．（5）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。（6）光纖通信不受外界條件干擾，使激光能傳播很遠(yuǎn)，并且能提高通信質(zhì)量。光纖通信容量大。師：激光還有其他的特點，其用途也很廣泛，請大家自己讀一下教材第162頁“科學(xué)世界”，了解一下激光的特點和用途。三、網(wǎng)絡(luò)通信師：同學(xué)們，誰有電子信箱？誰有QQ號碼？請說出它們各有什么用處，你的電子信箱是如何獲得的？學(xué)生結(jié)合自己知道的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容，積極參與回答。師：誰能上來演示一下如何申請電子信箱，如何發(fā)送電子郵件，又是如何接收郵件的？(學(xué)生積極踴躍展示，同時大屏幕投影)師：看來，大家對電子郵件都比較熟悉了?，F(xiàn)在，請大家閱讀教材內(nèi)容“網(wǎng)絡(luò)通信”，結(jié)合自己的實踐，思考交流以下問題(多媒體展示)：(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)點是什么？(4)世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò)叫什么？計算機之間的聯(lián)結(jié)，用到哪些通信手段？(5)網(wǎng)絡(luò)通信還有什么作用？師生總結(jié)（1）目前人們最常用的網(wǎng)絡(luò)通信形式是電子郵件(E-mail)。（2）電子信箱由三部分組成，一個是郵箱的歸屬人名稱，另一個是服務(wù)器名稱，中間用符號“@”連接，這是電子信箱的標(biāo)志性符號。比如，某電子信箱的地址是：xiaolin@，這表示信箱屬于一個自稱“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫“server.C”，其中“cn”表示在中國注冊。（3）有許多方式可以獲取電子信箱，可以用“126”的，“163”的，還有“sina”等。電子郵件跟電話一樣快捷，和信件一樣方便，還可以在任意一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上查看。除了傳遞文字以外，還可以傳遞照片、語言及任何信息變成的數(shù)字文件。（4）世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò)叫做因特網(wǎng)(Internet)。計算機可以高速處理各種信息，互聯(lián)網(wǎng)利用通信線路和電磁波，將分布于世界各地的計算機網(wǎng)絡(luò)連接起來，用來傳遞各種信息。計算機之間的聯(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。電子郵件的傳遞方式是（5）在因特網(wǎng)上可以收發(fā)電子郵件(E-mail)，還可以查閱資料，看新聞、購物、和朋友聊天、進(jìn)行遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。師：電子計算機的發(fā)明和應(yīng)用給人們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來了巨大的變化。計算機與通信的結(jié)合將成為21世紀(jì)信息社會的基礎(chǔ)。全球信息網(wǎng)的建立，使人們通過一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦，只要輕輕點擊鼠標(biāo)，就可以做到“秀才不出門，便知天下事”。課堂小結(jié)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1.（2021·江蘇蘇州）2020年6月23日，我國成功發(fā)射了最后一顆“北斗”全球組網(wǎng)衛(wèi)星，衛(wèi)星向地面?zhèn)鬟f信息是通過（）A.電磁波 B.超聲波 C.次聲波 D.紅外線答案：A2.下列說法不正確的是（）A.微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射，因此需要建立微波中繼站B.我們可以把月亮作為一個微波中繼站C.衛(wèi)星通信只需要3顆同步衛(wèi)星就可以實現(xiàn)全球通信D.光纖通信是靠激光在光纖中傳播進(jìn)行信息傳遞的答案：B3．關(guān)于電子郵件，下列說法正確的是（）A．發(fā)送電子郵件必須要輸入對方的信箱地址B．電子郵箱是某用戶計算機上的空間C．對方的計算機沒開機，郵件就沒法發(fā)送D．發(fā)送電子郵件必須要輸入自己的信箱地址答案：A4.關(guān)于光纖通信，下列說法中正確的是（）A.載有信息的激光在光纜的內(nèi)壁上不斷地發(fā)生光的折射，把信息從一端傳到了光纜的另一端B.用于通信的激光是在空中傳播的C.光在光導(dǎo)纖維中的傳播是直線傳播D.光纖通信要比短波、微波通信容量更大答案：D5.下列各種活動中，能通過互聯(lián)網(wǎng)做到的是（）A.傳送網(wǎng)購的運動鞋B.遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)物理課程C.輸送發(fā)電廠的電能D.傳輸紙質(zhì)信件答案：B板書設(shè)計第4節(jié)越來越寬的信息之路1.微波通信：(1)微波的定義：微波是指波