第二十一章 信息的传递
1．了解电话是怎样把信息传递到远方的；了解模拟通信和数字通信的根本区别．
2．了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响．
3．知道电磁波在真空中的传播速度，会用波速公式进行简单的计算．
4．了解无线电广播和电视的工作过程，知道手机和卫星通信都是电磁波技术的应用．
5．常识性了解现代通信技术．
这一章通过介绍通信技术的基本常识，开拓学生的视野，激发学生学习物理的兴趣，本章属于介绍性的科普常识，知识比较浅显，要求不高，学生通过学习，可以了解一些通信技术的初步知识，这对他们将来学习更深的物理知识和其他自然科学知识是必要的，同时也是现代生活中必备的科学常识．
经过将近两年的物理学习，学生已经积累了一些必要的物理知识，尽管不够深入，但是在理解一些简单的物理应用上应该没有问题，本章主要的教学在于向学生介绍一些应用或是前沿的物理知识，扩大学生的知识面，这一章的物理现象又与现实生活密切相关，学生不会陌生，必然会有一定的兴趣，这些都是本章内容的优势所在．
教学时应当多列举具体实例，在可能的情况下尽量让学生有体验的机会．例如，进行一些学生可以参与的实验，或是使用多媒体来展示通信技术的基本概念，让学生在互动的教学中学到丰富的知识。在学习过程中，教师应当以讲解为主，探讨为辅，重在提出问题并且适当引导学生积极地思考与分析．
第1节 现代顺风耳——电话
知识与技能
1．了解电话是怎样把信息传递到远方的．
2．了解电话交换机的用处．
3．了解模拟通信和数字通信的根本区别．
过程与方法
1．通过多媒体、老师的演示、实物剖析，了解电话是如何传递信息的．
2．通过学生讨论，说明电话交换机的作用．
3．通过学生活动，展示什么是数字通信．
情感、态度与价值观
1．通过讲述贝尔发明电话的过程，培养学生不怕困难、积极探索的精神，了解技术改革对人类社会发展的作用．
2．通过学生讨论和学生活动，培养学生的学习主动性及合作的意识．
重点
1．电话是怎样把信息传递到远方的．
2．电话交换机的用处.
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教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
如果我们想了解远处的同学或朋友的近况，你可以怎样做？
由此导出新课：电话．
学生自由回答．
从生活中入手，可以激发学生的求知欲.
新课教学
一、电话
介绍贝尔发明电话的过程．让学生列举生活中常见的电话．
举例，归纳出不同的电话，上台表演．
培养学生的归纳能力.
教师活动
学生活动
设计意图
取两部手提电话让两名学生相互通话．
剖析电话，让学生观察其结构，使学生了解电话的构造及各部分的组成．
利用多媒体及电话教学示教板分别演示话筒怎样把声信号转变为电信号，听筒怎样把电信号转变为声信号．
学生通过阅读课本的组合图的方式对通信发展进行回顾，使学生们对现代通信的快捷和便利有一个感性的认识．
学生小结电话的结构和作用．
二、电话交换机的作用
教师利用多媒体演示五台电话，要求每一台电话都可以与其他电话通话，让学生连线，引导学生如何画出最少连接导线，引出交换机．
让学生列举现代电话的功能．
小结后，引出问题：声音转换成信号电流后是怎样传递的？教师让一组同学做一个游戏：
第一个同学先举左手再举右手，第二个将其动作重复一遍，第三个……
学生观察、思考、讨论和交流．
学生阅读课本．
学生互相讨论并上台进行表演．
学生举例．
学生参与游戏．
寓教于乐.
由学生现场演示，激发学习兴趣．
加深学生对电话结构的了解，培养学生对事物的探讨和交流能力．
培养学生的动手能力、创新思维及解决问题的能力．
培养学生的思维能力．
培养学生动手动脑能力．
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这样最后一个同学就知道第一同学做了什么动作．教师又叫三个同学手拿电筒，通过亮暗的次数来传递信息，通过这个实验，让学生了解模拟通信和数字通信．
老师引导学生自学教材P148、149页中模拟通信和数字通信的相关内容，最后师生共同总结比较模拟通信和数字通信的优、缺点及应用范围．
一、电话
二、电话交换机的作用
三、模拟通信和数字通信
动圈式话筒和电话话筒、扬声器与电话听筒的异同
话筒种类很多，都是把声音的振动转化成强弱变化的电流，因此是动能转化为电能；作用都是把声信号转变为电信号．听筒也有很多种，都是把强弱变化的电流转化成声音的振动，因此是电能转化为动能；作用都是把电信号转变为声信号．扬声器和听筒都是将电信号转化成声信号的装置，扬声器是通过改变电流的方向来改变线圈的磁极，听筒是通过改变电流的大小来改变电磁铁的磁性强弱的；扬声器是利用电磁感应原理工作的，后者是利用欧姆定律工作的．
模拟信号与数字信号的比较
信号与声音的关系
信号电流的形成
优缺点
应用
模拟
信号
与声音的变化情况相仿
连续的
信号易丢失、失真
现代常常要通过模/数转换，将它转化成数字信号方便于用计算机处理
数字
信号
用两个数字的组合表示声音的变化
离散的
抗干扰能力强，易加工处理
通信的发展趋势
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第2节 电磁波的海洋
知识与技能
1．了解电磁波的产生与传播；
2．知道光是电磁波，知道电磁波在真空中的传播速度；
3．知道波长、频率和波速的关系；
4．了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响．
过程与方法
通过演示了解电磁波的产生，电磁波在真空中的传播．
情感、态度与价值观
初步认识科学及其相关技术对于社会发展、人类生
活、军事的影响；产生科学服务于人类的意识．
重点
了解电磁波的产生与传播；知道波长、频率和波速的关系．
难点
知道波长、频率和波速的关系．
收音机一台、5号干电池一节、导线一条、真空罩一个、抽气筒一个、手机两台和电教平台．
教师活动
学生活动
设计意图
课前活动
讨论：你们是怎样听到老师说话的？
讨论交流．
类比学习，导人新课.
导入新课
打开收音机，收听中央电台，并提出问题：
(1)播音员在北京说话，我们在广东为什么能听到？
(2)打电话时，能听到对方的声音，对方的声音又是如何传过来的？
讨论与交流．
创设情境，启迪思维，从生活走向物理.
新课教学
一、电磁波的产生
提出问题：关于电磁波，你想知道什么？
演示教材插图21.2－2.
看到什么？听到什么？
培养学生提出问题能力．明确本节课学习的目的．
培养学生收集信息获取知识的能力．
类比学习法．
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播放水波、声波、电磁波的课件，对比学习电磁波．
二、电磁波的传播与速度
提出问题：声波的传播有什么条件？
请你猜想：电磁波的传播有什么条件？
用两台手机演示教材中的“演示”，并指导学生阅读教材．
三、波速、波长、频率的关系
.放映电磁波的特征图，引导学生学习波长、振幅、频率、波速，推导出公c＝λf.
2．反馈练习．
(1)“动手动脑学物理”．
(2)登上月球的宇航员即使相距很近，也靠无线电交谈，这是因为( )
A．月球上噪声很大
B．月球上空气没有传声的功能
C．月球上是真空，不能传声
D．其他原因
师生交流．
观察与聆听．
总结产生电磁波的原因．
讨论、交流、争论．
观察与聆听，交流与讨论．
观察、讨论，阅读．
练习．
启迪思维，类比学习．
自主学习．
通过图形直观学习，重视知识的学习过程．
及时巩固，学练结合．
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教师活动
学生活动
设计意图
四、电磁波的应用
提出问题：电磁波是一个大家族，它里面分成多少类？每一类有什么应用？
指导学生阅读教材图21.2－4，并进行讨论，边讨论边归纳“电磁波的家族”．
五、动手动脑学物理
课堂重点解决第3小题．
提出问题：雷达的工作原理．放映有关雷达小知识．
要破除“隐形”，我们应从哪些方面去考虑？
在学生充分讨论后，上网输入“隐形飞机”，放大后请学生观看．
观察、讨论，阅读．
学生阅题．
思考、观察、讨论交流．
讨论、争议．
学生小组小结，代表发言．
观看，验证自己的分析与猜想．
培养自主学习、分析信息、获取知识的能力，互动式学习．
知识的拓展．
学会思考问题的方法．
考虑到部分学生课外没办法上网，在此作适当的介绍.
小结与作业
1．本节你学到了什么知识与方法？
2．“动手动脑学物理”1、2题．
3．阅读“科学世界”，到商场进一步了解微波的特点，把你了解到的信息记录在《成长档案本》上．
学生练习．
不仅仅要小结知识，还要小结学习的方法、学习的兴趣．
巩固性练习．
培养自主学习的习惯，体验科学就在身边，体现从物理到社会的理念.
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电磁波
一、手机最怕什么？
知道手机最怕什么吗？大自然的迫害和你自己的疏忽不小心都是造成它缩短寿命的原因！第一怕：潮湿的环境损害，避免在潮湿的环境中使用手机，以免大量水汽侵入电路板形成水渍，造成短路，或使金属接口氧化．第二怕：碰撞造成的损害．液晶屏幕所能承受的压力相当有限，使用时要注意！第三怕：温度环境的损害．应避免受热曝晒，第四怕：关于电池使用不当的损害．充电时不要开机．第五怕：灰尘、油脂的危害．
二、电磁波与水波、声波的区别
振源
波的形成
水波
木棍在水中上下振动
通过水使振动向外传播，形成水波
声波
发声体的振动
通过空气使振动向外传播，形成声波
电磁波
导体中有方向、大小
变化很快的电流
可以在真空中或介质中通过变化的电
场和变化的磁场相互激发，形成电磁波
三、乘客不能在飞机上使用移动电话
飞机在空中是沿着规定的航线飞行的，整个飞行过程都要靠地面航空人员的控制和指挥，飞行员利用飞机上的通信导航设备进行地空联系驾驶飞机，而飞机上的导航设备是利用无线电波来测向导航的，飞机上的导航定向设备接收地面导航站发射的电磁波后，便能测定飞机的准确位置．而移动电话是靠电磁波来传递信息的，如果乘客在机舱内使用移动电话，移动电话辐射的电磁波就会对飞机上导航、操纵系统产生严重干扰，飞机导航设备就会产生偏差，使飞机自动操纵设备产生错误，从而导致空难事故的发生．
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第3节 广播、电视和移动通信
知识与技能
1．了解无线电广播的大致工作过程．
2．大致了解电视的工作过程．
3．了解移动电话是怎样工作的．
过程与方法
在学生回顾电磁波的基础知识和应用后，让学生了解生活中常见的无线广播、电视和移动通信的工作过程，激发他们的学习兴趣．
情感、态度与价值观
通过了解广播、电视和移动电话的工作过程，初步认
识科技对现代生活的影响，激发学生探究科学知识的兴趣．
1．无线电信号的发射和接收过程；
2．初步培养学生收集资料、处理信息的能力；
3．初步认识科技对现代生活的影响.
学生课前收集、整理的资料，实物投影仪，收音机、电视机和移动电话各一台，教师用多媒体课件．
教师活动
学生活动
设计意图
课前活动
布置学生在课前利用一切资料：教材、科普书籍和网络等，从以下几个方面了解本节内容：
①广播的声音、电视的图像和声音分别是依靠什么传过来的？
②无线电信号是如何发射的？又是如何接收的？
③电视的工作过程是什么？
④移动电话是怎样工作的？设立基地台的原因是什么？
学生在课前利用手中的各种工具收集资料，处理信息．
利用现有条件让学生尽可能多地参与到课堂教学中来，充分发挥学生的主动性，使学生成为学习的主动参与者，而不是被动接受者．
扩大学生的知识面，提高学生学习物理的兴趣，促进学生学习物理的愿望．
体现新课程是“完全开放的、学生自主参与的全新课程”的理念.
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⑤无绳电话又是如何工作的？
新课教学
①电磁波是传递信号的载体．
a．引导学生利用他们在课前找到的资料讲述广播、电视的图像和声音是怎样传播的，在此过程中电磁波起了什么样的作用．
b．在讲述电磁波是传递信号的载体时可与信鸽加以类比，强调电磁波在此过程中起着运载信号的作用．
②无线电广播信号的发射和接收过程．
a．引导学生利用他们在课前找到的资料讲述广播信号的发射和接收过程．
在学生讨论的基础上讲述：
学生阐明自己的观点．
让学生交流自己的观点．
归纳出结论
学生阐明自己观点．
让学生交流自己的观点．
让学生归纳出信号的发射是由电台完成的，信号的接收是由收音机完成的．
学生调查所涉及的知识面很广，教师要在此加以指导，初步培养学生的交流和信息处理能力．
投影无线电广播信号的发射和接收过程图．
辅助以一些图片和多媒体动画.
教师活动
学生活动
设计意图
(1)信号的发射：首先用话筒把声音信号转换成音频电信号，但音频电信号不能用来直接发射电磁波；再由载波发生器产生高频电磁波，通过调制器把音频电信号加载到高频电磁波上；最后通过天线把载有音频电信号的电磁波发射出去．
(2)信号的接收；先利用放在电磁波传播空间中的天线接收电磁波；由于天线可以接收很多频率的电磁波，如果把它们都转变成声音，那只是一片嘈杂声，
学生阐明自己的观点．
让学生把各自的观点加以交流．
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什么也听不清楚．因此需要再利用收音机调谐器选出我们所需的某一频率的电磁波；如果把调谐器选出来的频率很高的电信号直接送到耳机，还不能使耳机发出声音．所以需要从高频电信号中取出音频信号，放大后送到扬声器里，扬声器把音频电信号转换成声音．
③电视信号的发射和接收过程．
a．引导学生利用他们在课前找到的资料讲述电视信号的发射和接收过程，稍稍谈一谈它与广播信号的发射和接收过程的区别．
b．在学生讨论的基础上讲述：电视信号分为图像信号和声音信号．声音信号的产生、传播和接收与无线电广播的工作过程相似．图像信号的工作过程是：摄像机把图像变成电信号，发射机把电信号加载到频率很高的电磁波上，通过发射天线发射到空中，电视机的接收天线把这样的高频信号接收下来，通过电视机把图像信号取出并放大，由显像管把它还原成图像．
④移动电话．
a．引导学生利用他们在课前找到的资料、已学过的广播信号的发射和接收过程以及电视信号的发射和接收过程等知识来学习移动电话的工作原理．
b．在学生讨论的基础上讲述：现在，移动电话的使用已经十分普遍，随身携带一个手机，就可以随时进行通话，移动电话的工作方式是：公用移动电话系统是城市电话网的一部分．每一个移动电话都是一个无线电台，
让学生大致复述一下电视信号的发射和接收过程．
学生阐明自己的观点．
让学生的观点加以交流．
让学生归纳出移动电话的工作原理，设立基地台的原因．
学生讨论无绳电话的工作过程．
学生调查所涉及的知识面很广，教师要在此加以指导，初步培养学生的交流和信息处理能力．
投影电视信号的发射和接收过程图．
课堂可辅助以一些图片和多媒体动画．
课后可带领学生参观学校的电视演播室或电视台．
辅助以一些图片和多媒体动画．
学生调查所涉及的知识面很广，教师要在此加以指导，初步培养学生的交流和信息处理能力.
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它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又相当于一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到通话对方送来的信息，移动电话的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高．因此，它和其他用户的通话要靠较大的固定无线电台(基地台)转接．
c．引导学生讨论无绳电话的工作过程．
教师活动
学生活动
设计意图
课堂小结
引导学生小结本节所学内容．
认真阅读音频、视频、射频和频道的概念并回答几个问题，如：如何连接DVD与电视机．
通过阅读提高学生阅读专业文章的能力，以帮助学生尽快步入自主学习的轨道.
布置作业
将本节内容中你最感兴趣的话题整理一下，写成一篇小论文．
布置学生在课堂上阅读“科学世界”.
一、电磁波是传递信号的载体
二、无线电广播信号的发射和接收过程(见下图)
三、电视信号的发射和接收过程(见下图)
四、移动电话
1．工作原理：移动电话相当于无线电台，它将用户的声音转变为高频电信号发射到空中，同时它又捕捉空中的电磁波，使用户接收到通话对方送来的信息．
2．设立基地台的原因：手持移动电话的体积很小，发射功率不大；它的天线也很简单，灵敏度不高．因此，它跟其他用户的通话要靠较大的固定基地台转接．
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电流信号的发射与接收的过程
1．电视台用电磁波传递声音信号和图像信号．
2．声音信号的产生、传播和接收过程跟无线电广播的工作过程相似．
3．图像信号的产生、传播和接收过程是：
(1)摄像机把景物反射的光信号转换成电信号；
(2)发射机把电信号加载到高频电磁波上；
(3)天线把带有图像信号的电磁波发射到空中．
广播、电视、移动电话信号传递的异同
相同点
不同点
载体
发射过程
接收
过程
信号形式
载波
特点
发射和接
收设备
接收
方法
广播
电视
移动
电话
电
磁
波
信号转
换、调制、
天线接收
天线
接收、
检波
音频信号
频率
最小
广播电台发射
收音机接收
调谐
音频信号
和视频
信号
频率
较小
电视台发射
电视机接收
调谐
音频信号
和视频信
号
频率
最大
移动电话发
射、接收、基
地台转换
全球
定位
系统
第4节 越来越宽的信息之路
知识与技能
1．常识性了解：卫星通信、光纤通信、网络通信．
2．
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通过教学使学生了解：为什么要用微波通信？如何实现微波通信？了解微波性质接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射的特性，了解微波传播过程中的一些缺陷以及这些缺陷如何通过卫星通信来弥补．
3．了解光纤通信的原理和优点．
4．了解网络通信的发展过程和优点，掌握发电子邮件的方法．
过程与方法
通过师生共同交流来探讨现代信息的变化，用大量的多媒体图片、影视画面使学生掌握和了解卫星通信、光纤通信、网络通信的特点和粗略的原理．
情感、态度与价值观
通过学习现代通信知识，了解科技为人类带来的便利，提高学生学习科学的兴趣，使学生养成关注科学发展前沿的习惯，树立正确的科学观，培养振兴中华、用科学服务于人类的使命感和责任感．
卫星通信、光纤通信、网络通信的优点和原理．
激光笔、手电筒、光纤玩具灯、带小孔的塑料瓶、不透光的纸、水、多媒体课件．
教师活动
学生活动
设计意图
新课引入
讲述：随着时代的发展、科技的进步，人类获取的信息量越来越大，越来越多，越来越快．这就说明信息之路越来越宽，越来越快．
播放视频资料：0.5 min故事和0.5 min相同内容的电影提出问题：上面听到和看到的0.5 min的故事，哪个给你的信息量大？
讲述：信息理论表明，作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内输送信息量就越大．
观看．
比较后回答：看到的故事．
创设情境，直观地把信息量的大小表示出来.
新课教学
一、微波通信
请学生阅读教材并分小组讨论回答下列两个问题：
①微波的波长、频率在什么范围？
②微波通信有什么优点？有什么缺点？为什么？
阅读、思考、回答问题：
①波长在10 m～1 mm之间，频率在30兆赫兹～3×105兆赫兹之间
②优点：一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话：缺点；是每隔50 krn要设一个微波中继站．
③因为微波大致沿直线传播，
培养学生自主学习的习惯和能力．
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③什么需要建立微波中继站，它起到什么作用？
④能在月球上建中继站吗？
讲述：这就是微波通信的缺点，不过人类现在发射了卫星，用同步卫星做微波通信的中继站，解决了微波通信的缺陷．
二、卫星通信
讲述：卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统组成，通信卫星就像一个无人值班的空中微波中继站，它从一个地面站接收发射来的电信号，经过放大变频后，再发送回另一个或几个地面站．
播放视频资料：通信卫星．
三、光纤通信
演示：
①把窗帘拉上，拿着一只打开的手电筒，光线四射，照亮整个房间．②将激光笔打开，一束细细的亮亮的光射出．
提出问题：这两束光有什么不同？
播放视频资料：激光
不能沿地球表面绕射．微波大致沿直线传播，中继站可以把上一站传来的微波信号经过处理后，再发射到下一站去，这就像接力赛跑一样，一站传一站，经过很多中继站可以把信息传递到远方．
④不能，因为太远了．时间延迟，信号衰减．
观看．
观察实验现象．
对比后回答．
引入下一内容．
体会科学技术的发展，扩展学生的知识面．
通过实验让学生直观地看到激光的特点
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教师活动
学生活动
设计意图
讲述：激光频率单一，方向高度集中，解决了普通光线难携带信息的缺陷，通信所用激光的特殊通道叫光导纤维，它实现了光的通信．
演示实验：
①光沿水流传播
②光沿着光纤玩具灯的玻璃丝传播
介绍光纤传播的原理及其优点：光在光导纤维中传输损耗小，可长距离传输，光纤通信的通信容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好．
四、网络通信
指导学生阅读课本，总结网络通信的优点．
观看
自主学习
小结作业
小结本课内容
完成“动手动脑学物理”中1、2题
巩固所学知识.
一、微波通信
信息理论表明：作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内输送信息的量就越大．
优缺点：
二、卫星通信
实质：用通信卫星做微波通信的中继站
三、光纤通信
容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量高，保密性好．
四、网络通信
光纤通信的相关知识
光纤由纤芯、包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；中间层称为包层，由于纤芯和包层的折射率不同，从而实现了光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输；涂层的作用就是增加光纤的韧性从而保护光纤．
光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式.1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有外层外材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质．从此，开创了光纤通信领域的研究工作．如今光纤通信已是最重要的通信方式之一．
光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高音色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光一光纤通信．
光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，
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然后调制激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出来；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代；短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤，采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信．
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