《踏上信息高速公路》探究教案

PAGE10第三節(jié)踏上信息高速公路

教學目標

【知識與技能】1了解電磁波的應用及其對人類生活、社會發(fā)展的影響。2初步了解現代電信網絡。3知道光纖是光載信息傳遞的有效形式。【過程與方法】培養(yǎng)學生自主學習、交流合作學習,查閱、收集、整理資料的能力?！厩楦小B(tài)度·價值觀】讓學生感受自己所學知識的自身意義和社會價值,促進學生的心智健康。

教學重難點

【教學重點】電磁波的應用及其對人類生活、社會發(fā)展的影響?！窘虒W難點】光纖的特點以及光纖、網絡等信息載體的工作原理。

教學過程

一、新課導入信息高速公路是指可以交流各種信息的大容量、高速度的通信網絡,電話、電視、電腦、廣播等數據文件都可以在高速公路上傳播,它快捷而不互相干擾,信息高速公路是由什么組成的呢？

二、教學步驟探究點1光纖[閱讀課本]P186“光纖”。[思考]生活中公路是有形的,而連接信息高速公路的媒介是否可以做一下分類呢[提示]可分為有線傳輸、無線傳輸兩類,就像我們的固定電話、手機通話等。[思考]能否用金屬導線作為信息高速公路的傳輸介質[提示]可以用金屬導線作為信息傳播的介質,電話就是用金屬導線傳輸信號的;但金屬導線的質量大、體積大、運輸鋪設不方便,而且有阻抗作用大、電磁信號傳輸過程中衰減快、電磁信號間干擾較強等弱點。[思考]為什么用光纖通信而不用電線呢[提示]光導纖維簡稱為光纖,應用光纖傳輸信息比電線傳輸信息的容量大,一根光纖能同時傳輸的信息量是一根電線的一萬倍。[思考]在光纖里傳播的是光波,為什么不用無線電波直接傳輸呢[提示]光波運載信息的能力比無線電波更強。[思考]為什么光波運載信息能力遠大于無線電波[提示]電磁波作為載體,運載信息的能力與頻率有關。光波的頻率遠高于無線電波的頻率,所以光波的運載能力遠大于無線電波。[思考]光在光纖中是以直線傳播的嗎[提示]光波在光纖中不斷發(fā)生反射,并不是沿直線前進。[思考]為什么光射不到光纖外的地方[提示]如圖,光波在光纖的兩種材料間發(fā)生全反射,所以無法泄露出去。

[思考]光纖通信的優(yōu)點有哪些[歸納提升]光纖通信的優(yōu)點:信息傳輸量大、抗干擾能力強、信號衰減小,質量小,輕便、易于鋪設,價格低廉。[思考]你知道光纖是誰發(fā)明的嗎[提示]1966年,華人高錕發(fā)明了光纖通信,它是與電報、電話有同樣重要地位的劃時代發(fā)明。[習題]在一個無色大塑料瓶的側壁靠底部的位置鉆一個小孔,用膠帶粘住小孔,在瓶中裝滿水,在瓶的另一側放一只激光電筒,調節(jié)光束的方向,讓光束正好能射中對側的小孔如圖所示。揭下膠帶,讓水流到下面的盆里,你會看到光隨彎彎的水流照到盆底,在盆底產生一個光斑。

1在這個實驗中,激光電筒的光束是沿水流的選填“內”或“外”壁經過多次選填“反射”或“折射”,最后射到盆底;

2實驗中從瓶中流出的水柱相當于激光通信中的,由此說明用來進行激光通信的導管選填“能”或“不能”彎曲;

3猜想:在激光通信中,每一根導管能不能同時傳導多束激光信號而不致相互干擾。

[分析]1在這個實驗中,激光電筒的光束是沿水流的內壁經過多次反射,最后射到盆底;2激光在傳輸過程中,從光導纖維的一端射入后,在光導纖維內壁上要發(fā)生多次反射,并從另一端射出,這樣就把它攜帶的信息傳到遠方;實驗中從瓶中流出的水柱相當于激光通信中的光導纖維,由此說明用來進行激光通信的導管能彎曲;3光纖通信的容量大,不受外界條件的干擾,傳播很遠,通信質量很高;在激光通信中,每一根光導纖維中能同時傳導多束激光信號而不致相互干擾。[答案]1內反射2光導纖維能3能探究點2現代電信網絡[閱讀課本]P187“現代電信網絡”。[思考]無線通信是利用不同波長頻率的電磁波傳播信息,你知道有哪些傳輸方式呢[提示]衛(wèi)星通信、微波通信、移動通信。[思考]對于衛(wèi)星通信,大家了解多少呢衛(wèi)星信號如何更有效地覆蓋地面[提示]衛(wèi)星把地面站送來的信號接收下來,然后放大發(fā)送給另外的地面站。大家通過幾何作圖的方法,可以知道三顆衛(wèi)星就能覆蓋地面實現全球通信。[思考]微波通信是怎樣傳播的呢[提示]微波通信就像接力賽,每隔幾十千米修一座接力站,接收并放大信號,繼續(xù)傳送。[思考]對于微波通信,大家還了解多少[提示]頻率越高運載能力越大,而微波的波長較短,頻率較高。微波的性質接近于光波,要沿直線進行傳播,就得每隔幾十千米修一座接力站。[思考]你了解移動通信嗎[提示]移動電話用微波信號與電話網絡聯系。移動通信的基地臺是按蜂窩的構造布局的。[習題]量子通信基于衛(wèi)星平臺的量子通信是構建覆蓋全球量子通信網絡最為可行的手段。其主要通信流程是:量子信號從地面上發(fā)射并穿透大氣層——中轉衛(wèi)星接收到量子信號并按需要將其轉發(fā)到另一個中轉衛(wèi)星——量子信號從該中轉衛(wèi)星上再次穿透大氣層到達地球某個角落的指定接收地點。量子通信是一種傳輸高效的通信方式,是一種保密性非常高的通信技術。近日,中國的多支研究團隊與奧地利科學院塞林格研究組合作,利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星,在中國和奧地利之間首次實現距離達7600千米的洲際量子密鑰分發(fā),并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。在實驗中,“墨子號”分別與河北興隆、奧地利格拉茨地面站進行了星地量子密鑰分發(fā),通過指令控制衛(wèi)星作為中繼,建立了興隆地面站與格拉茨地面站之間的共享密鑰,獲取共享密鑰量約800B,每秒更新一次加密密鑰?；诠蚕砻荑€,中奧聯合團隊在北京到維也納之間演示了圖片加密傳輸,并建立了一套加密視頻通信系統(tǒng),利用該系統(tǒng)成功舉行了75分鐘的洲際量子保密視頻會議?！澳犹枴毙l(wèi)星與不同國家和地區(qū)的地面站之間實現成功對接,表明通過“墨子號”衛(wèi)星與全球范圍任意地點進行量子通信的可行性與普適性,并為形成衛(wèi)星量子通信國際技術標準奠定了基礎。1接收量子信號的中轉衛(wèi)星在工作過程中運動狀態(tài)選填“改變”或“不改變”。

2文中“量子信號”其本質就是光的另一種形態(tài)表象。請說出將“量子信號”從中國傳到奧地利要借助一顆或多顆中轉衛(wèi)星的理由。3依據文中的介紹,請猜想量子通信將來廣泛應用的領域,并說明猜想的理由。[分析]1接收量子信號的中轉衛(wèi)星相對于地球靜止,即與地球自轉同步,做曲線運動,所以,接收量子信號的中轉衛(wèi)星在工作過程中運動狀態(tài)改變。2因為“量子信號”其本質就是光的另一種形態(tài)表象,光在同種均勻介質中是沿直線傳播的,所以,量子信號的傳播是沿直線傳播的。由于地球是橢圓的,所以量子信號從地面上沿直線發(fā)射并穿透大氣層,被中轉衛(wèi)星接收到量子信號并按需要沿直線將其轉發(fā)到另一個中轉衛(wèi)星,量子信號從該中轉衛(wèi)星上再次沿直線穿透大氣層到達地球某個角落的指定接收地點。3猜想量子通信將來廣泛應用的領域是:軍事領域;理由:保密性強。[答案]1改變2量子信號的傳播是沿直線傳播的。3軍事領域;保密性強。探究點3互聯網[閱讀課本]P189“互聯網”。[思考]你對互聯網知道多少它的最大優(yōu)點是什么[提示]互聯網最大的優(yōu)點是實現了信息高速共享,使我們足不出戶卻能了解世界大事。[思考]你會發(fā)郵件嗎書寫你的電子信箱,并解釋其意義。[提示]如郵件地址中的“cn”是“China”的簡寫。[思考]你知道在互聯網上信息以什么形式傳輸嗎[提示]互聯網上信息以數字信息形式傳播。[歸納提升]現在世界各國的電信網正在向數字化的電信網發(fā)展,將逐步代替模擬通信的傳輸和交換,同時向智能化、綜合化的方向發(fā)展。三、板書設計第三節(jié)踏上信息高速公路1光纖1傳播方式2優(yōu)點2現代通信1衛(wèi)星通信2微波通信3移動通信3互聯網

教學反思

生活中學生比較關注網絡通信,學生參與積