Винайдення радіо О.С. Поповим

Відкритий урок з фізики на тему:

" Винайдення радіо О.С.Поповим"

Мета:

навчальна: ознайомити учнів з історією винайдення радіо, сприяти усвідомленню соціально-економічно­го значення засобів зв’язку;

розвивальна: сприяти формуванню вмінь логічно мислити, аналізувати, робити висновкивиховна: виховувати гордість за своїх співвітчизників.

Тип уроку — урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: таблиця «Будова радіоприймача», прилади для демонстрування властивостей електро­магнітних хвиль.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фізичний диктант.

1. Що створює навколо себе нерухоме електрично заряджене тіло?

2. Яке наближене значення швидкості поширення електромагнітних хвиль у вакуумі?

3. Назвіть одиницю вимірювання довжини елект­ромагнітної хвилі.

4. Чи можна відокремити електричне й магнітне поля в електромагнітній хвилі?

5. Хто вперше експериментальне виявив електро­магнітні хвилі?

6. За яких умов коливальний контур випромінює електромагнітні хвилі?

7. Запишіть формулу, що пов’язує довжину хвилі з частотою і швидкістю її поширення.

8. З якою метою використовують електромагнітні хвилі?

9. Які властивості електромагнітних хвиль?

10. До якого роду хвиль можна віднести електро­магнітні?

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Наше життя важко уявити без радіоприймача, те­левізора, телефона. Ці прилади допомагають людині, роблять її життя цікавим і різноманітним. Сьогодні ми розглянемо будову і принцип дії першого радіоприймача.

III. Вивчення нового матеріалу.

План

1. Значення відкриття електромагнітних хвиль.

2. Демонстрування властивостей електромагнітних хвиль.

3. Доповідь учня про наукову діяльність О. С. Попова.

4. Будова і принцип дії радіоприймача.

1. Вступне слово вчителя.

Існування електромагнітних хвиль та їхні власти­вості були теоретично передбачені Максвеллом у 60-ті роки XIX ст., і лише в 1888 р. електромагнітні хвилі були вперше експериментальне отримані й вивчені Г. Герцем. За допомогою тонких експериментів Герц виявив і дослідив відбивання, заломлення, інтерфе­ренцію, дифракцію і поляризацію електромагнітних хвиль. Він довів, що в усіх випадках електромагнітні хвилі поводяться як видиме випромінювання, законо­мірності якого були на той час добре вивчені.

2. Демонстрування учнями властивостей електромагнітних хвиль.

3. Повідомлення учня про наукову діяльність О. С. Попова.

О.С.Попов народився 16 березня 1859 р. в с. Тур'їнські Рудники. У 1882 р. закінчив фізико-математичний факультет Петербурзького університету і був залишений у ньому для підготовки до наукової діяльності. Був викладачем фізики та електротехніки Мінних офіцерських класів (1883−1901 pp.) та Технічного училища Морського відомства в Кронштадті (1890−1900 pp.), професором фізики і директором Петербурзького електротехнічного інституту.

Перші наукові дослідження О. С. Попова присвячені аналізу найвигіднішої дії динамоелектричної маши­ни. Після опублікування в 1888 р. праць Г. Герца з електродинаміки О. С. Попов почав вивчати електро­магнітні явища, читати лекції на тему: «Найповніші дослідження про співвідношення між світловими і електричними явищами». Намагаючись знайти засо­би ефективного демонстрування дослідів Герца перед великою аудиторією, О. С. Попов сконструював більш наочний індикатор електромагнітних хвиль, які ви­промінює вібратор Герца. Добре розуміючи потребу флоту в засобах бездротовой сигналізації, він на по­чатку 90-х років поставив перед собою задачу вико­ристання електромагнітних хвиль для сигналізації: по­шук достатньо чутливого індикатора електромаг­нітних хвиль, розробка приладу, здатного реєструва­ти електромагнітні хвилі, які випромінює вібратор Герца. В якості індикатора О. С. Попов обрав радіокондуктор, запропонований французьким фізиком Е. Бранлі і названий пізніше когерером. Когерер — це наповнена металевим порошком невелика скляна трубка з двома електродами на кінцях. Під дією елек­тромагнітних хвиль електричний опір порошку змен­шувався, і когерер утрачав чутливість, яка при легко­му струшуванні знову відновлювалася.

У результаті копітких експериментів з когерером О. С. Попов зробив його досить зручним і чутливим інди­катором електромагнітних хвиль. На початку 1895 р. було створено «прилад для виявлення та реєстрації електричних коливань».

До весни 1895 р. Попов винайшов чутливий і на­дійно працюючий радіоприймач, який використовував­ся для бездротової сигналізації (радіозв'язку). Під час проведення дослідів О. С. Попов помітив, що приєднан­ня до когерера вертикального металевого дроту (анте­ни) спричиняє збільшення відстані надійного прийо­му. 7 травня 1895 р. на засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства О. С. Попов зробив доповідь про винайдення ним бездротової сис­теми зв’язку і продемонстрував її роботу.

Під час дослідів у 1895 р. О. С. Попов зрозумів, що його приймач реєструє також і грозові розряди. Тому він створив спеціальний прилад, який записував на рухому паперову стрічку сигнали, що утворювалися під час грози. Цей прилад, названий пізніше грозовідмітчиком, у 1895−1896 pp. використовувався для вив­чення характеру атмосферних завад.

Приймач Попова і грозовідмітчик зберігаються в Центральному музеї зв’язку в Санкт-Петербурзі.

У 1895−1896 pp. О. С. Попов займався вдоскона­ленням створених ним приладів, виступав з допові­дями і демонстрував їх роботу. Весною 1897 р. він уперше виявив явище відбивання електромагнітних хвиль від металевих предметів (зокрема, кораблів). Це відкриття лягло в основу сучасної радіолокації. Під час дослідів у 1897 р. він користувався електромагніт­ними хвилями, які лежать на межі дециметрового й метрового діапазонів. До того часу відносяться робо­ти О. С. Попова з вивчення ним рентгенівських про­менів, уперше зроблені ним у Росії рентгенівські знімки кінцівок людини та предметів.

У 1899 р. П.Н.Рибкін, Д. С. Троцький — помічни­ки О. С. Попова — виявили детекторний ефект коге­рера. На основі цього О. С. Попов створив «телефон­ний приймач депеш» для слухового прийому радіо­сигналів (на головні телефони) і запатентував його.

На початку 1900 р. прилади Попова були викорис­тані для зв’язку під час ліквідації аварії на броненосці «Генерал-адмірал Апраксій» та врятування рибалок у відкритому морі.

Заслуги О. С. Попова у винайденні радіо офіційно були відзначені в 1900 р. присудженням йому почес­ного диплома і золотої медалі на IV Всесвітньому електротехнічному конгресі в Парижі.

Помер О. С. Попов 13 січня 1906 р.

4. Пояснення будови і принципу дії першого радіоприймача.

Ідею використання електромагнітних хвиль для передавання сигналів на відстані вперше висловив у 1889 р. О. С. Попов. Він у 1895 р. збудував і продемон­стрував у дії перший радіоприймач, який працював на релейній схемі: дуже мала енергія електромагніт­них хвиль за допомогою спеціального пристрою ко­герера — використовувалася для керування електродзвінком.

У ньому електромагнітні хвилі приймалися (реє­струвалися) спеціальним приладом — когерером. Під дією електромагнітної хвилі опір когерера К різко зменшується, в результаті чого замикається коло ба­тареї Б. Струм проходить у обмотці реле Р, яке притя­гує якір Я, замикаючи контакти С реле. Якір замикає контакт, і струм проходить в обмотці електромагніта Е. Електромагніт притягує якір-пластинку П з моло­точком, який ударяє по чашці дзвінка Д. Чути звук.

Одночасно з цим розриваються контакти М і струм в обмотці Е зникає. Молоточок ударяє по коге­реру, струшуючи ошурки, їх опір зростає. Струм в обмотці реле не проходить, і приймач знову готовий до роботи.

У сучасних радіоприймачах когерер замінили елек­тронні лампи й напівпровідникові транзистори, але принцип реле залишився. Електронна лампа працює як реле: слабкі сигнали, які надходять на сітку лампи, керують енергією місцевого джерела струму, увімкну­того в анодне коло лампи.

Г.Марконі в 1896 р. подав заявку, а в 1897 р. дістав патент (в Англії) з застосування електромагнітних хвиль для бездротового зв’язку. (О.С. Попов свого винаходу не патентував.) Схема приймача Г. Марконі була такою само, як і схема приймача О.Попова.

Г.Марконі провів значну роботу з удосконалення приладів зв’язку. Зокрема, в 1902 р. він здійснив зв’я­зок через Атлантичний океан. Його діяльність відігра­ла значну роль у розвитку радіотехніки, зокрема в поширенні радіо як засобу зв’язку і була відзначена в 1909 р. Нобелівською премією.

Важливим етапом у розвитку радіозв'язку стало створення в 1913 р. лампового генератора незатухаючих коливань. У наступні роки зусиллями багатьох видатних учених та інженерів радіотехніка перетво­рилася на надзвичайно широку й різноманітну галузь техніки.

IV. Закріплення вивченого матеріалу.

1. Ділова гра. Розгадування кросворду.

1. Прилад для зв’язку без проводів.

2. Винахідник радіо.

3. Що міститься в когерері?

4. Хто запатентував радіоприймач?

5. Головна частина першого радіоприймача.

6. Характеристика рухомого тіла.

7. Джерело струму.

8. Прилад для приймання електромагнітних хвиль.

9. Що притягує обмотка електромагніта в радіо­приймачі?

Відповіді.

1. Радіо. 2. Попов. 3. Ошурки. 4. Марконі. 5. Коге­рер. 6. Енергія. 7. Батарея. 8. Антена. 9. Якір.

2. Різнорівневе тестування.

1п. Під час поширення у вакуумі електромагніт­ної хвилі періодично змінюється…

A) швидкість. Б) напрям поширення.

B) напруженість електричного поля. Г) період.

2п. Що використовують як джерело електромаг­нітних хвиль?

A) Закритий коливальний контур. Б) Провід, в якому тече струм.

B) Відкритий коливальний контур. Г) Заряджений конденсатор.

Зп. У радіоприймачі Попова під дією високочас­тотних електромагнітних коливань різко зменшуєть­ся електричний опір…

A) електричного реле. Б) електричного дзвоника.

B) когерера. Г) батареї гальванічних елементів.

4с. Відстань від Землі до Місяця дорівнює при­близно 384 000 км. За який час посланий із Землі ра­діосигнал, який відбився від поверхні Місяця, повер­неться на Землю?

A) Менш як за І с. Б) Від 1 до 1,5 с.

B) Від 1,5 до 2,5 с. Г) Більш як за 2,5 с.

5с. Виберіть правильне твердження, що стосуєть­ся радіозв'язку.

A) Для радіотелефонного зв’язку застосовують азбуку Морзе.

Б) Амплітудна модуляція — це зміна зі звуковою частотою амплітуди високочастотних електромагніт­них коливань.

B) Мікрофон призначений для підсилення звуко­вих коливань.

Г) Основним елементом детектора є антена.

6с. Які властивості має електромагнітна хвиля?

А) Електричне поле електромагнітної хвилі пер­пендикулярне до напряму її поширення.

Б) Швидкість електромагнітних хвиль у речовині більша, ніж у вакуумі.

В) Електричне й магнітне поля електромагнітної хвилі коливаються у протифазі.

Г) Електричне й магнітне поля електромагнітної хвилі коливаються в одній площині.

7д. Коливальний контур генератора радіопереда­вача має ємність 2,6 пФ і індуктивність 12 мкГн. Знайдіть довжину хвилі, на якій ведеться радіопере­дача.

A) Менш як 5 м. Б) Від 10 до 11 м.

B) Від 31 до 32 м. Г) Більш як 190 м.

8д. Під час прийому передач радіостанції «Наше радіо» ємність вхідного коливального контуру радіоприймача дорівнює 1 пФ. Яка робоча довжи­на хвилі радіостанції «Наше радіо», якщо індук­тивність вхідного коливального контуру дорівнює 2,58 мкГн?

A) Менш як 35 см. Б) Від 2,5 до 3,5 м.

B) Від 5 до 5,5 м. Г) Більш як 48 м.

9д. Виберіть довжину хвилі, на якій може працю­вати радіопередавач, якщо ємність контуру його ге­нератора змінюється від 200 до 600 пФ, а індуктивність дорівнює 25 мкГн.

А) 19 м. Б) ЗО м. В) 94 м. Г) 180 м.

10 В. Вхідний контур радіоприймача складається з котушки індуктивністю 2 мГн і плоского слюдяного конденсатора з площею пластин 10 см² та відстанню між пластинами 2 мм. На яку довжину хвилі настроє­ний радіоприймач?

11 В. Передавач випромінює хвилю довжиною 50 м. Скільки електромагнітних коливань відбуваєть­ся протягом одного періоду звукових коливань з час­тотою 400 Гц?

12 В. Передавальна антена обласного телецентру знаходиться на висоті 400 м. На якій висоті треба вста­новити приймальну антену в районному центрі, віддаленому від обласного на 90 км?

V. Домашнє завдання.

1. Високий рівень. Розв’язати задачу. Радіолокатор працює на хвилі 7,5 см і випромінює імпульси тривалістю 1,5 мкс. Скільки коливань міститься в кожному імпульсі?

2. Достатній рівень.

Скласти схеми модуляції й детектування електро­магнітних хвиль.

3. Середній рівень. Розв’язати задачу. На якій дов­жині хвилі може прийняти сигнал радіоприймач, якщо індуктивність приймального контуру дорівнює 1,5 мГн, а ємність може змінюватися від 40 до 650 пФ?