Урок по теме " Принцип радиосвязи"

Урок по физике

Тема: "Принцип радиосвязи. Радиолокация"

Цель: Раскрыть физический принцип радиотелефонной связи; ознакомить учащихся с устройством простейшего радиоприёмника, со свойствами радиоволн различной длины; объяснить принцип радиолокации и рассмотреть его применение; ознакомить учащихся с практическим применением электромагнитных волн;

Задачи:

1.Образовательная:  усвоение       понятий:   радиосвязь,   модуляция, детектирование, радиолокация;  формирование умений применять основы радиотехники на практике. Показать роль науки и техники в развитии НТП, роль приборов в научном познании.

2.Развивающая:  развивать у учащихся  познавательные интересы,  интеллектуальные и творческие способности в процессе решения физических задач и самостоятельного приобретения новых знаний по физике по средством переработки и предъявления учебной и научно-популярной информации; коммуникативные, толерантные качества учащихся, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы; развитие критического мышления, на основе заполнения таблицы "Знаю. Узнал. Хочу узнать."

3. Воспитательная: воспитывать интерес к предмету, гордость за учёных нашей страны; экологическую грамотность учащихся.

Тип урока: комбинированный

Методы  обучения:  беседа, рассказ  с  применением     ПК,       сообщение учащихся, обсуждения, самостоятельная работа (частично- поисковый метод).

Оборудование: ПК, проектор, презентация,  демонстрационная модель "Простейшего

радиоприёмника", таблица "Радиолокация".

План урока

Эпиграф к уроку

"Счастлив я, что не за рубежом,

а в России открыто новое средство связи"

                                                                                                                                        А.С.Попов

I. Оргмомент

II. Мотивация и актуализация  опорных знаний учащихся

 1 .Что такое электромагнитное поле?

2. Что называется электромагнитной волной?

3. Каковы основные характеристики электромагнитной волны?

4.Каково устройство и принцип действия вибратора Герца?

5.В чём состоит научное и практическое значение опыта Герца?

6. Рассказать о истории развития радио в России.

7. В чём значение опытов А.С. Попова?

8. Какова роль Г.Маркони в развитии радиосвязи?

III. Изучение нового материала 

1 История появления радиосвязи

 В истории человечества одним из первых средств связи были сигнальные костры, В Древней Греции уже применялся простейший код - костровый дым трех цветов. С помощью цветовых сочетаний можно было передавать информацию. Во времена Ньютона появились подзорные трубы, что позволило создать систему костровой связи с ретрансляторами, находящимися на расстоянии, большем 10 км.

Первым устройством оптической связи считается семафорный телеграф Шаппа, появившийся в 1791г. Ретрансляторная станция представляла собой сооружение, похожее на замок. Наверху располагался огромный Н-образный шарнирный механизм, длина одного плеча которого была 5 м. Оператор, находившийся внутри башни, с помощью веревочных тяг приводил в движение Н-образное соединение, которое меняло свою конфигурацию, образуя около 40 различных фигур - 26 букв латинского алфавита, цифры, точку и запятую.

Расстояние между станциями достигало нескольких километров. Имеются сведения, что в течение 20 мин можно было телеграфировать сообщение на расстояние в несколько сотен километров.

К 1840 г., в период наивысшего расцвета семафорного телеграфа, общая протяженность его сети составляла примерно 5000 км. Она охватывала всю Европу. Самая длинная линия такого "оптического"-телеграфа протяженностью 1200 км была построена в 1839 г. между Петербургом и Варшавой.

Начало развитию электросвязи было положено в 1837 г., когда американским художником и изобретателем С.Морзе был создан телеграфный аппарат. По-видимому, особое графическое видение предметов помогло этому художнику создать сохранившую свое значение до наших дней азбуку, в которой каждая буква алфавита зашифрована сочетанием точек и тире. Телеграф получил образное название "говорящая молния". Телеграфные провода, подвешенные на столбах, простирались на многие километры.

В 1876 г. американским инженером А.Г.Беллом был изобретен телефон.

Опыты Герца открыли перед человечеством возможность применения радиоволн для осуществления связи.

7 мая 1895 г. А.С.Попов публично демонстрировал радиоприемник, а в сентябре того же года, присоединив к схеме телеграфный аппарат Морзе, вел запись принимаемых сигналов на ленту.

2 .Схема радиосвязи (блок схема)

Принцип работы радиосвязи  (для того, чтобы осуществить радиосвязь)

1)         Задающий генератор вырабатывает гармонические колебания высокой частоты (несущая частота более 100 тыс. Гц).

2)         Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические той же частоты.

3)         Модулятор изменяет по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с помощью электрических колебаний низкой частоты.

4)         Усилители высокой и низкой частоты усиливают по мощности

высокочастотные и звуковые (низкочастотные) электрические колебания.

5)         Передающая антенна излучает модулированные электромагнитные волны.

6)         Приемная антенна принимает электромагнитные волны.

Электромагнитная волна, достигшая приемной антенны, индуцирует в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

7)         УВЧ.

8)         Детектор выделяет из модулированных высокочастотных колебаний низкочастотные колебания.

9)         УНЧ.

10)       Динамик преобразует электромагнитные колебания в механические звуковые колебания.

Для передачи звукового сигнала используют электромагнитные волны, амплитуду которых меняют в соответствии со звуковой частотой.

             1. Амплитудная модуляция - изменение амплитуды колебаний высокой (несущей) частоты колебаниями низкой (звуковой) частоты.

В радиотехнике применяется несколько видов модуляций: амплитудная, частотная, фазовая и другие.

2. Детектирование (демодуляция) - выделение из модулированных колебаний высокой частоты звукового сигнала, т. е. колебания низкой частоты.

Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью: вакуумный или полупроводниковый диод-детектор. Схема и вольт-амперная характеристика простейшего детектора (рис. 130 и 131 в учебнике).

3.Схема простейшего радиоприёмника.

Детекторный радиоприемник состоит из колебательного контура, антенны, детектора (диода), конденсатора постоянной емкости, телефона (рис. 135 в учебнике). В контуре принятая радиоволна возбуждает модулированные колебания. Конденсатор переменной емкости настраивает контур в резонанс с принятой радиоволной. Модулированные колебания ВЧ подаются на детекторный каскад. После прохождения детектора составляющая тока ВЧ идет через конденсатор постоянной емкости, а составляющая тока НЧ идет на обмотки катушки телефона.   

4.Первые радиоприемники.

5. Распространение радиоволн

6 .Радиолокация- обнаружение и точное определение местонахождения  объектов с помощью радиоволн.

                                                                  R=c·t/2

В основе принципа лежит свойство отражения электромагнитных волн.

 Наиболее широко применяют радиолокацию в авиации, на флоте и в космонавтике. Очень большое значение имеет она в военном деле. Радиолокационным методом измерили расстояние от Земли до Луны и планет Солнечной системы.

7.Виды радиосвязи. (сообщения  учащихся)

1.      телевидение

2.      радиорелейные линии связи

3.      космическая связь

4.      развитие радиоэлектроники

5.      глобальная система связи

8. Экологическая безопасность электромагнитных излучений

В настоящее время искусственно созданные электромагнитные поля во много раз превысили естественный электромагнитный фон Земли, к которому человек приспособился на долгом пути эволюции.

Источниками электромагнитных полей являются объекты радиовещания, телевидения, радиолокации, сеть высоковольтных линий электропередачи. Как влияют на человека эти излучения, которые он сам "выпустил в свет"? Установлено, что электромагнитные поля большой интенсивности отрицательно влияют на здоровье человека. Так, люди, попадающие под воздействие мощного радиоизлучения (сотрудники радиолокационных станций, радио- и телепередающих и приемных станций), часто жалуются на плохое самочувствие. У них встречаются функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других систем организма, наблюдается поражение хрусталика глаза. В связи с этим при работе с источниками электромагнитных полей высоких частот (ВЧ) разработаны правила безопасности.

К средствам защиты персонала, обслуживающего ВЧ-, УВЧ-, СВЧ-установки, относятся: экранирование источника излучения или рабочего места, дистанционное управление, применение средств индивидуальной защиты, например специальной одежды (халат с капюшоном из металлизированной ткани, защитные очки и др.).

В настоящее время все большее число людей, даже непосредственно не связанных с работой установок, излучающих электромагнитные волны, попадают под их воздействие. В быт входят все новые электроприборы, работа которых создает комфорт, но может отрицательно сказаться на самочувствии человека. Поэтому следует принимать меры по уменьшению их негативного воздействия на здоровье человека, в том числе ограничивать время работы радиотелефонов, телевизоров, компьютеров; не находиться близко от включенных электроприборов (микроволновой печи, телевизора) и др.

Электромагнитные поля сотовых телефонов

Наиболее вредными являются высокочастотные излучения сантиметрового диапазона. Облучение вызывает нагревание, что может привести к изменениям и даже повреждениям тканей организма. Действие электромагнитных полей на организм проявляется на функциональном расстройстве центральной нервной системы. Субъективные ощущения - повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна и т.д. При систематическом облучении наблюдаются нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса.

Внешние признаки - поредение волос, сухая кожа, желтоватого оттенка, хриплый голос.

Меры безопасности:

-           не разговаривайте много по мобильному телефону;

-           не подносите телефон к голове сразу же после нажатия кнопки

начала набора номера. В этот момент электромагнитное излучение в

несколько раз больше, чем во время разговора;

-           опасайтесь находиться подолгу вблизи антенны ретранслятора провайдера;

-           при выборе телефона отдайте предпочтение аппаратам с внешними

антеннами.

IV. Закрепление знаний учащихся

1. "Что называется радиосвязью?

Какой процесс называется модуляцией?

1. Что называется детектированием?

2. Что представляет собой ионосфера?

3. Что такое радиолокация и где она применяется?

     2.Решение задач (3 учащихся возле доски)

• На какой частоте корабли передают сигналы бедствий SOS если по Международному соглашению длина волны равна 600 м?

• Определить период колебаний в колебательном в колебательном                    контуре, излучающем электромагнитные волны длиной 450 м.

• Радиосигнал, посланный на Луну, отразился и был принят на Земле через 2,5с после посылки. Определить расстояние от Земли до Луны.

V. Самостоятельная работа (карточки-задания) 

Карточка № 1

1.Что называют электромагнитным полем?

2.Как устроен вибратор Герца, каков принцип его работы?

3.Рымкевич № 1047

Карточка №2

1.Что называют электромагнитной волной?

2. Сделав пояснительный рисунок, опишите процесс излучения и приема электромагнитных волн в опытах Герца.

3.Рымкевич № 1048

Карточка №3

1.Перечислите основные свойства электромагнитных волн.

2.С помощью схемы детекторного приемника расскажите его устройство и принцип работы.

3.Рымкевич №1049

Карточка №4

1.Что называют радиосвязью? Где она применяется?

2. Объяснить процесс детектирования.

3.Рымкевич №1047

Карточка №5

1..Почему для телевизионной связи необходимы высокие антенны?

2.С помощью структурной схемы объясните работу радиолокатора. Как определить расстояние до объекта?

3.Рымкевич №1048

Карточка №6

1.Что называется  модуляцией?

2.Объяснить принцип работы простейшего радиоприёмника.

3.Рымкевич №1049

Карточка №7

1.Что называют радиолокацией?

2.Объяснить принцип работы радиоприёмника А.С.Попова.

3.Рымкевич №1047

Карточка №8

1.Что представляет собой ионосфера?

2.С помощью структурной схемы объясните работу радиолокатора. Где применяется радиолокация.

3.Рымкевич №1048

VI. Викторина. 

Викторина.

1.  Почему возникают радиопомехи, когда рядом проходит трамвай?

Ответ. Корпус трамвая металлический, он отражает падающие на него электромагнитные волны. Кроме того, помехи вызывает искрение на бугеле и электродвигателях.

2..   Могут ли космонавты при выходе в открытый космос разговаривать друг с другом без радиоустройств?

Ответ. Нет, т.к. в вакууме звуковые волны не распространяются. Однако, если космонавты соприкоснутся шлемами скафандров, они смогут услышать друг друга.

3.   Почему башни телецентров строят очень высокими?

Ответ. Телецентры работают в диапазоне УКВ (?

4. Как изменится частота электромагнитных колебаний в контуре, если в катушку ввести железный стержень?

Ответ. Индуктивность катушки увеличится, следовательно, частота колебаний контура уменьшится

5.  По одной и той же цепи передаются одновременно постоянный и высокочастотный переменный токи. Как отделить их друг от друга?

Ответ. Путём последовательного включения в цепь конденсатора (он пропускает только переменную составляющую тока) или катушки большой индуктивности, называемой дросселем (она пропускает только постоянную составляющую тока).

6.По блок-схеме объясните назначение отдельных элементов   радиоприёмника и принцип работы устройства в целом.

7. Почему ночью радиоприём лучше, чем днём?

Ответ. Ночью слой ионосферы находится выше, поэтому он хуже поглощает электромагнитные волны. Это различие особенно сказывается в ДВ- и СВ-диапазонах и слабо - в КВ-диапазоне, т.к. короткие волны преломляются и отражаются ионосферой.

8.   Радиоприёмник можно настраивать на приём радиоволн различной длины. Что нужно для перехода к приёму более длинных волн: сближать или раздвигать пластины конденсатора контура?

Ответ. Чем больше длина волны, тем меньше её частота. Чтобы частота электромагнитной волны уменьшилась, ёмкость конденсатора нужно увеличить, а для этого пластины конденсатора надо сдвинуть.

9.  Почему на экране телевизора при появлении летящего вблизи самолёта возникает двойное изображение?

Ответ. Сигнал, отражённый от самолёта, попадает на антенну телевизора чуть позже, чем прямой сигнал с телевышки. На экране телевизора появляется изображение, созданное прямым сигналом. Слабый "двойник" движется по экрану по мере удаления или приближения самолёта. Второе изображение находится правее, т.к. развёртка электронного луча идёт слева направо, если смотреть со стороны экрана.

10. Почему радиоприёмник в автомашине плохо работает, когда она проезжает под эстакадой или под мостом?

Ответ. Мост или эстакада сделаны из металлоконструкций, которые хорошо отражают и поглощают электромагнитные волны, т.е. создают экран, непроницаемый для электромагнитных волн.

11.   Если включать и выключать свет в комнате, то слышны щелчки в работающем радиоприёмнике. Чем они вызваны?

Ответ. Происходит прерывание электрической цепи, при этом образуются электромагнитные волны, которые и улавливаются радиоприёмником.

VII. Рефлексия

1.Назовите тему урока?

2.Какая цель стояла перед вами в начале урока?

З. Заполнение таблицы "Что вы знали? Что нового узнали? Что хотели бы узнать?"

4.Ваше эмоциональное состояние в конце урока (выберите, соответствующее вам): усталость, удовольствие, утомление, удовлетворение, напряжённость, хорошее настроение

VIII.   Домашнее задание

§ 38-40  Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев "Физика-11класс 

 Список используемой литературы:

1.В.А.Волков Универсальные поурочные разработки по физике -11 класс- Москва "Вако", 2006г.

2.В.Зайцева "СВЧ, телевизор и другие"/ Планета здоровья, № 23, 2007г.

3. В.А.Касьянов "Физика-11класс"- Дрофа,2003г.

4.Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев "Физика-11класс"-М. "Просвещение",2005г.

5.Ю.А.Сауров Физика в 11 классе- М. "Просвещение",2005г.

6.С.А.Тихомирова "Физика 11 класс"- М. "Школьная Пресса", 2000г.

7.Энциклопедический словарь юного техника/ Зубков Б.В., Чумаков С.В. -М.:Педагогика, 1980г.-512с.

8.http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/392f8c77-3aaf-49a6-a414-bce5c1c522b6/RadiopriemnikPopova.jpg -радио А.С.Попова

9.http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/477624b6-1388-404a-bb4b-7a1fe7a4e3ac/RadiopriemnikKogerernyjKorabelnyjPopova.jpg-Радиоприёмник корабельный