"Властивості електромагнітних хвиль

ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ І НАУКИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ ДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ

Державний професійно-технічний навчальний заклад

"Західно-Дніпровський центр професійно-технічної освіти"

Відкритий урок

«Властивості електромагнітних хвиль»

Автор розробки – викладач фізики

Анциферова О.П.

Тема: Властивості електромагнітних хвиль

Мета уроку:

навчальна: поглибити знання учнів про властивості електромагнітних хвиль та їх застосування  в сучасних приладах  телебачення, радіо, зв’язку; принципів роботи сучасних засобів: їх використання,   актуальність застосування;

розвиваюча: активізувати пошуково – пізнавальну діяльності учнів в роботі з науковою літературою;

сформувати навички самонавчальної діяльності: уміння створювати

 презентації, публікації, застосовувати комп’ютерні програми;

формувати творчу активність

виховна:

                     сформувати у учнів:

• уміння працювати в групах
• публічно виступати по темі;
• вести діалог;
• дискутувати;
• інтерес до предмету, соціокультурних компетенцій

Тип уроку: урок узагальнення і систематизації знань, умінь і навичок

Форма уроку: семінар з використанням презентацій проектних робіт, публікацій,   комп’ютерних програм

Обладнання: комп’ютер, мультимедійний проектор, екран

Хід уроку

Учні отримали завдання згідно з планом проведення семінару із наступних питань:

за програмою Microsoft Office Power Point підготовити :

• презентація «Електромагнітні хвилі і радіо»
• презентація «Телебачення – мій світ»
• презентація « Історія розвитку зв’язку»

за програмою Microsoft Office Publisher

• публікація « Супергетеродинний приймач»

Етапи уроку

1. Організація групи
2. Мотивація проведення уроку
3. Актуалізація опорних знань вправа «мозковий штурм»
4. Презентації, публікації учнів
5. Диспут
6. Підсумки уроку - рефлексія
7. Домашнє завдання

Хід уроку

1. Організація групи

До початку уроку формуються групи, які є основними доповідачами семінару.

2. Мотивація проведення уроку:

Вивчення теми «Властивості електромагнітних хвиль» дає можливість учням самореалізуватися у спільній праці, творчому пошуку, побачити підсумок своєї праці показати використання унікальних джерел інформації, показати своє відношення до сучасних приладів, мати свою точку зору, уміти вести діалог.

  3.  Актуалізація опорних знань вправа « мозковий штурм» (прикладається)

4. Презентації учнівських проектів.
   1. Учні демонструють презентацію «Історія розвитку зв’язку»

Обговорюють тему (прикладається)

б.  Учні демонструють презентацію « Телебачення – мій світ»

Обговорюють тему (прикладається)

г. Учні демонструють презентацію « Електромагнітні хвилі і радіо»

Обговорюють тему (прикладається)

д. Учні демонструють публікацію «Супергетеродинний приймач»

5. Підсумок уроку – рефлексія
6. Домашнє завдання

Додатки:

1. Питання до «мозкового штурму»

1. Що таке електромагнітна хвиля?
2. Як утворюється електромагнітна хвиля?
3. Основна умова випромінювання електромагнітної хвилі?
4. Наведіть приклади коливального контуру, намалюйте схему, назвіть основні складові електромагнітного контуру.
5. З чим асоціюється слово «зв'язок»?
6. Чи важливе в вашому житті телебачення?
7. Чи є необхідність використовувати радіо, чому
8. Що ви очкуєте від уроку?

2. Вступне слово вчителя:

- Шановні діти, гості, колеги, тема нашого семінару присвячена поглибленню знань того, без чого  ми не уявляємо наше існування.

В повсякденне життя увійшли нові поняття – комп’ютер, смартфон, Інтернет, планшет, та й мобільний зв'язок -  уже давнина. Звісно, технічний прогрес не стоїть на місці. Все цікавіше стає людині дізнатися і про далекі світи і існування інших форм життя, будова Всесвіту та інше. Практика підказує, що не можна відкрите нове, не знаючи його основу, який ланцюжок веде до відкриття.

Сьогодні ми будемо брати участь в обговоренні проблем, які нам відкриють не тільки новітні технології в галузі зв’язку, радіо, телебачення, а і історію розвитку, учених які передбачили можливість створення приладів, що є сьогодні в кожній оселі.

 Наш урок – семінар, який проводиться в рамках проекту «Розвиток    сучасних технологій». Учасники семінару отримають нові знання в галузі властивостей електромагнітних хвиль, розвитку радіо технічних приладів, методів зв’язку. Учасники семінару відбираються на конкурсній основі згідно заявки на участь.

Першою доповіддю заявлена тема: « Розвиток засоби зв’язку».

3. До презентації «Розвиток засобів зв’язку»

Необхідність людини в спілкуванні ще в давні часи викликали появу сигнальних засобів зв’язку, джерелами яких був звук і світло. Цього було не досить в період розвитку наукових досліджень. Досліди учених

 Таких як Максвелл, Герике, Ейлер, Морзе. Герц та інших привели до відкриття магнетизму, електрики, що передбачило нову еру в спілкуванні людей. Саме їх відкриття пов’язані з розвитком електронних засобів передачі та прийому інформації. На протязі багатьох років створюються прилади, які дозволяють людині отримати інформацію на відстані. Прикладом  можуть бути прилади: електромагнітний телеграф Самюеля Морзе (1837р.), телефонний апарат О.Белла, який є універсальним в сучасному житті. Передача інформації на великі відстані була вирішена російським винахідником О.С.Поповим на основі робіт Г.Герца. Електричний телеграф був створений російським ученим П.Л.Шилінгом. Це був оригінальний код, в якому кожна буква алфавіту відповідала певній комбінації символів, яка була у вигляді чорних і білих кружків. В сучасний час можливості обміну повідомленнями здійснюється по телефонній пошті. Треба замітити, що телеграфний зв'язок існує до цих пір. Ще телеграфні модеми, які вмонтовані в вузлах електричного зв’язку з персональним комп’ютером операторів.

Вчитель пропонує доповнити виступ і прокоментувати запропоновану презентацію.

Обговорення1

Презентація об’ємна, але нічого не сказано про телетайп. Це звичайна електромеханічна  друкарська машина, яка використовується для передачі між двома абонентами текстових повідомлень по простому електричному каналу. Найбільш сучасні телетайпи є повністю електронними пристроями і використовують дисплей замісто принтера. Такі телетайпи все більш використовують для людей з вадами слуху.

Якщо повернутися в недалеке минуле, то необхідно пригадати глобальну мережу під назвою «Telex network», яка на протязі більшої частини ХХ сторіччя використовувалася для бізнес – комунікацій. Саме за допомогою телетайпу до початку 70-х років вівся обмін повідомленнями, так звана «гаряча лінія», що пов’язувала президента ОША і керівництво СРСР. Телетайпи використовували як перші інтерактивні комп’ютерні термінали. У них не було відеодісплеєв; користувачі повинні були набирати команди після отримання спеціального шифру для вводу інформації. Так з’явилися текстові термінали і інтерфейс командної строки.

Обговорення 2

Мобільний зв'язок був запропонований в 1973 році інженером в відділі Motorola Мартіном Купером. Це був так званий безпровідний сотовий телефон. Основними складовими мобільної мережі – мобільні телефони та базові станції, які розташовані на дахах споруд. Підключений телефон прослуховує ефір, а знайшовши сигнал базової станції, посилає свій унікальний індетифікаційний код. Базова станція це комплекс радіо передавальній апаратури (рейнтранслятори, прийомо – передатчики), здійснюють зв'язок з кінцевим абонентом – мобільним телефоном.

Обговорення 3

Необхідно нагадати про супутниковий зв'язок, як один із видів космічного радіозв’язку, заснований на використанні штучних супутників Землі в якості ретлянстраторів. Супутниковий зв'язок здійснюється між земними станціями. Зона його видимості майже половина земної кулі. Крім того використання супутникового зв’язку продиктоване потребою передачі великого об’єму інформації.

В 1945 році англійський учений, винахідник Артур Кларк запропонував ідею створення системи супутників зв’язку на геостаціонарних орбітах, які б дозволили організувати глобальну систему зв’язку. Він не запатентував свій винахід, тому, що не вірив в можливість реалізації подібної системи, але при цьому вважав, що подібна ідея принесе користь людству. Зараз супутники розташовані на геостаціонарній орбіті на відстані 35786 км, мають потужні передатчики. Треба відмітити, що з операторами супутникового зв’язку конкурують оператори сотового і мобільного зв’язку. Супутниковий зв'язок знаходить застосування в місцях зі слабо розвинутою інфраструктурою (розподіл вхідного і вихідного сигналу і застосування додаткових технологій для їх сумісності). Супутниковий зв'язок, складний із своїми параметрами, характеристиками, але в світі комп’ютеризації, нас більше цікавить доступ в мережу і приймання супутникового телебачення.

обговорення 4

Ми в своїх доповідять все ближче підходимо до найсучаснішого виду зв’язку, яким є Інтернет. Інтернет – це цілий світ і карта необ’ємного простору. Сьогодні, кажучи про  Інтернет мають на увазі Всесвітню павутину World Wide Web, скорочено WWW. Тому всі помилково думають, що Всесвітня павутина – це є Інтернет. На самому ділі це тільки частина мережі, тому що вона сама приваблива тому, що має мультимедійні можливості. І тут про зв'язок можна розповідати дуже багато. Всім відомі соціальні мережі, де не охопити можливості спілкування при бажанні із цілим світом. Електронна пошта – інтерактивне графічне спілкування. ЧАТ – можливість бачити співрозмовника, мережеві ігри, віртуальні місця, ICQ, багато іншого.

Головне, реклама в Інтернет – це інструмент, використання якого, необхідна умова для успіху і популярності будь якого Інтернет – ресурсу, це ефективне створення підтримки іміджу компанії, або заходу торгової марки на ринку.

Другою доповіддю у нас заявлена тема: «Телебачення –шляхи розвитку».

Обговорення 5

Радіохвилі використовують для передачі не тільки звуку, а й зображення. Слово «телевізор» пролунало на міжнародному конгресі в Парижі 1900 року. Однак проблема передачі зображення на відстань хвилювала  людей ще раніше. Серед авторів проектів слід назвати імена португальського вченого де Пайва (1879 р.) і російського фізика П. І. Бахметьєва (1880 р.), які запропонували передавати телевізійне зображення не відразу  все, а по черзі, елемент за елементом у деякій послідовності. Сьогодні телебачення для людства відіграє велику роль, мається на увазі: пізнання нового, культури різних країн, новини в державі і світі, спортивний світ, розважальні програми та багато іншого.

4. До презентації «Телебачення – мій світ»

Властивості електромагнітних хвиль широко застосовуються в сучасній системі телебачення, тобто передаванні зображень на відстань за допомогою ультракоротких електромагнітних хвиль. Десятки тисяч телевізійних станцій у багатьох країнах світу регулярно ведуть передачі, які дивляться сотні мільйонів глядачів. Однак телебачення – це не лише телемовлення. Телебачення знаходить широке застосування в різних галузях народного господарства і в наукових дослідженням. Воно дає можливість одночасно спостерігати за основними етапами складних технологічних процесів, за різними ділянками залізничних вузлів і морських портів, дає змогу вчитися віртуозному мистецтву великих хірургів, проникати поглядом в безодні океанів і в глибини космосу.

Якщо пригадати історію винаходу телебачення, то історія називає багато імен учених, які займалися цією проблемою. Перші кроки в застосуванні електронних методів у телебаченні були зроблені в 1907 році, коли російський учений Б. Розінґ запатентував систему названу «катодною телескопією». 9 травня 1911 року він уперше демонстрував телевізійне зображення. Найперша електронна передавальна трубка, відома під назвою іконоскопа, була винайдена В. Зворикіним у 1931р.

В основі телевізійної передачі зображень лежать три фізичні процеси:

 1) перетворення оптичного зображення на електричні сигнали;

2) передача електричних сигналів по каналах зв'язку;

3) перетворення переданих електричних сигналів на оптичне зображення.

На передавальній станції здійснюється перетворення зображення на послідовність електричних сигналів.

Зображення кадру перетворюється за допомогою передавальної вакуумної електронної трубки — іконоскопа — на серію електричних сигналів. Процес послідовного перетворення оптичного зображення на електричні сигнали називається розгорткою зображення Телевізійний приймач перетворює добутий відеосигнал на видиме зображення на екрані приймальної електронно-променевої трубки кінескопа.

Обговорення 6

Будь яка телевізійна система складається з трьох частин: передавача, приймача і каналу зв’язку їх між собою.

Передавач – перетворює  світлове зображення об’єкта в систему електричних сигналів – відеосигнал. Ці сигнали  модулюють за допомогою генератора високої частоти . Модульована електромагнітна хвиля переносить інформацію на великі відстані. Ці хвилі ловляться антеною приймача, в якому здійснюється зворотні перетворення. Для передавання руху використовують принцип кіно: зображення рухомого об’єкта передають кілька десятків разів за секунду.

Обговорення 7

В сучасний час коли мова йде про аналогове, кабельне , цифрове телебачення, що означає високоякісне телевізійне передавання і приймання. В зв’язку з цим необхідно відмітити використання тільки ультракоротких хвиль. Інші хвилі відомих діапазонів не використовуються. Може виникнути питання, чому телевізійні вежі високі? Відповідь проста –ультракороткі хвилі сильно поглинаються поверхнею землі і проходять крізь іоносферу, не відбиваючись від неї. Тому приймання телевізійних передач можливе лише в межах прямої видимості між передавальною і приймальною антенами. Для збільшення радіуса телемовлення необхідно ці антени піднімати на велику висоту.

Обговорення 8

В презентації ми бачили великий спектр телевізорів. У кожного з низ свої переваги і недоліки. В будь якій родині є телевізор. Я хочу запропонувати питання, які можна задати консультанту по продажу,а головним буде запитання, який найкращий? Відомо, що сьогодні існують різні типи телевізорів: звичайні кінескопні телевізори (ЕЛТ телевізори), проекційні телевізори, ЖК (LCD) телевізори, плазмові панелі (телевізори). Основними показниками є: геометрія зображення, кут огляду, габарити, сучасний дизайн, відповідно вартість, якість зображення, енергоємність, вид екрану.

Обговорення 9

Щоб відповісти на ці запитання, необхідно пригадати, що ми підводимо підсумки властивостей електромагнітних хвиль, випромінювання яких відбувається під час вимушених коливань електронів у коливальних контурах в яких частота випромінювання електромагнітних хвиль досягає частоти 10¹²Гц. Де є межа впливу не тільки на середовище, а й на людину. Тому зорієнтуватися  в великій кількості технологій, інноваційних рішеннях діагоналей і типів необхідних пристроїв не легко.

 Наступною доповіддю у нас заявлена тема « Винахід радіо»

5. До презентації «Електромагнітні хвилі і радіо»

Семінар, який проводиться сьогодні, підводить підсумки вивчення електромагнітних хвиль. Нам відома цілісність електричного і магнітного поля, їх взаємозв’язок у вигляді електромагнітного поля, яке існує самостійно, не будучи зв’язаним із зарядами і струмами.

Доповіді , які пропонують учасники семінару, говорять про результати дослідів фізиків усього світу , що вивчали властивості електромагнітних хвиль. Вони повторювали досліди, вдосконалювали думки про можливість використання цих хвиль для зв’язку і передачі енергії без проводів. Російський вчений О.С.Попов створив приймач, основні принципи особливості будови якого збереглися і в сучасній радіоприймальній апаратурі. Якщо казати коротко про роботу схеми, то в ньому електромагнітні хвилі сприймав чутливий елемент – когерер. Його дія ґрунтується на властивості металевого порошку, яким заповнений когерер злипатися під дією високочастотних коливань. Когерер працював, як відкритий коливальний контур, один електрод якого був антеною, другий заземлювався. У звичайних умовах електричний опір між ошурками порівняно великий. А при злипанні він різко падав і контактне реле замикалося. Для повернення схеми в режим роботи, когерер струшувався з’єднаним з ним молоточком і дзвінком. Згодом у сучасних радіоприймачах когерер замінили електронні лампи і напівпровідникові транзистори, але принцип реле залишився тім самим.

        Обговорення 10

Здійснити радіотелефонний  зв'язок, тобто передачу мови і музики значно важче. В презентації була запропонована схема автогенератора. Принцип його роботи показує, як високочастотні коливання змінюються низькочастотними коливаннями, тобто модулюються. Модуляцію коливань можна здійснювати, змінюючи їх амплітуду, частоту або фазу. Крім автогенератора була запропонована схема детекторного приймача. Якщо зібрати таку схему, то почути звук неможливо, можливо буде якийсь звук у вигляді тріску. Крім того, такий приймач не вимагає джерела живлення, його немає на схемі. Дана схема може працювати, але поблизу потужної радіостанції. Пропоную переглянути публікацію – супергетеродинний приймач.

6. Викладач:

Підводимо підсумки сьогоднішньої роботи. Показано високий рівень засвоєння матеріалу. Застосовані різноманітні інноваційні технології засвоєння теми, широкий спектр використаної літератури, публікацій ЗМІ. Вважаю, що семінар відбувся. Подивіться будь ласка, те чого вам не вистачило в доповідях і обговоренні. ( Презентується відео вчителя)

До домашнього завдання - підготуйте приклади явищ: інтерференції, дифракції електромагнітних хвиль і стислий опис цих явищ.