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2019-2020年九年級物理全冊 第21章 第4節(jié) 越來越寬的信息之路教案 （新版）新人教版 【學習目標】 1．常識性了解衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡通信． 2．通過學習現(xiàn)代通信知識，了解科技為人類帶來的便利，提高學科學的興趣． 【基礎知識精講】 隨著社會的進步，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什么有關呢？信息理論表明，作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸?shù)男畔⒕驮蕉啵? 根據(jù)電磁波家族成員特點：c＝λf可知，波長越短的電磁波，頻率越高．相對無線電波，（長波、中波、短波）微波的波長更短、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，因為地球是球形．微波性質更接近光波，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)實際情況必須每隔大約50 km左右就要建設一個微波中繼站．而且傳播的越遠中繼站需要的越多． 圖9－7 微波通信受到挑戰(zhàn)是因為必須建設中繼站，并且在遇到雪山，大洋根本無法建設，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，沒有足夠能量的微波無法到達月球，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衛(wèi)星做中繼站，現(xiàn)在已經實現(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，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，實現(xiàn)無障礙中繼，覆蓋整個地球（360）只需三顆通訊衛(wèi)星如圖9－8．衛(wèi)星通訊標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問題，普通的光源夾雜了許多不同波長的光，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，美國科學家梅曼制成了世界上第一臺紅寶石激光器，激光是一種單一，方向高度集中的光，它攜帶信息時，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，各個國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纖維，光在里面經過數(shù)次反射，最終從光纜另一頭射出．如圖9－9所示．光導纖維內心是空的，外面敷上保護層．由于光的頻率很高，所以可以同時傳遞聲音、圖像等信息． 4．網(wǎng)絡通信 信息的發(fā)送和接收都已經知道，但信息量的增大使人們面臨著管理或挑選的問題，計算機可以處理大量的信息，而且速度快． 把計算機同信息網(wǎng)絡連在一起，就叫做網(wǎng)絡通信．網(wǎng)絡通信的優(yōu)越性是很明顯的，由于計算機介入信息的管理，人們又步入了一個嶄新的信息時代． 目前使用最頻繁的網(wǎng)絡通信形式是電子郵件． 如圖9－10所示，每人的計算機分別跟一個叫做服務器的大計算機相連，這就是平常說的上網(wǎng)．如同郵局與寄信人和收信人的關系．甲、乙計算機相當于收（寄）信人，而服務器相當于郵局，當甲發(fā)給乙一封電子郵件時，他的服務器A把郵件送到B儲存起來．一旦乙上網(wǎng)，他就能從自己的服務器B得到這個郵件．每臺電腦都有自己的“信箱”，即自己的“地址”，這樣“郵遞員”才能將信件送到準確的位置． 圖9－10 網(wǎng)絡通訊的“郵寄員”是集合現(xiàn)在通信載體的優(yōu)點，他是導線、光纜、微波…的組合體．有時還運用通信衛(wèi)星等各種通信手段．隨著通信技術的發(fā)展，網(wǎng)絡技術智能化程度越來越高，人們的溝通可以通過網(wǎng)絡達到近乎“面對面”的程度，這得益于網(wǎng)絡通信可以在很短時間內傳遞大量的信息，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)絡通信收發(fā)電子郵件是最基本的功能．每個用戶都有自己的信箱，信箱都編有地址名．例如：xiaolin@server．．cn表示信箱屬于一個自稱“xiaolin”的人，他的服務器名叫sever．．cn．其中“cn”是china的簡寫，表示這個服務器是在中國注冊的． 世界上凡是計算機集中的地方，例如企業(yè)、機關、某些居民小區(qū)等，大都已經把自己的計算機聯(lián)在一起了．這些網(wǎng)絡又互相聯(lián)結，成為世界上最大的計算機網(wǎng)絡，叫做因特網(wǎng)．因特網(wǎng)已經成為21世紀信息社會的基礎．全球信息網(wǎng)的建立，使人們通過一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦，只要輕輕點擊鼠標，就可以做到“秀才不出門，便知天下事”．人們可以通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)查閱資料、看新聞、購物、進行視頻點播，可以上網(wǎng)和朋友聊天．另外可以通過網(wǎng)絡進行遠程教育、遠程醫(yī)療等等．網(wǎng)絡已經滲透到人們生活的各個角落． 【拓展訓練】 微波 微波也叫超高頻無線電波，是無線電波中波長最短的一個波段，其波長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，還有波長短、頻率高等特點．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、國防、工農業(yè)生產中多方面的特殊需要，并逐步為世人矚目． 首先我們已經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行衛(wèi)星通訊和地面與衛(wèi)星、飛船之間的聯(lián)系． 雷達是微波探測設備，一般雷達的工作頻率是3109 Hz至10109 Hz，由于波長短，有利于精確地測量距離和時間；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輻射出去，還能收到目標反射回來的反射波，從而確定目標的方向、距離，甚至大小和形狀． 雷達不僅可以偵察敵情，搜索飛機和艦船、坦克等，還能控制導彈與炮火，跟蹤衛(wèi)星、洲際導彈和宇宙火箭．雨、云、雪、霧對微波都有不同程度的吸收與反射，因此用氣象雷達可以預報天氣情況．現(xiàn)代艦船和飛機上，都裝有無線電導航設備，架設在海港、機場上的特種雷達可以指揮它們防止碰撞，并能在惡劣的天氣里安全行駛，更高級的雷達還能根據(jù)太陽的輻射識別方向并測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，因此其熱效應很顯著．它的優(yōu)點是熱效率高、時間短．由于微生物在微波場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、藥品中的害蟲和細菌殺死．