Тема урока: Радиолокация. Применение радиоволн в военной технике.

Технологическая карта урока
Предмет: физика
Класс: 11( Кадетский класс)
Тема урока: Радиолокация. Применение радиоволн в военной технике.
Учитель: Шуваева Е.А.
Тип урока: изучение нового материала.
Оборудование: рабочий лист, проектор, ПК, презентация к уроку, тексты тестов, прибор для обнаружения направления электромагнитного поля, прибор для демонстрации излучения и приёма электромагнитных волн, квадрокоптер, радиоуправляемый вертолёт, оптический прицел, автомат АК-74. электронная доска.
Дидактические средства: демонстрация получения и приёма электромагнитных волн, определение отличия поля промышленной сети от других полей, демонстрация работы датчика опасного приближения. демонстрация работы квадрокоптера. прибора ночного видения, радиоуправляемого вертолёта, полёт самолёта невидимки с помощью флеш-анимации.
Обучающие: сформировать представление о свойствах радиоволн и их применения в радиолокации
Познакомить учащихся с различными техническими устройствами, применяемыми в военной технике, использующие радиоволны.
Познакомиться с областью применения этих устройств.
Развивающие: продолжить работу по формированию умения логически мыслить, по развитию памяти и внимания, развить у учащихся познавательный интерес к уроку физики через проведение демонстрационного эксперимента, где активную роль принимают сами учащиеся и выходят за рамки школьной программы, а так же анализировать ситуацию на примере демонстрационного эксперимента.
Воспитывающие: формирование и развитие практико-ориентированных знаний, умений и навыков, которые формируются в процессе выполнения эксперимента, взаимодействия с родителями: летчиками, радистами, спецназовцами, электротехниками городского дома творчества, формирование у учащихся навыков творческого, критического мышления, сформировать убежденность в возможности физического объяснения явлений, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни и в военной технике.
Планируемые достижения:
Предметные: 1. ввести понятие о радиоволнах, их видах и свойствах. Познакомиться с понятием радиолокации.
2. научить находить способы решения проблем, связанных с ситуациями, которые могут встретиться в будущей профессии; решать задачи расчетные и экспериментальные задачи, используя понятия радиолокации.
Метапредметные: самостоятельное выделение и формулирование учебных задач; выдвижение и обоснование гипотезы; планирование учебных действий в соответствии с поставленными задачами; нахождение и переработка информации; умение аргументировать свою точку зрения; установление причинно-следственых связей сформировать познавательный интерес; развивать творческие способности и практические умения.
СТРУКТУРА И ХОД УРОКА
Этап
урока Деятельность преподавателя Деятельность обучающихся
(УУД) Планируемые результаты
Познавательная Коммуникативная Регулятивная 1. Организационный момент
- приветствует обучающихся;
- организует проверку явки обучающихся;
- проверяет готовность обучающихся к уроку. - наблюдают, слушают информацию учителя и дежурного. -общаются в процессе подготовки к уроку, сотрудничают с дежурным.
- организуют и проверяют свою подготовку к уроку.
Личностные:
- принятие нравственных норм поведения (дисци-плина, ответственность);
Предметные:
- оценивание своей готовности к работе.
2. Актуализация знаний, формирование темы урока, целеполагание. -Учитель включает музыку. Ну что ж, окна и дверь нашего класса закрыты. Все заняли свои места. Мы не видим, чтобы в класс кто-то входил или выходил. Но можем ли мы с уверенностью сказать, что никто и ничто не проникает сюда? Откуда же берётся звук, который мы слышим сейчас? Почему до сих пор мы продолжаем друг друга видеть?
Да, существует множество невидимых волн, способных проходить сквозь окна и стены. И большая часть из них имеет электромагнитную природу. Зрение человека обладает, к сожалению, ограниченной чувствительностью. Из широкого диапазона спектра электромагнитных волн глаз воспринимает очень узкий участок, да и то при хорошей освещённости. Вечером и ночью глаз не воспринимает цвета и различает только крупные близлежащие объекты, которые хоть немного освещены. А как писал С.И. Вавилов в своей книге «Глаз и солнце»: «Видеть – значит различать врага и друга и окружающее во всех подробностях». Я думаю, что эти слова могут стать хорошим девизом нашего урока. Но как увидеть невидимое?
Спектр электромагнитных волн очень разнообразен. Но наиболее широкое применение из всего диапазона электромагнитных волн получили радиоволны. Исходя из наших рассуждений, как бы вы сформулировали тему нашего урока? Какие цели вы могли бы поставить для себя на данном уроке? Что каждому хотелось бы узнать, а каким способом или методом можно их реализовать?
Давайте отметим это в нашем рабочем листе. Он станет своеобразным маршрутным листом нашего урока.
Вспомним ранее изученный материал. Повторить основные вопросы нам помогут задания ЕГЭ 2016-2017 года (доска).
Проверка тестовых заданий.
Сформулируем цель урока (показывает цель на слайде)
-Какие задачи нужно решить чтобы достичь поставленные цели?
-осмысливают и
отвечают на вопросы учителя, обсуждают видео.
Работают с тестовыми заданиями в рабочем листе.
- формируют умения структурировать знания, контролировать и оценивать процесс и результаты своей деятельности.

-высказывают свои мнения по формулировке темы и цели урока
-определяют общие способы взаимодействия на уроке - оценивают и корректируют свои ответы и ответы товарищей.
-в соответствии с целью планируют задачи (работу) на урок. Личностные:
- принятие цели;
- появление эмоционального, заинтересованного отношения к предстоящей учебно-познавательной деятельности
Метапредметные:
- определение и осознание цели урока;
- умение планировать задачи на урок.
Предметные:
- оценивание своей готовности к достижению цели урока.
3. Изучение нового учебного материала - Познакомимся с разнообразием радиоволн. Радиоволны подразделяются на 3 категории каждая из которых распространяется по разному:
ультракороткие λ<10м связь со спутниками и космическими аппаратами
короткие10м < λ<100 телефонная и телевизионная связь
длинныеλ>100м осуществляют связь с подводными лодками
На распространение радиоволн влияют форма и физические свойства земной поверхности, а так же верхний слой атмосферы - ионосфера. Она отражает все волны с λ>10м. Значит, только ультракороткие волны способны пройти сквозь неё и установить связь с космической станцией.
А длинные волны способны огибать выпуклую поверхность, а значит, осуществлять связь между объектами не находящимися в прямой видимости.
Отразившись от ионосферы, короткие волны многократно продолжат отражаться то от поверхности Земли, то от ионосферы, распространяясь в пространстве, осуществляя устойчивую теле и радиосвязь. То есть, радиоволны разных категорий осуществляют разные задачи.
Ну и конечно же актуальным становится вопрос:
А с какого же времени начинается использование электромагнитных волн для нужд человечества и кто впервые смог осуществить это?
Задание на соответствие соотнесите изобретателя, изобретение и дату:
Телефон 14 февраля 1876 Александр Белл - (140)
Радио 7 мая 1895 Александр Попов - (121)
Телеграф 1896 Гульермо Маркони - (120)
В 1898г Попов осуществлял радиосвязь между 2 кораблями на расстоянии 5м. Получил чёткий, устойчивый сигнал. Вдруг сигнал стал резко затухать, исчез и появился снова. Это случилось тогда, когда случайно проплывавшее судно оказалось между кораблями и стало препятствием для радиоволны. Именно в этот момент у Попова появилась идея использовать электромагнитные волны для обнаружения объектов в воздухе. Но это была только идея. Лишь в 1904 году немецкий инженер Кристиан Хюльсмайер осуществил её. А в 1931 году впервые радиолокатор был установлен на корабле для эксперимента. Активное развитие радиолокации началось во время Второй мировой войны. Так появились радары для дальнего обнаружения самолетов вражеской авиации. И здесь Англия вышла на первое место, создав станцию кругового обзора, где антенна постоянно вращалась и пеленговала объекты во всех направлениях.
Так появилось понятие радиолокации. Заполните пропуски, сформулировав его. Радиолокация – обнаружение и определение координат и свойств различных объектов с помощью радиоволн.
В её основу легла способность радиоволн:
-Распространяться прямолинейно
-отражаться от преград
-Современные локаторы видят не только неодушевлённые предметы, но и одушевлённые, причём не только на сверхдальних расстояниях, но и за оптически непрозрачными преградами.
Принципы радиолокации
Сами станции устроены по-разному. Рассмотрим импульсный радиолокатор.
Передатчик испускает радиоволну и ждёт отражённый сигнал. Если электромагнитная волна встречает препятствие, то происходит либо рассеяние, либо отражение волны. При отражении та часть волны, которая попадает на объект, сохраняет свои свойства, но меняет направление своего движения.
Отражённая волна вернувшись назад, попадает на огромную антенну и в приёмнике станции появится сильный сигнал. Чем больше площадь преграды, тем сильнее принятый сигнал и тем отчётливей отметка от цели на экране индикатора.
Конечно назначение радиолокаторов разнообразное. Причём они используются не только в военной технике.
-Засекают корабли, самолеты на расстоянии несколько сотен километров
-В аэропортах следят за посадкой и взлетом самолетов
-Осуществляют навигацию и военных и гражданских судов и самолётов
-Метеослужбы с их помощью следят за облаками
-Астрономы ведут наблюдение за космическими объектами
-ГАИ выявляют нарушителей превышающих допустимую скорость

-Заслушивает ответы 1 группы. Показывает слайды,видео.
-Заслушивает ответы 2 группы. Показывает слайды,видео.
--Заслушивает ответы 3 группы. Показывает слайды,видео.
-
Перед вами система ПВО для обнаружения именно квадрокоптеров. Электронное ружьё заменяет дорогостоящий снаряд. А стреляет оно электромагнитным импульсом, заглушая любой радиосигнал в радиусе нескольких сотен метров. И вот грозные дроны оказались совершенно беспомощны. Близится эпоха боевых дронов и надо уметь не только создавать новые модели беспилотников. но и успешно предотвращать их атаки.
О том, как можно видеть в темноте даже мелкие цели без тепловизора мы расскажем вам с помощью инструктора снайпера отдела спецназначения УСФИН России по Липецкой области капитана Малеева Александра Владимировича (демонстрация DS-4 прибора ночного видения имеет 4 кратное увеличение, устанавливается на любое стрелковое оружие).
Конечно, в основе данного прибора лежит явление, которое мы будем изучать в следующем полугодии - явление фотоэффекта. Но мы решили показать вам его работу, чтобы в дальнейшем вы понимали, что практически каждая тема, изучаемая на уроках физики, используется военными для разработок новых видов вооружения.
- слушают, смотрят фильм, осмысливают учебный материал;
-Выполняют задание на соответствие
-строят логические цепи рассуждения
Готовятся выступать с
опережающим заданием,
заранее распределённым по группам. Задание включает в себя не только теорию, но и эксперимент.
Отчёт 1 группы
Отчёт 2 группы
Отчёт 3 группы
Ставят и формулируют проблемы, осознанно и произвольно строят речевые высказывания.
- устанавливают рабочие отношения в группах;
-учатся формулировать, аргументировать собственную позицию;
-учатся взаимо-действовать с источниками информации – компьютером,
технической литературой,
научными фильмами,
учебником, интересными людьми.
Учатся работать с
физическими приборами,
- вырабатывают умение выражать свои мысли
- оценивают качества своей и общей учебной деятельности -оценивают степень восприятия учебного материала
-выстраивают свои мыслительные действия;
-осуществляют поиск необходимой информации.
- Вырабатывают волевую саморегуляцию- осознанают то, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению
Личностные:
-развитие ответственности за качество своей деятельности;
-проявление мышления при изучении учебного материала;
-приобщение к работе в группе.
Метапредметные:
- выполнение действий по согласованию и координации совместной познавательно деятельности учащихся и учителя;
- соблюдение правил работы в группе.
Предметные:
- усвоение новых знаний.
4. Закрепле-ние изучен-ного материала
Когда шотландского физика Роберта Уотсона Уотта остановил полицейский за превышение скорости и выписал штраф, он сказал, показывая пальцем на радар: «Знал бы, что вы будете с этим делать, в жизни бы не изобрёл!»
(А как вы считаете, стоит ли радоваться такому высококлассному вооружению, демонстрацию которого мы видели сегодня? Ведь война – это всегда горе. Почему в России, с мая этого года, запрещено поднимать в небо предметы с массой, превышающей 250г?)Подводит обучающихся к выводу:
Обсуждение, спор, вывод общего мнения. Подводя итоги сегодняшнего урока, хотелось бы спросить: смогли ли вы реализовать свои цели? Как вы оцениваете урок и свой вклад в него.
Акцентирует внимание на конечных результатах учебной деятельности обучающихся на уроке
- знакомятся с критериями оценки выполненной работы
.
-осуществляют коммуникативное взаимодействие на уроке с учителем. - оценивают и корректируют свою работу. Личностные:
-развитие ответственности за качество своей работы на уроке.
Метапредметные:.- диагностика результатов деятельности по принятым критериям;
Предметные:
-закрепление материала, оформление рабочего листа
5. Оценоч-но-рефлексивный - Организует рефлексию
-Сегодня я узнал …
-Было интересно…
-Теперь я могу…
-Я научился…
-Меня удивило…
- оценивает по установленным совместно с обучающимися критериям результаты их работы на уроке, выставляет отметки. -осуществляют самооценку собственной учебной деятельности, соотносят цель и результаты, степень их соответствия.
-записывают домашнее задание. - высказывают сами и выслушивают оценочные суждения учителя (товарищей) о своей работе.
- выполняют рефлексию: самостоятельно оценивают и анализируют собственную учебную деятельность. Личностные:
- осознание ответственности за качество результатов труда.
Метапредметные:
- диагностика результатов деятельности по принятым критериям.
Предметные:
- контроль конечных результатов работы по установленным критериям.
Домашнее задание -задает домашнее задание детям с учетом индивидуальных возможностей и пожелания учащихся:
1) §57,58, С№ 1368 -1372
2) презентации по группам: из истории открытия телевидения, компьютера, системы интернет.
ПРИЛОЖЕНИЕ №1 Тест по теме «Повторим задания ЕГЭ»
1.Создатель теории электромагнитных волн
ЭнштейнМаксвелл
Герц
Планк
2.Что такое электромагнитная волна?
Распространяющееся в пространстве, периодически изменяющееся электромагнитное поле
Распространяющееся в пространстве, неизменяющееся электромагнитное поле
Распространяющиеся в пространстве колебания тока
Распространяющиеся в пространстве колебания напряжения
3.Кем впервые были получены, переданы и приняты электромагнитные волны?
Максвеллом
Поповым
Фарадеем
Герцем
4.Какие из перечисленных волн не являются электромагнитными?
Звуковые волны
Радиоволны
Инфракрасное излучение
Рентгеновское излучение
5.Выберите среди приведённых примеров электромагнитные волны с максимальной длиной волны
Инфракрасное излучение Солнца
Ультрафиолетовое излучение Солнца
Излучение радиоактивного препарата
Излучение антенны радиопередатчика
6.Выберите среди приведённых примеров электромагнитные волны с максимальной частотой
Видимый свет
Рентгеновское излучение
РадиовлныУльтрафиолетовое излучение
7.Одним из доказательств того, что электромагнитные волны поперечные, является существование у них свойства
Поляризации
Отражения
Преломления
Интерференции
№8

№9
2135341200958
№10
Задание на соответствие соотнесите изобретателя, изобретение и дату:
Телефон 14 февраля 1876 Александр Белл - (140)
Радио 7 мая 1895 Александр Попов - (121)
Телеграф 1896 Гульермо Маркони - (120)
ПРИЛОЖЕНИЕ №2
Отчёты групп
1 группа
Определение направления электромагнитного поля
Электромагнитные поля низкой (промышленной) частоты повсеместно окружают нас. Человечество привыкло к такому окружению и мало кто задумывается, как оно влияет на нас. Люди считают, что если СВЧ продается в магазине, значит, она уже проверена и безопасна, если лётчик садится в самолёт, значит, специалисты предусмотрели все нормы безопасности. В большинстве случаев это так. Но лучше было бы в этом убедиться. А как это сделать, если в свободной продаже такого оборудования нет. Я разработал устройство чувствительное к электромагнитному полю, широкий диапазон регулировки чувствительности, вывод информации на три вида индикации. Этот прибор позволяет определять отличие поля промышленной сети от других полей, может работать как датчик опасного приближения.
Практика показала, имея данное приспособление, легко установить приборы с наименьшим и наибольшим излучением в зоне нахождения людей или в зоне рабочего места. Вывод информации о напряженности электрического поля подается на стрелочный, светодиодный и звуковой индикаторы.Предлагаемое изделие найдет применение не только в быту, но и послужит военным на спецоперациях в зонах военных конфликтов, где неминуемо есть места повреждения проводки, полного отключения электроэнергии, повреждения электрокабелей, опасного приближения, поиска подземных электрокоммуникаций.
Электронная пушка
Это оружие изменит будущее военных столкновений. Вместо пороха для выстрела оно использует электромагнитную волну. Снаряд, достигает скорости космической ракеты. В результате точность попадания 100% и сила разрушения просто огромна. Для одного выстрела, требуется мощность, которой бы хватило на освещение 18000 домов.
Бетонный бункер, броня танка – всё уничтожается на её пути. При поражении цели на расстоянии 2000км вряд ли можно будет защититься. Радары не засекают такую скорость. А даже если и снаряд будет зафиксирован, то на принятие решений времени не останется. Цель будет поражена за 2 минуты.
В институте высоких температур подмосковной Шатуры проводили экспериментальное исследование. Как же работает это уникальное оружие? На 2 параллельные пластины (рельсы) подаётся напряжение. Сила разряда превышает силу молнии в 100 раз. Между рельсами загорается плазменная дуга, которая под действием магнитного поля и разгоняет заряд из диэлектрика.
Какое разрушение может нанести трёхслойной металлической преграде снаряд массой 1г выпущенный из такой пушки. Эффект потрясает. 1 слой металла просто испаряется, а второй и третий разрываются на осколки.
Конечно дальность пока не выше нескольких километров. Но к 2030 году, а возможно и раньше будет сконструирован эсминец, который будет поражать цель на расстоянии 450 км.
2 группа
Изучить работу радиолокатора Липецкого военного аэродроманам помог капитан Воронин Владислав Борисович. Мы узнали, как с помощью радиолокатора определить место положения объекта. Внимание на экран:
Станция включена. Сигнал со скоростью света идет до цели. Одновременно луч развертки начинает своё движение из начала отсчёта, где 0 – место положения станции. У нуля мы видим всплеск. При отсутствии цели луч развёртки чертит горизонтальную линию.
А вот цель достигнута. Луч отразился и вернулся назад на огромное полотнище приёмной антенны. В этот момент луч делает на экране засечку. Для радиста цель обнаружена!
Скорость волны постоянная, значит, расстояние до предмета легко узнать:

Но не всё так просто. Как же отличить движущуюся цель от покоящейся. птицу от самолёта? О методе селекции расскажет капитан. (Видео)
Ну и конечно, мы не могли не задать вопросы, связанные с множеством трагических событий, вызывающие много споров.
Ну а теперь попробуем сами передать и принять радиосигнал
Передача и приём радиоволн
Перед вами комплект приборов, который предназначен для демонстрации излучения и приёма электромагнитных волн. На вертикальной панели - блок генератора. Он излучает электромагнитные колебания с частотой 230 МГц. Данный блок вставляют в блок питания. Так, источник электромагнитных волн готов.
Колебательный контур, с конденсатором переменной ёмкости позволит нам пронаблюдать явление резонанса на расстоянии около полуметра от генератора. При резонансе резко увеличивается сила тока. И лампочка увеличивает яркость свечения.
Теперь нам необходим приёмник. Простейший открытый колебательный контур между телескопическими стержнями – антеннами к которому подключен микроамперметр. С помощью него можно определять пучности волн, а следовательно, если измерить расстояние между ними, то можно определить и длину волны. Детекторный приёмник с усилителем принимает радиоволны на расстоянии до 5 м. Лучший сигнал достигается, когда антенны располагаются вдоль силовых линий электрического поля. Повернём антенны на 90 градусов и убедимся в этом.
Система ПВО
(Заставка о провокации НАТО) Как же работает система противовоздушной обороны России? Уже в первые секунды её засекает спутник и передаёт информацию системе ПВО. С момента, когда ракета входит в зону видимости на РЛС начинается напряжённое противостояние ракеты и человека. Но офицеры спокойны, порядок действий четко отрепетирован. На этих людях колоссальная ответственность. Все, что находится в зоне видимости станции отражается на мониторах: спутники. ракеты. самолёты и даже космический мусор. Радиус наблюдения около 6000км. В течение минуты по защищённому каналу офицер передаёт доклад: время. траектория, место падения и время падения. Около 3 минут есть для того. чтобы удостоверится: опасна ли она? В этом поможет знание расположения возможных позиций врага и конечно мощный локатор – суперкомпьютер. который нацеливает свои лучи на конкретные территории и объекты. Сам луч – электромагнитная волна, которая прощупывает со сверх высокой частотой все вокруг. Таких лучей несколько тысяч на полотне и работают они с огромной скоростью.
А вот и командный пункт противоракетной обороны в Москве. Именно сюда стекается вся информация. Здесь решают судьбу ракеты и страны. Военные, из-за особенностей его архитектурного строения, называют его 8 чудом света. Действительно, напоминает усечённую пирамиду индейцев племени Майя. Это одновременно и мозг и глаза всей Российской ПВО. Наблюдение здесь ведётся абсолютно во всех направлениях. Этот бункер защищён от любых спецвоздействий (даже ядерных). А отсюда боевой расчёт даёт старт ракетам, которые уничтожают опасные цели на расстоянии до 600км!
А так уничтожается баллистическая ракета. Небесный щит России, с 1957 года считается самым лучшим в мире. А, как известно, ядерное оружие и мощная система ПВО – признаки сильно государства. Хочешь мира – готовься к войне.
3 группа
Устройство квадрокоптераОсновным управляющим элементом квадрокоптера является приёмник. Он принимает команды по радиоканалу определенной частоты, расшифровывает их и передаёт в исполняющие устройства. Если антенна передатчика небольшая и напоминает антенну роутера, а приёмник имеет короткие усики, то частота радиоволн на которой он работает - 2,4ГГц. Это тенденция последнего времени. Данный диапазон помехозащищен и требует меньших по размеру передатчиков и приёмников, что немало важно. Если у квадрокоптера длинная антенна, а на передатчике и вовсе выдвижная, то диапазон его частот мегагерцевый. При работе с таким прибором возникает много помех, он тяжелее и неразворотлив. Как вы видите у нас более современная версия беспилотника. Так же он оснащен камерой, то есть способен вести видеосъемку во время полёта. Продемонстрируем его работу.
Боевые дроныНаверняка в новостях вы не раз видели пострадавшего человека, которого прицепляют к люльке, поднимают вверх и он спасён. Вот только главная звезда здесь вертолёт. Здоровенная махина, стоимостью в сотни миллионов рублей. Но эвакуировать бойца с поля боя теперь способен и беспилотник – квадрокоптер.
Все эти дроны родом из кружков авиамоделирования. Они уже умеют спасать, вести разведку, но главное, они готовы сделать вызов более дорогостоящему оборудованию. Удивительно, что первые беспилотники создавались в Англии в 1917 году, а первые успешные полёты ими были осуществлены уже 1022 году!
Конечно, техника шагнула далеко вперёд и вот, современный квадрокоптер уже становится глазами разведчиков спецназа. Террористы захватили заложников в помещении. Перед захватом квадрокоптер передаёт подробные данные о расположении заложников. Орлан четырёхвинтовой невидим, не слышен уже со 100 метров, в небе может находиться сутки и вести разведку на расстоянии нескольких километров.
Орлан шестивинтовой уже не назовёшь тихим, но у него другая задача. Он снабжен сильным тепловизором. Засекает ночью человека, потерявшегося в лесу, при этом даже может указать на цель. Немаловажно, что этот БПЛА способен зависать на месте, делать мгновенный разворот на 90 градусов, что невозможно для самолёта.