《踏上信息高速公路》探究教案

PAGE10第三节踏上信息高速公路

教学目标

【知识与技能】1了解电磁波的应用及其对人类生活、社会发展的影响。2初步了解现代电信网络。3知道光纤是光载信息传递的有效形式。【过程与方法】培养学生自主学习、交流合作学习,查阅、收集、整理资料的能力。【情感·态度·价值观】让学生感受自己所学知识的自身意义和社会价值,促进学生的心智健康。

教学重难点

【教学重点】电磁波的应用及其对人类生活、社会发展的影响。【教学难点】光纤的特点以及光纤、网络等信息载体的工作原理。

教学过程

一、新课导入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、电脑、广播等数据文件都可以在高速公路上传播,它快捷而不互相干扰,信息高速公路是由什么组成的呢？

二、教学步骤探究点1光纤[阅读课本]P186“光纤”。[思考]生活中公路是有形的,而连接信息高速公路的媒介是否可以做一下分类呢[提示]可分为有线传输、无线传输两类,就像我们的固定电话、手机通话等。[思考]能否用金属导线作为信息高速公路的传输介质[提示]可以用金属导线作为信息传播的介质,电话就是用金属导线传输信号的;但金属导线的质量大、体积大、运输铺设不方便,而且有阻抗作用大、电磁信号传输过程中衰减快、电磁信号间干扰较强等弱点。[思考]为什么用光纤通信而不用电线呢[提示]光导纤维简称为光纤,应用光纤传输信息比电线传输信息的容量大,一根光纤能同时传输的信息量是一根电线的一万倍。[思考]在光纤里传播的是光波,为什么不用无线电波直接传输呢[提示]光波运载信息的能力比无线电波更强。[思考]为什么光波运载信息能力远大于无线电波[提示]电磁波作为载体,运载信息的能力与频率有关。光波的频率远高于无线电波的频率,所以光波的运载能力远大于无线电波。[思考]光在光纤中是以直线传播的吗[提示]光波在光纤中不断发生反射,并不是沿直线前进。[思考]为什么光射不到光纤外的地方[提示]如图,光波在光纤的两种材料间发生全反射,所以无法泄露出去。

[思考]光纤通信的优点有哪些[归纳提升]光纤通信的优点:信息传输量大、抗干扰能力强、信号衰减小,质量小,轻便、易于铺设,价格低廉。[思考]你知道光纤是谁发明的吗[提示]1966年,华人高锟发明了光纤通信,它是与电报、电话有同样重要地位的划时代发明。[习题]在一个无色大塑料瓶的侧壁靠底部的位置钻一个小孔,用胶带粘住小孔,在瓶中装满水,在瓶的另一侧放一只激光电筒,调节光束的方向,让光束正好能射中对侧的小孔如图所示。揭下胶带,让水流到下面的盆里,你会看到光随弯弯的水流照到盆底,在盆底产生一个光斑。

1在这个实验中,激光电筒的光束是沿水流的选填“内”或“外”壁经过多次选填“反射”或“折射”,最后射到盆底;

2实验中从瓶中流出的水柱相当于激光通信中的,由此说明用来进行激光通信的导管选填“能”或“不能”弯曲;

3猜想:在激光通信中,每一根导管能不能同时传导多束激光信号而不致相互干扰。

[分析]1在这个实验中,激光电筒的光束是沿水流的内壁经过多次反射,最后射到盆底;2激光在传输过程中,从光导纤维的一端射入后,在光导纤维内壁上要发生多次反射,并从另一端射出,这样就把它携带的信息传到远方;实验中从瓶中流出的水柱相当于激光通信中的光导纤维,由此说明用来进行激光通信的导管能弯曲;3光纤通信的容量大,不受外界条件的干扰,传播很远,通信质量很高;在激光通信中,每一根光导纤维中能同时传导多束激光信号而不致相互干扰。[答案]1内反射2光导纤维能3能探究点2现代电信网络[阅读课本]P187“现代电信网络”。[思考]无线通信是利用不同波长频率的电磁波传播信息,你知道有哪些传输方式呢[提示]卫星通信、微波通信、移动通信。[思考]对于卫星通信,大家了解多少呢卫星信号如何更有效地覆盖地面[提示]卫星把地面站送来的信号接收下来,然后放大发送给另外的地面站。大家通过几何作图的方法,可以知道三颗卫星就能覆盖地面实现全球通信。[思考]微波通信是怎样传播的呢[提示]微波通信就像接力赛,每隔几十千米修一座接力站,接收并放大信号,继续传送。[思考]对于微波通信,大家还了解多少[提示]频率越高运载能力越大,而微波的波长较短,频率较高。微波的性质接近于光波,要沿直线进行传播,就得每隔几十千米修一座接力站。[思考]你了解移动通信吗[提示]移动电话用微波信号与电话网络联系。移动通信的基地台是按蜂窝的构造布局的。[习题]量子通信基于卫星平台的量子通信是构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段。其主要通信流程是:量子信号从地面上发射并穿透大气层——中转卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一个中转卫星——量子信号从该中转卫星上再次穿透大气层到达地球某个角落的指定接收地点。量子通信是一种传输高效的通信方式,是一种保密性非常高的通信技术。近日,中国的多支研究团队与奥地利科学院塞林格研究组合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600千米的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。在实验中,“墨子号”分别与河北兴隆、奥地利格拉茨地面站进行了星地量子密钥分发,通过指令控制卫星作为中继,建立了兴隆地面站与格拉茨地面站之间的共享密钥,获取共享密钥量约800B,每秒更新一次加密密钥。基于共享密钥,中奥联合团队在北京到维也纳之间演示了图片加密传输,并建立了一套加密视频通信系统,利用该系统成功举行了75分钟的洲际量子保密视频会议。“墨子号”卫星与不同国家和地区的地面站之间实现成功对接,表明通过“墨子号”卫星与全球范围任意地点进行量子通信的可行性与普适性,并为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。1接收量子信号的中转卫星在工作过程中运动状态选填“改变”或“不改变”。

2文中“量子信号”其本质就是光的另一种形态表象。请说出将“量子信号”从中国传到奥地利要借助一颗或多颗中转卫星的理由。3依据文中的介绍,请猜想量子通信将来广泛应用的领域,并说明猜想的理由。[分析]1接收量子信号的中转卫星相对于地球静止,即与地球自转同步,做曲线运动,所以,接收量子信号的中转卫星在工作过程中运动状态改变。2因为“量子信号”其本质就是光的另一种形态表象,光在同种均匀介质中是沿直线传播的,所以,量子信号的传播是沿直线传播的。由于地球是椭圆的,所以量子信号从地面上沿直线发射并穿透大气层,被中转卫星接收到量子信号并按需要沿直线将其转发到另一个中转卫星,量子信号从该中转卫星上再次沿直线穿透大气层到达地球某个角落的指定接收地点。3猜想量子通信将来广泛应用的领域是:军事领域;理由:保密性强。[答案]1改变2量子信号的传播是沿直线传播的。3军事领域;保密性强。探究点3互联网[阅读课本]P189“互联网”。[思考]你对互联网知道多少它的最大优点是什么[提示]互联网最大的优点是实现了信息高速共享,使我们足不出户却能了解世界大事。[思考]你会发邮件吗书写你的电子信箱,并解释其意义。[提示]如邮件地址中的“cn”是“China”的简写。[思考]你知道在互联网上信息以什么形式传输吗[提示]互联网上信息以数字信息形式传播。[归纳提升]现在世界各国的电信网正在向数字化的电信网发展,将逐步代替模拟通信的传输和交换,同时向智能化、综合化的方向发展。三、板书设计第三节踏上信息高速公路1光纤1传播方式2优点2现代通信1卫星通信2微波通信3移动通信3互联网

教学反思

生活中学生比较关注网络通信,学生参与积