Радио Попова. Принципы радиосвязи
учебно-методический материал по физике (11 класс)

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  Р.П.Гульчеева. 

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)
- О чем шла речь на предыдущих уроках?

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?  (Джеймс Клерк Максвелл)
5. Кто получил электромагнитные волны на практике?
6. Как называется система, в которой получают электромагнитные волны?
7. Кто может изобразить схему?  
8. И так, давайте попытаемся выяснить  тему нашего урока  и сформулировать  цели.

Когда мы изучили новое явление, мы должны рассмотреть применение…

Изобретение беспроводной связи  и её применение.

Я хочу обобщить тему  «Изобретение радио А.С.Поповым  и его применение» Записываем в тетрадь

Включить презентацию

 «Радио: средство массовой информации,

слушая которое еще никто не испортил зрения»

Уолт Стритифф

В данной теме поговорим о принципах радиотелефонной связи и рассмотрим устройство простейшего радиоприемника.

Слайд 2     Впервые электромагнитные волны экспериментально получил, передал на расстояние (правда, в пределах стола) и принял Генрих Герц. В качестве колебательных контуров он использовал так называемые диполи (или вибраторы) Герца: два стержня с шариками, между которыми был оставлен определенный зазор. К шарикам от индукционной катушки подводили достаточно высокое напряжение, и между ними проскакивала искра и в пространстве возникало электромагнитное поле, а, следовательно, и электромагнитная волна. Приемник был сделан аналогичным образом, только расстояние между шариками было уменьшено. Герц наблюдал электромагнитные колебания по искоркам, проскакивающим между проводниками приемного вибратора.

Опыты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно отправлять и принимать сигналы, но все это делалось на малом расстоянии, в пределах стола лаборатории. Проведя важный для науки эксперимент, Герц не увидел практической ценности использования электромагнитных волн и даже сам отрицал возможность их применения.

Однако эти опыты заинтересовали физиков всего мира.

Слайд 3   В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волн преподаватель высшего учебного заведения в Кронштадте Александр Степанович Попов, создавший в апреле 1895 года первый в мире радиоприемник, в котором прием сигналов регистрировался с помощью электрического звонка.

Слайд 4     Схема передатчика Попова довольно проста — это колебательный контур, который состоит из индуктивности (вторичной обмотки катушки), питаемой батареи и ёмкости (искрового промежутка). Если нажать на ключ, то в искровом промежутке катушки проскакивает искра, вызывающая электромагнитные колебания в антенне. Антенна является открытым вибратором и излучает электромагнитные волны, которые, достигнув антенны приемной станции, возбуждают в ней электрические колебания.

Слайд 5     Для регистрации принятых волн, Александр Степанович Попов применил специальный прибор — когерер (от латинского слова «когеренцио» — сцепление), 

Слайд 6   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.

В июне 1895 года Александр Степанович Попов усовершенствовал свой приемник, добавив к нему вертикальный провод — приемную антенну,

Слайд 7    а в марте 1896 —телеграфный аппарат для приема словесного текста, и получил возможность записывать сигналы на телеграфную ленту. 

Слайд 8   24 марта 1896 года были переданы первые слова с помощью азбуки Морзе — «Генрих Герц».

А уже в 1898 году Александр Степанович осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстояние 5 км.

Слайд 9   В 1899 году его ученик Петр Николаевич Рыбкин обнаружил возможность приема радиотелеграфных сигналов на слух. Вскоре после этого Попов сконструировал первый специальный радиоприемник и тем самым положил начало развитию радиотелефонной связи.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же.

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).

Вообще радиосвязь представляет собой довольно сложный процесс. Поэтому мы рассмотрим лишь наиболее общие принципы одного из ее видов — радиотелефонной связи, т.е. передачи звуковой информации с помощью электромагнитных волн.                 Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что для радиосвязи необходимы колебания высокой частоты, а колебания звукового диапазона — это низкочастотные колебания

Как это можно осуществить я попросила рассказать  __ _ _ _ _ _ _  _ _ _ _ _

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.
     

Принципы радиосвязи

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?

-  что такое детектирование и модуляция?
-  какие виды радиосвязи бывают?  (радиотелеграфная, радиовещание,   радиотелефонная, телевидение, радиолокация)

ЗАДАЧИ:
1. На какой частоте корабли передают сигналы бедствий SOS если по Международному соглашению длина волны равна 600 м?   (500 000 Гц)

2.Определить период колебаний в колебательном в колебательном контуре, излучающем электромагнитные волны длиной 450 м.   (!,5 мкс)

3.Радиосигнал, посланный на Луну, отразился и был принят на Земле через 2,5с после посылки. Определить расстояние от Земли до Луны. (3,75х108 м)

Учащиеся: с докладами-презентациями

- Модуляция и детектирование

- Распространение радиоволн

- Радиолокация

- Понятие о телевидении

- Развитие средств связи

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 

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.

4. Как изменится частота электромагнитных колебаний в контуре, если в катушку ввести железный стержень?

Ответ. Индуктивность катушки увеличится, следовательно, частота колебаний контура уменьшится

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.

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.

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, §51,52. зад.1 стр.169

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

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