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1、 最新人教版物理九年第 21 章第 4 節(jié)《越來(lái)越寬的信息之路》教案 1 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．常識(shí)性了解衛(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)帶來(lái)的便利 , 提高學(xué)科學(xué)的興趣． 【基礎(chǔ)知識(shí)精講】 隨著社會(huì)的進(jìn)步 , 人類(lèi)傳遞的信息量越來(lái)越大 , 由無(wú)線廣播發(fā)展到電視 , 增加了圖像的信 息, 但如同人類(lèi)的進(jìn)步無(wú)法停止 , 信息的傳遞繼續(xù)發(fā)展． 信息傳輸?shù)亩嗌倥c什么有關(guān)呢？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驮蕉啵? 根據(jù)電磁波家族成員特

2、點(diǎn)： c＝ λ f 可知 , 波長(zhǎng)越短的電磁波 , 頻率越高．相對(duì)無(wú)線電波 , （長(zhǎng)波、中波、短波）微波的波長(zhǎng)更短、頻率更高 , 因此可以傳輸更多的信息．我們可以形 象地比喻為——信息之路越來(lái)越寬了． 1．微波通信 同無(wú)線電波相比 , 微波的波長(zhǎng)更短 , 在 1 mm至 10 m 之間 , 頻率更高 5 , 在 30 MHz 至 3 10 MHz之間 , 一條微波線路可以傳輸更多的信息 , 因此可在上面通行幾千、幾萬(wàn)路電話． 但微波傳輸過(guò)程需要在其中建中繼站 , 因?yàn)榈厍蚴乔蛐危⒉ㄐ再|(zhì)更接近光波 , 大致沿 直線傳播 , 不

3、能沿地球表面繞射．所以在每傳播一定距離后需將微波向地面引 , 如圖 9－ 7 所 示．根據(jù)實(shí)際情況必須每隔大約50 km 左右就要建設(shè)一個(gè)微波中繼站．而且傳播的越遠(yuǎn)中 繼站需要的越多． 圖 9－7 微波通信受到挑戰(zhàn)是因?yàn)楸仨毥ㄔO(shè)中繼站 , 并且在遇到雪山 , 大洋根本無(wú)法建設(shè) , 這樣就 受到限制．如何解決這一問(wèn)題呢？ 開(kāi)始有人想利用月球做中繼站 , 但由于月球離我們太遠(yuǎn) , 沒(méi)有足夠能量的微波無(wú)法到達(dá) 月球 , 更無(wú)從談到攜帶信息反射回地面．后來(lái)人們想在天空中人造一個(gè)衛(wèi)星

4、做中繼站 , 現(xiàn)在 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 , 這得益于人造衛(wèi)星的發(fā)展． 2．衛(wèi)星通信 1 / 4 航天事業(yè)的發(fā)展使人類(lèi)已飛出地球 , 在太空中建立太空站 , 可以發(fā)射人造衛(wèi)星為我們服 務(wù) , 用地球同步衛(wèi)星做微波中繼站 , 很好地解決了地面中繼站的弊端 , 實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙中繼 , 覆蓋整個(gè)地球（ 360）只需三顆通訊衛(wèi)星如圖 9－ 8．衛(wèi)星通訊標(biāo)志著信息已可全球化． 圖 9－8 3．光纖通信 依然根據(jù) c＝ λ f ．比微波頻率更高的電磁波是光波．能否運(yùn)用光波傳送信

5、息呢？如果 用光波傳送信息 , 這條“信息高速路”要比短波、微波寬出百萬(wàn)倍、千萬(wàn)倍．但發(fā)展光波通 訊遇到這樣一個(gè)問(wèn)題 , 普通的光源夾雜了許多不同波長(zhǎng)的光 , 難以攜帶信息或無(wú)法從光波中 分離出信息．要想解決問(wèn)題得制造一種單一且方向高度集中的光 , 作為載體才行． 1960 年 , 美國(guó)科學(xué)家梅曼制成了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器 , 激光是一種單一 , 方向高度集中的光 , 它 攜帶信息時(shí) , 可以從中將信息分離出來(lái)． 圖 9－9 激光用于通信 , 由于攜帶信息量可以更多 , 因此得到快速發(fā)展 , 各個(gè)國(guó)家都有光纜的通

6、信工程 , 光纜是光信息的路徑 , 是一種用玻璃做成的光導(dǎo)纖維 , 光在里面經(jīng)過(guò)數(shù)次反射 , 最終從光纜另一頭射出．如圖 9－ 9 所示．光導(dǎo)纖維內(nèi)心是空的 , 外面敷上保護(hù)層．由于光的頻率很高 , 所以可以同時(shí)傳遞聲音、圖像等信息． 4．網(wǎng)絡(luò)通信 信息的發(fā)送和接收都已經(jīng)知道 , 但信息量的增大使人們面臨著管理或挑選的問(wèn)題 , 計(jì)算 機(jī)可以處理大量的信息 , 而且速度快． 把計(jì)算機(jī)同信息網(wǎng)絡(luò)連在一起 , 就叫做網(wǎng)絡(luò)通信．網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)越性是很明顯的 , 由于 計(jì)算機(jī)介入信息的管理 , 人們又步入了一個(gè)嶄新的信息時(shí)代． 目前使用最頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信形式是電子郵件．

7、 如圖 9－10 所示 , 每人的計(jì)算機(jī)分別跟一個(gè)叫做服務(wù)器的大計(jì)算機(jī)相連 , 這就是平常說(shuō) 的上網(wǎng)．如同郵局與寄信人和收信人的關(guān)系．甲、乙計(jì)算機(jī)相當(dāng)于收（寄）信人 , 而服務(wù)器 2 / 4 相當(dāng)于郵局 , 當(dāng)甲發(fā)給乙一封電子郵件時(shí) , 他的服務(wù)器 A 把郵件送到 B 儲(chǔ)存起來(lái)．一旦乙上 網(wǎng) , 他就能從自己的服務(wù)器 B 得到這個(gè)郵件．每臺(tái)電腦都有自己的“信箱” , 即自己的“地址” , 這樣“郵遞員”才能將信件送到準(zhǔn)確的位置． 圖 9－10 網(wǎng)絡(luò)通訊

8、的“郵寄員”是集合現(xiàn)在通信載體的優(yōu)點(diǎn) , 他是導(dǎo)線、光纜、微波?的組合 體．有時(shí)還運(yùn)用通信衛(wèi)星等各種通信手段．隨著通信技術(shù)的發(fā)展 , 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)智能化程度越來(lái) 越高 , 人們的溝通可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到近乎“面對(duì)面”的程度 , 這得益于網(wǎng)絡(luò)通信可以在很短 時(shí)間內(nèi)傳遞大量的信息 , 而且信息傳送的速度甚至能夠滿(mǎn)足電視等活動(dòng)畫(huà)面的直接需要 , 我 們可以在網(wǎng)上輕松地看電視了． “ xiaolin ”“ cn”是 china 的簡(jiǎn)寫(xiě) , 表示這個(gè)服務(wù)器是在注冊(cè)的． 世界上凡是計(jì)算機(jī)集中的地方 , 例如企業(yè)、機(jī)關(guān)、某些居民小區(qū)等 , 大都已經(jīng)把自己的 計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起

9、了．這些網(wǎng)絡(luò)又互相聯(lián)結(jié) , 成為世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) , 叫做因特網(wǎng)．因 特網(wǎng)已經(jīng)成為 21 世紀(jì)信息社會(huì)的基礎(chǔ)．全球信息網(wǎng)的建立 , 使人們通過(guò)一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦 , 只 要輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo) , 就可以做到“秀才不出門(mén) , 便知天下事”．人們可以通過(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 , 可以上網(wǎng)和朋友聊天．另外可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程 教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等等．網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)角落． 【拓展訓(xùn)練】 微波 微波也叫超高頻無(wú)線電波 , 是無(wú)線電波中波長(zhǎng)最短的一個(gè)波段 , 其波長(zhǎng)范圍的上限約為幾米 , 下限通常定為 1 mm． 微波有許

10、多特性 , 它除了具有電磁波的基本屬性之外 , 還有波長(zhǎng)短、頻率高等特點(diǎn)．這 些都是一般無(wú)線電波無(wú)法比擬的 , 這些特性使它能滿(mǎn)足科研、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多方面的 特殊需要 , 并逐步為世人矚目． 首先我們已經(jīng)知道微波在廣播電視和通訊方面必不可少．其次微波能穿透電離層 , 而其 他無(wú)線電波都要被電離層反射回地面 , 所以只能用微波來(lái)進(jìn)行衛(wèi)星通訊和地面與衛(wèi)星、飛船 之間的聯(lián)系． 3 / 4 雷達(dá)是微波探測(cè)設(shè)備 , 一般雷達(dá)的工作頻率是 9 9 310 Hz 至 10 10 Hz, 由

11、于波長(zhǎng)短 , 有 利于精確地測(cè)量距離和時(shí)間；微波與光類(lèi)似 , 它是在空間沿直線傳播 , 遇到障礙物就像光的 反射 , 并且可以用反射鏡反射或透鏡來(lái)聚集微波的能量 , 雷達(dá)所用天線像探照燈一樣 , 把發(fā)射 功率基本上全部集中于窄束之內(nèi)輻射出去 , 還能收到目標(biāo)反射回來(lái)的反射波 , 從而確定目標(biāo) 的方向、距離 , 甚至大小和形狀． 雷達(dá)不僅可以偵察敵情 , 搜索飛機(jī)和艦船、坦克等 , 還能控制導(dǎo)彈與炮火 , 跟蹤衛(wèi)星、洲 際導(dǎo)彈和宇宙火箭．雨、云、雪、霧對(duì)微波都有不同程度的吸收與反射 , 因此用氣象雷

12、達(dá)可 以預(yù)報(bào)天氣情況．現(xiàn)代艦船和飛機(jī)上 , 都裝有無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備 , 架設(shè)在海港、機(jī)場(chǎng)上的特種 雷達(dá)可以指揮它們防止碰撞 , 并能在惡劣的天氣里安全行駛 , 更高級(jí)的雷達(dá)還能根據(jù)太陽(yáng)的 輻射識(shí)別方向并測(cè)定自己在海上的位置． 另外 , 微波還可用來(lái)加熱．由于微波波段靠近紅外波段 , 因此其熱效應(yīng)很顯著．它的優(yōu) 點(diǎn)是熱效率高、時(shí)間短．由于微生物在微波場(chǎng)中能得到選擇性加熱 , 因而微波能在環(huán)境溫度 低的情況下把食物、藥品中的害蟲(chóng)和細(xì)菌殺死． 4 / 4