第三節(jié)踏上信息高速公路

教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)1.了解電磁波的應(yīng)用及其對人類生活、社會(huì)發(fā)展的影響。2.初步了解現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)。3.知道光纖是光載信息傳遞的有效形式。能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、交流合作學(xué)習(xí),查閱、收集、整理資料的能力。素養(yǎng)目標(biāo)讓學(xué)生感受自己所學(xué)知識的自身意義和社會(huì)價(jià)值,促進(jìn)學(xué)生的心智健康。

教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)電磁波的應(yīng)用及其對人類生活、社會(huì)發(fā)展的影響。教學(xué)難點(diǎn)光纖的特點(diǎn)以及光纖、網(wǎng)絡(luò)等信息載體的工作原理。

教學(xué)過程

一、新課導(dǎo)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(wǎng)絡(luò),電話、電視、電腦、廣播等的信號及數(shù)據(jù)文件都可以在“高速公路”上傳播,它們快捷而不互相干擾。信息高速公路是由什么組成的呢?二、教學(xué)步驟探究點(diǎn)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(jī)通話等。[思考]能否用金屬導(dǎo)線作為信息高速公路的傳輸介質(zhì)?[提示]可以用金屬導(dǎo)線作為信息傳播的介質(zhì),電話就是用金屬導(dǎo)線傳輸信號的。但金屬導(dǎo)線的質(zhì)量大、體積大、運(yùn)輸鋪設(shè)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(qiáng)等弱點(diǎn)。[思考]為什么用光纖通信而不用電線呢?[提示]光導(dǎo)纖維簡稱為光纖,應(yīng)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(shí)傳輸?shù)男畔⒘渴且桓娋€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(yùn)載信息的能力比無線電波更強(qiáng)。[思考]為什么光波運(yùn)載信息能力遠(yuǎn)大于無線電波?[提示]電磁波作為載體,運(yùn)載信息的能力與頻率有關(guān)。光波的頻率遠(yuǎn)高于無線電波的頻率,所以光波的運(yùn)載能力遠(yuǎn)大于無線電波。[思考]光在光纖中是沿直線傳播的嗎?[提示]光在光纖中不斷發(fā)生反射,并不是沿直線前進(jìn)。[思考]為什么光射不到光纖外的地方?[提示]如圖,光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(diǎn)有哪些?[歸納提升]光纖通信的優(yōu)點(diǎn):信息傳輸量大、抗干擾能力強(qiáng)、信號衰減小,質(zhì)量小,輕便、易于鋪設(shè),價(jià)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(bào)、電話有同樣重要地位的劃時(shí)代發(fā)明。[習(xí)題]在一個(gè)無色大塑料瓶的側(cè)壁靠底部的位置鉆一個(gè)小孔,用膠帶粘住小孔,在瓶中裝滿水,在瓶的另一側(cè)放一只激光電筒,調(diào)節(jié)光束的方向,讓光束正好能射中對側(cè)的小孔(如圖所示)。揭下膠帶,讓水流到下面的盆里,你會(huì)看到光隨彎彎的水流照到盆底,在盆底產(chǎn)生一個(gè)光斑。(1)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,激光電筒的光束是沿水流的(選填“內(nèi)”或“外”)壁經(jīng)過多次(選填“反射”或“折射”),最后射到盆底。

(2)實(shí)驗(yàn)中從瓶中流出的水柱相當(dāng)于激光通信中的,由此說明用來進(jìn)行激光通信的導(dǎo)管(選填“能”或“不能”)彎曲。

(3)猜想:在激光通信中,每一根導(dǎo)管(選填“能”或“不能”)同時(shí)傳導(dǎo)多束激光信號而不致相互干擾。

[分析](1)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,激光電筒的光束是沿水流的內(nèi)壁經(jīng)過多次反射,最后照到盆底。(2)激光在傳輸過程中,從光導(dǎo)纖維的一端射入后,在光導(dǎo)纖維內(nèi)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(yuǎn)方;實(shí)驗(yàn)中從瓶中流出的水柱相當(dāng)于激光通信中的光導(dǎo)纖維,由此說明用來進(jìn)行激光通信的導(dǎo)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(yuǎn),通信質(zhì)量很高;在激光通信中,每一根光導(dǎo)纖維中能同時(shí)傳導(dǎo)多束激光信號而不致相互干擾。[答案](1)內(nèi)反射(2)光導(dǎo)纖維能(3)能探究點(diǎn)2現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)[閱讀課本]P187“現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)”[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(dòng)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(shí)現(xiàn)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(yùn)載能力越大,而微波的波長較短,頻率較高。微波的性質(zhì)接近于光波,要沿直線進(jìn)行傳播,就得每隔幾十千米修一座接力站。[思考]你了解移動(dòng)通信嗎?[提示]移動(dòng)電話用微波信號與電話網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。移動(dòng)通信的基地臺是按蜂窩的構(gòu)造布局的。[習(xí)題]閱讀下面材料,回答問題。量子通信基于衛(wèi)星平臺的量子通信是構(gòu)建覆蓋全球量子通信網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)衛(wèi)星接收到量子信號并按需要將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)中轉(zhuǎn)衛(wèi)星——量子信號從該中轉(zhuǎn)衛(wèi)星上再次穿透大氣層到達(dá)地球某個(gè)角落的指定接收地點(diǎn)。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(shù)。近日,中國的多支研究團(tuán)隊(duì)與奧地利科學(xué)院塞林格研究組合作,利用“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,在中國和奧地利之間首次實(shí)現(xiàn)距離達(dá)7600km的洲際量子密鑰分發(fā),并利用共享密鑰實(shí)現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。在實(shí)驗(yàn)中,“墨子號”分別與河北興隆、奧地利格拉茨地面站進(jìn)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800kB,每秒更新一次加密密鑰。基于共享密鑰,中奧聯(lián)合團(tuán)隊(duì)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75min的洲際量子保密視頻會(huì)議。“墨子號”衛(wèi)星與不同國家和地區(qū)的地面站之間實(shí)現(xiàn)成功對接,表明通過“墨子號”衛(wèi)星與全球范圍任意地點(diǎn)進(jìn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。(1)接收量子信號的中轉(zhuǎn)衛(wèi)星在工作過程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(選填“改變”或“不改變”)。

(2)文中“量子信號”其本質(zhì)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(zhuǎn)衛(wèi)星的理由。(3)依據(jù)文中的介紹,請猜想量子通信將來廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域,并說明猜想的理由。[分析](1)接收量子信號的中轉(zhuǎn)衛(wèi)星相對于地球靜止,即與地球自轉(zhuǎn)同步,做曲線運(yùn)動(dòng),所以,接收量子信號的中轉(zhuǎn)衛(wèi)星在工作過程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。(2)因?yàn)椤傲孔有盘枴逼浔举|(zhì)就是光的另一種形態(tài)表象,光在同種均勻介質(zhì)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(zhuǎn)衛(wèi)星接收到量子信號并按需要沿直線將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)中轉(zhuǎn)衛(wèi)星,量子信號從該中轉(zhuǎn)衛(wèi)星上再次沿直線穿透大氣層到達(dá)地球某個(gè)角落的指定接收地點(diǎn)。(3)猜想量子通信將來廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是:軍事領(lǐng)域;理由:保密性強(qiáng)。[答案](1)改變(2)量子信號的傳播是沿直線傳播的。(3)軍事領(lǐng)域;保密性強(qiáng)。探究點(diǎn)3互聯(lián)網(wǎng)[閱讀課本]P189“互聯(lián)網(wǎng)”[思考]你對互聯(lián)網(wǎng)知道多少?它的最大優(yōu)點(diǎn)是什么?[提示]互聯(lián)網(wǎng)最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)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(huì)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:zhangming@中的“cn”是“China”的簡寫。[思考]你知道在互聯(lián)網(wǎng)上信息以什么形式傳播嗎?[提示]互聯(lián)網(wǎng)上信息以數(shù)字信息形式傳播。[歸納提升]現(xiàn)在世界各國的電信網(wǎng)正在向數(shù)字化的電信網(wǎng)發(fā)展,將逐步代替模擬通信的傳輸和交換,同時(shí)向智能化、綜合化的方向發(fā)展。三、板書設(shè)計(jì)第三節(jié)踏上信息高速公路1.光纖(1)傳播方式(2)優(yōu)點(diǎn)2.現(xiàn)代通信(1)衛(wèi)星通信(2)微波通信(3)移動(dòng)通信3.互聯(lián)網(wǎng)

教學(xué)反思

生活中學(xué)生比較關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信,