Урок фізики в 11-му класі на тему "Передача інформації за допомогою електромагнітних хвиль"

Наша сеть партнеров Banwar

розділи: фізика

Мета уроку:

• освітні:
  • ознайомити учнів з практичним застосуванням електромагнітних хвиль;
  • розкрити фізичний принцип радіотелефонного зв'язку;
  • познайомити з основними частинами найпростішого радіоприймача, розкрити фізичну сутність модуляції, детектування і посилення.
• Розвиваючі:
  • на прикладі вивчення явища радіопередачі і радіоприйому електромагнітних хвиль показати матеріальність електромагнітних полів;
  • розкриваючи роль А.С. Попова у винаході радіо, показати світове значення його робіт в області практичного використання електромагнітних хвиль для передачі осмислених сигналів без дротів;
  • вчити працювати з додатковою літературою, з використанням матеріалів інтернету.
• виховні:
  • виховати почуття гордості за вітчизняну науку і техніку, що випередили свого часу зарубіжну науку і техніку.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Підручник: Л.Е.Генденштейн, Ю.І.Дік «Фізика 11»

демонстрації:

• Модуляція електромагнітної хвилі.
• Демодуляція електромагнітної хвилі.

відеофрагменти:

• «Винахід радіо»
• «Фізичні основи радіопередачі»

План викладу нового матеріалу:

1. З історії винаходу радіо.
2. Принцип радіозв'язку.
3. Як створюють електромагнітні хвилі високої частоти?
4. Поширення радіохвиль.
5. Перспективи електронних засобів зв'язку.

ХІД УРОКУ

1. Оргмомент (1 хв.)

2. Повторення теми «Електромагнітні хвилі» (10 хв.)

Проведення самостійної роботи:

1. Що таке електромагнітні хвилі:

А. поширюється в просторі змінне магнітне поле.
Б. поширюється в просторі змінне електричне поле.
В. поширюється в просторі змінне електромагнітне поле.

2. Які основні положення теорії електромагнітного поля Максвелла?

А.Прі усякому зміні електричного поля виникає вихровий магнітне поле, що поширює зі швидкістю світла.
Б. При кожній зміні магнітного поля виникає вихровий електричне поле, що поширює в навколишньому просторі зі швидкістю світла.
В. При кожній зміні електромагнітного поля виникає вихровий електричне поле у ​​якого вектор напруженості: . При зміні електричного поля виникає магнітне поле, у якого вектор індукції: поширюється в навколишньому просторі зі швидкістю світла.

3. Як в повітрі зміниться довжина електромагнітних хвиль, випромінюваних коливальним контуром, якщо ємність коливального контуру збільшити в 4 рази:

А. Зменшиться в 4 рази.
Б. Збільшиться в 2 рази.
В. Збільшиться в 4 рази.

4. Визначити частоту коливань електромагнітних хвиль у вакуумі, якщо довжина їх дорівнює 2 см.

А. 700000 Гц.
Б. 6000000 Гц.
В.1500000 Гц.

5. Як повинна рухатися заряджена частинка, щоб виникло електромагнітне випромінювання?

А. С постійною швидкістю.
Б. Знаходиться в спокої.
В. Рухатися з прискоренням.

питання:

- Що є джерелом електромагнітних хвиль?
- Що є випромінювачем електромагнітних хвиль?
- Як потроєний вібратор Герца, який принцип його роботи?
- Яка швидкість поширення електромагнітних хвиль в повітрі?
- Перелічіть основні властивості електромагнітних хвиль.

3. Виклад нового матеріалу

З історії винаходу радіо

Радіозв'язок - це колективне винахід. Початок поклав англійський фізик Майкл Фарадей, який відкрив у 1831 р явище електромагнітної індукції. Грунтуючись на уявленнях Фарадея і розвиваючи їх, англійський учений Дж. Максвелл в 1865 р прийшов до висновку, що металевий провідник, по якому тече струм, повинен випромінювати в простір електромагнітні хвилі, що поширюються зі швидкістю світла. Перший, кому вдалося «створити» і детектувати електромагнітні хвилі, був німецький вчений Генріх Герц в 1887 р Однак детектор Герца мав дуже маленькою чутливістю. Цей недолік заповнив французький фізик Едуард Бранлі в 1890 р Він встановив, що електричний опір металевих порошків різко знижується під впливом електромагнітних хвиль. Таким чином, був винайдений «когерер» - чутливий детектор хвиль. У Росії одним з перших почав вивчати електромагнітні хвилі викладач офіцерських курсів в Кронштадті Олександр Степанович Попов. Почавши з відтворення дослідів Герца, він потім використав більш надійний і чутливий спосіб реєстрації електромагнітних хвиль.
5 травня 1895 на засіданні Російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі А. С. Попов продемонстрував дію першого в світі радіоприймача. 24 травня 1895 року була передана перша в світі телеграма (на відстань 250 м). На маневрах Чорноморського флоту в 1899 р вчений встановив радіозв'язок на відстані понад 20 км. На початку 1900 р радіозв'язок був успішно використаний під час рятувальних
операцій в Фінській затоці. За участю А. С. Попова почалося впровадження радіозв'язку на флоті і в армії.
1901 р італійському інженерові Г. Марконі вдалося встановити радіозв'язок через Атлантичний океан. Його діяльність відіграла велику роль у розвитку радіо як засобу зв'язку, і була відзначена в 1909 г.Нобелевской премією.
Важливим етапом у розвитку радіозв'язку стало створення в 1913 р лампового генератора незатухаючих електромагнітних коливань. У наступні роки зусиллями багатьох видатних вчених і інженерів різних країн радіотехніка перетворилася на надзвичайно широку і різноманітну галузь техніки.

принцип радіозв'язку

Радіозв'язок - передача і прийом інформації за допомогою радіохвиль, що поширюються в просторі без проводів.

Принцип радіозв'язку полягає в наступному: змінний електричний струм високої частоти, створений в передавальної антени, викликає в навколишньому просторі швидко змінюється електромагнітне поле, яке поширюється у вигляді електромагнітної хвилі. Досягаючи прийомної антени, електромагнітна хвиля викликає в ній змінний струм тієї ж частоти, на якій працює передавач.
Для здійснення радіотелефонного зв'язку необхідно використовувати високочастотні коливання, інтенсивно випромінюються антеною. Для передачі звуку ці високочастотні коливання змінюють за допомогою електричних коливань низької частоти (цей процес називають модуляцією).

Процес модуляції полягає в зміні одного або декількох параметрів високочастотного коливання за законом переданого повідомлення (низькочастотного коливання). ( Додаток 1 ) (Демонстрація)

Демодуляція - процес виділення низькочастотних (звукових) коливань з прийнятих модульованих коливань високої частоти. ( Додаток 2 ). (Демонстрація)

Залишається перетворити електричні коливання в звукові. Це роблять за допомогою динаміка. ( додаток 3 ).

Як створюють електромагнітні хвилі високої частоти?

Пристроєм, в якому створюються і підтримуються електромагнітні коливання високої частоти, є генератор електромагнітних коливань.
Основний елемент такого генератора - коливальний контур, який складається з котушки і конденсатора. ( додаток 4 ).
Розрахунки показують, що період коливань Т пов'язаний з індуктивністю котушки L і електроємна конденсатора З співвідношенням . Цю формулу вперше вивів англійський фізик Томсон, тому вона називається формулою Томсона.
Таким чином, змінюючи L і С, можна генерувати електричні коливання потрібної частоти. ( додаток 5 ).

поширення радіохвиль

Відповідно до сучасної теорії хвилі поширюються різними шляхами. Один шлях лежить уздовж поверхні Землі. По ньому поширюється так звана поверхнева (земна) хвиля. Вона порівняно швидко згасає через поглинання енергії всіма провідниками, зустрічаються на її шляху.
Форма Землі обмежує дальність прийому поверхневих хвиль. Якби вони поширювалися строго прямолінійно, то радіозв'язок була б можлива тільки на відстані прямої видимості. Але оскільки з висотою електричні і магнітні параметри атмосфери змінюються, поверхнева хвиля заломлюється, відхиляючись до Землі, її траєкторія викривляється, і дальність прийому збільшується.
Перешкоди на поверхні Землі відображають радіохвилі. За перешкодами може утворюватися радіотінь, куди хвиля не потрапляє. Але якщо довжина хвилі досить велика, то внаслідок дифракції хвиля огинає перешкоду і радіотінь не утворюється. Потужні радіостанції, що працюють на довгих хвилях, забезпечують зв'язок на кілька тисяч кілометрів. На середніх хвилях зв'язок можлива в зоні до кілька сотень кілометрів. На коротких хвилях - лише в зоні прямої видимості. Є також хвилі просторові, які поширюються від антени по шляху, який лежить під більшим чи меншим кутом до поверхні Землі. На висоті порядка100-300 км хвилі зустрічаються з шаром, що складається з повітря, іонізованого електромагнітним випромінюванням Сонця і потоком заряджених частинок, випромінюваних їм. Цей шар називають іоносферою.
Провідна електричний струм іоносфера відбиває радіохвилі з довжиною хвилі, більшою 10 м, як звичайна металева пластина. Але здатність іоносфери відображати і поглинати радіохвилі істотно міняється залежно від часу доби і пори року.
Хвилі після відображення в іоносфера знову потрапляють на Землю. Однак все залежить від кута, під яким хвилі входять в іоносферу. Якщо він перевищує деяку величину, хвилі проникають в іоносферу, проходять крізь неї і потім вільно поширюються в космічному просторі. І, навпаки, якщо кут менше деякої граничної величини, хвиля під тим же кутом відбивається до Землі. Чим менше довжина хвилі, тим глибше хвиля проникає в іоносферу, а значить, з більшої висоти відбивається. Короткі хвилі поширюються на великі відстані тільки за рахунок багаторазових відображень від іоносфери і поверхні Землі. Саме за допомогою коротких хвиль можна здійснити радіозв'язок на будь-яких відстанях на Землі.

Доповідь учня «Розвиток засобів зв'язку» ( додаток 6 ).

Перспективи електронних засобів зв'язку

Сьогодні ведуться активні роботи по передачі «цифрового» звуку, тобто звуку, записаного дискретної послідовністю імпульсів. Інформація, записана в цифровому вигляді, завдяки своєму імпульсного характеру, може передаватися практично без перешкод, тому її відтворення відрізняється виключно високою якістю. Таким же високою якістю володіє і цифрове відеозображення.
На порядку денному також телебачення високої чіткості, при якому зображення на екрані формується набагато більшим числом точок, ніж в звичайному телебаченні.
Сучасний світ вже немислимий без «Всесвітньої Мережі», як називають Інтернет - комп'ютерну мережу, що з'єднала воєдино десятки тисяч локальних комп'ютерних мереж у всьому світі. Все більше число людей користуються послугами Інтернету, і в найближчому майбутньому Інтернет стане, мабуть основним способом отримання і передачі інформації. Для передачі інформації в Інтернеті використовуються телефонні лінії зв'язку і радіохвилі (в тому числі ретранслюються супутниками зв'язку).

Питання до учнів:

- Чи можна, перетворивши звукові коливання в електричні, подавати їх в антену і таким чином здійснити передачу по радіо мовлення або музики?
- Чому не можна прийняті і посилені електромагнітні коливання подавати в гучномовець?
- Чому радіохвилі огинають землю?
- Навіщо передавальні антени телецентрів у своєму розпорядженні на багатометрових вишках?
- Чи є суттєві відмінності між умовами поширення радіохвиль на Місяці і на Землі?

4. Закріплення

Вирішіть задачу:

У схемі радіоприймача індуктивність котушки 0,2 мГн, ємність змінного конденсатора може змінюватися від 12 до 450 пФ. На які довжини хвиль розрахований цей радіоприймач?

Для конспекту учня:

Радіозв'язок - передача і прийом Інформації за допомогою радіохвиль, що поширюються в просторі без проводів.

• Процес модуляції полягає в зміні одного або декількох параметрів високочастотного коливання за законом переданого повідомлення (низькочастотного коливання).
• Демодуляція - процес виділення низькочастотних (звукових) коливань з прийнятих модульованих коливань високої частоти.

5. Рефлексія

Хлопці по колу висловлюються одним реченням, вибираючи початок фрази з рефлексивного екрана на дошці:

• Бо сьогодні я знаю ...
• було цікаво…
• було важко…
• я виконував завдання ...
• Я зрозумів, що…
• тепер я можу ...
• я відчув, що ...
• я купив…
• я навчився…
• у мене вийшло …
• я зміг…
• я спробую…
• мене здивувало ...
• урок дав мені для життя ...
• мені захотілось…

6. Домашнє завдання: §18, завдання №№11.1-11.6,11.9,11.11,11.12,11.15-11.18

Список джерел:

презентація

5.06.2010