Какие свойства электромагнитных волн используются в радиолокации

Л.П.Карнаухова преподаватель физики, электротехники

тренер по спортивной радиопеленгации, судья всероссийской категории

по радиоспорту. ГБПОУ ИО «Иркутский техникум транспорта и строительства»

В.Н.Карнаухов педагог дополнительного образования, тренер по спортивной радиопеленгации, мастер спорта по радиоспорту, судья всероссийской категории по спортивному ориентированию и радиоспорту. Почетный работник общего образования РФ. МБОУДО «Дворец творчества детей и молодежи» г.Ангарска

Карнаухова Л.П., Карнаухов В.Н [«Принцип излучения электромагнитных волн. Изобретение радио А.С. Поповым. Свойства электромагнитных волн. Распространение радиоволн»] : методическая разработка/ -Иркутск: ГБПОУ ИО ИТТриС, МБОУДО ДТДиМ, 2016.-

1.

Пояснительная записка

Содержание

4

2

План урока

6

3.

Основные этапы урока

7

4.

Литература

18

5

Приложение

19

В настоящее время в нашей стране возрождается система патриотического воспитания детей и подростков, в котором помимо традиционных задач подготовки подрастающего поколения к военной службе, появилась необходимость ориентировать ребят на выбор профессии.

Патриотическое воспитание представляет собой организованный и непрерывный процесс педагогического воздействия на сознание, чувства, волю, психику и физическое развитие учащихся, поэтому оно должно включать в себя: духовно-нравственное воспитание, военно-историческую подготовку, подготовку по основам безопасности жизнедеятельности, прикладную физическую подготовку по основам военной службы (начальную военную подготовку) военно-техническую специальную подготовку детей и подростков, и в этом может помочь данное изучение темы «Принцип излучения электромагнитных волн. Изобретение радио А.С. Поповым. Свойства электромагнитных волн. Распространение радиоволн. Применение электромагнитных волн» по предмету Физика.

На данном уроке подростки приобретают нравственные, морально- психологические, а так же специальные профессиональные знания и умения, необходимые будущему защитнику Отечества, гражданину, патриоту.

Раскрыть физический принцип радиотелефонной связи; ознакомить учащихся с устройством простейшего радиоприѐмника; объяснить принцип радиолокации и рассмотреть его применение; ознакомить учащихся с практическим применением электромагнитных волн в сельском хозяйстве и в повседневной жизни, а также в армии и на флоте.

Отсюда можно сделать вывод, что работа по военно-патриотическому воспитанию с детьми должна проводиться комплексно, в единстве всех его составных частей. Полученные знания в рамках учебной программы и именно данной темы способствует применить их на практике. И развить интерес к такому виду спорта, как радиопеленгация, радиотелеграфия, радиоориентирование, ориентирования на местности, через дополнительное образования.

Такой кружок или секция дают хорошую возможность реализовать подросткам свои социально-значимые потребности. Именно в них создаются условия для позитивного самоутверждения, подростков, для того что бы каждый из них мог проверить себя и свои волевые качества, свой опыт, умения, почувствовать себя самостоятельным, обрасти уверенность в себе. Подросткам представляется возможность в достаточной мере уяснить главные особенности

армейской жизни, почувствовать ее, проверить на деле свои качества и по новому оценить их, войти в коллектив.

Мы как тренеры, обучая детей, в секции спортивной радиопеленгации и спортивным ориентированием, основам азбуки «Морзе». Опираясь на знания полученные на уроках Физики, Электротехнике. Тем самым мы готовим не только радиоспортсменов, н и будущих специалистов для армии – радиоспециалистов и в будущем эти знания пригодятся после службы в армии.

Новизна проблемы заключается в том, что приобретение радиотехнических навыков будет происходить в увлекательной игровой форме.

Одновременно решаются задачи:

Образовательные:

• Обучить ориентироваться на местности, используя компас и карту, на уровне задач спортивного ориентирования;

• Обеспечить овладения подростками навыками по туризму;

• Обучить азбуке «МОРЗЕ», на уровне задач радиотелеграфии;

В результате изучения данной темы у детей повышается способность анализировать, сравнивать, сопоставлять объекты окружающего мира, у них развивается пространственное мышление и воображение, а также способствует развитию интереса занятием радиоспортом, что позволяет развить чувство коллективизма, участие в соревнованиях способствует развитию адекватной самооценки.

Тема урока: «Принцип излучения электромагнитных волн. Изобретение радио А.С. Поповым. Свойства электромагнитных волн. Распространение радиоволн»

Цели урока:

Образовательная:

• усвоение понятий: радиосвязь, модуляция, детектирование, радиолокация. Показать роль науки и техники, ознакомить обучающихся с первыми средствами связи и телевидения.

• Обучить ориентироваться на местности (в пределах учебного кабинета), используя компас и карту, приемник пеленгатор на уровне задач спортивного ориентирования;

• Обучить азбуке «МОРЗЕ», на уровне задач радиотелеграфии;

Развивающая:

• • развивать у учащихся познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности;

  • коммуникативные, качества учащихся, операции логического мышления (анализ, синтез, сравнение) при изучении данной темы.

Воспитательная:

• • способствовать воспитанию внимательности, дисциплинированности, усидчивости, способствовать формированию познавательного интереса.

Тип урока: комбинированный урок

Методы обучения: информационный (словесный) — беседа; наглядно- иллюстративный; практический, самостоятельная работа учащихся.

• • Экология;

  • ОБЖ;

  • Физическая культура.

• опорные конспекты;

• сообщения, тесты;

• м/м проектор, презентация, видео;

• приемник пеленгатор;

• образцы карты местности;

• карточки-задания.

1. Организационные мероприятия:

1. 1. Проверка посещаемости;

   2. Проверка готовности к началу занятия, организация рабочего места.

2. Мотивация и актуализация опорных знаний

2. 1. Фронтальный опрос

1. Что такое электромагнитное поле?

2. Кем была создана теория электромагнитного поля? В каком году?

3. Что называется электромагнитной волной?

4. Что является источником электромагнитных волн?

5. Перечислите свойства электромагнитных волн.

6. Какие виды электромагнитных излучений существуют?

7. В чем измеряется длина волны?

8. В каких единицах измеряется частота колебаний?

2. 1. Сообщения.

   2. Сообщение темы урока, его целей и задач

3. Изучение нового материала.

Изучениеновогоматериала

«Счастливя,чтонеза

рубежом, а в России открыто новое средство связи»

А.С.Попов

Эпиграф урока

В истории человечества одним из первых средств связи были сигнальные костры, бой барабанов. Так люди предупреждали друг друга о приближении врагов или надвигающемся стихийном бедствии. Однако на большой дистанции звук и дым

рассеиваются – и сообщение не доходит до адресата. В Древней Греции уже применялся простейший код — костровый дым трех цветов. С помощью цветовых сочетаний можно было передавать информацию. Во времена Ньютона

появились подзорные трубы, что позволило создать систему связи, находящимися на расстоянии, большем 10 км.

Первым устройством оптической связи считается семафорный телеграф Шаппа, появившийся в 1791г. Станция представляла собой сооружение, похожее на замок. Расстояние между станциями достигало нескольких километров. Имеются сведения, что в течение 20 мин можно было телеграфировать сообщение на расстояние в несколько сотен километров.

Телеграфный аппаратМорзе

Начало развитию электросвязи было положено в 1837 г., когда американским художником и изобретателем С.Морзе был создан телеграфный аппарат. Посылая электрический разряд по проводам, можно передать сигнал на огромное расстояние. Морзе разработал азбуку, каждая буква которой обозначается с помощью длинных и коротких сигналов – точек и тире. Телеграф получил образное название «говорящая молния». Телеграфные провода, подвешенные на столбах, простирались на многие километры.

К 1895 г. телеграфные провода уже опоясывали весь Земной шар, их протянули даже по дну океанов. Полтора миллиона телефонов было к концу века только в США. Но основные затраты при строительстве новых линий связи были определены стоимостью кабелей. Средством передачи информации являлся электрический ток. На сооружение связи уходили целые горы металлов. Идея осуществления связи без проводов уже носилась в воздухе.

Элементом радио было устройство, названное когерером. Первоначально в когерере использовали деревянные опилки, которые вызывали звуковой сигнал, но на новый сигнал не было никакой реакции.

А.С.Попов предложил собственную конструкцию когерера. Стеклянную трубку, вдоль внутренних стенок которой на расстоянии 2 мм друг от друга приклеивались полоски пластины, поверх насыпались металлические опилки. Труба затыкалась с двух сторон. Встряхивать когерер после каждого сигнала приходилось автоматическим молоточком звонка.

А.С.Попов ставил своей задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Вскоре Попов добился дальности связи более чем на 600 м, затем на 20 км.

В 1880-е годы русский инженер Александр Попов и итальянский радиотехник Гульельмо Маркони. Независимо друг от друга они догадались: если подключить электроискровый разрядник к длинной антенне, то он начнѐт излучать в эфир электромагнитные волны. А их можно принимать на любом расстоянии с помощью

другой антенны. Первый радиоприѐмник звонил, когда

принимал радиоволны. Так родилось радио.

7 мая 1895 г. Александр Степанович Попов публично демонстрировал радиоприемник, а в сентябре того же года, присоединив к схеме телеграфный аппарат Морзе, вел запись принимаемых

сигналов на ленту.

В 1901 году дальность радиосвязи была

уже 150 км. При участии Попова радиосвязь

начали применять на флоте и в армии России.

Принципы радиосвязи заключается в

том, что переменный электрический

ток высокой частоты антенны вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны.

Основными этапами передачи сигнала являются модуляция и детектирование.

1. Амплитудная модуляция — изменение амплитуды колебаний высокой (несущей) частоты колебаниями низкой (звуковой) частоты. (медленный процесс)

Без модуляции нет ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизорной передачи.

2. Детектирование (демодуляция) — выделяются низкочастотные колебания из колебаний высокой частоты.

Таким образом, для получения и передачи сигнала (с микрофоном) используется модуляция, которая осуществляется при помощи микрофона, а для вывода сигнала на громкоговоритель используется детектирование.

Схема простейшего радиоприѐмника. Простейший радиоприемник состоит из:

1. 1. Микрофон преобразует механические звуковые колебания в электрические той же частоты.

   2. Усилители высокой и низкой частоты усиливают по мощности высокочастотные и звуковые (низкочастотные) электрические колебания.

   3. Модулятор изменяет по частоте или амплитуде высокочастотные колебания с помощью электрических колебаний низкой частоты.

   4. Задающий генератор вырабатывает гармонические колебания высокой частоты (несущая частота более 100 тыс. Гц).

   5. Передающая антенна излучает модулированные электромагнитные волны. Приемная антенна принимает электромагнитные волны.

3. 3. Первые телевизоры и мобильные телефоны Большое внимание отводится радиолокации. Радиолокация — обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.

сt

R = 2

В основе принципа лежит свойство отражения электромагнитных волн.

Наиболее широко применяют радиолокацию в авиации, на флоте и в космонавтике. Очень большое значение имеет она в военном деле. Радиолокационным методом измерили расстояние от Земли до Луны и планет Солнечной системы.

1. телевидение

2. радиорелейные линии связи

3. космическая связь

4. развитие радиоэлектроники

5. глобальная система связи

Идея передачи изображения на расстоянии существовала с глубокой древности, однако

техническая и теоретическая база для создания

подобного устройства появились лишь в конце XIX

века, после создания радио.

Греческое слово «теле» означает «вдаль», «далеко», а

латинское слово «визор» переводится как

«смотрящий». Вместе они образовали знакомое нам слово «телевизор». Телевизор – это радиоприѐмник, но только более сложный. Он принимает и передает не только звук, но и картинку.

В 1884 году немецкий изобретатель Пауль Нипков

изобрѐл диск Нипкова — устройство, лѐгшее в основу механического телевидения.

10 октября 1906 года изобретатели Макс Дикманн и Г. Глаге зарегистрировали патент на использование трубки Брауна для передачи изображений.

В 1907 году Дикманном был продемонстрирован телевизионный приѐмник, с

двадцатистрочным экраном размером 3х3 см и частотой развѐртки 10 кадр/с.

Регулярные телепередачи в 1936 году начались в Германии и Великобритании, а в 1939 году – в Москве. Первые телевизоры показывали черно – белую картинку.

Принцип передачи изображения на расстояния состоит в том, что на передающей станции производится преобразование изображения в последовательность электрических сигналов. Этими сигналами модулируют затем колебания, вырабатываемые генератором высокой частоты. Модулированная электромагнитная волна переносит информацию на большие

расстояния. В приемнике производится обратное преобразование. Высокочастотные модулированные колебания детектируются, а полученный сигнал преобразуется в видимое изображение. Для передачи движения используют принцип кино: немного отличающиеся друг от друга изображения движущегося объекта (кадры) передают десятки раз в секунду (в нашем телевидении 50 раз).

Изображение кадра преобразуется с помощью вакуумной электронной трубки – иконоскопа – в серию электрических сигналов. Видеосигнал преобразуется в видимое изображение на экране вакуумной электронной трубки – кинескопа.

Для получения цветного изображения осуществляется переда трех видеосигналов, несущих компоненты изображения, соответствующие основным цветам (красному, зеленому и синему). На слайде изображены уже современные телевизоры.

Радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы.

Ещѐ недавно междугородная телефонная связь осуществлялась исключительно по воздушным линиям связи, при этом на надежность связи влияли грозы и возможные обледенения проводов. В настоящее время все шире применяются кабельные линии, повышается уровень автоматизации связи.

В 1876 г. американским инженером Александром Грейам Беллом был изобретен первый мобильный телефон.

Спортивная радиопеленгация («охота на лис») —

дисциплина радиоспорта, зародившаяся в Дании иАнглии сразу после Второй

мировой войны. Также известна под аббревиатурой ARDF (Amateur RadioDirect ion Finding). Представляет собой состязание между спортсменами (от 6 до 90 ле т, в своей возрастнойкатегории), которые с помощью карты местности (как пра вило масштаб 1:15 000), компаса ирадиоприемника с направленной антенной (3,5 МГц и 144 МГц, он же «пеленгатор») должны найти 5радиопередатчиков в лесу, на пересеченной местности. Цель состязания найти заданное количество« лис»(как правило, 5) за наименьшее время. Участие в соревнованиях требует не только значительнойфизической, но и умственной тренировки.

Близкий вид спорта к «Охоте на лис» — radio-

orienteering (радиоориентирование). В нѐм на картеобозначены радиозоны, в ко торых «лису»

(радиопередатчик) слышно. В «охоте на лис» радиозоны необозначены, а радио передатчики слышно почти по всему лесу (территории соревнований).

Радиопеленгация – это специальная область радиоэлектроники, изучающая теоретические и практические вопросы, связанные с определением направления на источник излучения радиоволн, принципами создания и применения пеленгационной аппаратуры. Радиопеленгация имеет большое

практическое значение и находит свое практическое применение во многих областях человеческой деятельности. На

флоте и авиации радиопеленгование позволяет

устанавливать местонахождение и направления

движения морских и воздушных судов, в комплексе

космических радионавигационных систем

слежения — контролировать траектории полетов космических кораблей, в метеорологии —

определять положения и направления движений грозовых фронтов, в астрономии — устанавливать направления на небесные тела, в военном деле радиопеленгация используется с целью

радиоразведки.

4. 1. Фронтальныйопрос

      1. Что называется радиосвязью?

      2. С какими видами радиосвязи вы сегодня познакомились?

      3. Кем и в каком году было изобретено радио?

      4. Чем отличается модуляция от детектирования?

      5. Кто является создателем первого мобильного телефона?

      6. Какой год считается годом первого мобильного телефона?

      7. Что такое радиолокация и где она применяется?

Вариант 1

Соотнесите определения

Длина волны

изменение амплитуды колебаний высокой (несущей) частоты колебаниями низкой (звуковой) частоты (с помощью микрофона).

Радиолокация

расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника

Амплитудная модуляция

обнаружение объектов и определение их координат с помощью отражения радиоволн.

2. В каком году было изобретено первое радио? А) 1900

Б) 1899

В) 1880

Г) 1895

2. Кто является изобретателем первого мобильного телефона? А) А.Г.Белл

Б) А.С. Попов В) С. Морзе

Вариант 2

Соотнесите определения.

Радиосвязь

выделение из модулированных колебаний высокой частоты звукового сигнала, т. е. колебания низкой частоты (с помощью громкоговорителя).

Телевизор

передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Детектирование (демодуляция)

«вдаль смотрящий»

2. Кто является изобретателем первого радио? А) Г.Р. Герц

Б) А.С. Попов В) С. Морзе

2. В каком году было изобретено первый мобильный телефон? А) 1920

Б) 1852

В) 1880

Г) 1876

Выставление оценок, их комментирование

6. 1. Прочитать и сделать краткий коспект в рабочей тетради с учебника Г.Я.Мякишев «Физика» 11 класс § 51-58

   2. Написать Эссе: «Роль телевидения, радио в жизни человека»

1. Учебник Физика 11 класс Мякишев ФГОС. Авторы: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.Издательство: М.: Просвещение,

2. otbet.ru›book/class-11/fizika/uchebnik-myakishev/

3. ru.wikipedia.org›Белл, Александр Грейам

4. video.yandex.ru›радиопеленгация в россии

5. «Ardf.ru» — спортивная радиопеленгация в России. ardf.ru

Приложение 1

Приложение 2