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2019-2020年九年級(jí)物理全冊(cè) 第21章 第4節(jié) 越來越寬的信息之路教案 （新版）新人教版 【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．通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識(shí)，了解科技為人類帶來的便利，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，人類傳遞的信息量越來越大，由無線廣播發(fā)展到電視，增加了圖像的信息，但如同人類的進(jìn)步無法停止，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)電磁波家族成員特點(diǎn)：c＝λf可知，波長(zhǎng)越短的電磁波，頻率越高．相對(duì)無線電波，（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——信息之路越來越寬了． 1．微波通信 同無線電波相比，微波的波長(zhǎng)更短，在1 mm至10 m之間，頻率更高，在30 MHz至3105 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、幾萬路電話． 但微波傳輸過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，大洋根本無法建設(shè)，這樣就受到限制．如何解決這一問題呢？ 開始有人想利用月球做中繼站，但由于月球離我們太遠(yuǎn)，沒有足夠能量的微波無法到達(dá)月球，更無從談到攜帶信息反射回地面．后來人們想在天空中人造一個(gè)衛(wèi)星做中繼站，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 航天事業(yè)的發(fā)展使人類已飛出地球，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＝λf．比微波頻率更高的電磁波是光波．能否運(yùn)用光波傳送信息呢？如果用光波傳送信息，這條“信息高速路”要比短波、微波寬出百萬倍、千萬倍．但發(fā)展光波通訊遇到這樣一個(gè)問題，普通的光源夾雜了許多不同波長(zhǎng)的光，難以攜帶信息或無法從光波中分離出信息．要想解決問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． 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． 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．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)智能化程度越來越高，人們的溝通可以通過網(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足電視等活動(dòng)畫面的直接需要，我們可以在網(wǎng)上輕松地看電視了． 利用網(wǎng)絡(luò)通信收發(fā)電子郵件是最基本的功能．每個(gè)用戶都有自己的信箱，信箱都編有地址名．例如：xiaolin@server．．cn表示信箱屬于一個(gè)自稱“xiaolin”的人，他的服務(wù)器名叫sever．．cn．其中“cn”是china的簡(jiǎn)寫，表示這個(gè)服務(wù)器是在中國(guó)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，便知天下事”．人們可以通過網(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 微波也叫超高頻無線電波，是無線電波中波長(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)．這些都是一般無線電波無法比擬的，這些特性使它能滿足科研、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，而其他無線電波都要被電離層反射回地面，所以只能用微波來進(jìn)行衛(wèi)星通訊和地面與衛(wèi)星、飛船之間的聯(lián)系． 雷達(dá)是微波探測(cè)設(shè)備，一般雷達(dá)的工作頻率是3109 Hz至10109 Hz，由于波長(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、藥品中的害蟲和細(xì)菌殺死．