Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета Физика Класс 11 УМК Физика. 11 класс. В.А. Касьянов (базовый уровень), 2014 год Уровень обучения базовый Тема урока Радио- и СВЧ-волны в средствах связи Общее количество часов, отведённое на изучение темы 1 Место урока в системе уроков по теме 5 урок по теме «Излучение и прием электромагнитных волн радио- и СВЧ-диапазона», 5 часов Цель урока Рассмотреть принципы передачи информации посредством ЭМВ. Задачи урока Обучающие: знать принципы передачи информации различного формата при помощи электромагнитных волн; знать основные виды радиосвязи и отличия их друг от друга. Развивающие: развитие широкого кругозора, развитие прогностического мышления на основании данных свойств объекта. Воспитательные: формирование аккуратного и бережного отношения к продуктам интеллектуальной деятельности одноклассников. Планируемые результаты Умение грамотно объяснять принцип передачи информации разного формата с помощью электромагнитных волн. Знание видов радиосвязи и отличия их друг от друга. Техническое обеспечение урока Мультимедийный проектор или документ-камера для проецирования теста. Содержание урока 1. Организационный этап. Приветствие обучающихся. Проверка явки и готовности обучающихся к уроку. 2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности обучающихся. На прошлых уроках мы познакомились с электромагнитными волнами, процессом их распространения и свойствами. В повседневной жизни мы постоянно используем электромагнитное излучение для передачи информации – общение, телевидение, беспроводная связь и многое другое. Каким образом осуществляется передача информации посредством ЭМВ? Есть ли разница в передаче звукового сигнала и видео сигнала? Сегодня на уроке мы должны рассмотреть вопрос практического применения электромагнитных волн человеком для передачи информации различного формата. 3. Актуализация знаний. Проверка домашнего материала в виде фронтального опроса. Какие диапазоны ЭМИ вы знаете? Назовите их общие свойства. Какие источники излучений вы знаете? Назовите источники излучений, которые окружают нас сейчас. Какие воздействия они оказывают на нас? Какие виды излучений полезны для человеческого организма? Какие излучения могут нанести вред живому существу? 4. Первичное усвоение новых знаний. (Тема изучается посредством самостоятельного разбора нового материала с применением текста учебника и дополнительной информации см. таблицу №1). Самостоятельно выполняется опорный конспект (работа в микрогруппах с презентацией результата перед классом). Таблица №1 Радио. Радиосвязь – передача информации с помощью электромагнитных волн радиодиапазона. Радиовещание – передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн радиодиапазона. Телевидение – передача изображения, речи и музыки с помощью электромагнитных волн радиодиапазона. А. С. Попов повторил опыты Герца и в апреле 1895 г. создал первый приемник (грозоотметчик). "Генрих Герц" - первая в мире радиограмма. (Передавалась азбукой Морзе). 7 мая 1895 г. демонстрация прибора на заседании Русского физико-химического общества. Дальность — 250м; 1899 г. — 20 км; 1901 г.—150 км. Попов впервые использовал когерер и приемную антенну. Одновременно с Поповым над той же проблемой работал итальянский изобретатель Гульермо Маркони. Он усовершенствовал приемник, создал первую фирму, занявшуюся производством и продажей радиооборудования (Нобелевская премия по физике). 1 - антенна, 2 - когерер, 3 - электромагнитное реле, 4 - электрический звонок, 5 - источник тока. Когерер - трубка с металлическими опилками (R очень большое). Когда волна улавливается антенной, напряжение увеличивается, между опилками проскакивают искорки, и они спаиваются. Сопротивление уменьшается, сила тока увеличивается. Включается реле, срабатывает звонок, молоточек звонка ударяет по когереру и происходит встряхивание опилок. Сопротивление когерера увеличивается, цепь звонка размыкается. Приемник вновь готов к работе. Роль антенны и заземления: увеличение чувствительности и дальности приема. Диапазоны радиоволн Наименование радиоволн Диапазон частот, Гц Диапазон длин волн (в вакууме), м Распространение Сверхдлинные Длинные Средние <3.104 3.104-3.105 3.105 - 3.106 >1000 10000 –1000 1000 – 100 Огибают земную поверхность. Короткие 3.106 - 3.107 100 – 10 Отражаются от ионосферы и поверхности Ультракороткие Метровые Дециметровые Сантиметровые Миллиметровые 3.107 - 3.108 3.108 - 3.109 3.109 - 3.1010 3.1010 - 3.1011 10 –1 1- 0,1 0,1 – 0,01 0,01 – 0,001 Проникают сквозь ионосферу Принцип радиотелефонной связи Структурная схема радиопередатчика и радиоприемника. 1. Задающий генератор (генератор высокой частоты) вырабатывает гармонические колебания высокой частоты ВЧ (несущая частота более 100 тыс. Гц). 2. Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические той же частоты. 3. Модулятор изменяет (модулирует) по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с помощью электрических колебаний низкой частоты НЧ. 4. Усилители высокой и низкой частоты УВЧ и УНЧ 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. Амплитудная модуляция Изменение амплитуды колебаний высокой (несущей) частоты колебаниями низкой (звуковой) частоты называется амплитудной модуляцией. Для получения амплитудно-модулированных электромагнитных колебаний в цепь транзисторного генератора последовательно с колебательным контуром включают катушку трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение звуковой частоты. На вторичной обмотке трансформатора индуцируется ЭДС той же частоты и складывается с постоянным напряжением источника тока. Изменение напряжения между эмиттером и коллектором транзистора приводит к изменению звуковой частотой, амплитуды колебаний тока высокой частоты в колебательном контуре генератора. В результате амплитуда колебаний в контуре генератора будет изменяться в такт с изменением напряжения низкочастотного сигнала на транзисторе. При изменении амплитуды сигнала НЧ меняется глубина модуляций. Основной недостаток амплитудной модуляции в том, что амплитуда на разных участках волны разная, следовательно, разная энергия. Значит и качество воспроизведения в приемнике будет не очень высоким. Существуют другие виды модуляции (частотная, фазовая), в которой эти недостатки меньше. Частотная модуляция применяется на УКВ (FM). Детектирование (демодуляция) Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью: вакуумный или полупроводниковый диод — детектор. Вольтамперная характеристика диода показывает, что ток в цепи течет преимущественно в одном направлении, являясь пульсирующим током. Этот ток сглаживается с помощью фильтра. Когда диод пропускает ток, то часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется на конденсатор. Если диод заперт, то конденсатор частично разряжается через нагрузку. Уменьшается пульсация тока. Через нагрузку течет ток звуковой частоты, форма колебаний воспроизводит форму низкочастотного сигнала. Радиоприемник Детекторный радиоприемник состоит из колебательного контура, антенны, детектора (диода), конденсатора постоянной емкости, телефона. В контуре принятая радиоволна возбуждает модулированные колебания. Конденсатор переменной емкости настраивает контур в резонанс с принятой радиоволной. Модулированные колебания ВЧ поступают на детекторный каскад. После прохождения детектора составляющая тока ВЧ идет через конденсатор постоянной емкости, а составляющая тока НЧ идет на обмотки катушек телефона. Так как ,то для тока высокой частоты , а для тока низкой частоты . Таким образом, по катушкам телефона идет ток низкой частоты, вызывающий колебания мембраны с той же звуковой частотой. 5. Первичное закрепление. Индивидуальная работа (карточка с разноуровневыми заданиями). Базовый уровень 1. Чем радиосвязь отличается от электромагнитной волны? 2. В каком случае предпочтительней беспроводная связь? 3. Главный недостаток проводной связи. 4. Главный недостаток беспроводной связи. 5. Какую информацию несёт радиоволна, а какую радиосигнал? 6. Зачем нужен радиопередатчик? Зачем нужен радиоприёмник? 7. Зачем нужны ретрансляторы? 8. На какие основные виды радиосвязи можно разделить радиосигналы? 9. Где при радиолокации располагаются радиопередатчик и радиоприёмник? 10. Где располагается самолёт от локатора, если сигнал пришёл через 0.03 с? Повышенный уровень. 1. Главный недостаток проводной связи. 2. Главный недостаток беспроводной связи. 3. Какую информацию несёт радиоволна, а какую радиосигнал? 4. Зачем нужен радиопередатчик? Зачем нужен радиоприёмник? 5. Зачем нужны ретрансляторы? 6. В виде чего кодируется информация в радиосигнале каждого вида? 7. Сможете ли вы по виду радиосигнала, определить к какому виду радиосвязи он принадлежит? 8. Где при радиолокации располагаются радиопередатчик и радиоприёмник? 9. Где располагается самолёт от локатора, если сигнал пришёл через 0.03 с? 10. Через какой промежуток времени вернётся сигнал, выпущенный локатором к цели, удалённой на 300км? Критерии оценки: «3» - от 4-6 ответов «4» - от 6-8 ответов «5» - от 8-10 ответов 6. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению. § 52, 53 для тех, кто выполнил менее 4 заданий вопросы после параграфа письменно. 7. Рефлексия (подведение итогов занятия). Оцените по шкале «хорошо-посредственно-плохо» результаты своей самостоятельной работы и освоения темы урока в целом. Спасибо за урок.
Автор(ы): Виноградов А. Н.
Скачать: Физика 11кл - Конспект.docx
