Урок " Винайдення радіо. Принцип рідіотелефонного звязку. Радіолокація"

План-конспект уроку

Тема:«Винайдення радіо. Принцип          радіотелефонного зв’язку.

                                  Радіолокація»

   Тип уроку :  урок вивчення нового навчального матеріалу

        Мета уроку:

  Навчальна: познайомити учнів з історією винайдення радіо та найпростішим   

                   радіоприймачем  О.С. Попова, ознайомити учнів з практичним застосуванням  електромагнітних хвиль, розкрити фізичний  принцип    радіотелефонного зв’язку , розглянути застосування радіолокації,  сприяти    усвідомленню соціально-економічного значення засобів зв’язку ;

            Розвиваюча:  формувати  вміння  логічно мислити, аналізувати, робити       висновки ;

            Виховна:   зацікавлювати учнів сучасними засобами зв’язку, виховувати  політехнічний світогляд та  інтерес до вивчення фізики.

Обладнання:  дошка, роздатковий матеріал, графіки, схеми, проекційний апарат, приймач.

Між предметні зв’язки:   математика, електротехніка, історія, спецтехнологія.

Методи проведення уроку:

           За джерелом знань:       словесний, наочний, практичний;

           За характером логіки пізнання:  аналітично-синтетичний,

                                                                      індуктивно-дедуктивний;

           За рівнем самостійно-розумової діяльності : частково-пошуковий .   

Очікувані результати:                     після уроку учні 

            знатимуть:        1) історію винайдення радіо;

                                          2) принцип радіотелефонного зв’язку;

                                          3) будову детекторного радіоприймача;

                                          4) радіолокацію та її застосування ;

            вмітимуть:      застосовувати знання про радіозв’язок на практиці.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

Сьогодні на уроці ми розглянемо застосування електромагнітних хвиль. Давайте пригадаємо основні відомості та властивості ЕМХ, які нам будуть потрібні для вивчення нового матеріалу.

  Методом фронтального опитування, у формі гри «Мікрофон»:

1. Що створює навколо себе електрично заряджене тіло?

         Нерухоме—електричне поле, рухоме—магнітне поле.

2. Яке наближене значення швидкості поширення ЕМХ у вакуумі?

        300 000 км/с.

3. Що називають довжиною електромагнітної хвилі?

        Це відстань , яку проходить ЕМХ за період.

4.  За якою формулою обчислюється довжина ЕМХ ?

        Довжина ЕМХ обчислюється, як добуток швидкості на період.

5. Хто теоретично передбачив існування ЕМХ ?

Джеймс Максвелл.

6.  Хто вперше добув ЕМХ ?

Генріх Герц.

7. За допомогою чого він це зробив?

За допомогою відкритого коливального контуру.

8. За яких умов відкритий коливальний контур випромінює ЕМХ ?

Коли його власна частота дуже велика, а це можливо тоді, коли

 значення ємності конденсатора і індуктивності котушки дуже малі.

9. Як залежить енергія ЕМХ від частоти ?

     Прямо пропорційна частоті ЕМХ в четвертій степені.

10.  Чим характеризується  ЕМХ ?

Напруженістю електричного поля  і індукцією магнітного поля.    

11.  До якого виду відносяться ЕМХ ?

ЕМХ відносяться до поперечних хвиль, оскільки вектор напруженості та вектор індукції перпендикулярні до вектора швидкості.

12.  Для чого використовують ЕМХ ?

Для  без провідної передачі інформації на відстань.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності. Оголошення теми,

       мети уроку

Практично це здійснюється так… ( звучить прийом радіосигналу ) Наше життя важко уявити  без радіоприймача, телевізора, телефону. Ці прилади допомагають людині, роблять її життя цікавим і різноманітним . Сьогодні ми розглянемо принцип радіозв’язку. Тема уроку «Винайдення радіо. Принцип радіотелефонного зв’язку. Радіолокація» На уроці ви дізнаєтесь хто винайшов радіо, як можна за допомогою ЕМХ передавати інформацію, що таке радіолокація та про сучасні засоби зв’язку.

                ІV. Вивчення нового матеріалу

1. Історія винайдення радіо. 

Кажуть, що радіо  —  винахід колективний.   Найближче       до   винаходу     радіо підходили француз  Е.Бранлі, хорват Н. Тесла, англієць Е. Лодж, індієць Дж. Бос, італієць Рігі.

Звернемось до історії цього питання .

Повідомлення учнів « Історія винайдення радіо»

Повідомлення1

     Англійський   фізик   Майкл  Фарадей  у 1831 році відкрив  явище      електро-магнітної індукції . Джеймс Максвел  у1865 році теоретично обґрунтував можливість випромінювання  електромагнітних хвиль зарядженими  частинками,  що рухаються прискорено. Генріх Герц  вперше  експериментально отримав   і   зареєстрував  електромагнітні хвилі. О. С. Попов старанно вивчив роботи своїх попередників, особливо Г. Герца. 7 травня 1895 року на засіданні фізико-хімічного товариства в Петербурзі Олександр Степанович Попов  продемонстрував усьому світу новий вид зв’язку—радіо. Перша радіограма була передана  на відстань 250м, слова якої були « Генріх Герц» на пошану винахіднику відкритого коливального контуру.

Хіба це не тріумф?! Ось він шлях наукового пізнання: від спостереження до теорії, від теорії до її експериментального підтвердження , потім до технічної розробки принципово нового  виду зв’язку.

Перший радіоприймач О.С. Попова міг реєструвати радіохвилі   навіть від дуже далеких але потужних грозових розрядів, тому його ще називали грозовідмітником.

Повідомлення 2

Радіо О. С. Попова

Основним елементом першого радіоприймача ЕМХ (електромагнітних хвиль) був  когерер, тобто чутливий детектор хвиль. Когерер являє собою скляну трубку з  двома електродами всередині якої містяться металеві ошурки.

Коли антена вловлювала радіохвилі, які виникали в грозових розрядах , то в антені виникав високочастотний струм , який заземлявся  через когерер , при цьому залізні ошурки в когерері спікалися і його опір різко зменшувався,  замикалося   друге  коло і    електричний   струм проходив через дзвінок, дзвоник спрацьовував, молоточок   вдаряв по  когереру  і  повертав  його  в початковий стан. Звуковий сигнал дзвінка свідчив про те, що відбувся  грозовий розряд. 

Якщо підключити в коло ще котушку з залізним осердям і ярмом , що може писати на стрічці, що рухається, то наявність розряду буде записана . Це був перший праобраз сучасного телеграфу для передачі інформації на відстань за допомогою ЕМХ.

 Для радіограм використовували азбуку Морзе.

2. Принцип  радіотелефонного зв’язку.

Радіозв’язок—це передача та прийом інформації за допомогою радіохвиль, які поширюються в просторі без проводів.

Радіохвилі—це ЕМХ довжиною від 0,001 м до10 000м.

 Радіоприймач О.С. Попова міг передавати лише імпульси, а як передати мову, мелодію на велику відстань?

Важливим етапом в розвитку радіозв’язку стало створення в 1913 році лампового генератора незатухаючих  електромагнітних коливань. Він  дав можливість передавати мову, мелодію, пісню на велику відстань.

Для здійснення радіозв’язку потрібний  радіопередавач та радіоприймач.

        До радіопередавача  відносять:

1) мікрофон — пристрій , що перетворює звукові коливання в електричні          низької частоти . Ці сигнали в ефір поширюватись не можуть, оскільки їх енергія дуже мала;

2) генератор високочастотних  коливань—створює високочастотні струми , коливання високих енергій, несучу частоту;

3)модулятор –  пристрій, що здійснює амплітудну модуляцію, тобто  за законом зміни низької частоти, змінює амплітуду високочастотних коливань;

4) підсилювач;

5) передавальна антена, заземлення—відкритий коливальний контур випромінює в ефір промодульовані високочастотні сигнали у вигляді ЕМХ;

До радіоприймача відносять:

1) приймальна антена, заземлення—відкритий коливальний контур, приймає електромагнітні сигнали , високочастотні поля наводять в ній високочастотний струм. Різні передавальні станції створюють струми різних частот в антені;

2) коливальний контур—котушка індуктивності і конденсатор змінної ємності внаслідок явища резонансу пропускають струми максимальними тих частот , які рівні власній частоті коливального контуру , інші струми прямують до нуля, бо їм коливальний контур чинить великий опір;

3) демодулятор (детектор)—пристрій, що складається з діода і конденсатора постійної ємності—«відокремлює» від високочастотних коливань, низькочастотні—струми низької частоти;

4) головний телефон (динамік, гучномовець) —пристрій, що перетворює струми низької частоти в звукові коливання, які сприймає людське вухо.

Висновок:

Так здійснюється процес перетворення звукових сигналів в електричні , їх передача за допомогою ЕМХ на певні відстані  та приймання і перетворен-ня електричних сигналів у звукові.

 3. Демонстрація графіків :

      а) амплітудної модуляції;

   б) демодуляції (детектування)

Повідомлення 3

Через два роки О. С. Попов разом із своїм помічником  П. Н. Рибкіним встановили зв'язок між навчальними кораблями « Європа»    та  «Африка»  на відстані 5км. В1899році  Рибкін та Троцький виявили детекторний ефект когерера. На основі цього О.С. Попов створив «телефонний приймач-депеш» і запатентував  його. Виникла  можливість  приймання  сигналів  на  слух    за допомогою телефонної трубки. Радіоприймач   з   телефонною   трубкою   був продемонстрований на міжнародній виставці в  Парижі і відзначений золотою медаллю.   Прилади   Попова    застосовувалися   для  зв’язку  п и рятуванні корабля  «Генерал-адмірал Апраксін» та  рибалок у відкритому морі. В 1902р.була побудована перша в Україні лінія радіозв’язку   Херсон—Гола Пристань, довжиною 20км.

Італійський фізик Марконі в1902 р.  встановив перший радіозв’язок через Атлантичний океан, а в1909—отримав Нобелівську премію за використання ЕМХ для бездротового зв’язку. 

4.Будова і принцип дії  найпростішого  детекторного радіоприймача.

  Детекторний радіоприймач це простий радіоприймач, в якому прийняті сигнали від  радіостанцій не посилюються , а лише перетворюються в звукові сигнали, тобто детектуються    контактним    кристалічним детектором.

Детекторний радіоприймач містить коливальний контур, кристалічний детектор (напівпровідниковий діод),головний телефон і блокувальний конденсатор , які сполучені за схемою. Змінюючи ємність конденсатора коливальний контур налаштовують в резонанс з частотою радіостанції, що приймається. На виході кристалічного детектора струми високої частоти проходять через конденсатор С, а струми низької частоти через телефон ( динамік, гучномовець) У детекторного радіоприймача немає власного джерела електричної енергії і всі процеси відбуваються за рахунок енергії радіохвиль, що приймаються. Тому він може приймати сигнали лише потужних радіостанцій, на відстані декількох тисяч кілометрів.

5.Cучасний радіоприймач на транзисторах.

А ось приймач на транзисторах  може приймати сигнали віддалених радіостанцій  і збільшувати гучність прийому. Особливістю таких приймачів є те, що для них необхідне джерело електроенергії , але енергія ЕМХ керує енергією джерела струму. ЕМХ надходять в антену радіоприймача  і викликають коливання в резонуючому контурі ,які потрапляють у підсилювач високої частоти, а потім у детектор. У детекторі відбувається процес демодуляції—виділення із високочастотних сигналів низькочастотних, які через підсилювач низької частоти потрапляють у гучномовець, чи динамік.  
 

6. Сучасні засоби зв’язку.

     Повідомлення 4

До сучасних засобів зв’язку відносять: мобільний зв'язок, телебачення, телетайп, комп’ютерні мережі (Інтернет) , супутниковий зв'язок.   Вся сучасна цифрова техніка побудована, в основному, на польових МОН метал-оксид-напівпровідник транзисторах (МОНТ) Іноді їх називають МДН(метал-діелектрик-напівпровідник)-транзистори.  Транзистори виготовляються в рамках інтегральної технології на одному кремнієвому кристалі (чіпі) . Вони є елементарними  «цеглинками» для побудови мікросхем пам'яті процессора. Розміри сучасних МОНТ складають від 90 до 32 нм.

    За допомогою радіохвиль передаються на відстань не лише звукові сигнали, але і зображення предмета. Для цього застосовують передавальні телевізійні камери—іконоскопи, ортікони, відікони. У них зображення предмета перетворюється у відеосигнал, який модулює високочастотні коливання. Ці коливання подаються на антену і випромінюються у простір. Телеприймач перетворює відеосигнали у видиме зображення . Значний внесок у розвиток телебачення вніс український винахідник Борис Грабовський. Він перший в світі у 1928 році створив повністю електронізовану систему передачі    на віддаль рухомого зображення.

7. Радіолокація.

        Є ще одне застосування ЕМХ –це радіолокація.

     Радіолокація—метод виявлення і точного визначення місцезнаходження різних об’єктів. У радіолокації використовують відбивання ЕМХ від металевих предметів. Для визначення відстані до об’єкту застосовують формулу :

                          =                c — швидкість радіохвиль, с=3

                                                    t—час проходження радіохвиль від локатора до

                                                                   об’єкту і назад

Для випромінювання й приймання радіохвиль використовується одна й та сама антена. Для визначення часу використовують електронно-променеву трубку.  Радіолокатор працює в   імпульсному  режимі.

Повідомлення 5

Вперше ідею радіолокації висловив науковий співробітник Ленінградського електрофізичного інституту (ЛЕФІ) П.К. Ощепков ще в 1932 році .  Використовуючи ефект Доплера, можна визначити швидкість цілі. 

Радіолокація застосовується у військовій справі , вона є «очима» військ протиповітряної оборони, знищує порушників  границь простору. Для того, щоб військові літаки були менш помітними в Америці розроблена технологія СТЕЛС:   літаку надається особлива форма, що розсіює радіоімпульси та корпус покривається спеціальним матріалом здатним поглинати випромінювання локатора.

Але не лише військовими використовується радіолокація, а ще і в мирних професіях, а саме в повітряній та морській навігації.  За допомогою локаторів літаки бачать вночі, в тумані, здійснюють  «сліпу посадку» .      

Радіолокацію  застосовують в метеослужбі . За допомогою радіолокаторів спостерігають виникнення і рух хмар, прогнозують опади, буревії, смерчі , політ метеоритів у верхніх шарах атмосфери.

Радіолокатори широко використовуються в космічних дослідженнях. На борту кожного космічного корабля обов’язково встановлюють кілька радіолокаторів.
В останні роки радіолокація успішно використовується для точного вивчення руху планет, уточнення відстаней до них. За допомогою радіолокації отримують зображення поверхні планет.

Дорожньо-патрульна служба контролює швидкість руху авто , за допомогою радарів « Візир».

 В сучасних автомобілях використовують GPRS навігатори, які допомагають обирати найоптимальніший маршрут і економити паливо. А ще антирадари , які попереджають водіїв про наявність дорожніх патрулів.

V. Систематизація нового навчального матеріалу.

 Усні відповіді на тестові питання. Учні відповідають на тестові питання , піднімаючи карточки з правильним варіантом відповіді.

1) Хто винахідник радіо?

     А) Д. Максвел ;             Б) Г. Герц ;                    В) О. Попов;

2)  На яку відстань була передана перша радіограма ?

А)250 м                         Б) 250 км                        В) 25 км

3) У радіоприймачі О. Попова під дією високочастотних електромагнітних коливань різко зменшується опір…

     А) …реле ;                    Б) …дзвоника ;               В) … когерера.

4)  Накладання низькочастотних коливань на високочастотні називають…

     А) …модуляцією;        Б) …детектуванням;       В) …радіолокацією.

5) Відокремлення низькочастотних хвиль від високочастотних називають…

     А) модуляцією;            Б) детектуванням ;           В) радіолокацією.

6) Перетворення звукових коливань в електромагнітні відбувається в …

     А) …антені ;                 Б) …конденсаторі;             В) …мікрофоні.

7) Радіоприймач налаштовують на певну радіостанцію за допомогою …

      А) …антени ;               Б)…конденсатора змінної ємності ;   В) …діода.

8) Випрямлення   модульованих сигналів у радіоприймачі здійснює…

     А) …антена;                  Б) …телефон ;                       В) …діод.

9) Перетворення електричних сигналів в звукові відбувається у…

     А) …антені ;                  Б) …телефоні ;                     В) …діоді.

10) Як  називають метод  виявлення і точного визначення місцезнаходження                        

      предметів?

     А) модуляцією ;            Б) демодуляцією ;             В) радіолокацією.

               2. Встановити відповідність між елементами    радіозв’язку та їх  

                    призначенням

1. Генератор ВЧ                         А) пристрій, що здійснює амплітудну модуляцію, тобто  за законом зміни низької частоти, змінює амплітуду високочастотних коливань ;

2. Детектор                                   Б) пристрій, що створює високочастотні струми , коливання високих енергій, несучу частоту;

3. Модулятор                                В) пристрій, що складається з діода і    конденсатора постійної ємності— конденсатора постійної ємності  «відокремлює» низькочастотні  —

                                       струми низької частоти; від   високочастотних                     

                                                 коливань.

Якщо дозволяє час, можна розв’язати задачу.

Задача

Під час  прийому передач радіостанції « Наше радіо» ємність вхідного  коливального контуру  радіоприймача 1 пФ. Яка робоча довжина хвилі радіостанції

« Наше радіо» , якщо індуктивність вхідного коливального контуру 2,25 мкГн?

А) від 10м до 100м;                Б) від 5м до 10м;         В)  менше 5м                

С=1пФ                  1Ф                         Т                     

с=3м/с                                                                                   

L=2,25  мкГн         2,25 Гн                   Т= 2           Т= 9,42 10 с

                                                                                                      = 3 10 9,42 10

                                                                                                        =1,926 м

?

VI. Домашнє завдання:

 параграфи 45,46,47—вивчити, 48,49—прочитати,

стр. 304 задача№ 45,53

VII. Підведення підсумків уроку

Опорний конспект з теми « Винайдення радіо. Принцип радіотелефонного зв’язку. Радіолокація»

Олександр Степанович Попов  винайшов новий вид радіозв’язку без проводів – радіо. 7травня 1895р.—день народження радіо.

Перша радіограма була передана на відстань 250 метрів,слова «Генріх Герц».

                                          Когерер—основний елемент радіо О.С. Попова.

                                          Він складається з скляної трубки, всередині якої                                                                                                     містяться металеві ошурки. Якщо пропустити струм, то опір когерера різко зменшується. В сучасних приймачах когерер змінили напівпровідникові діоди.

Принцип радіотелефонного зв’язку

--  полягає у перетворенні звукових сигналів в електричні , їх передачу за допомогою ЕМХ на певні відстані  та приймання і перетворення електричних сигналів у звукові.

Радіопередавач  

 Радіоприймач (детекторний)

До радіопередавача відносять:

1) мікрофон — пристрій , що перетворює звукові коливання в електричні          низької частоти;

2) генератор високочастотних  коливань—створює високочастотні струми , коливання високих енергій, несучу частоту;

3)модулятор –  пристрій, що здійснює амплітудну модуляцію, тобто  за законом зміни низької частоти, змінює амплітуду високочастотних коливань;

4) підсилювач — підсилює промодульовані сигнали;

5) передавальна антена, заземлення—відкритий коливальний контур випромінює в ефір промодульовані високочастотні сигнали у вигляді ЕМХ.

До радіоприймача відносять:

1) приймальна антена, заземлення—відкритий коливальний контур, приймає електромагнітні сигнали ;  

2) закритий коливальний контур—котушка індуктивності і конденсатор змінної ємності внаслідок явища резонансу пропускають струми максимальними тих частот , які рівні власній частоті коливального контуру;

3) демодулятор (детектор)—пристрій, що складається з діода і конденсатора постійної ємності—«відокремлює» від високочастотних коливань, низькочастотні—струми низької частоти;

4) головний телефон (динамік,гучномовець) —пристрій, що перетворює струми низької частоти в звукові коливання, які сприймає людське вухо.

 Амплітудна модуляція—це зміна амплітуди високочастотних коливань за законом зміни низької частоти.

Детектування(демодуляція)—відокремлення від високочастотних коливань низькочастотні.   

 Радіолокація — метод виявлення і точного визначення місцезнаходження різних об’єктів. У радіолокації використовують відбивання ЕМХ від металевих предметів. Для визначення відстані до об’єкту застосовують формулу :

                          =                c — швидкість радіохвиль, с=3

                                                    t—час проходження радіохвиль від локатора до

                                                                   об’єкту і назад.