Решение задач "ЭМ волны. Радиосвязь". 11-й класс

Цели урока: Отработка и проверка знаний, умений и навыков по изученной теме с учетом индивидуальных особенностей каждого учащегося.

Задачи урока.

Обучающая: повторить и закрепить основные понятия и формулы раздела “Волны”, систематизировать учебный материал; рассмотреть использование теоретических знаний для решения экспериментальных, расчетных, и качественных задач.

Воспитывающая: воспитание чувства сопричастности к общему делу, умение коллективного труда.

Развивающая: развитие умения обобщать материал, применять знания при решении нестандартных заданий политехнического направления.

Оборудование: Мобильный компьютерный класс (не менее 6 ноутбуков), экран, проектор, сканер, NOVA, цифровая лаборатория “Архимед” и лаборатория L-микро: Катушка индуктивности (20 мГн, R по возможности минимально); конденсатор (20 мкФ, ожидаемая частота ~ 300 Гц); блок питания; однополюсный выключатель с двумя контактами; датчик напряжения; соединительные провода для датчика и приборов.

Ход урока

Мотивационный момент. Сегодня наш урок мы начнём со слов (слайд 1 - Презентация). Так 90 лет назад начиналась первая в мире радиопередача, сообщившая о выборах президента США. Для того, чтобы она состоялась, человечеству потребовалось 100 лет напряженных поисков, надежд, разочарований. Современные средства связи и телекоммуникаций созданы трудом десятков учёных 19 века, благодаря открытым ими электромагнитным волнам.

Постановка задачи.

Сегодня на уроке нам предстоит повторить и закрепить основные знания о механических и электромагнитных волнах. За урок каждый из вас получит две оценки: одну за работу в группах, другую за решение теста индивидуально. (В целях сохранения высокой работоспособности, в течение всего урока использован материал разного уровня сложности. Для работы класс разбит на 4 группы по 4-5 человек.) На каждом этапе группа получает оценочный флажок, за правильный досрочный ответ-бонус.

Эпиграф к уроку (слайд 4 - Презентация).

Этапы урока:

1 этап Организационный момент.

На данном этапе проговариваются условия работы в группе на предлагаемом уроке, критерии оценки каждого участника.

Условия работы: группе предлагается задание - конкурс, на его выполнение даётся определённое время; участники должны как можно организованнее совместно, либо в некоторых конкурсах индивидуально выполнить предложенные задания.

Консультант даёт оценку каждому участнику за выполнение заданий, вносит в карточку:

Группа (консультант). Приложение 1

Оценка каждого зависит от общей оценки группы и личной оценки, выставленной консультантом.

1-й конкурс “Домашнее задание”

2 этап Актуализация опорных знаний (интерактивный тест).

(Предлагаю ответить каждой группе на 9 вопросов теста. Завершив его выполнение, группа знает свой процент выполнения и свою оценку).

Вопросы к тесту:

1. Какова резонансная частота w_о в цепи из катушки индуктивностью в 4 Гн и конденсатора электроемкостью в 9 Ф.?

A. 72 П Гц

Б. 12 П Гц

B. 36 Гц

Г. 6 Гц

Д. 1/12 П Гц

*Е. 1/6 Гц

2. Движутся четыре электрона: 1 - равномерно и прямолинейно; 2 - равномерно по окружности; 3 - прямолинейно равноускоренно; 4 - совершает гармонические колебания вдоль прямой. Какие из них излучают электромагнитные волны?

A. Только 1

Б. Только 2

B. Только 3

Г. Только 4

Д. 1 и 2

*Е. 3 и 4

Ж. 2,3 и 4

3. 1.2,3 и 4

3. Каков период собственных колебаний в контуре из катушки индуктивностью в 9 Гн и конденсатора электроемкостью в 4 Ф?

А. 72 П с.

*Б. 12 П с.

В. 36 П с.

Г. 6 с

Д. 1/12 П с.

Е. 1/6 с.

4. Известно, что при раздвигании пластин конденсатора в колебательном контуре происходит излучение электромагнитных волн. В ходе излучения электромагнитных волн значение напряжения на конденсаторе:

А. возрастает

Б. не изменяется

*В. Убывает

Г. Ответ зависит от начального заряда на конденсаторе

5. При прохождении электромагнитных волн в воздухе происходят колебания:

А. молекул воздуха

Б. плотности воздуха

*В. Напряжённости электрического и индукции магнитного полей

Г. Концентрации кислорода

6. Колебания электрического поля в электромагнитной волне описываются уравнением Е=10cos(10^-6t+П/2). Определите частоту колебаний.

А. 10^-6 с^-1

*Б. 1,6*10^-7 с^-1

В. П/2 с^-1

Г. 10с^-1

7. Радиостанция работает на частоте 4*10⁸Гц. Чему равна длина волны, излучаемой антенной радиостанции?

А. 1,33 м

*Б. 0,75м

В. 1,2м

Г. 1,2*10¹⁶м

8. Магнитная индукция поля внутри соленоида определяется выражением^

А. 1

*Б. 1

В. 1

Г. 1

9. Для регистрации электромагнитных волн большего диапазона длин волн необходимо пластины конденсатора приемника:

А. раздвинуть на большее расстояние

*Б. сдвинуть на меньшее расстояние

В. Повернуть под прямым углом

Г. среди предложенных ответов нет правильного

3 этап Решение экспериментальной задачи. Приложение 2

2-й конкурс “Эксперимент”

Группе предлагается решить графическую задачу средней степени сложности (Графики электромагнитных колебаний ребята также видят на ноутбуках). По итогам работы в группах проходит проверка. Каждая группа представляет ответы на каждый вопрос данного задания.

Вопросы: (определить)

1. Амплитудное значение напряжения.
2. Соответствующее время.
3. Действующее значение напряжения.
4. Период.
5. Частота.
6. Циклическая частота.
7. Фаза.
8. Индуктивность.

4 этап. Решение задач высокого уровня сложности.

3-й конкурс “Напряги мозги”

Каждая группа получает задание согласно жеребьевке. Решение задачи представляется на экране (при помощи сканера и проектора), от каждой группы выступает представитель с защитой своего решения задачи. Группами осуществляется взаимопроверка. У других групп есть возможность заработать дополнительные бонус, если они найдут ошибки в решении и исправят их. За правильное решение группа получает бонус, за нахождение ошибки – дополнительный.

Группа 1.

Для радиоприемника требуется изготовить катушку индуктивностью 0,6 мГн, длиной 6,28 см, площадью одного витка 30 см². Сколько витков должна иметь эта катушка?

Группа 2.

Для радиоприемника требуется изготовить плоский слюдяной конденсатор емкостью 7,5 нФ из пластинок металлической фольги площадью 6,28 см² и слюдяных пластинок такой же площадью и толщиной 0,1 мм. Сколько пластинок металлической фольги потребуется для изготовления этого конденсатора? Диэлектрическая проницаемость слюды равна 7,5.

Группа 3.

Для радиоприемника требуется изготовить катушку индуктивностью 10 мкГн. Определить радиус каркаса катушки, если она должна иметь 50 витков при длине 9,86 см.

Группа 4.

Для радиоприемника требуется изготовить плоский слюдяной конденсатор емкостью 7,5 нФ из металлической фольги и слюдяных прокладок толщиной 0,5 мм. Какова должна быть площадь пластинок фольги и слюды, чтобы конденсатор состоял из 61 обкладки? Диэлектрическая проницаемость слюды 7,5.

Представитель от каждой группы представляет решение задачи и защищает его (решение оформляется на отдельном листке, сканируется и проецируется на экран).

5 этап Решение теста (индивидуальная работа). Приложение

4-й  конкурс “Сам за себя”

Вариант 1

1. Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называют:

а) автоколебания;
б) волной;
в) свободными;
г) вынужденными.

2. При уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 2 раза излучаемая в единицу времени энергия:

а) уменьшится в 4 раза;
б) увеличится в 4 раза;
в) уменьшится в 8 раз;
г) уменьшится в 16 раз.

3. Энергия электромагнитной волны (в вакууме) в любой точке пространства самостоятельно:

а) распространяется, меняясь периодически со временем;
б) распространяется апериодически, монотонно убывая;
в) распространяется стационарно без изменений;
г) не распространяется.

4. Преломление электромагнитной волны на границе двух сред происходит при:

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волн во второй среде;
в) возвращении волн в первую среду.

5. Универсальный процесс передачи и приема какой-либо информации с помощью радиоволн называется:

а) радиовещанием;
б) радиолокацией;
в) радиоастрономией;
г) радиосвязью.

6. Чтобы уменьшить частоту волны, излучаемой контуром, в 3 раза индуктивность катушки нужно:

а) уменьшить в три раза;
б) увеличить в 9 раз;
в) уменьшить в 9 раз;
г) увеличить в 3 раза.

7. Радиоволнами, огибающими поверхность Земли и дающими устойчивую радиосвязь, являются волны с длиной волны (м):

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Вариант 2

1. Возникновение вихревого электрического поля связано с:

а) постоянным магнитным полем;
б) постоянным током;
в) переменным магнитным полем;
г) равномерным движением проводника в магнитном поле.

2. При увеличении частоты излучения электромагнитных волн в 2 раза, излучаемая в единицу времени энергия:

а) увеличится в 2 раза;
б) увеличится в 4 раза;
в) увеличится в 8 раз;
г) увеличится в 16 раз.

3. Электромагнитная волна является:

а) плоской;
б) поперечной;
в) продольной;
г) сферической.

4. Для определения расстояния R до цели методом радиолокации измеряют общее время t прохождения сигнала до цели и обратно, используя соотношение:

а) R = 1t / 2;
б) R = ct / 2;
в) R = ct;
г) R = ct / 1.

5. Обнаружение и определение местонахождения объектов с помощью радиоволн называется:

а) радиоастрономией;
б) радиосвязью;
в) радиовещанием;
г) радиолокацией.

6. Чтобы изменить длину волны с 50 м на 25 м, емкость контура нужно:

а) уменьшить в 2 раза;
б) уменьшить в 4 раза;
в) увеличить в 2 раза;
г) увеличить в 4 раза;.

7. Радиоволнами, огибающими поверхность Земли и дающими устойчивую радиосвязь, являются волны:

а) длинные;
б) средние;
в) короткие;
г) ультракороткие.

Вариант 3

1. Радиоволны распространяются в вакууме:

а) мгновенно;
б) со скоростью звука;
в) со скоростью света;
г) со скоростью, зависящей от длины волны;
д) со скоростью, зависящей от частоты волн.

2. При увеличении частоты излучения электромагнитной волны в 3 раза, измеряемая в единицу времени энергия:

а) увеличится в 3 раза;
б) уменьшится в 3 раза;
в) увеличится в 27 раз;
г) увеличится в 81 раз.

3. Векторы электромагнитной волны правильно расположены только в случае:

а) 1
б) 1
в) 1
г) 1

4. Поглощение электромагнитной волны на границе двух сред происходит при:

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волн во второй среде;
в) возвращении волны в первую среду.

5. Передача какой-либо информации с помощью радиоволн называется:

а) радиолокацией;
б) радиовещанием;
в) радиосвязью;
г) радиоастрономией.

6. Чтобы уменьшить частоту волны, излучаемой контуром, в 3 раза, емкость контура нужно:

а) увеличить в 9 раз;
б) увеличить в 3 раза;
в) уменьшить в 9 раз;
г) уменьшить в 3 раза.

7. Радиоволнами, многократно отражающимися от ионосферы и поверхности Земли, являются волны с длиной волны (м):

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Вариант 4

1. Электромагнитная волна распространяется в вакууме:

а) со скоростью, зависящей от частоты волны;
б) со скоростью, зависящей от длины волны;
в) мгновенно;
г) с постоянной скоростью “с”.

2. При уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 3 раза, излучаемая в единицу времени энергия:

а) уменьшится в 3 раза;
б) увеличится в 3 раза;
в) уменьшится в 27 раз;
г) уменьшится в 81 раз.

3. Полная энергия электромагнитной волны определяется:

а) квадратом вектора напряженности электрического поля;
б) квадратом вектора индукции магнитного поля;
в) суммой энергий электрического и магнитного полей;
г) суммой векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля.

4. Отражение электромагнитной волны на границе двух сред происходит при:

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волны во второй среде;
в) возвращении волны в первую среду.

5. Обнаружение и определение местонахождения объектов с помощью радиоволн называется:

а) радиолокацией;
б) радиовещанием;
в) радиоастрономией;
г) радиосвязью;

6. Чтобы уменьшить длину волны, излучаемой контуром, в 2 раза, индуктивность катушки нужно:

а) увеличить в 2 раза;
б) уменьшить в 2 раза;
в) увеличить в 4 раза;
г) уменьшить в 4 раза.

7. Радиоволнами, проникающими сквозь ионосферу и распространяющимися в пределах прямой видимости, являются волны с длиной волны (м):

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Ключ к тесту:

6 этап. (Рефлексия) Каждой группе предлагается ответить на вопросы, связанные с организацией урока

7 этап. (Подведение итогов урока.) Заключительное слово учителя.

За работу на уроке все учащиеся получают по две оценки: одна — за работу в группе, другая – за индивидуальную работу.

Группа (консультант)

Норма оценок:

более 15 баллов – 5;

10-14 баллов - 4;

8–9 баллов -3.

8 этап. Задание на дом: тест на 2 варианта, сообщения, готовиться к зачету.

Спасибо за участие и помощь. Урок окончен.

Приложение 3