师：同学们，大家好，很高兴和大家相聚在这里。请准备好学习任务单，和老师一起开始今天的学习。上节课我们认识了电磁波，知道它能让信息“飞起来”。这节课，我们接着学习物理沪科版九年级下册第19章第三节“踏上信息高速公路”。首先，请大家观看一段视频。
处在不同地域的人，彼此交流情感、传递信息，需要借助某种通信方式。从古人感慨“家书抵万金”，到如今万里传音的信息科技时代，通信需求不断增加，传输速度越来越快，光通信技术应运而生，并发挥了不可替代的重要作用。这是一种全新的通信方式，它以光纤为传输介质，利用激光传输信息。相比传统的电缆通信，光通信技术就像把蜿蜒崎岖的羊肠小道换成了笔直宽阔的高速公路，信息通信能力得到飞跃式提升。
从古人对“家书抵万金”的感慨，到如今万里传音的信息科技时代，信息传递的要求越来越高，光通信技术发挥了不可替代的重要作用。相比于传统的电缆通信，光通信相当于把蜿蜒崎岖的羊肠小道换成了笔直宽阔的高速公路。那么，到底什么是信息高速公路呢？信息高速公路是指可以交流各种信息的大容量、高速度的通信网络，电话、电视、广播等的信号以及数据文件，都可以在由光纤构成的信息高速公路上传播，并且互不干扰。那么，什么又是光纤呢？光纤简称光纤，是传输光信号的器件，这是各种光纤的图片。接下来，我们通过一段视频了解光在光纤中的传播以及光纤的内部结构。
师：你知道光纤的极限传输速度有多快吗？几乎和光的速度一致，达到了每秒30万千米。而地球的周长约为4万千米，也就是说，光一秒能绕地球7圈半，光纤也是如此。那么，它到底是怎样做到的呢？据了解，它主要利用了一种物理现象，名为全反射。我们将一支激光笔对准小孔照射，此时可以看到光线并没有沿直线传播出去，而是随着水流了下来，经过放大后能清晰地看到光线的传播路径，这便是典型的全反射现象。著名的华人科学家高锟正是基于此原理发明出了光纤，并成功获得诺贝尔物理学奖。
当然，要知道光纤能超快传输的真正原因，我们还要了解光纤的内部结构。它主要由一个玻璃或塑料的纤维以及名为包层的外层组合而成。为了降低折射率，包层中会掺杂一些化学物质，这样一来，当光线射入后，它就会以完全相同的角度反射、再反射，一直留在光纤内。
师：从刚才的视频中我们了解到，光纤是传播光信号的介质，光纤通信中用的是激光，不是普通的光。因为普通光源发出的光夹杂了许多频率的光，不但难以加载信息，而且通信质量差。激光亮度高，单色性和方向性好，能量始终集中在传播方向上，容易调制信号。光在光纤中是以不断反射的形式向前传播的，因此光缆可以不沿直线铺设。电话、电视、广播等的信号以及数据文件，都可以在光纤构成的信息高速公路上传播，并且互不干扰。
那么，光纤通信有什么优点呢？
优点一，信息容量大。由于光波的频率远高于无线电波的频率，所以光波所运载的信息容量远大于无线电波，一根光纤能同时传输相当于1万根电话线的信息量。在由光纤组成的信息高速公路上，可以同时传送500个电视频道信号。随着科学技术的发展，光纤能传送的信息容量还会更大。
优点二，传输速度快。因为传输的是光信号，光纤是至今为止传输速度最快的传输介质。
优点三，传输距离远。光纤很细，有内外两层，由于内外层的折射本领不一样，光只在内层传播。因此，光纤的抗干扰能力强，能减少信号衰减，适用于远距离传输大量信息。
优点四，光纤抗电磁干扰，保密性好。接下来，让我们通过一个迷你小实验，观察一下不同颜色的光在光纤中的传播。我们需要的实验材料有手电筒一支、彩色透明纸若干、光纤一束。实验内容：一是用不同颜色的彩色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，再将光纤的一端垂直放置其上，观察不同颜色的光在光纤中传播的现象；二是观察光纤弯曲成不同角度，甚至弯成环状时，光在光纤中的传播情况。
同学们，今天我们通过一个小实验观察不同颜色的光在光纤中的传播。我们用到的实验器材有手电筒一支、彩色透明塑料纸若干、光纤一束。现在，我们打开手电筒使其发光，将红色透明塑料纸蒙在手电筒的玻璃上，把光纤的一端垂直放置其上，我们在光纤的另一端看到了红光。现在，把光纤弯曲成不同角度，甚至呈环状时，依然可以在光纤的另一端看到红光。现在，我们将红色透明塑料纸取下，换成绿色透明塑料纸，将光纤的一端垂直放置其上，我们在光纤的另一端看到了绿光。如果将光纤弯曲成不同角度，甚至呈环状时，依然可以在光纤的另一端看到绿光。现在，我们将绿色透明塑料纸取下，换成黄色透明塑料纸，将光纤的一端垂直放置其上，我们在光纤的另一端看到了黄光。如果将光纤弯曲成不同角度，甚至呈环状时，依然可以在光纤的另一端看到黄光。这个实验说明，不同颜色的光都能在光纤中传播，不管光纤怎样弯曲，从一端射入的光都能从光纤的另一端射出。
实验现象：一是将红色透明纸蒙在手电筒的玻璃上时，在光纤的另一端看到红光；将绿色透明纸蒙在手电筒的玻璃上时，在光纤的另一端看到绿光；将黄色透明纸蒙在手电筒的玻璃上时，在光纤的另一端看到黄光。二是将光纤弯曲成不同的角度，甚至呈环状，仍能在光纤的另一端看见与上述相同的现象。由此我们得出实验结论：不同颜色的光都能沿着光纤传播，不管光纤怎样弯曲，从一端射入的光都会从另一端射出。我们每天都在用电话传递信息，那你知道，当你用电话拨通另一个人的号码，或者对方用电话给你通话时，信息都经历了一个什么样的电话系统吗？现代电信网络的通信方式有卫星通信、微波通信和移动通信。我们首先通过一段视频来了解一下微波通信和卫星通信。
电磁波动性一般可分为广播方式和点对点方式，我们的微波属于后者。为什么要采用点对点方式呢？这和微波的特点密切相关。微波的特性是频率高、波长短，这种类型的电磁波衍射能力很差，在地表传输时衰减很大，传输距离也比较短。我们知道，电磁波除了在地面沿空气传播之外，还可以利用天空中电离层反射的方式进行远距离传播。但微波仍然无法利用这种方式，因为微波的频率太高，以至于电离层无法有效反射，它只能穿透，所以微波传输几乎只能进行视距内传输。
什么是视距内传输？就是发射天线和接收天线之间没有障碍物的阻挡，可以互相看见。数据传输除了容易受山体和建筑物等影响之外，还容易受到地球表面弧度的限制。地球是一个球体，地球的表面是有弧度的，微波天线发出的微波经过一定距离之后，就会被地球表面所阻挡，无法继续传播，因此微波通信存在着距离限制。通常来说，如果微波天线挂在正常高度的铁塔上，它的传输距离就是50公里。如果要进行远距离传输，就必须进行接力，也就是说需要设置微波中继转接站，微波中继转接站接收到前一站的微波信号，加以放大等处理，再转发到下一站去。就像接力赛一样，直到抵达最终的收信端。也正是因为这个传输特点，微波通信经常被称为微波中继通信或微波接力通信。
根据上面的内容我们可以知道，微波天线距离地面越高越好。那么你一定想到了，为什么我们不干脆把中继站挂到天上去呢？是的，这就是卫星通信。借助地球同步卫星将微波中继站挂在太空中，可以最大化地扩大微波通信的距离。地球同步卫星距离地面36000公里，可以覆盖地球表面面积的1/3。理论上只需要三颗卫星，就能保证地球上任意两个站点可以进行通信。
从刚才的视频中我们了解到，卫星通信是以地球同步卫星作为无线电通信的中继站，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，并且用3颗同步卫星就可以实现全球通信。微波通信每隔几十千米修建一座接力站，接收并放大信号继续传送。
然后我们再来了解一下移动通信。移动电话用微波信号与电话网络联系。我国的移动通信采用小区制，移动通信的基地台是按蜂窝的构造布局的，这样大大增加了无线电覆盖的有效面积，减少了转接信息的基地台数量，因而移动电话也被称为蜂窝电话，手机就是移动通信的成员之一。现在移动通信网络已经进入5G时代，那么到底什么是5G？它又会给我们的生活带来哪些变化呢？接着让我们通过一段视频了解一下。