2-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
4. Електромагнітні коливання й хвилі
УРОК 13/55
Тема. Радіолокація. Телебачення
Мета уроку: пояснити принцип радіолокації й принцип передання й прийому телевізійного зображення.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 3 хв. | 1. У чому полягає модуляція? 2. У чому полягає детектування? 3. Поширення радіохвиль. |
Демонстрації | 7 хв. | 1. Відео-фрагменти 2. Принцип дії кінескопа. 3. Відео-фрагменти фільму “Фізичні основи телебачення”. |
Вивчення нового матеріалу | 25 хв. | 1. Принцип роботи радіолокатора. 2. Застосування радіолокації. 3. Поняття про телебачення. 4. У чому перевага супутникового телебачення. |
Закріплення вивченого матеріалу | 10 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Принцип роботи радіолокатора
Ще в дослідах Герца спостерігалося відбиття електромагнітних
O Радіолокація – виявлення й точне визначення місця розташування об’єктів за допомогою радіохвиль.
Помітне відбиття радіохвиль відбувається в тому випадку, коли лінійні розміри цілі перевищують довжину хвилі, на якій працює радіолокатор. Тому радіолокаційні станції працюють у діапазоні дециметрових, сантиметрових і навіть міліметрових хвиль.
Показавши учням блок-схему радіолокаційної станції, слід зупинитися на основних принципах радіолокації:
1) створення гостронапрямленого радіо-променя;
2) відбиття хвиль від знайденого об’єкта;
3) прийом відбитого сигналу, що вказує на наявність знайденого об’єкта на шляху радіохвиль;
4) визначення часу між випромінюванням і прийомом радіосигналу для обчислення відстані до знайденого об’єкта. Визначення відстані здійснюється шляхом вимірювання загального часу проходження радіохвиль до цілі й назад. Оскільки швидкість радіохвиль с = 3 108м/с в атмосфері практично постійна, то
Внаслідок розсіювання радіохвиль до приймача доходить лише незначна частина тієї енергії, що випромінює передавач. Тому приймачі радіолокаторів посилюють прийнятий сигнал у 1012 разів.
2. Застосування радіолокації
Найбільш широко застосовують радіолокацію на флоті, в авіації й у космонавтиці. Радіолокаційні установки забезпечують безпечний рух судів за будь-якої погоди й будь-якого часу доби. Застосування радіолокаційних установок на аеродромах робить безпечними зліт і посадку літака за будь-яких умов.
За допомогою радіолокаторів метеорологи досліджують хмари. Завдяки радіолокаторам, установленим на космічних апаратах, учені вивчають рельєф багатьох планет. Наприклад, Венера завжди прихована від нашого погляду товстим шаром хмар, але за допомогою локації були отримані знімки поверхні планети. Значну роль у дослідженні планет Сонячної системи відіграли радіотелескопи. За допомогою локаторів спостерігають метеори у верхніх шарах атмосфери.
Помітне значення має радіолокація у військовій справі. Війська ПВО можуть вчасно виявити літаки або ракети.
3. Поняття про телебачення
Принципова схема одержання й прийому телевізійного сигналу майже не відрізняється від схеми радіотелефонного зв’язку, але є тут кілька особливостей.
Телевізійний сигнал несе набагато більше інформації, ніж радіотелефонний. У телепередавачі коливання частоти-носія модулюють як звуковим сигналом, так і відеосигналом, що надходить від відеокамери.
В основу телевізійного передання зображень покладено три фізичних процеси:
1) перетворення оптичного зображення в електричні сигнали;
2) передання електричних сигналів каналами зв’язку;
3) перетворення переданих електричних сигналів в оптичне зображення.
Зображення кадру перетворюється за допомогою передавальної вакуумної електронної трубки – іконоскопа в серію електричних сигналів. Усередині іконоскопа розташований мозаїчний екран, на якому за допомогою оптичної системи проектується зображення об’єкта. Кожна чарунка мозаїки заряджається, причому її заряд залежить від інтенсивності світла, що падає на чарунку. Цей заряд змінюється в разі потрапляння на чарунку електронного пучка, створюваного електронною гарматою. Електронний пучок послідовно потрапляє на всі елементи спочатку одного рядка мозаїки, потім іншого рядка й т. ін. (усього 625 рядків за 1/25 секунди).
Процес послідовного перетворення оптичного зображення в електричні сигнали називається розгорткою зображення.
Відеосигнал, що утворюється, містить інформацію про зображення. Цими сигналами модулюють потім коливання, які виробляє генератор високої частоти.
Модульовані відеосигналом високочастотні коливання подаються в антену й випромінюються нею в простір. Одночасно другий передавач здійснює передання сигналу звукового супроводу.
Телевізійний приймач перетворює отриманий відеосигнал у видиме зображення на екрані приймальної електронно-променевої трубки – кінескопа. Електронна пушка такої трубки обладнана електродом, що управляє числом електронів у пучку, а отже, і світінням екрана в місці потрапляння променя. Системи котушок горизонтального й вертикального відхилення вимушують електронний промінь оббігати весь екран в такий самий спосіб, як електронний промінь оббігає мозаїчний екран у передавальній трубці. Синхронність руху променів у передавальній і приймальній трубках досягають шляхом посилання спеціальних синхронізувальних сигналів.
4. У чому перевага супутникового телебачення
Особливості ультракоротких хвиль забезпечили їх широке застосування в супутниковому телебаченні.
Супутникове телебачення – система передання телевізійного сигналу від передавального центра до споживача через штучний супутник Землі, розташований на геостаціонарній навколоземній орбіті.
Із центральної керуючої станції на супутник передають високочастотний сигнал. Передавач, установлений на супутнику, передає цей сигнал на Землю. Приймальний пристрій складається із супутникової тарілки, конвертора, що знижує частоту прийнятого сигналу, і приймача.
Перевагою супутникового телебачення є те, що можна приймати тисячі телевізійних каналів, перебуваючи на великій відстані від передавальних телевізійних центрів.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. На яких принципах базується робота радіолокатора?
2. Чому для радіолокації використовують електромагнітні хвилі дуже малої довжини?
3. Чому антена радіолокаційної станції обертається?
4. Радіохвилі якого діапазону використовують для телемовлення?
5. Чому стійкий прийом телевізійного передання можливий тільки в межах видимості випромінювальної антени?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Чому радіолокаційна установка повинна надсилати радіосигнали у вигляді коротких імпульсів, що йдуть через рівні проміжки часу один за одним?
2. Який прилад у радіолокаційній установці служить для вимірювання часу між відправленням сигналу й прийомом відбитого імпульсу?
3. Чому дальність дії передавальної телевізійної станції обмежена лінією горизонту?
4. Навіщо передавальні антени телецентрів розташовують на багатометрових вишках?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Тривалість імпульсу радіолокатора tiMn = 2 мкс, а проміжок часу між імпульсами? t = 0,6 мс. Визначте максимальну й мінімальну відстань визначення цілей цим радіолокатором.
2. Антена корабельного радіолокатора перебуває на висоті h = 20 м над водою. На якій найбільшій відстані цей радіолокатор може виявити вночі рятувальний пліт, якщо хвиль на море немає? Радіус Землі 6400 км.
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
– Радіолокація – виявлення й точне визначення місця розташування об’єктів за допомогою радіохвиль: R = ct/2.
– Процес послідовного перетворення оптичного зображення в електричні сигнали називається розгорткою зображення.
– Супутникове телебачення – система передання телевізійного сигналу від передавального центра до споживача через штучний супутник Землі, розташований на геостаціонарній навколоземній орбіті.
Домашнє завдання
1. Підр-1: § 35 (п. 5), § 36 (п. 6, 7); підр-2: § 18 (п. 3, 4).
2. Зб.:
Рів1 № 12.3; 12.6; 12.7; 12.22.
Рів2 № 12.45; 12.46; 12.47; 12.49.
Рів3 № 12.51, 12.52; 12.62; 12.64.
3. Д: підготуватися до самостійної роботи № 9.
ЗАВДАННЯ ІЗ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ № 9 “ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ Й ХВИЛІ”
Завдання 1 (1,5 бала)
На рисунку показана схема модуляції електромагнітної хвилі.
А Частота електромагнітної хвилі набагато менша, ніж частота звукових коливань.
Б Амплітуда високочастотних коливань змінюється зі звуковою частотою.
В Мікрофон посилює звукові коливання.
Г Звукові коливання виробляє генератор коливань.
Завдання 2 (2,5 бала)
Теорію електромагнітних явищ розробив англійський фізик Дж. Максвелл у другій половині XIX століття.
А Максвелл припустив, що світло – це різновид електромагнітних хвиль.
Б Електромагнітні хвилі, передбачені Максвеллом, виявив дослідним шляхом англійський фізик Майкл Фарадей.
В Максвелл припустив, що постійні електричне й магнітне поля, взаємно породжуючи одне одного, можуть поширюватися в просторі у вигляді електромагнітних хвиль.
Г Електромагнітні хвилі можуть випромінюватися тільки такими, що перебувають у спокої, або рухомими рівномірно зарядженими частинками.
Завдання 3 (3 бали)
Завдання 3 має на меті встановити відповідність (логічна пара). До кожного рядка, позначеного буквою, підберіть твердження, позначене цифрою.
А Принцип радіозв’язку.
Б Модуляція.
В Детектування.
Г Радіолокація.
1 Процес виділення звукових коливань із прийнятих високочастотних коливань.
2 Процес передання й прийому інформації за допомогою радіохвиль.
3 Процес зміни одного або декількох параметрів високочастотних коливань за законом переданого повідомлення.
4 Процес перетворення звукових коливань в електричні.
5 Процес виявлення об’єктів і визначення їх місця розташування за допомогою радіохвиль.
Завдання 4 (5 балів)
Індуктивність котушки коливального контуру 0,5 мГн. Потрібно настроїти цей контур на частоту 1 МГц. Якою повинна бути ємність конденсатора в цьому контурі?
(2 votes, average: 5,00 out of 5)