Поширення радіохвиль

Тема: Поширення радіохвиль (11 клас)

Мета уроку: ознайомити учнів із властивостями радіохвиль різної довжини та їхнім застосуванням.

Тип уроку: комбінований урок.

Демонстрації: фрагменти відеофільму «Фізичні основи радіопередачі».

План викладення нового матеріалу:

1. Поверхнева хвиля.

2. Просторова хвиля.

3. Діапазон радіохвиль.

Обладнання: Електронний підручник Фізика-11. Бібліотека електронних наочностей. Фізика 10-11 кл.

Хід уроку

Перевірка знань

1.  На чому базується принцип радіозв'язку?
2.  У чому полягає процес модуляції?
3.  У чому полягає процес детектування?

Викладення нового матеріалу

Під час використання електромагнітних хвиль для радіозв'язку як джерело, так і приймач радіохвиль найчастіше розташовуються поблизу земної поверхні. Форма й фізичні властивості земної поверхні, а також стан атмосфери відчутно впливають на поширення радіохвиль.

1. Поверхнева хвиля. Хвилі поширюються різними шляхами. Один із шляхів лежить уздовж поверхні Землі. По ньому поширюється так звана поверхнева (земна) хвиля. Вона порівняно швидко затухає через погли­нання енергії всіма провідниками, які зустрічаються на її шляху.

Форма Землі обмежує дальність прийому поверхневих хвиль. Якби вони поширювалися суто прямолінійно, то радіозв'язок був би можливий тільки на відстані прямої видимості. Але оскільки з висотою електричні й магнітні параметри атмосфери змінюються, поверхнева хвиля залом­люється, відхиляючись до Землі, її траєкторія викривляється і дальність прийому збільшується.

Перешкоди на земній поверхні відбивають радіохвилі. За перешкода­ми може утворюватися радіотінь, куди хвиля не потрапляє. Але якщо дов­жина хвилі достатньо велика, то внаслідок дифракції хвиля обгинає пере­шкоду й радіотінь не утворюється. Потужні радіостанції, що працюють на довгих хвилях, забезпечують зв'язок на декілька тисяч кілометрів. На середніх хвилях зв'язок можливий у зоні до кількох сотень кілометрів. На коротких хвилях — лише в зоні прямої видимості.

2. Просторова хвиля. Існують також просторові хвилі, що поширюють­ся від антени шляхом, який лежить під більшим або меншим кутом до поверхні Землі. На висоті до 100—300 км хвилі зустрічаються з шаром, який складається з повітря, іонізованого електромагнітним випроміню­ванням Сонця, й потоком заряджених частинок, випромінюваних ним. Цей шар називається іоносферою.

Іоносфера, що проводить електричний струм, відбиває радіохвилі довжиною хвилі, більшою за 10 м, як звичайна металева пластина. Але здатність іоносфери відбивати й поглинати радіохвилі істотно змінюється в залежності від часу доби й пори року.

Хвилі після відбивання в іоносфері знову потрапляють на Землю. Однак усе залежить від кута, під яким хвилі входять в іоносферу. Якщо він перевищує деяку граничну величину, хвилі проникають в іоносферу, проходять крізь неї і потім вільно поширюються в космічному просторі. І, навпаки, якщо кут менший .за деяку граничну величину, хвиля під тим самим кутом відбивається до Землі. Чим менша довжина хвилі, тим глибше хвиля проникає в іоносферу, а отже з більшої висоти відбивається. Короткі хвилі поширюються на великі відстані тільки завдяки багаторазовим відбиванням від іоносфери і земної поверхні. Саме за допомогою коротких хвиль на нашій планеті можна здійснити радіозв'язок на будь-яких від­станях.

3. Діапазон радіохвиль. Поширення радіохвиль істотно залежить від їхньої довжини. Радіохвилі поділяються на декілька діапазонів: довгі, середні, короткі та ультракороткі.

Задачі для розв'язування на уроці

1. Максимальна сила струму у вхідному контурі радіоприймача I_max=4 мА, максимальна напруга на конденсаторі U_max=0,4 В. Чому дорівнює довжина прийнятих радіохвиль, якщо індуктивність вхідно­го контуру L = 17 мкГн?

Розв'язання. Згідно із законом збереження енергії максимальна енер­гія електричного поля конденсатора дорівнює максимальній енергії магнітного поля котушки:  .  Звідси .

Довжина прийнятих радіохвиль.

Підставивши добуте значення С, дістанемо: .

(м).

2. У деякій точці простору індукція магнітного поля електромагнітної хвилі змінюється під нуля до максимального значення за 2 мкс. Чому дорівнює довжина хвилі? (Відповідь: 2400 м.)

3. Коливальний контур генератора радіопередавача має ємність 3,5 пФ та індуктивність 14 мкГн. Чому дорівнює довжина радіохвиль, випромі­нюваних антеною цього радіопередавача? (Відповідь: 13 м.)

Домашнє завдання

1. Конспект.

2) Супутникові телефони передають сигнал через супутник, який «висить» на висоті 36 000 км над Землею. Якою буде мінімальна за­тримка сигналу під час використання таких телефонів? (Відповідь: 0,24с.)

3) Довжина радіохвилі у вакуумі дорівнює 60 м. За який час на­пруженість електричного поля хвилі зменшиться від максимуму до нуля? (Відповідь: 50 нс.)

4) Індуктивність приймального контуру радіоприймача дорівнює 0,5 мГн, а його ємність може змінюватися від 25 до 225 пФ. У яко­му діапазоні довжин хвиль може працювати цей радіоприймач? (Відповідь: від 210 до 630 м.)