跨学科：电磁波与信息技术 核心素养教学设计（表格式）-沪科版九年级物理

《20.3跨学科：电磁波与信息技术》教学设计

课题3.跨学科：电磁波与信息技单元20学科物理年级九

术

本课时选自沪科版九年级物理第二卜章《电磁波与信息时代》的第三节“跨学科：电磁波与

信息技术”，是一节融合物理、信息科技、工程应用与社会发展的综合性课程。教材以学生

熟悉的生活场景为切入点，如手机通信、互联网学习、卫星导航等，系统介绍了光纤通信、

现代电信网络（卫星通信、微波通信、移动通信）、互联网以及第五代移动通信技术（5G）

的基本原理与应用。内容不仅涵盖电磁波在信息传递中的核心作用，还通过“迷你实验室”

教材

引导学生观察光在光纤中的传播现象，理解全反射原理；并通过“物理聊吧”“请提问”等

分析

栏目激发学生探究兴趣，培养跨学科思维。教材图文并茂，配有图20T1至图20-21等十余

幅示意图，直观展示光纤结构、蜂窝基站布局、5G概念图、北斗导航系统等关键知识点，

帮助学生建立从抽象原理到现实应用的认知桥梁。本节内容强调科学与技术的融合，注重培

养学生的信息意识、科学思维与社会责任感，是落实新课标“科学态度与责任”“技术•工

程•社会”理念的重要载体。

20221.知识融合：以电磁波的产生、传播等物理本质为核心，衔接信息技术里5G、光纤通信等

新课应用，关联卫星轨道等地理相关知识。

标要2.素养培养：借北斗、天链系统等案例增强科技自信；结合生活中的通信设备教学，落实从

求生活到物理、再到社会的理念。

1.物理观念：

（1）能从跨学科视角了解电磁波与信息技术的关联，能了解光纤通信、现代电信网络、互

联网等及其与生产生活的关联；

（2）能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。

学习2科.学思维：

目标（1）能通过分析图20T4现代电信网络示意图，推理手机通话过程中信号的传递路径与转

与核换过程；

心素（2）能比较光纤通信与传统电线通信的优劣，归纳其大容量、抗干扰强的特点，并能运用

养类比方法理解“蜂窝”基站布局的优势。

3科.学探究：

（1）能动手完成“观察光在光纤中的传播”实验，记录并描述光在直、方、环状光纤中的

传播现象,

（2）能基于实验现象提出“光为何不会从光纤外层逸出”的科学问题，并结合教材图20-12

理解内外层折射率差异导致全反射的原理。

3.科学态度与责任：

（1）能通过查阅资料或课堂讨论，举例说明5G、北斗等我国自主研发的通信技术对国家发

展和人民生活的积极影响；

（2）能辩证看待信息技术发展带来的便利与挑战（如隐私安全、数字鸿沟），树立合理使

用科技、服务社会的责任意识。

九年级学生已具备一定的物理基础知识，学习过声波、光的折射与反射、电流与电路等内容，

对“波”的概念有初步认知，但对电磁波的本质及其在信息传递中的具体机制仍较为模糊。

学生日常生活中频繁使用手机、5-Fi、导航等依赖电磁波的技术产品，具有丰富的感性经

验，但缺乏对其工作原理的系统理解，容易将电磁波与声波、机械波混淆。此外，学生对“光

学情

纤如何传光不漏”“5G为何更快”“北斗如何定位”等问题充满好奇，具备较强的探究欲

分析

望。然而，本课涉及较多抽象概念（如频率、波长、信号调制、全反射等），且知识跨度大，

涵盖物理、通信、信息技术等多个领域,，学生在跨学科整合能力上尚显不足。因此，教学中

需借助生活实例、实验观察和可视化图表降低认知难度，通过情境驱动和任务引导促进知识

建构，帮助学生实现从“知其然”到“知其所以然”的思维跃迁。

重点通过实验观察，理解光在光纤中的传播原理；结合实例，掌握光纤通信的传输特点及其优势。

难点理解光在光纤中传播时不会跑到外层的原理;分析光纤通信在信息传输中的实际应用及其重

要性。

材料彩色透明纸、手电筒、一束光纤

准备

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课情境导入

1888年,赫兹用实验首次证实了电磁波的存从生活熟悉的信

在；短短20年后，马可尼利用电磁波实现息技术场景切

了跨洋无线电通信；如今，5G、卫星互联网、观看图片，聆听讲解入，引发认知冲

物联网让信息传递速度突破极限！电磁波彻突，自然关联课

底改变了人类的沟通方式。本节我们将学习题，激发探究兴

我们身边的几种典型的通信技术。趣。

^3

11纥

讲授新课一、光纤通信

1.光纤：光纤是光导纤维的简称，是由玻璃

或塑料等材料制成的纤维。光纤是利用光波

（即可见光）传播信号的，是信息社会传送

各种信息的主要工具。

细如发丝的光纤

2.光纤传送信息的容量大

一根光纤能同时传输相当于10000根电线

阅读课文了解光纤锻炼学生的自主

所传输的信息量，随着科学技术的发展，光

学习能力

纤能传送的信息容量还会更大。

.1

f

拓展延伸

高银与光导纤维

1966年，33岁的华裔科学家高银提出：光

通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来

传输大量信息。高银因此获得2009年诺贝

尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤

维。

了解高银与光导纤维拓展学生的知识

面

•&

光导纤维高银(1933-2018)

迷你实验室

3.观察光在光纤中的传播

(I)实验器材

&彩色透明纸、手电筒、一束光纤夕

动手实验观察光在光锻炼学生的动手

盘纤中的传播，并得出能力以及归纳总

(2)实验步骤

实验结论结能力

①先将彩色透明欲蒙在手电筒的玻璃匕再

将一束光纤的•端垂直放置其上。观察不同

颜色的光在光纤中传播的现象。

②把光纤弯曲成不同的角度，甚至成环状，

重复上面的实验步骤。

③观察光在弯曲光纤中传播的现象，跟同学

们一起讨论为什么会出现这些现象。

(3)实验视频

(4)结论：不同颜色的光都能沿着光纤传

播，不管光纤怎样弯曲，从它的一端射入的

光都会顺着它传播，再从它的另一端射出。

4.光在光导纤维中的传播原理

了解光在光导纤维中锻炼学生的逻辑

的传播原理，讨论总思维能力和归纳

光发生多次全反射

结光纤通信的优点总结能力

光在光导纤维中的传播原理是光的全反射。

光纤很细，由内芯和外套两层组成，内芯的

折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套

的界面上发生全

5.光纤通信的优点

①传输容量大：单根光纤可同时传输数百万

路电话或数千路电视信号。②传输距离远：

信号衰减极弱，无中继传输距离可达数十公

里，减少设备成本。

③抗电磁干扰能力强：光纤不导电、不辐射

电磁波，不受雷电、工业干扰，信号稳定。

④保密性好：光信号在光纤内传播，不易泄

露，难以窃听。

6.光纤通信网络：由于光纤传输信号容量及

抗干扰能力的优异特性，现已成为互联网地

面信号传输的主要媒介，由其组建的网络又

称为光纤通信网洛。

通过光纤传送的若干电视频道信号

拓展延伸

光导纤维的应用：光纤通信、医学上的内窥

镜.

破埔纤维

内窥镜控制钮

如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排

列的相对位置一样，图像就可以从一端传到

另一端。

二、现代电信网络

人们经常使用电话，其实，要打通i个电话

突破“系统协

可没想象中那么笥单。电话系统由许多有通过示意图辅助、阅

同”的难点，培

线、无线网络构成。读课文聆听讲解，系

养系统思维能力

统梳理现代电信网络

的组成与工作机制

电话网络示意图

1.卫星通信

(1)卫星通信系统由通信卫星、地面站和

传输系统三部分组成。12星把地面站送来的

信号接收下来，进行放大，然后转发给另外

的地面站。

(2)卫星通信的优缺点

①卫星通信的优点

覆盖范围广：可跨越海洋、沙漠等网络盲区，

实现全球覆盖。

通信距离远：单颗卫星即可连接数千公里外

的终端，无需大量地面中继站。

部署灵活：适用于应急通信、偏远地区通信，锻炼学生的归纳

探讨口星通信的优缺

快速组网。点总结能力

容量较大：现代卫星可支持语音、数据、视

频等多业务并发传输。

②卫星通信的缺点

时延较高：信号往返卫星需0.25秒左右，

实时性差。

受环境影响大：暴雨、暴雪等天气会干扰信

号，导致通信质量下降。

成本高昂：卫星制造、发射及地面设备投入

大，使用费用较高。

轨道资源有限：地球同步轨道容量稀缺，存

在频率干扰风险，

2.微波通信

(1)微波通信像接力赛，每隔几十千米修

建一座接力站，接收并放大信号，继续传送。

这就像接力赛跑一样，一棒传一棒，可以把

信息传递到远方，

(2)微波通信的优点和缺点

①优点：频率高，传播信息的容量大；质量

好，可传送很远的距离；大致沿直线传播，

受大气干扰小,收到的信号播日稳定c

②缺点：需要大量的中继站进行信号处理，

受地形限制较大，

.移动通信锻炼学生的自主

3阅读课文了解微波通

（）移动电话用微波信号与电话网络联系，学习能力

1信、移动通信

既是无线电发射台又是无线电接收台。

你■府

11

移动通信的基地台是参考蜂窝的构造布局

的，大大增加了无线电覆盖的有效面积，因

此移动电话也被称为“蜂窝电话”。

r管感

J

蜂窝移动通信的基站

学科综合

视频：第五代移动通信技术

想一想

你知道国际电信联盟（ITU）定义了5G的

观看视频了解第五代移动

八大关键性能指标是什么？

通信技术

*•.■r.•一、•

.•r1'・•名:・-

5G移动通信概念图

其中高速率、低时延、大连接成为5G最突

出的特征，用户体验速率达IGbps,时延

低至1ms,用户连接能力达每平方千米百

万连接，另外还有移动性，频谱效率，流量

密度.能量效率等性能都大大提高c

三、互联网

1.互联网

（1）互联网将分布于世界各地的计算机网

络连接起来，用来传送计算机信号。

（2）互联网使信息在全球范围内得到了高

速共享。

想一想体会互联网已经

阅读课文了解互联网

阅读课文并根据自己对互联网的认识说一融入我门的生

的定义以及应用

说互联网有哪些应用？活，锻炼学生的

2.互联网的应用归纳总结能力

（1）获取信息与传播

人们通过计算机，进入互联网这个信息高速

公路，足不出户就可获得世界各地的各种信

息，也可通过社交软件、自媒体分享内容。

（2）沟通与社交

即时通讯（微信、QQ）、视频通话（Zoom、

腾讯会议）、社交网络（微博、抖音），实

现跨时空人际、群体互动。网络让我们即使

远隔千山万水，也仿佛近在咫尺。

（3）教育与学习

互联网为我们提供了崭新的学习方式一网

络学校。互联网让图书馆和实验室都能“进

入”你的家里，随时随地打开计算机，你就

可开始学习。

在线课程（网易云课堂、Coursera）＞远程

教育、题库工具、虚拟实验室，打破教育时

空限制。

（4）MI：医院

网上医院使医生与患者能通过q联网及时

传递信息，患者无需和医生面对面，就能获

得专业咨询和诊断。

（5）生活服务

在线购物（淘宝、京东）、外卖点餐（美团、

饿了么）、出行预订（滴滴、携程）、政务

办理（电子税务局、政务APP）,简化日常

事务。

（6）娱乐与休闲：流媒体（腾讯视频、

Netflix）、网络游戏、在线音乐、直播互动,

丰富精神生活。

（7）工作与生产

远程办公（钉钉、飞书）、云存储（百度网

盘、阿里云）、在线协作（石墨文档、腾讯

文档）、企业数字化管理（ERP系统），提

升工作效率。

（8）金融与商务：网上银行、移动支付（支

付宝、微信支付）、数字货币、跨境电商、

在线投融资，革新金融交易模式。

学科综合

跨越千年：从烽火台到“5G+北斗”导航

烽火传递信息卫星导航示意图

阅读课文了解从烽火台到“5G+北斗”导

航的内容。

视频：5G+北斗导航

课堂练习1.关于电磁波和现代通信，卜列说法错误

的是（）

A.光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能学生练习巩固木节的知识

力强、损耗小等优点

B.微波、超声波、无线电波都属于电磁波

C.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继

站进行通信的

D.卫星通信、光纤通信都可以用来传递信

息

【答案】B

【详解】A.光纤通信的优点是传输信息量

大、抗干扰能力强及光能损耗小等，故A正

确，不符合题意；

B.微波、无线电波都属于电磁波，超声波

不属于电磁波，故B错误，符合题意。

C.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继

站进行通信的，故C正确，不符合题意。

D.卫星通信、光纤通信都可以用来传递信

息，故D正确，不符合题意。

故选Do

2.2024年春运期间，我国自主生产的C9I9

飞机首次投入春运，深受国人的喜爱。此飞

机在空中飞行时，跟地面上联系用的是

()

A.光纤通信B.超声波

C.广播和电视D.电磁波

【答案】D

【详解】飞机在空中飞行时，与地面联系是

利用电磁波。因为电磁波可以在真空中和空

气中传播，而超声波不能在真空中传播且传

输距离有限，光纤通信需要铺设光缆，广播

和电视本质也是电磁波，但属于单向传播的

民用信号，非专用航空通信手段。故D符合

题意，ABC不符合题意。

故选D。

3.光纤通信是利用_______从光导纤维的一

端射入，在内壁上多次,从另一端射

出来传递信息的；它传播信息的速度_____

(选填“大于”“小于”或“等于")3x108

m/s。

【答案】激光反射小于

【详解】光纤通信是利用激光传输

信息的，从光纤的〜端射入，在内壁上多次

反射后在另一端放射出来，然后在接收端，

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。光在光导纤维中传播的

速度小于，因为光在真空中速度最快，在介

质中速度会变慢，

课堂小结跨学科：电磁波与信息技术

1.光纤通信学生总结教师补充让学生对本节知

<1）光纤：足由玻璃或塑料等材料制成的识有个系统理解

纤维

（2）传播原理：光的全反射

光纤通信的优点

2.现代电信网络

卫星通信、微波通信、移动通信

3互.联网

（1）互联网将分布于世界各地的计算机网

络连接起来，用来传送计算机信号。

（2）互联网的应用

板书