第二节 跨学科实践：制作简易的无线通信装置（表格式教学设计）物理新教材北师大版（北京）九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦无线电通信原理，围绕电磁波传递信息、调制与编码核心知识点展开。通过20世纪无线电报历史情境导入，提问“电报依靠什么传递信息”，衔接电磁波旧知，搭建从现象到原理的学习支架，引导学生理解能量转化与信息载体特性。 这份跨学科实践资料亮点突出，以“光通信”演示实验（播放器-手电筒-电池板-扬声器）帮助学生通过现象推理调制原理，采用“货车运货”类比建构载波模型，落实科学思维。组织小组合作制作简易无线电报机（发射板、接收板连接调试），结合莫尔斯电码或自编密码完成信息收发，强化科学探究。通过讨论电报优缺点及现代通信发展，渗透科学态度与责任。既让学生在动手与合作中深化物理观念，也为教师提供可操作的跨学科实践方案，提升教学实效。

二、跨学科实践：制作简易的无线电通信装置 （教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 教师 课题 二、跨学科实践：制作简易的无线电通信装置 教学 目标 物理观念 认识到在无线通信过程中，能量发生了从电能到光能/电磁波能，再回到电能、声能的转化。 认识到电磁波是承载信息的物质载体。理解信息传递是信号对载波（如光、电磁波）进行调制，使其随信号变化而相互作用的过程。 科学思维 引导学生通过实验探究无线电波传播的基本原理，培养学生分析问题、解决问题的能力。学生能够运用逻辑推理和模型构建的方法，理解信号发射与接收的过程。通过“光通信”演示实验的现象，推理出信息搭载与传递的基本原理。 科学探究 能够解释自制电报机的工作流程；能与同伴协作，利用莫尔斯电码或自编密码本完成信息的发送、接收与破译，并进行有效交流。培养小组合作能力，鼓励学生在实践中发现问题并提出改进方案。 科学态度 与责任 激发学生对科学技术的兴趣，增强他们对现代通信技术发展的好奇心和探索欲。强调科技应用中的社会责任，如合理使用无线设备避免干扰他人。 教材 分析 本节课选自北师大版九年级物理第十八章“信息的传递”，内容围绕无线电通信展开。作为跨学科实践活动，它结合了物理学、电子学以及工程设计等多领域知识，旨在帮助学生将理论知识应用于实际问题解决。通过制作简易无线通讯装置，学生不仅加深了对电磁波传播规律的理解，还锻炼了动手能力和团队协作能力。 学情分析 九年级学生好奇心强、乐于探索，对现代科技兴趣高。教师可结合教学内容与学生兴趣点，激发其主动学习热情，如展示相关原理视频，鼓励学生提问。 此外，教学要兼顾学生个体差异，对基础好的学生拓展前沿内容，对基础弱的学生给予更多支持，助其克服难点。总之，教师应根据学情调整教学策略，确保学生在本章学习中成长进步。 教学重点 了解无线电波的传播机制及其在通信中的应用。学会利用简单材料制作一个可以实现短距离信号传输的无线通讯装置。 教学难点 如何引导学生正确连接电路并调试装置，使其成功实现信号发送与接收。帮助学生理解复杂抽象的概念（如调制与解调）并将其与具体实验操作相联系。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【问题情境】20世纪三四十年代无线通信技术发展迅速，无线电报的影响力是电话无法比拟的。令人惊讶的是，电报在第三次科技革命之中迅速衰落。现在除了一些特殊部门还在使用电报之外，大家对电报的概念只是影视剧中那“嘀嘀嗒嗒”的声音。电报机是依靠什么传递信息的?这种传递信息的方式有哪些特点? 观察、思考，基于已有知识进行猜测。 学习新课 一、从现象到原理——揭秘无线通信 （一）初步认识无线电通信 【演示与观察】利用电磁波传递信息 1．演示“光通信”实验（图18.2-1），引导学生观察并思考“想一想”中的问题。 （1）.如图18.2-1所示，将播放器与手电筒用导线连接，将电池板与扬声器用导线连接。 （2）闭合手电筒的开关，用播放器播放音乐。 （3）将手电筒发出的光照向电池板，注意听扬声器发出的声音。 （4）用物理课本挡住手电筒发出的光，注意听扬声器发出的声音有什么变化。 想一想：声音是怎样传递到扬声器的? 2．引导分析： （1）播放器产生什么？ 音频电信号 （2）手电筒起到了什么作用？ 让光随信号变化，即调制，手电筒相当于“调制器” （3）电池板做什么？ 接收光信号，转化为电信号，即解调 3．讲解“调制”： 结合“图片2”中的“相关链接”和图18.2-2，类比“货车运货”，讲解载波与调制（AM/FM）。 调制的作用是将信息加载到高频载波以利信号传输。类比“货车运货”，让学生直观理解载波如货车，信息如货物，此方式便于远传且减少干扰。 【相关链接】电磁波的调制 1．提出问题： “电报时代，只能控制电流的‘通’和‘断’，如何传递‘你好’这样的复杂信息？” 2．电磁波的振幅和频率可以随携带的电信号而改变，这种技术叫作调制。如图18.2-2所示，红色线表示被调制的电磁波，叫作载波。蓝色线表示的电信号是一个模拟信号，展示了电流强度或振幅的变化。 3．用电信号调制载波有两种不同的方式。一种是使载波的振幅随电信号的强弱而改变，叫作调幅（AM）。另一种是使载波的频率随电信号的强弱而改变，即载波的疏密程度随着信号强弱而变化，叫作调频（FM）。 （二）简易的无线电报机 1．无线电发报机的发明： 1895年，马可尼（Guglielmo Marconi，1874—1937）发明了依靠电磁波传送信息的无线电报机。无线电发报机利用电键控制一个低频信号发生器，低频信号被调制到高频载波信号上，经功率放大由天线发射，通信距离可达上千千米。在接收端，经检波可得到低频信号，由报务员译码得到所传递的信息。 2．莫尔斯电码：  要知道传输的信号代表什么内容，就需要一套统一的规范。莫尔斯电码是一种早期的数字化通信形式，它的代码包括五种：点、画、点和画之间短的停顿、每个词之间中等的停顿、句子之间长的停顿。通过这五种代码不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。部分莫尔斯电码符号见表18.2-1。介绍其作为一种编码方式，用点、画的不同组合代表不同字符。 【相关链接】中文电码简介 中文电码是将汉字转化为电子信号的编码，电报利用中文电码可以传送中文信息。 中文电码采用了四位阿拉伯数字作代号，从“0001”到“9999”按四位数顺序排列，用四位数字表示汉字、字母和符号。汉字先按部首，后按笔画排列。字母和符号放到电码表的末尾。 中文电码可用作计算机里的中文输入法，但因中文电码是“无理码”,记忆困难，一般用户几乎无法熟练地掌握和使用。 3．概念升华： 强调这是将复杂信息数字化为最简单物理过程（通断）的伟大思想。 布置“活动一”任务：制作简易无线电报机。讲解安全注意事项和活动目标。分发器材。 （三）活动一：制作简易的无线通信装置 【活动目的】 1．了解简易的无线通信装置的原理。 2．制作简易的无线通信装置。 【活动器材】 无线信号发射板、无线信号接收板、发光二极管、蜂鸣器、电池、电池盒、快速接线端子、木板底座等。 【活动内容】 1．如图18.2-3甲所示，将无线信号发射板和电池盒固定在木板底座上，用快速接线端子把无线信号发射板上的“B+”和“B-”分别连接电源的正负极。 2．如图18.2-3乙所示，将无线信号接收板和电池盒固定在木板底座上，用快速接线端子把无线信号接收板上的“B+”和“B-”分别与电源的正、负极连接，“B”和“F”连接发光二极管（蜂鸣器）。 3．试一试，电路能否正常工作?操作是否方便?如果不能达到要求，请检查电路或调整元件位置。 【议一议】使用电报机进行通信的时代只能控制电流的通断，怎样利用电流的通断传递复杂的信息？ 我们刚了解的莫尔斯电码就能解决这个问题。莫尔斯电码，用点（开关接通时间短）、画（开关接通时间较长）组合表示各个数字。利用无线电报机将信息发送给接收方，就可以实现远距离信息传递。 观察实验。 分析信号传递的每一个环节。 理解调制。 阅读教材 了解调幅和调频 了解无线电报机的发明，初步了解莫尔斯电码 阅读教材 明确任务，领取器材，阅读制作步骤。 小组合作，根据图纸和步骤完成发报机和收报机的制作与连接。测试电路是否正常工作。 学习新课 二、从制作到应用——实践无线通信 （一）编码实践传递信息 【活动目的】 1．了解无线通信编码的规则。 2．会利用电报密码发送简单的信息。 【活动器材】 简易无线电报机、记录纸、笔、汉语词典等。 【活动内容】 1．与对方约定自己的电报密码。例如，可用汉语词典作为密码本，用四位数字“8886”代表汉语词典第88页第8行第6个字（拼音和标点符号不算字数）。 2．把要发出的信息写在记录纸上，并用约定的电报密码将信息内容编译为数字。采用莫尔斯电码，用点（开关接通时间短）、画（开关接通时间较长）组合表示这些数字。利用自己制作的电报机将信息发送给对方，看对方能否正确地翻译出“电报”的内容。 【议一议】随着通信技术的不断进步，无线电报沿用到20世纪末后逐渐退出了历史的舞台。结合对电报机发展史的学习，以及制作电报机的过程，谈谈电报这种通信方式有哪些优点和不足，以及通信装置的发展方向。 二、交流评价辩证思考 1．交流分享： 请小组分享成功经验或遇到的困难。 2．引导讨论： 【议一议】随着通信技术的不断进步，无线电报沿用到20世纪末后逐渐退出了历史的舞台。结合对电报机发展史的学习，以及制作电报机的过程，谈谈电报这种通信方式有哪些优点和不足，以及通信装置的发展方向。 （1）电报通信方式有哪些优点和不足？ 优点：抗干扰、设备简单 缺点：效率低、需专业译码 （2）通信装置的发展方向是什么？ 数字化、智能化、高速化、便携化。 3．介绍现代应用： 简要介绍业余电台及其社会服务。 三、总结本课核心： 1．原理： 调制与编码。 2．实践： 制作与通信。 3．思想： 化繁为简的编码思维。布置课后作业。 教材P165【实践与探索】 1．请你简要描述信息通过简易无线通信装置传送的过程。 信息通过简易无线通信装置传送的过程可以分为几个关键步骤。首先，发送端将需要传递的信息转化为电信号，这一过程通常通过调制实现，即用信息信号改变载波的某一特性，如幅度、频率或相位。接下来，经过调制的信号通过天线以电磁波的形式发射出去。电磁波在空间中传播，直至被接收端的天线捕捉到。接收端的装置随后对信号进行解调，恢复出原始的信息。最后，接收端的设备将解调后的信号转化为可识别的形式，如声音或文字，从而完成信息的传递过程。这个过程体现了无线通信装置的基本工作原理，同时也为更复杂的通信技术奠定了基础。 2．打开计算机上的搜索引擎，输入“中文电码查询”,查询表18.2-2中一组电码的译文。 在计算机上使用搜索引擎查询电码译文时，首先需要确保网络连接正常，并打开常用的搜索引擎界面。在搜索框中输入指定的关键词“中文电码查询”，然后按下回车键或点击搜索按钮，系统会显示与中文电码相关的查询工具或网页。接下来，找到可靠的在线电码查询平台，将表18.2-2中的电码逐一输入到查询框中，点击查询或翻译按钮，即可获得对应的中文译文。通过这种方式，可以快速完成对电码内容的解码工作，为后续的信息处理提供准确的文字依据。 0001：一；6386：起；0686：向；2607：未；0171：来 3．无线电爱好者可以依法设立自己的业余电台，彼此之间进行通信联络。请了解这些电台的天线样式、通信方式、使用的波段等，以及他们怎样用电台为社会服务。 业余电台的天线样式多种多样，常见的有偶极天线、垂直天线和定向天线等，不同天线适用于不同的通信需求和环境条件。在通信方式上，业余电台通常采用语音、电码或数字模式进行联络，其中莫尔斯电码仍然是一种经典且可靠的选择。这些电台使用的波段广泛，包括短波、超短波以及微波频段，以满足远距离通信或本地通信的不同目标。此外，许多无线电爱好者积极参与应急通信服务，在自然灾害或其他紧急情况下提供关键的信息支持，展现了业余电台在社会服务中的重要作用。 小组约定密码。 编写要发送的信息，并编译成数字码和莫尔斯码。 一方发送，另一方接收并记录、译码，核对信息是否正确。 分享实践心得。 结合制作和使用体验，辩证地讨论电报的优缺点，展望通信技术未来。 了解无线电技术的现代价值。 回顾整理 课 堂 练 习 1．图为广播电台的发射塔，其信号频率比红光频率低，则以下说法正确的是（　　） A．广播电台发射的信号不能在真空中传播 B．与红光相比，广播电台发射的信号波长较短 C．广播电台发射的信号在空气中传播的速度为340m/s D．广播电台发射的信号是由高频变化的电流产生的 【答案】D 【详解】A．电磁波可以在真空中传播，广播电台发射的信号属于电磁波，能在真空中传播，故A错误； B．电磁波在真空中的传播速度是宇宙中最快的速度，即c=3×108m/s，其速度是一定值，根据公式：波速=波长×频率，则波速一定，频率越低，波长越长；广播电台的发射塔发射的信号频率比红光频率低，则广播电台发射的信号的波长比红光波长长，故B错误； C．广播电台发射的信号属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度为3.0×108m/s，在空气中的传播速度比真空中略低，但也接近3.0×108m/s，故C错误； D．广播信号是通过天线中的高频振荡电流产生的电磁波，这是无线电通信的基本原理，故D正确。 故选D。 2．图中是电磁波，小明用收音机收听广州交通电台FM106.1MHz（1MHz＝106Hz）频道播放的钢琴节目，某时刻他听到演员弹奏音符“do”“la”，频率分别为261.6Hz、440Hz，此时（　　） A．收音机收到空中电磁波的频率是106.1×106Hz B．收音机接收的信息是无线电波，只能在空气中传播 C．440Hz表示钢琴的琴弦每分钟振动440次 D．小明听到“do”比“la”音调要高 【答案】A 【详解】A．广州交通电台的频率是FM106.1MHz，所以收听广州交通电台的收音机接收到空中电磁波的频率是106.1MHz，广州交通电台的频率为 由图可知收音机听到的广播电台的信号是通过无线电波传播的，故A符合题意； B．无线电波属于电磁波，电磁波可以在真空中传播，故B不符合题意； C．频率是指每秒钟振动的次数，440Hz表示钢琴的琴弦每秒钟振动440次，故不C符合题意； D．“do”“la”的频率分别为261.6Hz、440Hz，声音的频率越高，音调越高，所以“la”的音调较高，故D不符合题意。 故选A。 3．下表是某电话手表的部分参数。有关叙述正确的是（　　） 产品类型 GPS手表 功能 来电提醒，拨打电话，短信收发，精准定位 电池类型 内置3.8V，300mAh凝胶聚合物电池 产品质量 37g A．手表应用超声波准确定位 B．手表充电时将化学能转化为电能 C．手表一次充满电约消耗电能4100J D．手表通话时将电信号转化为声信号 【答案】C 【详解】A．电磁波可以传递信息，且不需要介质，手表应用电磁波准确定位，故A错误； B．手表充电时消耗电能，将电能转化为化学能，故B错误； C．手表一次充满电约消耗电能为，故C正确； D．手表通话时将声音转换变化的电流传到远方，即将声信号转化为电信号，故D错误。 故选C。 4．如图甲、乙所示是无线电广播工作过程的简易图。话筒把播音员的声音信号转换成 ，调制解调器把音频信号加载到 电流上发射到空中，收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号，通过解调将 信号留下，通过扬声器把播音员的声音从收音机播放出来。 【答案】 电信号 高频 音频 【详解】[1][2]话筒将声信号转化为音频电信号，而后该信号经调制器后加载在高频电磁波上，然后由天线发射到空中。 [3]收音机接收装置收到空中的各种电磁波，并通过调谐器从众多的电磁波中找出特定频率的信号，通过解调器选出音频电信号，送到扬声器即可发出声音。 5．DeepSeek在自然语言处理、个性化推荐等方面展现出强大的功能，深受各行各业的欢迎。DeepSeek主要依靠 （选填：“超声波”或“电磁波”）来搜索信息的，这种波 （选填：“能”或“不能”）在真空中传播。手机在使用时，有一部分电能转化为内能散失到空气中，而这些内能却无法自动转化为电能，说明能量转化具有 性。 【答案】电磁波；能；方向。 【详解】[1]DeepSeek作为信息搜索系统，依赖电磁波传递数据。电磁波具有远距离传输能力且无需介质，适用于无线通信场景；超声波仅能在介质中传播，无法满足远距离信息传输需求。 [2]电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。 [3]手机在使用时，有一部分电能转化为内能散失到空气中，而这些内能却无法自动转化为电能，说明能量转化过程具有不可逆的方向性特征，虽然能量的总量保持不变，但由于能量转化的方向性，所以我们依然要节约能源。 板 书 设 计 二、跨学科实践：制作简易的无线电通信装置 一、初步认识无线电通信 1．利用电磁波可以传递信息。特点： （1）电磁波能够在空气中自由传播，覆盖范围广。 （2）信息传递速度快，几乎达到光速，适用于实时通信需求。 （3）无线电通信具备较强的穿透能力，可以在不同地形和环境下保持稳定传输。 （4）无线电通信具有灵活性，适用于多种应用场景，如广播、电视、移动通信等。 2．电磁波的振幅和频率可以随携带的电信号而改变，这种技术叫作调制。被调制的电磁波，叫作载波。 3．用电信号调制载波有两种不同的方式：调幅和调频。 二、简易的无线电报机 1．1895年，马可尼发明了依靠电磁波传送信息的无线电报机。 2．莫尔斯电码一种早期的数字化通信形式，它的代码包括五种代码不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。 三、制作简易的无线电通信装置 通过实际动手制作简易无线电通信装置，进一步理解无线电通信的基本原理和技术实现方式。 课 堂 小 结 二、跨学科实践：制作简易的无线电通信装置 作业布置 1．教材本节末“实践与探索” 2．配套同步“导学案”。 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $