物理九年级下册3 改变世界的信息技术教案及反思

10.3 改变世界的信息技术

教学目标

1.了解卫星通信的大致过程.

2.知道光纤通信的原理和优点.

3.大致了解移动电话是怎样工作的.

教学重难点

重点:了解卫星通信、光纤通信和移动通信.

难点:了解卫星通信、光纤通信和移动通信的工作过程.

教学过程

【新课导入】

导入1:复习导入

上一节课我们已经学习了电磁波是信息的载体,可以通过“调制”和“解调”完成电磁波携带信息和传递信息的功能,今天我们继续学习携带信息的电磁波是怎样发射和接收的,也就是信息技术.

导入2:图片导入

引导学生观察教材图1032“地球村”,向学生讲述在太空有数以百计的通信卫星环绕着地球,在高山之巅,有数不清的通信发射塔;在高楼大厦的天台,有无数大大小小的无线通信接收装置;在地下和海底,有密如蛛网的通信线缆.形成了一个从空中、陆地到海底的立体通信网络.我们今天就来学习这些通信网络是怎样工作的.

【课堂探究】

1.卫星通信

阅读教材并观察图1033和1034,完成下列问题:

(1)什么叫通信?　利用电磁波、光波等信号传送文字、图像等　. 

(2)现代通信网络包括　卫星通信　、　光缆通信　和　移动通信　等方式. 

(3)简述通信卫星的工作过程.

　在卫星通信中,地面站向人造地球卫星发射电磁波;卫星作为中继站,将接收到的电磁波进行处理,并发送给另一个或几个地面站,或转发给另一颗卫星;接收方地面站接到卫星发来的电磁波,就获得了发送方地面站传来的信息,实现了信息传递　. 

(4)讨论交流:为什么要利用卫星作为中继站而不直接利用地面的发射塔?

　承载着电视信号的电磁波与可见光一样是沿直线传播的,如果利用电视塔来发射电磁波,由于电视塔不可能建得很高,从塔顶发射电磁波所覆盖的面积就很小,如果从离地球表面3.6×104 km高的同步卫星上发射电磁波,就可以覆盖很广阔的区域　. 

2.光缆通信

阅读教材并观察图1035和1036,完成下列各题:

(1)光导纤维有哪些特性?

　光在光纤中传播,光能损耗非常少;传输距离长;高抗干扰　. 

(2)光缆通信的原理是什么?

　携带信号的光从光纤的一端入射后,在光线的内壁上反复反射,直至从另一端出射,整个过程光能损耗非常少.这就是光缆通信的原理　. 

3.移动通信

阅读教材并观察图1037,完成下列各题:

(1)手机通信系统主要由　移动台　、　基站　和　移动交换中心　组成,它们形成了一个数字蜂窝系统. 

(2)什么是移动台、基站和移动交换中心?

　移动台就是手机或车载电话,它既能发射无线电波,也能接收无线电波;基站是一种固定的无线电台,可以将接收到的手机信号传递到移动通信网,也可以将信号从移动通信网传递到手机;移动交换中心是整个移动通信网络的核心,所有移动台发来的信息都要经由它分拣、处理、传递.同时,移动交换中心还担负着移动通信网络与固定电话网,甚至是互联网的连接,是一个业务庞大、头绪繁多的信息枢纽　. 

(3)手机是如何实现彼此间通信的呢?

手机发出的信息,首先通过电磁波的传播被基站接收,基站将接收到的手机信号传递到移动交换中心,移动交换中心处理后转到对方手机所处的基站,该基站通过电磁波的传播,拨通你所要通话的手机.

4.信息革命与人类文明

阅读教材完成填空:

(1)1835年,　美国画家莫尔斯　经过苦心研究,发明了第一台实用的有线电报机,使摒弃古老信息传递方式的曙光初现. 

(2)1862年,伟大的物理学家　麦克斯韦　通过理论预言了电磁波的存在.20年后,德国物理学家　赫兹　用实验证实了麦克斯韦的预言,并揭开了电磁波时代的序幕. 

(3)从“烽火报敌情”到无线网络平板电脑,　信息技术　推动了人类文明的进程. 

板书设计

第三节　改变世界的信息技术

一、卫星通信

　卫星是信息传递的中继站.

二、光缆通信

　光缆:光导纤维组成的缆.

优点:传输距离长,高抗干扰,光能损耗少.

三、移动通信

　移动台、基站、移动交换中心.

课堂检测

1.人们的生活已经离不开现代通信,现代通信可分为微波通信、　卫星通信　、　网络通信　和　光纤通信　. 

2.华裔物理学家高锟因为提出光纤通信的价值获得了诺贝尔奖.光纤通信传输信息的载体是　光波　. 

3.手机已成为人们沟通交流和生活娱乐的重要工具,一些自主品牌的手机越来越受到国内外用户的青睐.手机既是一个无线电发射台,又是一个无线电　接收　台,手机是利用电磁波传输　数字　(填“模拟”或“数字”)信号实现通讯的,通话时声音信息在空中是以　3×108　m/s的速度传递给对方的. 

4.信息传递及时地发展使人们冲破了时空的阻隔,下列关于信息传递的说法,错误的是(　D　)

A.光纤通信是利用光从光导纤维中的一段射入,在内壁多次反射后从另一端射出,从而把它携带的信息传到远方

B.同步通信卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同

C.电磁波的传播可以不需要介质

D.微波是一种电磁波,它不能用于传递信息,只能用于微波炉中加热食物

5.无需WiFi信号,点亮LED灯就能上网,复旦大学成功实现了这一国际前沿通信技术:在LED灯中安装一个微芯片,便可让其变成无线网络发射器.点亮LED灯,灯光下的电脑通过一套特制的接收装置接收光信号,即可上网.下列有关说法错误的是(　B　)

A.有LED灯光的地方就有网络信号

B.点亮LED灯上网不是利用电磁波传播信号

C.与用WiFi信号上网相比,光由于直线传播不能穿墙而过,故网络信息更加安全

D.与用WiFi信号上网相比,没有大功率的无线通讯设备,局部电磁辐射大大减弱

备课资源

模拟信号与数字信号

模拟信号和数字信号是信号传输常用的两种模式,如图(甲)所示.模拟信号指的是在时间上连续的,数值幅度大小也是连续不间断变化的信号(传统的音频信号、视频信号都是这种信号).数字信号指的是时间轴上是离散的数值,但幅度却是固定不变的信号,即用二进制1,0记录信号,反映到图像上是用高、低电压表示的脉冲信号,如图(乙)所示.

模拟信号传输过程中,先把信息信号转换成几乎“一模一样”的波动电信号(因此叫做“模拟”),再通过有线或无线的方式传输出去,电信号被接收下来后,通过接收设备还原成信息信号,如图(丙)所示.

近百年以来,无论是有线相连的电话,还是无线发送的广播电视,很长时间内都是用模拟信号来传递信息的.模拟信号同原来的信号在波形上几乎“一模一样”,似乎应该达到很好的传输效果.然而事实恰恰相反,过去我们打电话时常常遇到听不清、杂音大的现象;广播电台转播的交响乐与去现场听乐队演奏相比总有较大的欠缺;电视图像也时有雪花点闪烁.这是什么原因呢?

原来,信号在传输过程中要经过许多处理和转送,这些设备难免要产生一些噪声和干扰.此外,如果是有线传输,线路附近的电气设备也要产生电磁干扰,如果是无线传送,则更加“开放”,天空中的各种干扰根本无法抗拒;这些干扰很容易引起信号失真,也会带来一些噪声.这些失真和附加的噪声还会随着传送距离的增加而积累起来,严重影响通信质量.

20世纪70年代后,人们逐渐掌握了利用数字信号进行通信.数字信号进行通信与模拟信号通信有何不同呢?

从原始信号转换到数字信号一般要经过抽样、量化和编码这样三个过程,如图(丁)所示.抽样是指每隔一小段时间,取原始信号的一个值.间隔时间越短,单位时间内取的样值也越多,这样取出的一组值也就越接近原来的信号.抽样以后要进行量化.最后就是编码,把量化后的值分别编成仅由“0”和“1”两个数字组成的序列,由脉冲信号发生器生成相应的数字信号.这样就可以用数字信号进行传送了.

在上面的转换过程中,我们不是取原始信号的全部值,而是隔一段时间取一个样值,似乎损失了一些信息.但由于我们把时间间隔取得非常短,量化时指定的值又取得足够多而且很密集,信息损失其实很少.数字信号抗干扰能力特别强,它只有两种状态,即1和0,如果它受到了干扰,使得我们在某时收到了一个0.9,那么我们就有几乎绝对的把握认为原来的信号应该是1,于是予以恢复.

数字信号不但可以用于通信技术,而且还可以用于信息处理技术,目前时髦的高保真音响、高清晰度电视、VCD、DVD激光机都采用了数字信号处理技术.其实我们现在使用的电子计算机都是数字的,它们处理的信号就是数字信号.在通信上使用了数字信号,就可以很方便地将计算机与通信结合起来,将计算机处理信息的优势用于通信事业.数字信号便于存储,现在流行的CD和MP3唱盘,VCD和DVD视盘及电脑光盘都是用数字信号来存储信息的.此外,数字通信还可以兼容电话、电报、数据和图像等多类信息的传递,能在同一条线路上传送电话、有线电视、计算机等多种信息.数字信号还便于加密和纠错,具有较强的保密性和可靠性.