九年级物理走进信息时代上海科技版 试题.doc
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1、九年级物理走进信息时代上海科技版【本讲教育信息】一. 教学内容:走进信息时代二. 基本要求:1. 了解主要的信息记载的介质和信息传播的方式。2. 了解电话和电视。3. 能说出中华民族在信息记录和传播的历史中所作的贡献。4. 知道波长、频率和波速的关系,可以进行最简单的计算。5. 知道光是电磁波。记住电磁波在真空中的传播速度。6. 了解波在信息传播中的作用。7. 了解电磁波的应用对人类生活、社会发展的影响。重点内容:波长、频率和波速的关系,并能进行简单计算;光是电磁波和电磁波在真空中的波速。难点内容:对波长、频率和波速三者关系的建立。三. 教学过程:(一)感受信息1. 什么是信息人们到处在谈论信
2、息,我们越来越多地听到信息这个词汇。我们听说:我们现在进入了一个信息化社会,我们正在迈向信息高速公路,我们将要迎接一个信息爆炸的新时代。那么什么是信息?广义的说,信息就是消息。一切存在都有信息。对人类而言,人的五官生来就是为了感受信息的,它们是信息的接收器,它们所感受到的一切,都是信息。然而,大量的信息是我们的五官不能直接感受的,人类正通过各种手段,发明各种仪器来感知它们,发现它们。不过,人们一般说到的信息多指信息的交流。信息本来就是可以交流的,如果不能交流,信息就没有用处了。信息还可以被储存和使用。你所读过的书,你所听到的音乐,你所看到的事物,你所想到或者做过的事情,这些都是信息。2. 信息
3、的传播信息需要传播。信息如果不能传播,信息的存在就失去了意义。那么什么是传播呢?发出信息与接受信息就是信息的传播。我们说话、写文章、做事情,就是在进行传播;我们听别人讲话,看别人写的文章,了解别人所从事的工作,就是在接受传播。我们所以有知识,是因为我们生活在一个信息传播的社会里。在人类社会中,传播似乎是一个幽灵,它无时不在,无处不在。因此,没有传播,也就没有社会,人类也就无法生存下去。当一个人独处时,传播其实也在进行。沉思冥想是一种内心的传播;思考是自己和自己进行讨论,并传达某种信息;写日记或者阅读书籍,那就更是一种传播了。在人类社会中,传播是普遍存在的。在交通和通信很不发达的时代,人们常使用
4、烽火、驿马、信鸽等方式传递信息。现在每当我们提到烽火台,就会自然而然地想到长城,实际上烽火台筑在长城沿线的险要处和交通要道上。一旦发现敌情,便立刻发出警报:白天点燃掺有狼粪的柴草,使浓烟直上云霄;夜里则燃烧加有硫磺和硝石的干柴,使火光通明,以传递紧急军情。下图为新疆呼图壁县境内的烽火台。烽火台通信,源于奴隶制国家在政治和军事方面对通信的需要。据历史记载,早在三千多年前,我国就有了利用烽火台通信的方法。早期的信息传播速度慢,距离近、信息量小。3. 信息传递和记录的变革记录信息的形式是多种多样的,随着人类文明的进程的深入而发展。首先,大脑是信息存储器。人类要储存信息,首先必须凭借大自然赋予每个人的
5、记忆力,这种记忆力是大脑的基本功能之一。人类的大脑是一个天然的信息储存器。这时大脑就是记录信息的载体。一个人一生的所见所闻,会在他的记忆中留下印象,这些印象在大脑中储存得越多,他的经验就越丰富,他就变得越聪明。如果他没有记忆力,不能储存信息,那么他就会一无所知,他的经历就是一片空白,他的一生将没有东西可以回忆。如果是这样,我们的生活就没有意义了,一切知识和情感都谈不上。大脑的记忆能力是非常惊人的,但到底有多强,至今还是一个谜。但是,仅凭大脑记忆是不够的,人类寻找其他办法来帮助记录和存储信息。如结绳记事。古人为了要记往一件事,就在绳子上打一个结。以后看到这个结,他就会想起那件事。如果要记往两件事
6、,他就打两个结。记三件事,他就打三个结,如此等等。如果他在绳子上打了很多结,恐怕他想记的事情也就记不住了,所以这个办法虽简单但不可靠。据说波斯王大流士给他的指挥官们一根打了60个结的绳子,并对他们说:“爱奥尼亚的男子汉们,从你们看见我出征塞西亚人那天起,每天解开绳子上的一个结,到解完最后一个结那天,要是我不回来,就收拾你们的东西,自己开船回去。”在石头上刻痕也是帮助记忆的方法之一,结果当然也是与结绳记事一样。用这种办法不能对事情本身做记录,它只能起一个提醒记忆的作用,而且也不可能记得太多。古代人还用石头来标明太阳投影的最北点和最南点,并且在岩石上划痕来计算太阳和月亮周期的天数,于是就制订出日历
7、。人类最初记录信息的载体是大脑,传递信息用的是肢体语言、面部表情等。直到人类获得了语言,用语言来相互传递有用的信息,这时才实现了第一次信息传递方式的变革。文字的出现使人类的信息记录方式产生了第二次根本性的变革。文字是代表一定内容的符号,它逐渐从形象化走向抽象化。早期的文字与绘画相差无几。最早的绘画文字见于旧石器时期的洞壁,这种文字中的图画是各种事物的记号,跟讲话无关。它没有、也不可能有词法或句法。后来,在绘画文字的基础上发展出了表意文字,表意文字中的图画能表示某种意思。比如画的“腿”除了表示“行走”;画的“太阳”也可能表示“热”或“白天”。像埃及、克里特和赫梯人的某些手稿,不仅有表意成分,还有
8、语音成分。能读出声音来的文字的出现是文字的出现是文字史上一大进步。有声文字分两类:一类是象形文字,符号有读音,且代表音节;另一类是拼音文字,用一些字母来表示声音,几乎每个字母都发音。拼音文字比象形文字更容易写,也更容易读。最古老的文字可能是楔形文字。这种文字早在公元前4000年就已经出现了。它是一套楔形符号,最初可能是图画和表意记号的一种混合物。拼音文字约出现于公元前1730前1580年。以后,叙利亚和巴勒斯坦人使用由20个字母组成的拼音文字。罗马拼音文字似乎始于埃及的象形文字。早期人们将文字记录在牛骨、竹简和木牍等物品上。(如图所示)缓慢、吃力的手工劳作,不合适的记录材料,限制了信息的记录和
9、传播。中华民族的祖先发明造纸术和印刷术,实现了人类第三次信息变革。由此加速知识和思想的传播,加速了文明的发展,信息开始被人类所共享。随着科学技术的进步,有了光记录和磁记录等大信息的记录方式。一张光盘储存的信息,相当于两摞高达17cm的A4纸张所存载的信息。移动硬盘的容量已经达到了200G,记忆棒的容量已经达到了512M。电报、电话和电视的应用,实现了信息传递的第四次变革。19世纪的前30年,人类的科学技术接连取得了一些重大的进展。例如,发明了蒸气机车,在英国利物浦和曼彻斯特之间建成了第一条公用铁路,6600马力的“东方巨轮”下水等等,都意味着一个高速通信时代将要到来。 1832年,俄国外交家希
10、林在当时著名的物理学家奥斯特电磁感应理论的启发下,制作出了用电流计指针偏转来收发信息的电报机。但不幸的是,当沙皇尼古拉一世决定起用这种电报机时,希林却与世长辞了。1836年3月,一个名叫库克的英国青年看到了有关希林电报机的一本书,受到很大的鼓舞。他在伦敦高等学校教授惠斯登的帮助下,动手制作了几种形式的电报机,并在1837年6月获得了第一个电报机专利。在众多的电报发明家中,最值得一提的还是莫尔斯和他的伙伴维尔。莫尔斯是一名享有盛誉的美国画家。他在1832年旅欧学习途中,开始对电磁学理论用于电报传输的想法。1835年,他开始了制作电报机的努力。不久,他的第一台电报机问世,但十分粗糙。直到18371
11、838年间莫尔斯发明了一种用电流的通与断来编制代表数字和字母的电码(即莫尔斯电码)的方法,同时在一位精通机械的伙伴维尔的帮助下,完善了电报机。1843年,莫尔斯经过艰苦努力终于获得国会3万美元的资助,建成了从华盛顿国会大厦里,莫尔斯用他倾注十余年心血研制成功的电报机,向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹!”电报的发明,开始了用电作为信息载体的历史。从此,人类传输信息的速度大大加快了。“滴-嗒”一响(1秒钟),它已经绕地球轨道走了7圈半,这是以前任何一种通信工具所望尘莫及的。电报机开始被用在铁路通信上,但并不为人们所注意。后来,在一次追捕逃犯的战斗中,崭露了头角,从此名声
12、大振。电话发明家亚历山大格雷厄姆贝尔1847年生于苏格兰爱丁堡市。虽然他只在学校念过几年书,但是通过家庭的熏陶和自学却受到了良好的教育。贝尔对语音复制感兴趣是很自然的,因为他父亲是语言生理、语言矫正和聋哑教学方面的专家。1871年贝尔移居马萨诸塞州波士顿市。在那里于1875年他做出了导致发明电话的一些发现。1876年2月他申请电话发明的专利权,几个星期之后就获得了该项发明的专利权。有趣的是,还有一名叫伊茉沙格雷的人申请类似装置的专利权的报告与贝尔的同一天到达,但只是晚到了一个多钟头的时间。贝尔获得专利权不久就在费拉德尔菲亚市百年纪念展览馆展出了他的电话。他的发明引起了观众的极大兴趣,并且获了奖
13、。但是东方联合电报公司花十万美元获得了该项发明权,拒不购买贝尔的电话。因此贝尔及其同事一起于1877年7月成立了一家公司,即今日美国电话电报公司的祖先。电话在金融上一举获得巨大的成功,美国电话电报公司现在是世界上最大的私人企业公司。评价贝尔的影响完全取决于电话的重要性的大小。我认为电话是一项非常伟大的发明,因为具有如此广泛的用途、对日常生活有如此巨大影响的发明是绝无仅有的。A、电话的基本结构和基本原理基本结构:话筒、听筒基本原理:振动变化的电流振动。B、话筒的组成和工作原理话筒的组成:金属盒、碳粒、碳精薄片。话筒工作原理:说话引起话筒的金属盒内碳粒忽松忽紧电话中电阻忽大忽小电路中电流忽强忽弱。
14、C、听筒的组成和工作原理听筒的组成:永磁铁、螺线管、簿铁片。听筒工作原理:强弱按声音变化的电流听筒内电磁铁的磁性忽强忽弱薄铁片受到的磁力忽大忽小引起薄铁片的振动而发出和发话人相同的声音。随着科学技术的发展,电磁波和因特网相继出现,使人类的信息传播进入了新的时代。这是人类信息传播的第五次变革。信息的记录和传播离不开“载体”。古代的竹简,现代的图书、报纸等纸质印刷品和光盘等电子出版物,电视、广播、电报、电话、因特网等通信方式都是信息传播的“载体”。4. 信息分三大类信息有许多种分类方法。人们一般把它分为宇宙信息、地球自然信息和人类社会信息3类。宇宙信息是指在宇宙空间,恒星不断发出的各种电磁波信息和
15、行星通过反射发出的信息,形成了直接传播的信息和反射传播的信息。地球自然信息是指地球上的生物为繁衍生存而表现出来的各种行动和形态,生物运动的各种信息以及无生命物质运动的信息。人类社会信息是指人类通过手势、眼神、语言、文字、图表、图形和图像等所表示的关于客观世界的间接信息。5. 信息的特点信息具有不灭性。信息不像物体和能量,物质是不灭的,能量也是不灭的,其形式可以转化,但信息的不灭性同它们不一样。一个杯子被打碎了,构成杯子的陶瓷其原子、分子没有变,但已不成为一个杯子。又如能量,我们可以把电能变成热能,但变成热能后电能已经没有了。而信息的不灭性是一条信息产生后,其载体可以变换,可以被毁掉如一本书、一
16、张光盘,但信息本身并没有被消灭,所以,信息的不灭性是信息的一个很大的特点。信息可以廉价复制,可以广泛传播。信息的复制不像物体的复制,一条信息复制成 100万条信息费用十分低廉。尽管信息的创造可能需要很大的投入,但复制只需要载体的成本,可以大量地复制,广泛地传播。某些信息的价值有很强烈的时效性。一条信息在某一时刻价值非常高,但过了这一时刻,可能一点价值也没有。现在的金融信息,在需要知道的时候,会非常有价值,但过了这一时刻,这一信息就会毫无价值。又如战争时的信息,敌方的信息在某一时刻有非常重要的价值,可以决定战争或战役的胜负,但过了这一时刻,这一信息就变得毫无用处。所以说,相当部分信息有非常强的时
17、效性。6. 信息是人类文明赖以发展的基础人类所有的知识、所有的故事都是信息。信息,就是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息。信息的积累和传播,是人类文明进步的基础。人类社会赖以生存、发展的三大基础,是物质、能量和信息。世界是由物质组成的,能量是一切物质运动的动力,信息是人类了解自然及人类社会的凭据。(二)让信息飞起来使用电流传递信息,必须在信息的收发者之间铺设电线让电流通过,这样的结果就是世界将被电线所覆盖。如果让信息飞起来,那就好了。我们可以用电磁波来携带信息,使信息飞起来。什么是电磁波呢?由电磁波看不见也摸不着,所以我们先来研究一下机械波。手持小木棍,让木棍下端接触水槽水面,
18、我们会看到,水面上有一圈圈凸凹相间的状态从木棍接触水面处向外传播,形成了水波。用手捏住竖直下垂的绳子上端在不平方向左右振动,这时我们会发现绳子的下端也振动起来,这说明绳子上的波将振动由上端传到了下端。用通电的导线刮锉刀表面,远处打开的收音机就会发出咯咯声。同上述现象类似,当电路中有快速变化的电流时,也一定有某种波传到收音机里,才会使收音机发出声音。我们把导体中迅速变化的电流在周围空间产生的波叫做电磁波。根据波的传播情况将波分为两种,一种是像水波、电磁波和绳波一样的,波的传播方向与波源的振动方向相垂直,这种波叫做横波;另一种如音叉(或其他发声体)振动时,在空气中会有疏密相间的状态向外传播,形成声
19、波。声波看不见,摸不到,但声波传到我们的耳朵,会引起鼓膜振动,使我们产生听觉。声波的传播方向与波源的振动方向相同,这种波叫做纵波。就水面波来说,振源每上下振动一次,水面上就出现一个波峰(凸起部分)和一个波谷(凹下部分)。在1秒钟内木杆振动的次数越多(即振动越快),水面上出现的波峰(或波谷)数也越多。1秒内出现的波峰(或波谷)数,(对于纵波而言就是1秒钟内出现的疏部或密部的多少)叫做频率。它的单位名称叫赫兹(Hz),简称赫,常用频率单位还有千赫(kHz)和兆赫(mHz)。1千赫=103赫1兆赫=106赫跟水波和绳上形成的波类似,电磁波也有自己的频率,电磁波的频率由电路中每秒电流变化的次数(或说每
20、秒种电流振荡的次数)决定。像前面那样,我们用绳子形成一个绳波,仔细观察时会发现:当改变振动的快慢时,不但波的频率发生改变,而且相邻两个波峰(或波谷)间的距离也不相同。相邻两个波峰(或波谷)的距离,叫做波长。对于纵波而言就是相邻两个疏部或相邻两个密部的距离。从上面的实验还可看出,手捏住绳第一次振动出现一个波峰,第二次振动又出现一个波峰,而此时第一个波峰已向下传播了一段距离,这个距离恰好是一个波长。因此,也可以说波长等于每振动一次波峰沿波的传播方向传播的距离。波长的单位是米。电磁波也有自己的波长,电磁波的波长表示电磁波每振动(或说振荡)一次传播的距离。波长、频率、波速三者间的关系波速表示波传播的快
21、慢,由水波在1秒内传播的波形图可以知道:波速=波长频率对电磁波来说,同样有:波速=波长频率电磁波的波速和光速相同,在空气或真空中每秒传播的距离约30万千米,记为3108米/秒。在空气或真空中,各种频率的电磁波的波速是相同的,所以,频率越高的电磁波,它的波长就越短。电磁波谱实验证明,不仅无线电波是电磁波,光、X射线、射线也都是电磁波。它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多,光波的波长比无线电波的波长短很多;而X射线和射线的频率则更高,波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解,人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来,这就是电磁波谱(如图所示)。由于辐射强度
22、随频率的减小而急剧下降,因此波长为几百千米(105米)的低频电磁波强度很弱,通常不为人们注意。实际中用的无线电波是从波长约几千米(频率为几百千赫)开始。波长3000米50米(频率100千赫6兆赫)的属于中波段;波长50米10米(频率6兆赫30兆赫)的为短波;波长10米1厘米(频率30兆赫3万兆赫)甚至达到1毫米(频率为3105兆赫)以下的为超短波(或微波)。有时按照波长的数量级大小也常出现米波,分米波,厘米波,毫米波等名称。中波和短波用于无线电广播和通信,微波用于电视和无线电定位技术(雷达)。可见光的波长范围很窄,大约在76004000(在光谱学中常采用埃()作长度单位来表示波长,1108厘米
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