初中物理人教版九年级全册第4节 越来越宽的信息之路教学设计

这是一份初中物理人教版九年级全册第4节 越来越宽的信息之路教学设计，共7页。教案主要包含了知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观，越来越宽的信息之路等内容，欢迎下载使用。

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”的演示实验。为拓宽学生的知识面，可以播放光导纤维的生产视频，如果条件允许，还可以带光导纤维的实物到课堂，让学生一睹为快。再引导学生阅读STS的小字部分，让学生为我国的光纤通信事业的发展而自豪的同时，从中了解光缆在通信中的重要作用，使学生自觉爱护光缆。
“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，一定要边讲边示范，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。
教学重点与难点：了解现代通信知识。
课时安排：1课时
三维目标
一、知识与技能
常识性了解卫星通信、光纤通信、网络通信。
二、过程与方法
通过微波通讯、卫星通讯、光纤通信和网络通信的学习，了解通讯的发展过程。
三、情感态度与价值观
通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学科学的兴趣，同时学习用辩证的观点看问题。
课前准备
多媒体课件、实物投影一台、光纤棒、激光手电、大可乐瓶子、水、试管、光源、塞子、细线、重物、不透明纸、胶带、可上网的电脑一台。
教学设计
[导入新课]
方案1：
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？
学生活动：各学习小组在纸片上写完后，用实物投影投放，并请该组学生发言。其他小组如有不同，再展示自己小组的纸片，并发言。
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：作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内传递的信息就越多。下面我们来学习几种信息传递的方式。
方案2：
温故知新，导入新课
上节课，我们学习了广播、电视信号的发射与接收，那么请同学们思考，它们两者进行对比，哪种形式单位时间内传输的信息量更大呢？学生思考后回答。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，我们可以形象地说，信息之路越来越宽了。这节课我们来学习其他传输信息的方式。
[推进新课]
一、微波通信和卫星通信
教师活动：组织学生阅读课本“微波通信”部分，组内交流后，回答以下问题：
问题展示：①微波的波长和频率分别在哪个范围？它的容量是多少？
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。
③为克服微波的这一缺陷，需要怎么做？
④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？能不能利用地球的卫星——月球进行中继通信呢？为什么？
⑤生活中，我们接收的哪些节目是通过卫星来传输的？
⑥要想实现全球通信，需要几颗同步通信卫星？
⑦通信卫星是借助于什么能量进行工作的？
⑧地面上的蝶形天线是干什么用的？
学生活动：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？
总结：①微波是指波长在10 m～1 mm之间，频率在30 MHz～3×105 MHz之间。因为它的频率很高，所以信息容量很大，一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。
②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。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。
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。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。
④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。
⑤2008年5月12日的汶川大地震，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。
⑥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。
即学即练(课件展示问题)
(1)“嫦娥一号”月球探测卫星，成功地向地球回传了搭载的奥运志愿者歌曲《微笑北京》，《微笑北京》是通过______________传播到地球的。
(2)微波的性质更接近于( )
A．光波 B．电磁波 C．声波 D．电流
(3)可以作微波通信中继站的有( )
A．月球 B．人造卫星 C．电视台 D．广播电台
(4)2008年北京奥运会比赛实况全球转播，至少需要多少颗地球同步卫星( )
A．2颗 B．3颗 C．5颗 D．8颗
答案：(1)电磁波
(2)A
(3)B
(4)B
二、光纤通信
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
教师活动：①指导学生阅读课本，回答以下问题。
②学生回答问题后，及时作出点评。
③组织学生做好演示实验。
④对实验现象进行解释，并补充有关全反射的知识。
(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。如下图所示。)
⑤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。
⑥组织学生阅读STS部分，让学生为我国的光纤通信事业的发展而自豪的同时，从中了解光缆在通信中的重要作用，使学生自觉爱护光缆。
问题展示：①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？
②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。
③实际应用于通信的激光是在特殊的管道——光导纤维里传播的，那么光为什么可以在任意弯曲的管道里传输呢？
④实验时，需要观察的实验现象是什么？
⑤光导纤维的结构是怎样的？光是如何通过光导纤维把信息传递到远方的？
⑥请总结光纤通信的优点。
学生活动：①阅读课本“光纤通信”部分，思考并回答以上问题。
②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。
③阅读STS部分，了解我国光纤事业的发展史，了解光缆在通信中的重要作用，以后的生活和社会活动中，自觉爱护光缆。
总结：①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。
②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。
③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。
④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。
⑤光纤通信的优点：一是不受外界条件干扰，使激光通信能传播很远，并且能提高通信质量；二是容量大。
即学即练(课件展示问题)
(1)光纤是一种非常细的玻璃丝，它由______和______两部分组成，光从光纤的一端射入，在内壁上______，从另一端射出，这样就将它携带的信息传到了远方。
(2)下列应用激光的几种情况中，错误的是( )
A．利用激光进行通信 B．利用激光进行照明
C．利用激光加工坚硬的材料 D．利用激光进行长距离精确测量
(3)关于光纤通信，小明同学曾思考这样的问题：在漫长的线路上，光纤免不了要拐弯、缠绕，而光在同种均匀介质中是沿直线传播的，激光通信信号怎能从一端传到另一端呢？后来在“研究光纤怎样传输光信号”的活动中，终于明白了：激光信号在光纤中( )
A．就像水流沿弯曲水管流动那样 B．就像电流沿弯曲导线传播那样
C．不断地经光纤壁反射而向前传播 D．不断地在光纤中折射而向前传播
答案：(1)内芯 外套 多次反射
(2)B (3)C
三、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blg？请说出它们各自有什么用处，你的电子信箱是如何获得的？
学生针对自己知道的有关网络的事情，畅所欲言。
教师活动：①指导学生阅读课本有关“网络通信”的内容，并回答以下问题。
②针对学生的回答，作出适当点评。
③通过教室内能够上网的计算机，演示如何申请电子信箱，如何发送邮件，又是如何接收邮件的？
(教学说明：此环节也可以请十分熟悉电脑的学生代为演示，一方面增强演示者的自信心，另一方面演示者可能成为其他同学的偶像，促其更加热爱电脑。)
④组织学生进行总结。
问题展示：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？
学生活动：①阅读课本，并回答以上问题。
②组内学生互换意见，交流有关问题的答案。
总结：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：xialin@，这表示信箱属于一个自称“xialin”的人，他的服务器名叫“”。
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。
即学即练
(1)目前使用的最频繁的网络通信形式是( )
A．电话 B．发帖 C．电子邮件 D．下载
(2)世界上凡是计算机集中的地方，例如：企业、机关、学校等等，大都已经把自己的计算机连在一起了。这些网络又互相连接，成为世界上最大的计算机网络，叫做____________，这样就可以做到____________的共享。
(3)计算机可以高速处理大量信息，把计算机______，可以进行网络通信。某电子邮箱的地址是“wangsheng@”，这表示信箱属于一个叫______的人，他的服务器名叫______，其中“cn”是______的简写，表示这个服务器是在______注册的。
(4)将计算机联在一起形成网络，将网络又互相______，成为世界上最大的计算机网络，就是________，这样就能使信息资源______。利用网络通信除了收发电子邮件外，还可以看到________，查到所需的________。
答案：(1)C
(2)因特网 信息资源
(3)联在一起 wangsheng China 中国
(4)联结 因特网 共享 不断更新的新闻 各种资料
[课堂总结]
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。
[布置作业]
1．巩固复习本节内容，“动手动脑学物理”的第1题。
2．课下搜集有关网络的资料，择时举办一个题为“网络带给我们什么？”的辩论会。正方观点：网络带给我们好处。反方观点：网络带给我们坏处。
板书设计
四、越来越宽的信息之路
设计反思
本节课一开始就抓住了学生的思维动向，让其写出已知的通信方式，并寻找它们之间的变化趋势，继而讲授了四种形式的通信方式。卫星通信也可以归到微波通信上，它们之间是有联系的，卫星通信是微波通信的延伸，设计时，把这两种通信放到一起进行了学习。光纤通信，是优于微波通信的另一种通信形式，它出现得较晚，设计本课时提到了这种通信形式的产生原因，使学生对此有所了解，从而更容易接受多种通信形式的变化趋势。关于激光通信的原理，补充了全反射的有关知识，点到为止，能够使学生理解光之所以沿着弯弯曲曲的光导纤维传播，这与光的直线传播并不矛盾。关于网络通信，是采用开放的形式进行讲授的，因为现在的学生对于网络知道的很多，课堂上不妨给他们提供一个平台，给他们一个展示才能的机会，同时注意对学生上网的正确引导。
参考资料
一、什么是宽带
宽带目前还没有一个公认的定义，从一般的角度理解，它是能够满足人们感观所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽，因此它也是一个动态的、发展的概念。目前的宽带对家庭用户而言是指传输速率超过1 M，可以实现24小时连接的非拨号接入的网络基础设施及其服务。普通电话线路的非对称数字用户环路技术(ADSL)、基于光纤IP网的以太网技术、有线电视的Cable Mdem技术和基于卫星通信的Direct PC技术等都是宽带技术的典型。
宽带能带来什么呢？主要的就是高速上网。现在一些宽带接入小区的住户们已经发现，宽带不仅有普通网络的浏览、收发电子邮件等功能，而且可以满足语音、图像等大量信息传递的需求，实现VOD视频点播、网络电话、在家炒股、远程教育等功能。
二、激光的特点：高亮度、高方向性、高单色性和高相干性
激光的高亮度：固体激光器的亮度更高可达1 011 W/cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能加工几乎所有的材料。
激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件。
激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。
激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性，因此，在工业加工中得到了广泛的应用。
目前，激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔(包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等)、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
三、网络对青少年的不良影响
1．网络对青少年形成正确的人生观、价值观和世界观存有潜在威胁
网络是一张无边无际的“网”，内容庞杂、良莠不齐，青少年在互联网上频繁接触西方国家的宣传论调、文化思想等，这就使他们头脑中的中国传统文化、观念和我国的主流意识形态形成冲突，使青少年的人生观、价值观和世界观产生倾斜，甚至盲从西方，长此以往，对我国青少年的思想意识形态必将起到潜移默化的作用，对社会安定形成一种潜在威胁。
2．互联网使许多青少年沉溺于虚拟世界，脱离现实，使一些青少年荒废学业
与现实社会不同，青少年在网上面对的是一个虚拟的世界，它不仅满足了青少年占有各种信息的需要，也给人际交往留下了广阔的想象空间。以一个不断改变包装了的新形象去聊天、交友和参与网络游戏等，从而更易获得成功和受别人的关注，随意发表言论，又不受任何法规和法律的约束，并且不必承担现实生活中的压力和责任，虚拟世界的这些特点，使得不少青少年宁可整夜整日沉溺于虚幻的环境中而不愿面对现实生活。而无限制地泡在网上对他们的日常学习、生活产生很大的影响，轻者视力下降，精神萎靡不振，学习成绩下滑，重者荒废学业。
3．互联网中的不良信息和网络犯罪对青少年的身心健康和安全构成了危害
当前，网络对青少年的危害主要集中到两点，一是某些人实施诸如诈骗或性侵害之类的犯罪，二是黄色垃圾对青少年的毒害。据有关专家调查，互联网上非学术性信息中，有47%与色情有关，网络使色情内容更容易传播。据不完全统计，60%的青少年虽然是在无意中接触到网上黄色信息的，但自制力较弱，青少年往往出于好奇或冲动而进一步寻找类似信息，而深陷其中。
网络的迅速发展，给不法商人带来了可钻的空子。不少的色情、暴力、赌博等不良网站应运而生。其次，网络带来了人与人之间的许多纷争。因为对于网络，政府出台的政策不够完善，所以有许多关于知识产权的问题在源源不断地产生。
4．网络带给人们的不仅是思想上无形的伤害，对于许多网民的健康也造成不可忽视的伤害。在电视上我们就曾经多次看到这样的报道：某某青少年由于上网玩游戏时间过长，造成下身忽然瘫痪、不能动弹，严重的还有休克昏迷的例子。由于电脑对于人体的辐射，如果人长时间地坐在电脑前不活动，就极容易造成种种难以预期的身体上的伤害。最显著的就是对于视力的损害。
网络上的信息储量和翻新速度虽有极大的优势，但恰恰因为此处的优势，人们需要另外花费一些成本来进行挑选甄别，以便寻到自己所需要的东西，以至于额外地支付了许多时间和精力，不仅如此，人们常常流连于某些垃圾和无用的信息上却没有得到足够的益处。网络的最大用处在于沟通、搜索和娱乐，当你抱怨上网的时间过多的时候，应该警醒了，网络通常只是充当浅尝的境地，不可指望于此成就你的美好梦想，包括大量的阅读和持之以恒的学习。光阴从来匆迫，务请适时关机。
四、卫星通信的发展历程
卫星通信是利用位于高空36 000千米并与地球同步运转的通信卫星作为中继，使各地地面接收站间得以实现双向通信。地面接收站装有抛物天线，对准高空轨道的同步卫星，卫星上天线和转发器起作用，好像一条微波线路的中继站。
卫星通讯是20世纪60年代开始的，迄今已接连发射了几代国际通讯卫星。在地球高空轨道安放3个同步卫星，就可覆盖全球的地面，实现全球国际通信和电视节目传输。卫星通讯只需在两地各设地面站就能相互通信，因此在地面崎岖地区，线路建设比较容易。
由于卫星通讯各方面的技术已经十分普遍，费用逐渐下降，现在不但个别的国家有能力利用，甚至连个别的商业机构也在跃跃欲试了。将来，通讯卫星还可能提供另一种全新的服务，因为能够直接传送的不单是电话和电视；信件、报纸及其他形式的信息都能从世界上几乎任何地方传送到家中，或许就在电视屏幕上显示。
1958年12月，美国发射了“轨道中继通讯卫星”。卫星向地球广播预先录好的艾森豪威尔的圣诞贺词。“轨道中继通讯卫星”在轨道上运行一个多月后，进大气层烧毁。1960年4月，美国发射的“信使1B号”是第一颗装有强大放大器的通讯卫星。“信使1B号”重达250 kg，电源由19 152个太阳能电池组成，信号放大系统可以将信号放大后再发射出去。
美国在1962年7月10日发射了“通讯号卫星”，它的能源来自3 600个太阳能电池。“通讯卫星”可以容纳六十条电话线路或一个电视频道。最早实现同步通讯的是美国的试验性卫星“同步通讯卫星一号”。它可以达到22 300千米的高度，在这个高度上，卫星环绕地球的速度与地球自转一致。卫星与地面位置相对固定。
1965年4月6日，美国的“晨鸟”号通信卫星发射成功，后称“国际通信卫星”1号。它高0.6米，直径0.72米，质量39千克，可以容纳240条电话线路或一条彩色电视频道。
到目前为止，我国已发射多颗同步通信卫星，用来转播电视、无线电话和其他数据。现在，卫星通讯技术已经十分成熟，人们的日常生活越来越依赖卫星通讯了。