21.4越來越寬的信息之路（教學(xué)設(shè)計）九年級物理全一冊（人教版）

21.4越來越寬的信息之路（教學(xué)設(shè)計）年級九年級授課時間課題21.4越來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.通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識，了解科技為人類生活帶來的便利，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)識到人類已經(jīng)進入信息時代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，信息技術(shù)的發(fā)展給人類的生活方式帶來了翻天覆地的變化。通過學(xué)生學(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，使學(xué)生養(yǎng)成關(guān)心科學(xué)發(fā)展前沿的意識，樹立正確的科學(xué)觀，培養(yǎng)振興中華、用科學(xué)服務(wù)于人類的使命感和責(zé)任感。教學(xué)重點是以大量的圖片、視頻介紹本節(jié)所講的各種通信方式的優(yōu)點、缺點、改進方法，結(jié)合學(xué)生日常生活接觸到的信息，加深對信息之路越來越寬的理解。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)過程教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課【播放視頻并提問】為了給同學(xué)們講解《移動發(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，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。相同時間內(nèi)，電視廣播比電臺廣播能傳遞更多的信息。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，信息之路越來越寬，今天我們進一步了解一些不同的通信方式?！?1.4越來越寬的信息之路》。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，相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉唷Ｒ虼?，現(xiàn)代通信技術(shù)所采用的頻率越來越高，微波通信就是其中應(yīng)用較廣泛的一種。2.微波（1）波長和頻率范圍：微波波長在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，大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。3.微波通信（1）概念：利用微波進行的通信稱為微波通信。（2）微波中繼站：微波大致沿直線傳播，不能繞地球表面繞射。因此必須每隔50km左右就要建設(shè)一個中繼站，可以把上一站傳來的微波信號經(jīng)過接收、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大致沿直線傳播，受大氣干擾小，能量損耗小，收到的信號強且穩(wěn)定。（4）微波通信的缺點需要大量中繼站進行信號處理，且信號傳遞的距離越遠(yuǎn)，需要的中繼站越多。在遇到雪山、大洋，根本無法建設(shè)中繼站時，微波通信幾乎無法繼續(xù)?！纠}1】微波：頻率_____，波長_____，信息搭載量大，大致沿直線傳播，不能沿地表繞射，每隔50km左右就要建設(shè)一個_________站。_____越高的電磁波搭載信息能力越大，越沿直線傳播?！敬鸢浮扛?，短，微波中繼站，頻率?！窘馕觥课⒉l率高，波長短，不能沿地表繞射傳播，因此每隔50km就要建設(shè)一個中繼站轉(zhuǎn)播微波，否則就不能長距離通信。對于電磁波來講，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。說出微波的概念與性質(zhì)。閱讀課本第158頁，說出什么是微波通信，為什么要用中繼站。小組討論后，說出微波通信的優(yōu)點與缺點。做例題1，知道微波通信。學(xué)習(xí)新課【提問】在遇到雪山、大洋，根本無法建設(shè)中繼站時，又該怎么辦？能不能利用地球的衛(wèi)星——月球進行微波中繼通信呢？【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——38萬千米！信號衰減、時間延遲，而且只有當(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。解決方案：使用人造衛(wèi)星進行通信。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進行通信的方式叫衛(wèi)星通信。攝像機把圖像信號變成電信號，發(fā)射機把電信號加載到頻率很高的電流上，通過發(fā)射天線發(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)星的運行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同、運行軌道位于地球赤道平面上圓形軌道、運動周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相等，所以叫做“同步通信衛(wèi)星”。3.全球通信在地球周圍均勻地配置三顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋幾乎全部的地球表面，實現(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，并對信號進行放大變頻后轉(zhuǎn)發(fā)給其他地面站，從而完成兩個地面站之間的傳輸。5.衛(wèi)星通信特點通信范圍大，只要在衛(wèi)星發(fā)射的電磁波覆蓋的范圍內(nèi)均可進行通信；不易受陸地災(zāi)害影響，建設(shè)速度快；易于實現(xiàn)廣播和多址通信。6.中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。

【例題2】2019年9月23日，我國以“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)星說法中正確的是（A）A．衛(wèi)星1相對于衛(wèi)星2是靜止的B．衛(wèi)星2相對于衛(wèi)星3是運動的C．三顆衛(wèi)星相對于地球是運動的D．三顆衛(wèi)星相對于地球是靜止的，衛(wèi)星相互間是運動的【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之間的位置沒有變化，因此衛(wèi)星2是靜止的，故B錯誤；C．以地球為參照物，三顆衛(wèi)星與地球之間的位置沒有發(fā)生變化，因此三顆衛(wèi)星都是靜止的，同時三顆衛(wèi)星之間都沒有位置變化，所以衛(wèi)星相互間是靜止的，故C選項錯誤；D．由C選項可知，D選項錯誤。故選A。思考問題并回答。閱讀課本第159頁，回答什么是同步衛(wèi)星，衛(wèi)星通信。說出衛(wèi)星通信的特點與優(yōu)缺點。了解我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。做例題2，加深對衛(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。不過，普通的光源包含了許多不同波長（頻率）的光，難以用它攜帶信息。2.光導(dǎo)纖維（1）光導(dǎo)纖維簡稱光纖，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。一般所說的光纖是由纖芯和包層組成，纖芯完成信號的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號封閉在纖芯中傳輸并起到保護纖芯的作用。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演示實驗—《水流導(dǎo)光》（或播放視頻）【播放視頻】——《水流導(dǎo)光》【實驗結(jié)論】光不但能沿直線傳播，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，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，在一定時間內(nèi)可以傳輸大量信息。我國光纜通信的發(fā)展十分迅速，目前光纜可以通達所有地區(qū)（市、州），而且還與其他國家合作修建了跨越太平洋的海底光纜。光纖通信已經(jīng)成為我國長途通信的骨干力量。4.光纖通信的優(yōu)點（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；（2）光纖衰減小，無中繼設(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)展起來的。1960年，美國物理學(xué)家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，制成了世界上第一臺紅寶石激光器。1966年，華裔物理學(xué)家高錕提出用光纖通信的構(gòu)想，并得以實現(xiàn)，高錕被譽為“光纖之父”?！纠}3】歷經(jīng)四十年的發(fā)展，中國光纖光纜行業(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，體現(xiàn)了大國精神、大國擔(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，光纖維通信傳輸信息的載體是（B）A．微波 B．光波 C．無線電波 D．超聲波【解析】光纖通信傳輸?shù)男畔⒌妮d體是光波，因為光波可以攜帶大量的信息，故ACD不符合題意，B符合題意。故選B。閱讀課本第160頁，回答什么是激光，激光的特點。閱讀課本第160頁，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。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)通信計算機可以高速處理各種信息，把計算機聯(lián)在一起，可以進行網(wǎng)絡(luò)通信。計算機之間的聯(lián)結(jié)，除了使用金屬導(dǎo)線外，還用了光纜、通信衛(wèi)星等各種通信手段。如果某人的計算機跟一個叫做服務(wù)器的大計算機相聯(lián)，就是平常說的“上網(wǎng)”。世界上最大的計算器網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)。2.計算機服務(wù)器計算機服務(wù)器是指在計算機網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)的一種計算機系統(tǒng)，它提供應(yīng)用程序的服務(wù)，可以接受客戶端的請求并提供相應(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、語言及任何信息變成數(shù)字文件進行傳送。每個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：用戶名、符號“@”（發(fā)音同英語的“at”）和域名三部分。如xiaolin@server，這表示信箱屬于一個自稱“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫server。其中“cn”是China的簡寫，表示這個服務(wù)器是在中國注冊的。②電子郵件的傳送發(fā)送方通過計算機輸入信息并傳送到與計算機相聯(lián)系的服務(wù)器A→服務(wù)器A將信息傳送到與接收方計算機相連接的服務(wù)器B→服務(wù)器B將信息再傳送到接收方計算機中，即可顯示甲的信息。（2）網(wǎng)絡(luò)通信的一些應(yīng)用除了通過網(wǎng)絡(luò)收發(fā)電子郵件外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)查閱資料、看新聞、購物、進行視頻點播，另外還可以通過網(wǎng)絡(luò)進行遠(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算機通信網(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、語音、視頻等內(nèi)容。故選D。閱讀課本第161～162頁，回答什么是網(wǎng)絡(luò)通信。閱讀課本第161～162頁，回答什么是電子郵件，電子郵件的發(fā)送過程。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度。①激光測距：激光的這個特點使它可以用來進行精確的測距。對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)出一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖和收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出目標(biāo)的距離。激光測距雷達就是根據(jù)這個原理制成的。②讀出光盤上記錄的信息：由于平行度好，激光可以會聚到很小的一點上。讓這一點照射到光盤上，就可以讀出光盤上記錄的信息，經(jīng)過處理后還原成聲音和圖像。由于會聚點很小，光盤記錄信息的密度很高。（2）激光的亮度高激光還有一個特點是亮度高，也就是說它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。如果把強大的激光束會聚起來照射到物體上，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”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”脫落的視網(wǎng)膜。強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，討論下面問題。（1）激光有哪些不同于其他光的特點？文中所說激光的應(yīng)用分別利用它的哪個特點？（2）除了文中介紹的應(yīng)用外，你還聽說在什么地方用到了激光？閱讀課本第162頁《激光的應(yīng)用》，回答激光的特點與應(yīng)用。進行討論回答。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1．通過微波傳送的是（）A．超遠(yuǎn)程通信B．無線電廣播C．電報D．電視和宇航通信【答案】D。【詳解】超遠(yuǎn)程通信用的是短波；無線電廣播是多波段，短波、中波、長波都有；電報一般是短波和長波比較多；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)是中國自主建設(shè)、獨立運行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，始終秉持和踐行“中國的北斗，世界的北斗，一流的北斗”的發(fā)展理念，為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航在傳遞信息過程中主要依靠的是（）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)航在傳遞信息過程中依靠的是電磁波來傳遞信息。故選C。3．利用光導(dǎo)纖維在一定時間內(nèi)可以傳輸較大量的信息，這是因為光波的（）A．波長長 B．波速快C．頻率高 D．看得見【答案】C?！驹斀狻恳驗楣獠ǖ念l率高，所以光導(dǎo)纖維在一定時間內(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)可以進行遠(yuǎn)程教育、文件、郵寄商品等【答案】A。【詳解】A．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、語音或其他信息，B錯誤；C．上網(wǎng)不僅能收發(fā)電子郵件，還能網(wǎng)上聊天、購物、看電影、發(fā)信息等，C錯誤；D．利用互聯(lián)網(wǎng)可以進行遠(yuǎn)程教育、文件等，但是不能郵寄商品，故D