21.4越來(lái)越寬的信息之路（教學(xué)設(shè)計(jì)）九年級(jí)物理全一冊(cè)（人教版）

21.4越來(lái)越寬的信息之路（教學(xué)設(shè)計(jì)）年級(jí)九年級(jí)授課時(shí)間課題21.4越來(lái)越寬的信息之路教學(xué)目標(biāo)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(guò)學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識(shí)，了解科技為人類(lèi)生活帶來(lái)的便利，提高學(xué)科學(xué)的興趣。教材分析本節(jié)讓學(xué)生常識(shí)性了解微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。本節(jié)的意圖在于讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人類(lèi)生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，信息技術(shù)的發(fā)展給人類(lèi)的生活方式帶來(lái)了翻天覆地的變化。通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)，了解科技為人類(lèi)帶來(lái)的便利，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，使學(xué)生養(yǎng)成關(guān)心科學(xué)發(fā)展前沿的意識(shí)，樹(shù)立正確的科學(xué)觀，培養(yǎng)振興中華、用科學(xué)服務(wù)于人類(lèi)的使命感和責(zé)任感。教學(xué)重點(diǎn)是以大量的圖片、視頻介紹本節(jié)所講的各種通信方式的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、改進(jìn)方法，結(jié)合學(xué)生日常生活接觸到的信息，加深對(duì)信息之路越來(lái)越寬的理解。教學(xué)器材多媒體ppt，包含視頻《水流導(dǎo)光》、《光導(dǎo)纖維》、《互聯(lián)網(wǎng)工作原理》等。教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)導(dǎo)入新課【播放視頻并提問(wèn)】為了給同學(xué)們講解《移動(dòng)發(fā)展史》，一種方式是播放視頻，另一種方式是只播放音頻。想一想，在相同的時(shí)間內(nèi)，播放視頻和播放音頻傳遞的信息量一樣嗎？【歸納】信息理論表明：作為載體的電磁波，頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。相同時(shí)間內(nèi)，電視廣播比電臺(tái)廣播能傳遞更多的信息。因此，幾十年來(lái)，無(wú)線(xiàn)電通信、電視廣播等所用的頻率越來(lái)越高，信息之路越來(lái)越寬，今天我們進(jìn)一步了解一些不同的通信方式。《21.4越來(lái)越寬的信息之路》。學(xué)習(xí)新課一、微波通信1.傳輸信息與頻率的關(guān)系信息理論表明，作為載體的電磁波，頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。因此，現(xiàn)代通信技術(shù)所采用的頻率越來(lái)越高，微波通信就是其中應(yīng)用較廣泛的一種。2.微波（1）波長(zhǎng)和頻率范圍：微波波長(zhǎng)在10m~1mm之間，頻率在30MHz~3×105MHz之間。（2）性質(zhì)：微波的性質(zhì)接近光波，大致沿直線(xiàn)傳播，不能沿地球表面繞射。3.微波通信（1）概念：利用微波進(jìn)行的通信稱(chēng)為微波通信。（2）微波中繼站：微波大致沿直線(xiàn)傳播，不能繞地球表面繞射。因此必須每隔50km左右就要建設(shè)一個(gè)中繼站，可以把上一站傳來(lái)的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)接收、放大處理后，再發(fā)射到下一站去。這就像接力賽跑一樣，一棒傳一棒，可以把信息傳遞到遠(yuǎn)方。（3）微波通信的優(yōu)點(diǎn)①頻率高，傳輸信息的容量大；②質(zhì)量好，可以傳送很遠(yuǎn)的距離；③大致沿直線(xiàn)傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定。（4）微波通信的缺點(diǎn)需要大量中繼站進(jìn)行信號(hào)處理，且信號(hào)傳遞的距離越遠(yuǎn)，需要的中繼站越多。在遇到雪山、大洋，根本無(wú)法建設(shè)中繼站時(shí)，微波通信幾乎無(wú)法繼續(xù)。【例題1】微波：頻率_____，波長(zhǎng)_____，信息搭載量大，大致沿直線(xiàn)傳播，不能沿地表繞射，每隔50km左右就要建設(shè)一個(gè)_________站。_____越高的電磁波搭載信息能力越大，越沿直線(xiàn)傳播?！敬鸢浮扛?，短，微波中繼站，頻率?！窘馕觥课⒉l率高，波長(zhǎng)短，不能沿地表繞射傳播，因此每隔50km就要建設(shè)一個(gè)中繼站轉(zhuǎn)播微波，否則就不能長(zhǎng)距離通信。對(duì)于電磁波來(lái)講，頻率越高，搭載信息能力就越大，傳播方向性越好。根據(jù)上述的學(xué)習(xí)，知道傳輸信息與頻率的關(guān)系。說(shuō)出微波的概念與性質(zhì)。閱讀課本第158頁(yè)，說(shuō)出什么是微波通信，為什么要用中繼站。小組討論后，說(shuō)出微波通信的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。做例題1，知道微波通信。學(xué)習(xí)新課【提問(wèn)】在遇到雪山、大洋，根本無(wú)法建設(shè)中繼站時(shí)，又該怎么辦？能不能利用地球的衛(wèi)星——月球進(jìn)行微波中繼通信呢？【分析】月球是地球的衛(wèi)星，可以反射微波，但它離我們太遠(yuǎn)了——38萬(wàn)千米！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)見(jiàn)到月亮?xí)r，才能完成這兩點(diǎn)間的通信。解決方案：使用人造衛(wèi)星進(jìn)行通信。1.衛(wèi)星通信的概念利用通信衛(wèi)星做微波通信的中繼站來(lái)進(jìn)行通信的方式叫衛(wèi)星通信。攝像機(jī)把圖像信號(hào)變成電信號(hào)，發(fā)射機(jī)把電信號(hào)加載到頻率很高的電流上，通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射到空中。2.同步通信地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，是運(yùn)行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，距離地球約36000km，衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同、運(yùn)行軌道位于地球赤道平面上圓形軌道、運(yùn)動(dòng)周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相等，所以叫做“同步通信衛(wèi)星”。3.全球通信在地球周?chē)鶆虻嘏渲萌w通信衛(wèi)星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實(shí)現(xiàn)全球通信。4.衛(wèi)星通信的組成由通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng)三部分組成。衛(wèi)星通信的工作原理是將衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空36000km處的對(duì)地靜止軌道上，利用衛(wèi)星上的通信轉(zhuǎn)發(fā)器接收由地面站發(fā)射的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大變頻后轉(zhuǎn)發(fā)給其他地面站，從而完成兩個(gè)地面站之間的傳輸。5.衛(wèi)星通信特點(diǎn)通信范圍大，只要在衛(wèi)星發(fā)射的電磁波覆蓋的范圍內(nèi)均可進(jìn)行通信；不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快；易于實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信。6.中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。

【例題2】2019年9月23日，我國(guó)以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第47、48顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由地球非同步衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星兩部分組成。如圖是三顆地球同步衛(wèi)星軌跡示意圖。下列地球同步衛(wèi)星說(shuō)法中正確的是（A）A．衛(wèi)星1相對(duì)于衛(wèi)星2是靜止的B．衛(wèi)星2相對(duì)于衛(wèi)星3是運(yùn)動(dòng)的C．三顆衛(wèi)星相對(duì)于地球是運(yùn)動(dòng)的D．三顆衛(wèi)星相對(duì)于地球是靜止的，衛(wèi)星相互間是運(yùn)動(dòng)的【解析】A．以衛(wèi)星2為參照物，衛(wèi)星1與衛(wèi)星2之間的位置沒(méi)有變化，因此衛(wèi)星1是靜止的，故A正確；B．以衛(wèi)星3為參照物，衛(wèi)星2與衛(wèi)星3之間的位置沒(méi)有變化，因此衛(wèi)星2是靜止的，故B錯(cuò)誤；C．以地球?yàn)閰⒄瘴?，三顆衛(wèi)星與地球之間的位置沒(méi)有發(fā)生變化，因此三顆衛(wèi)星都是靜止的，同時(shí)三顆衛(wèi)星之間都沒(méi)有位置變化，所以衛(wèi)星相互間是靜止的，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D．由C選項(xiàng)可知，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。故選A。思考問(wèn)題并回答。閱讀課本第159頁(yè)，回答什么是同步衛(wèi)星，衛(wèi)星通信。說(shuō)出衛(wèi)星通信的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)。了解我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。做例題2，加深對(duì)衛(wèi)星通信的理解。學(xué)習(xí)新課1.激光（1）激光的概念：頻率單一、方向高度集中的光叫激光。（2）激光通信容量更大我們已經(jīng)知道，電磁波的傳播速度等于光速，實(shí)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(lái)通信，這條“高速公路”要比短波、微波的“公路”寬出百萬(wàn)倍、千萬(wàn)倍。不過(guò)，普通的光源包含了許多不同波長(zhǎng)（頻率）的光，難以用它攜帶信息。2.光導(dǎo)纖維（1）光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，是一種非常細(xì)的玻璃絲，激光可在光纖里傳播，不受外界干擾。實(shí)用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125~140μm。一般所說(shuō)的光纖是由纖芯和包層組成，纖芯完成信號(hào)的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號(hào)封閉在纖芯中傳輸并起到保護(hù)纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構(gòu)成光纜。（2）光導(dǎo)纖維傳光原理①演示實(shí)驗(yàn)—《水流導(dǎo)光》（或播放視頻）【播放視頻】——《水流導(dǎo)光》【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】光不但能沿直線(xiàn)傳播，也可以沿著彎曲的水流傳播。②光導(dǎo)纖維傳光原理光導(dǎo)纖維傳播激光的原理是光的全反射。攜帶信息的激光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在光纖內(nèi)部傳播時(shí)，發(fā)生的是全反射，在內(nèi)壁上多次反射，從另一端射出，這樣就把它攜帶的信息傳到了遠(yuǎn)方?！静シ乓曨l】——《光導(dǎo)纖維》3.光纖通信光纖通信是利用激光在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的一種通信方式。由于光的頻率很高，在一定時(shí)間內(nèi)可以傳輸大量信息。我國(guó)光纜通信的發(fā)展十分迅速，目前光纜可以通達(dá)所有地區(qū)（市、州），而且還與其他國(guó)家合作修建了跨越太平洋的海底光纜。光纖通信已經(jīng)成為我國(guó)長(zhǎng)途通信的骨干力量。4.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；（2）光纖衰減小，無(wú)中繼設(shè)備，傳輸距離遠(yuǎn)；（3）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，保密性好。5.光纖通訊技術(shù)的發(fā)展光纖通訊技術(shù)是近幾十年才發(fā)展起來(lái)的。1960年，美國(guó)物理學(xué)家西奧多·梅曼在佛羅里達(dá)州邁阿密的研究實(shí)驗(yàn)室里，制成了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。1966年，華裔物理學(xué)家高錕提出用光纖通信的構(gòu)想，并得以實(shí)現(xiàn)，高錕被譽(yù)為“光纖之父”?！纠}3】歷經(jīng)四十年的發(fā)展，中國(guó)光纖光纜行業(yè)已經(jīng)占據(jù)世界半壁江山，為現(xiàn)代通訊做出了突出貢獻(xiàn)，體現(xiàn)了大國(guó)精神、大國(guó)擔(dān)當(dāng)?，F(xiàn)代信息高速公路，是衛(wèi)星通信和光纖維通信等高速、大容量信息傳輸通道的俗稱(chēng)，光纖維通信傳輸信息的載體是（B）A．微波 B．光波 C．無(wú)線(xiàn)電波 D．超聲波【解析】光纖通信傳輸?shù)男畔⒌妮d體是光波，因?yàn)楣獠梢詳y帶大量的信息，故ACD不符合題意，B符合題意。故選B。閱讀課本第160頁(yè)，回答什么是激光，激光的特點(diǎn)。閱讀課本第160頁(yè)，討論回答什么是光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維傳光的原理。觀看視頻并回答光導(dǎo)纖維傳光原理。了解光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)。了解光纖通訊技術(shù)的發(fā)展史。做例題3，了解光纖通信。學(xué)習(xí)新課1.網(wǎng)絡(luò)通信計(jì)算機(jī)可以高速處理各種信息，把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)結(jié)，除了使用金屬導(dǎo)線(xiàn)外，還用了光纜、通信衛(wèi)星等各種通信手段。如果某人的計(jì)算機(jī)跟一個(gè)叫做服務(wù)器的大計(jì)算機(jī)相聯(lián)，就是平常說(shuō)的“上網(wǎng)”。世界上最大的計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)。2.計(jì)算機(jī)服務(wù)器計(jì)算機(jī)服務(wù)器是指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它提供應(yīng)用程序的服務(wù)，可以接受客戶(hù)端的請(qǐng)求并提供相應(yīng)的服務(wù)功能。服務(wù)器通常配備高效的硬件和軟件資源，用于處理大量的請(qǐng)求和數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)上起到“服務(wù)商”的角色。3.網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用（1）電子郵件①電子郵件是人們經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)通信形式，它不僅可以傳送文字，也可以把照片、語(yǔ)言及任何信息變成數(shù)字文件進(jìn)行傳送。每個(gè)電子信箱都有自己的“地址”，這樣才能把郵件送到正確的地方。電子信箱地址的格式為：用戶(hù)名、符號(hào)“@”（發(fā)音同英語(yǔ)的“at”）和域名三部分。如xiaolin@server，這表示信箱屬于一個(gè)自稱(chēng)“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫server。其中“cn”是China的簡(jiǎn)寫(xiě)，表示這個(gè)服務(wù)器是在中國(guó)注冊(cè)的。②電子郵件的傳送發(fā)送方通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入信息并傳送到與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系的服務(wù)器A→服務(wù)器A將信息傳送到與接收方計(jì)算機(jī)相連接的服務(wù)器B→服務(wù)器B將信息再傳送到接收方計(jì)算機(jī)中，即可顯示甲的信息。（2）網(wǎng)絡(luò)通信的一些應(yīng)用除了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)電子郵件外，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)查閱資料、看新聞、購(gòu)物、進(jìn)行視頻點(diǎn)播，另外還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等?！静シ乓曨l】——《互聯(lián)網(wǎng)工作原理》【例題4】電子郵件可以傳輸：①文字資料；②聲音信息；③圖片圖像；④視頻資料中的（D）A．①②④B．②③④C．①③④ D．①②③④【解析】電子郵件是指發(fā)送者和指定的接收者利用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息的一種非交互式的通信方式，是最基本的網(wǎng)絡(luò)通信功能。這些信息包括文本、數(shù)據(jù)、聲音圖像、語(yǔ)音、視頻等內(nèi)容。故選D。閱讀課本第161～162頁(yè)，回答什么是網(wǎng)絡(luò)通信。閱讀課本第161～162頁(yè)，回答什么是電子郵件，電子郵件的發(fā)送過(guò)程。觀看視頻，了解互聯(lián)網(wǎng)通信原理。做例題4，了解電子郵箱的用途。學(xué)習(xí)新課1.激光的特點(diǎn)與應(yīng)用（1）激光束的平行度特別好，在傳播很遠(yuǎn)的距離后仍能保持一定的強(qiáng)度。①激光測(cè)距：激光的這個(gè)特點(diǎn)使它可以用來(lái)進(jìn)行精確的測(cè)距。對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)出一個(gè)極短的激光脈沖，測(cè)量發(fā)射脈沖和收到反射脈沖的時(shí)間間隔，就可以求出目標(biāo)的距離。激光測(cè)距雷達(dá)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。②讀出光盤(pán)上記錄的信息：由于平行度好，激光可以會(huì)聚到很小的一點(diǎn)上。讓這一點(diǎn)照射到光盤(pán)上，就可以讀出光盤(pán)上記錄的信息，經(jīng)過(guò)處理后還原成聲音和圖像。由于會(huì)聚點(diǎn)很小，光盤(pán)記錄信息的密度很高。（2）激光的亮度高激光還有一個(gè)特點(diǎn)是亮度高，也就是說(shuō)它可以在很小的空間和很短的時(shí)間內(nèi)集中很大的能量。如果把強(qiáng)大的激光束會(huì)聚起來(lái)照射到物體上，可以使物體的被照部分迅速上升到極高的溫度，最難熔化的物質(zhì)在這一瞬間也要汽化了。因此，我們可以利用激光束來(lái)切割各種物質(zhì)、焊接金屬以及在硬質(zhì)材料上打孔。醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”來(lái)切開(kāi)皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”脫落的視網(wǎng)膜。強(qiáng)激光可以在瞬間破壞敵人的飛行器，在軍事上有廣泛的應(yīng)用。2.想想議議閱讀了以上這段“科學(xué)世界”和前面的“光纖通信”后，討論下面問(wèn)題。（1）激光有哪些不同于其他光的特點(diǎn)？文中所說(shuō)激光的應(yīng)用分別利用它的哪個(gè)特點(diǎn)？（2）除了文中介紹的應(yīng)用外，你還聽(tīng)說(shuō)在什么地方用到了激光？閱讀課本第162頁(yè)《激光的應(yīng)用》，回答激光的特點(diǎn)與應(yīng)用。進(jìn)行討論回答。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1．通過(guò)微波傳送的是（）A．超遠(yuǎn)程通信B．無(wú)線(xiàn)電廣播C．電報(bào)D．電視和宇航通信【答案】D?！驹斀狻砍h(yuǎn)程通信用的是短波；無(wú)線(xiàn)電廣播是多波段，短波、中波、長(zhǎng)波都有；電報(bào)一般是短波和長(zhǎng)波比較多；電視和宇航通信是微波。故選D。2．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，始終秉持和踐行“中國(guó)的北斗，世界的北斗，一流的北斗”的發(fā)展理念，為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航在傳遞信息過(guò)程中主要依靠的是（）A．超聲波 B．次聲波 C．電磁波D．光導(dǎo)纖維【答案】C。

【詳解】衛(wèi)星導(dǎo)航在傳遞信息過(guò)程中依靠的是電磁波來(lái)傳遞信息。故選C。3．利用光導(dǎo)纖維在一定時(shí)間內(nèi)可以傳輸較大量的信息，這是因?yàn)楣獠ǖ模ǎ〢．波長(zhǎng)長(zhǎng) B．波速快C．頻率高 D．看得見(jiàn)【答案】C?！驹斀狻恳?yàn)楣獠ǖ念l率高，所以光導(dǎo)纖維在一定時(shí)間內(nèi)可以傳輸較大量的信息，故ABD不符合題意，C符合題意。故選C。4．關(guān)于網(wǎng)絡(luò)通信，下列說(shuō)法正確的是（）A．目前使用比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信形式是電子郵件B．電子郵件在目前只能傳遞文字，不能傳遞照片、語(yǔ)音或其他信息C．從網(wǎng)上只能收發(fā)電子郵件，查不到其他資料，因此上網(wǎng)是有局限性的D．利用互聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程教育、文件、郵寄商品等【答案】A?！驹斀狻緼．電子郵件是目前使用最頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信形式之一，A正確；B．電子郵件不僅能傳遞文字，還能傳遞照片、語(yǔ)音或其他信息，B錯(cuò)誤；C．上網(wǎng)不僅能收發(fā)電子郵件，還能網(wǎng)上聊天、購(gòu)物、看電影、發(fā)信息等，C錯(cuò)誤；D．利用互聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程教育、文件等，但是不能郵寄商品，故D