Урок физики на тему: "Радиоволны и их применение"

Разделы: Физика


Тип урока: урок обобщения знаний.

Цель: расширить и углубить знания учащихся о радиоволнах, радиотелефонной связи.

Приборы и материалы: УНЧ, осциллограф, детектор, динамик, телефонные наушники, портрет А.С. попова, простейший радиоприемник, карта города Москвы.

Метод урока: деловая игра.

Форма ведения урока: групповая.

Цели:

  • учебная – расширить и углубить знания учащихся о радиоволнах;
  • развивающая – развить интерес и показать тесную связь предмета физики с радиоэлектроникой;
  • воспитательная – воспитывать чувство сопричастности к общему делу, умение коллективного труда, бережного отношения к оборудованию.

Учащиеся должны знать:

  • Главное условие излучения радиоволны.
  • Скорость распространения волны.
  • Осуществление радиосвязи в Москве.
  • Принципы радиосвязи.
  • Практическое применение радиоволн.

Учащиеся должны уметь:

  • Пользоваться приборами.
  • Собирать электрические цепи по схемам.
  • Различать модуляцию и детектирование.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент:

а) тема урока;
б) форма проведения урока;
в) оценка работы учащихся;
г) вступительное слово преподавателя физики.

Эх волна, волна!
Ты моя необходимая,
Как поймать тебя
Без прибора
Моего любимого

II. Актуализация чувственного опыта и опорных знаний учащихся

  1. К какому виду волн относятся радиоволны?
  2. Кто доказал их существование?
  3. С какой скоростью они распространяются?
  4. Какие виды радиоволн вы знаете?
  5. Что является главным при передаче и приеме радиоволн?
  6. Для чего нужен детектор и модулятор?

II. Театрализованное развитие ситуации (работа в группах по решению представленной ситуации)

– В Московской области, в Одинцовском районе есть небольшой поселок Перхушково, а в нем скрыта леском муниципальное образовательное учреждение средняя образовательная школа им. А.С. Попова, где обучается 1 тысяча 700 учеников.
Однажды ученики одиннадцатых классов не смогли передать и получить сигнал, исчезла радиоволна.

Проблема: Как вернуть радиоволну?

Власть в свои руки взяла королева-мать “Антенна” и король-отец “Детектор”. Обратились они к историкам:

Королева: Расскажите, кто изучал электромагнитные волны, как они распространяются, и как осуществляется связь в Москве?

Историки: В 1886 году Генрих Герц – немецкий Физик экспериментально доказал существование электромагнитных волн, которые теоретически были предсказаны Жоржем Максвеллом. Герц взял прием волн, наблюдая слабые искровые разряды между небольшими шариками в проволочном контуре. Он смог определить скорость волны, и она приближенно равна скорости света – 300 000 км/сек.
Опыты Герца заинтересовали физиков всего мира. Ученые стали искать пути усовершенствования излучателя и приемника радиоволн.
7 мая 1895 года был впервые продемонстрирован А.С. Поповым радиоприемник. В начале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 метров. Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются в окружающее пространство.
В зависимости от направленных свойств антенны радиоволны могут распространяться в зависимости либо вдоль поверхности земли, либо под тем или иным углом горизонта. Поэтому распространение радиоволн в пространстве зависит от свойств поверхности земли, а также от свойств атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических данных земной поверхности и длины волны. Учитывая месторасположение Москвы, радиотрансляционный узел был создан в 1920 году, когда радиосвязь охватила от столицы практически весь Советский Союз. На карте флажками отмечены центры радиосвязи г. Москвы (рисунок 1).
Сначала радиоволны передавались на больших площадях по огромным динамикам, связь осуществлялась по проводам. Массовое радиовещание в Москве началось в начале 20-х годов, когда в начале 1920 года на улице Шаболовка были построены одна из крупнейших в стране радиостанций мощностью 100 кВт и для ее передачи в 1922 году Шуховская башня, ставшая эмблемой советского радиовещания.
С 1921 года на улицах Москвы появились репродукторы, передававшие сообщения Российского телеграфного агентства (РОСТА). Первый репродуктор был установлен на балконе Моссовета на улице Тверской. Затем были размещены репродукторы на площадях Свердлова (нынешняя Театральная площадь), Елоховской, Серпуховской и др.
На Никольской улице дом 7 в 1922 году разместилась служба городской трансляционной сети и общество друзей радио. С 1924 года велись ежедневные передачи Сокольнической станции им. А.С. Попова.
В начале 30-х годов на востоке Москвы за Садовым кольцом, между Токлаковым переулком и Лефортовским (Дворцовым) мостом была названа радио улица в честь первой радиовещательной станции, построенной в этом районе в 1922 году.
В 1938 году на Шаболовке был организован Московский телецентр.
В январе 1925 года московская радиотрансляционная сеть насчитывала свыше 4 тысяч абонентов, в апреле – свыше 11 тысяч абонентов. 7 ноября 1941 года состоялся прямой репортаж о военном параде на Красной площади.
В 1962 году создана молодежная радиостанция “Юность”, в 1964 году радиостанция “Маяк”. С конца 60-х годов радиотрансляция частично осуществлялась из радиокорпусов телевизионно-технического центра “Останкино”.
В 1979 году в г. Москве насчитывалось около 5 миллионов радиоточек.
В 90-х годах началась реорганизация государственного радиовещания, появились первые автономные формы общественного и коммерческого вещания.
Первой коммерческая радиостанция в г. Москве стала радиостанция “Европа Плюс”. В 1997 году в г. Москве насчитывалось около 20 коммерческих радиостанций такие как “Деловая волна”, “Открытое радио”, “М-радио – новая волна”, “Радио-Максимум”, “Русское радио”, “Серебряный дождь”, “Радио-7”.
Они вещают в УКВ и СВ-диапазонах. Сейчас в области находится порядка 65000 радиоточек.
Существует многоканальная связь, которая позволяет передавать по одной линии связи одновременно и независимости друг от друга множество электрических сигналов.

  • Свыше 100 метров – средние волны.
  • От 10 до 100 метров – короткие волны.
  • Меньше 10 метров – ультрокороткие волны.

Король: Что же о появлении волны мы узнали, о распространении радиосвязи в Москве тоже. Теперь помогите нам модуляторы. На чем же основаны принципы работы радиосвязи. Как они существуют?

Модуляторы: Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучающие антенной. Не затухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор.
Для передачи звука высокочастотные колебания изменяют или моделируют с помощью электрических колебаний низкой частоты. Этот способ называют амплитудной модуляцией.
Изменение частот волн мы можем наблюдать на осциллографе, если подать на него напряжение с колебательным контуром (демонстрация на осциллографе):

  • колебания высокой частоты;
  • колебания звуковой частоты;
  • модулированных по амплитуде колебаний.

Без модуляций мы в лучшем случае можем контролировать, работает станция или молчит, но и только. Без модуляции нет ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной передачи.

Королева: Так мы убедились, что без модуляции нам не обойтись. А чем могут помочь нам детекторы?

Детекторы: В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигналов называется детектированием.
Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью - детектор. Таким элементом может быть электронная лампа (вакуумный диод) или полупроводниковый диод.
Рассмотрим работу по схеме (рисунок 2).

Рис. 2

Рис. 2

Включим диод в цепь последовательно, с источником модулированных колебаний и нагрузок. Ток в цепи будет течь преимущественно в одном направлении, так как сопротивление диода в прямом направлении много меньше, чем в обратном.
В цепи будет течь пульсирующий ток (рисунок 3). Он сглаживается с помощью фильтра конденсатора присоединенного к нагрузке.

Рис. 3

Рис. 3

В те моменты времени, когда диод пропускает ток часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется в конденсатор, заряжая его. Разветвление только уменьшает пульсацию тока проходящего через нагрузку. Зато в промежутке между пульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. В результате этого через нагрузку течет звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.

Король: Мы познакомились с принципами работы радиосвязи. Из чего же состоит простейший радиоприемник и как услышать радиоволну?
Пожайлуста, механики, соберите нам приемник и покажите схему простейшего радиоприемника.

Механики: Пока ребята собирают радиоприемник, паяют, создают его, я вам дам простейшую схему (рисунок 4).

Рис. 4

Рис. 4

Радиоприемник состоит из приемной антенны, колебательного контура, детектора, конденсатора и динамика. В колебательном контуре радиоволной возбуждается модулированные колебания. Катушки динамика играют роль нагрузки. Через них течет ток звуковой частоты.

Подать сигнал.

Королева: вот и прекрасно, мы нашли радиоволну. Вернули ее радиооператорам. Всем большое спасибо.

III. Осмысление объективных знаний, связей и отношений

IV. Закрепление знаний

Практическая работа (по группам)

1. В посуду с уксусной кислотой (или водным раствором пищевой соли) вложить две обвернутых бумагой стержня из разного металла. К ним присоединить телефонные наушники. В момент подключения и отключения наушников в них слышен щелчок, который и указывает на появление тока в цепи.

Вопросы:

– Какова роль динамика?
– Какие частоты наблюдали на осцилографе?

2. Начертите схему вашего устройства, подключите телефон и ответьте на вопррос:

Вопросы:

– Что изменяет модулятор?
– Роль микрофона?

3. Соберите электрическую цепь из звукового генератора и телефона, начертите схему и ответьте:

Вопросы:

– Какова роль усилителя?
– Что излучает передающая антенна?

4. Замените динамик на телефон и соберите по схеме приемник, начертите ее и ответьте:

Вопросы:

– Что выделяет детектор?
– Какова роль приемной антенны?

V. Подведение итогов

29.12.2006