Урок по физике "Радио Попова. Принципы радиосвязи"

Тема урока: Радио Попова. Принципы радиосвязи

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Вид урока: интегрированный

Цели урока:

Образовательная:
ознакомить учащихся с практическим применением электромагнитных волн; раскрыть физический принцип радиотелефонной связи;
усвоение понятий: радиосвязь, модуляция, детектирование, интернет-радиоприемник, сервер, станция; формирование умений применять основы радиотехники на практике с помощью инновационных технологий.

Развивающая: 

развивать умение анализировать учебный материал, сравнивать, сопоставлять изучаемые факты, применять знания в конкретных ситуациях.

Воспитывающая: 
воспитывать коммуникативные умения публично выступать по теме, культуру речи, формировать познавательный интерес к радиотехнике;
формировать интереса к предмету физики и информатики;
воспитывать гордость за нашего соотечественника, первым передавшим радиотелеграфное сообщение.

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

Формы организации познавательной деятельности:

Индивидуальная

Фронтальная

Межпредметные связи: физика, информатика.

Материально-техническое обеспечение урока:

Интерактивная доска

Компьютер преподавателя; модель радиопередатчика и радиоприемника, телефоны, телевизор. 

Технологическая карта урока

Тема урока «Радио Попова. Принципы радиосвязи»

Преподаватель – Татарникова Т.Ю.

Ход урока:
Эпиграф к уроку: 

"Счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи". А.С.Попов

Организационный этап (1 мин)

Приветствие учащихся, проверка готовности учащихся к уроку, готовность наглядных пособий, проверка явки учащихся. 

Актуализация мыслительной деятельности (5 мин)

Человек живет в океане электромагнитных волн. Его ежедневно, ежечасно окружают различные излучения. Одним из самых известных являются радиоволны. Это э/м волны с длиной волны от долей миллиметра до нескольких километров. Название волн определено по их предназначению и для радиоволн характерны все свойства э/м волн. Получение и регистрация э/м волн подтолкнуло физиков и техников всего мира к поискам средств совершенствования излучателя и приемника, практического использования этих устройств. И, когда 7 мая 1895 года А. С. Попов продемонстрировал прибор для приема э/м волн, началась эра радио. Итак, сегодня на уроке мы познакомимся с изобретением радио, рассмотрим принципы радиосвязи, и узнаем что такое радиолокация.

 Но прежде чем перейти к изучению новой темы, давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлых занятиях:

1. Что представляет электромагнитное поле?

2. Что такое электромагнитное колебание?

3. Что такое электромагнитная волна? Каковы основные характеристики волны?

4. Кто теоретически доказал существование электромагнитных волн?

5. Кто получил электромагнитные волны на практике?

6. Как называется система, в которой получают электромагнитные волны?

7. Как передавал и принимал электромагнитные волны Герц?

Изучение нового материала (20 мин) У каждого из вас в кармане есть телефон. Мы привыкли к этому и считаем это обычным явлением. И мало кто из вас задумывался о том, сколько труда было затрачено людьми на создание такой, казалось бы, простой вещи. Путь к созданию наших современных сотовых телефонов начинался почти 150 лет назад. Ведь именно в 1864 году британским физиком Джеймсом Максвеллом было предсказано существование электромагнитных волн. Именно с помощью них мы связываемся по телефону друг с другом. 

Начало развитию электросвязи было положено в 1837 г., когда американским художником и изобретателем С.Морзе был создан телеграфный аппарат. Он создал азбуку, в которой каждая буква алфавита зашифрована сочетанием точек и тире. Телеграф получил образное название "говорящая молния". Телеграфные провода, подвешенные на столбах, начали простираться 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. Попову впервые удалось осуществить беспроводную передачу данных с помощью электромагнитных волн на заседании Русского физико-химического общества.
К заслугам Попова относится создание приемной антенны, которая может принимать большое количество энергии и именно в ней должен индуцироваться переменный ток.

Главная часть-когерер; звонок; источник постоянного тока; приёмная антенна.

Работа приемника заключается в следующем:
Батарея создает ток в цепи, в которую был включен когерер и звонок, но звенеть он не мог т.к. когерер обладал большим сопротивлением - ток не проходил.
Когда на приемную антенну попадала электромагнитная волна и в ней индуцировался электрический ток, то складываясь с током от батареи, он уже был достаточно большим. В этот момент проскакивала искра в когерер. Опилки спекались и по прибору шел ток, звонок звенел.
Кроме этого в приемнике был ударный механизм, который одновременно ударял и по звонку и по когереру, встряхивая его. После удара сопротивление увеличивалось, и звонок переставал звенеть до следующего приема электромагнитных волн.

Радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитной волны.
При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Но колебания звуковой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти не излучаются. Чтобы осуществить радиотелефонную связь необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной (используют генератор). Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют (модулируют) с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Для приёма из модулированных колебаний высокой частоты выделяют низкочастотные колебания – детектируют.

Модуляция – процесс преобразования высокочастотных колебаний по низкой (звуковой) частоте.

Детектирование – процесс выделения из амплитудно-модулированных колебаний низкочастотных колебаний.

Простейший радиоприемник:

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 изменяется 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.

Радиосвязь – передача и приём информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов. Источник – переменный ток частоты от 2·10⁴ Гц до 10⁹ Гц (λ=0,3 м – 1,5 ·10⁴ м).
Виды радиосвязи:

• радиотелеграфная

• радиовещание

• радиотелефонная

• телевидение

• радиолокация
  
  
  Первичное закрепление (3 мин)
  
  Учитель: ребята давайте повторим, что такое радиотелефонная связь, какие виды радиосвязи бывают, что такое детектирование и модуляция.
  
  Учащиеся: отвечают на вопросы.
  
  Включение нового знания в систему знаний и повторение (7-8 мин.)
  
  Учитель: ребята сегодня мы с вами прошли тему принципы радиосвязи, давайте повторим, что такое радиотелефонная связь, виды радиосвязи 
  
  Учащиеся: отвечают на вопросы, обсуждая и дополняя друг друга.
  
  Рефлексия деятельности (2 мин)
  
  Оценивание урока, а также обучающихся преподавателем.
  
  Итог урока (2 мин.)
  
  Выставление оценок, домашнее задание.
  
  Домашнее задание: учебник: Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Физика  11, §37,38,40. зад.1 стр.169

для желающих: сообщения: телевидение; жидкокристаллический и плазменный дисплеи.

3. Доклады учащихся.

1. Биография А.С.Попова

2. Виды радиосвязи: радиотелеграфная, радиотелефонная, радиовещание, телевидение, радиолокация.

3. Влияние искусственных и естественных электромагнитных колебаний на живые организмы.

ТЕСТ

1. Укажите правильный ответ. В электромагнитной волне вектор Е …

А. параллелен В;    

Б. противоположен В;  

В.  перпендикулярен В.

2. Электромагнитная волна представляет собой взаимосвязанные колебания …

А. электронов;

Б. вектора напряженности электрического поля Е и вектора индукции магнитного поля;

В. Любых заряженных частиц.

3. Электромагнитная волна является …

А. продольной;                

Б. поперечной;

В. в воздухе продольной, а в твердых телах поперечной;

4. Электромагнитное взаимодействие в вакууме распространяется

со скоростью …

А. =3*10⁸ км/с           Б  3*10⁸ м/с       В. =3*10⁶ м/с

5. При каких условиях движущийся электрический заряд излучает электромагнитные волны?

А. Только при движении по окружности;

Б. При любом движении с большой скоростью;  

В. При любом движении с ускорением.

6.Что такое электромагнитные волны?

А. Распространение электромагнитного поля;  

Б. Следствие возникновения электромагнитного поля;    

В. Изменение состояния среды электромагнитного поля.

7. Где способно распространяться электромагнитное поле?

А. В среде;

Б. В веществе;

В. В среде и в веществе.

8. С помощью какого устройства можно получить электромагнитные волны?

А. Колебательный контур;

Б. Радиоприемник;

В. Вибратор Герца

9. Найдите неверную формулу:

10. Как увеличить частоту колебаний в контуре?

А.Увеличить индуктивность катушки;

Б. Увеличить емкость конденсатора;

В. Уменьшить емкость и индуктивность.

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