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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(huà).
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
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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
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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.
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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.
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