Бинарный урок "Законы физики и технологии физического уровня передачи данных"

Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования Московской области
«Университет «Дубна»

Колледж университета «Дубна»

УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по УМР

____________ Е.А. Тетерина

«__» _______________2021

Методическая разработка бинарного урока

по физике и технологии физического уровня передачи данных

«Законы физики и технологии физического уровня передачи данных»

Разработали преподаватели:

1.Легович Светлана Ивановна

2. Шамсуллин Марат Расимович

Законы физики и технологии физического уровня передачи данных

Тип урока: систематизация полученных знаний

Цели урока:

1. Образовательная - изучить устройство и применение для передачи информации оптоволокна и коаксиального кабеля

2. Развивающая – создать устойчивое представление о способах и устройствах для передачи информации на современном уровне.

3. Воспитательная – показать непрерывность развития науки на примере современных способов передачи информации, связь физики, математики и информационных технологий.

Задачи:

1. Повторить физические основы передачи данных: длина волны, частота, закон отражения и преломления света.

2. Рассмотреть устройство и принцип действия оптоволокна и коаксиального кабеля.

3. Определить направления применения оптоволокна и коаксиального кабеля.

Ход урока

1. Организационный момент – 2мин.

2. Объявление темы урока и обоснование его структуры – 3мин.

3. Физические основы передачи данных – 25мин.

1)Основные виды систем связи – 5мин.

2) Длина волны, частота – 5мин.

3) Шкала электромагнитных излучений – 5мин.

4) Решение задач на расчет длины волны и частоты колебаний из сборника задач по физике для СПО – 10мин.

4. Принцип действия перископа, его применение – 5мин.

-схематический чертеж перископа;

- объяснение принципа действия;

- применение в военной и промышленной технике.

5.Устройство, принцип действия и применение коаксиального кабеля – 10мин.

1) демонстрация образцов, разборка устройства;

2) схема наводок по экрану коаксиального кабеля;

2) назначение и применение на практике.

6. Законы отражения и преломления света – 5мин.

1) решение задач на закон отражения света из сборника задач по физике для СПО – 10мин.

7. Устройство и применение оптоволокна – 20мин.

1) характеристики оптоволокна;

1) демонстрация образцов, их устройства;

2) назначение и применение на практике.

5. Подведение итогов урока и объявление оценок – 10мин.

Приложение

1. Формулы расчета длины волны и частоты.

Длина электромагнитной волны в вакууме определяется по формуле:

где с = 3 * 108 м/c – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, - частота, Т – период колебаний. При решении задач мы будем считать, что скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере с некоторым приближением равна скорости их распространения в вакууме.

Скорость распространения световых электромагнитных волн (света) в среде

Где показатель преломления среды относительно вакуума (воздуха):

Где и µ диэлектрическая и магнитные проницаемости среды.

При переходе светового луча из одной среды с показателем преломления n1 в другую среду с показателем преломления n2 выполняется закон преломления света:

Где - угол падения; - угол преломления светового луча;

Где n – показатель преломления второй среды относительно первой.
При явлении полного отражения света

Где - предельный угол падения, для которого угол преломления равен 90°.
В этом случае всегда < .

2. Законы отражения и преломления света

1) Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости, а угол падения равен углу отражения.

2) Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред

3. Примеры решения задач.

Задача №1: первый в мире искусственный спутник Земли имел на борту две радиостанции, излучающие радиоволны λ1=15 м, λ2=7,5 м. Вычислить частоты электромагнитных колебаний, генерируемых этими станциями.

Дано: λ1=15 м, λ2=7,5 м.

Решение. По известной формуле

Задача №2: Частота монохроматического излучения 6 * 1014 с-1.
Определите длину волны λ данного излучения.

Дано: = 6 * 1014 с-1, с = 3 * 108 м/с.

Решение. Согласно формуле имеем

4. Задачи.

Задача 1. Угол падения луча равен 25°. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами? (ответ: 50°)

Задача 2. Угол между падающим и отраженными лучами составляет 50°. Под каким углом к зеркалу падает свет? (ответ: 65°)

Задача 3. При каком угле падения падающий и отраженный лучи составляют между собой прямой угол; угол 60°; угол 30°; угол 120°? (ответ: 45°, 30°, 15°, 60°).

5. Характеристики оптоволокна:

Где n – коэффициент преломления материала волокна; df – диаметр центральной части волокна; r – радиус сгиба оптоволокна.

Слайд шоу

1 слайд
Девиз урока - «Учеба – залог успешного будущего»
Законы физики и технологии физического уровня передачи данных

2 слайд
Цели урока:

1. Закрепить законы отражения и преломления света применительно к способам передачи данных.

2. Изучить устройство, принцип действия и применение коаксиального кабеля и оптоволокна

3 слайд
Ход урока:

Физические основы передачи данных.

Длина волны, частота.

Шкала электромагнитных излучений.

Решение задач на расчет λ, μ.

Устройство и принцип действия коаксиального кабеля.

Устройство и принцип действия оптоволокна.

4 слайд
Виды систем связи

5 слайд
Шкала электромагнитных волн

6 слайд
Расчетные формулы:

Длина электромагнитной волны в вакууме определяется по формуле:

;

Где с = 3 * 108 м/c – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, - частота, Т – период, – длина волны.

колебаний. При решении задач мы будем считать, что скорость распространения электромагнитных волн

в атмосфере с некоторым приближением равна скорости их распространения в вакууме.

7 слайд
Задачи на расчет длины волны и частоты колебаний

Задача №1: первый в мире искусственный спутник Земли имел на борту две радиостанции, излучающие радиоволны λ1=15 м, λ2=7,5 м. Вычислить частоты электромагнитных колебаний, генерируемых этими станциями.

Задача №2: Частота монохроматического излучения 6 * 1014 с-1.
Определите длину волны λ данного излучения.

8 слайд
Принцип действия перископа

Перископ - оптический прибор, состоящий из ряда зеркал или призм, предназначенный для наблюдений из укрытия. Принцип действия - изменение направления луча обзора.

9 слайд
Коаксиальный кабель

Назначение – трансляция радиочастотных электрических сигналов.

Применение:

охранная сигнализация

видеонаблюдение

телевидение.

10 слайд
Законы отражения и преломления

1. Луч падающий, луч отраженный
и перпендикуляр, восстановленный
в точку падения, лежат в одной
плоскости, а угол падения равен
углу отражения.

2. Луч падающий, луч преломленный
и перпендикуляр, восстановленный
в точку падения, лежат в одной
плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред

Скорость v электромагнитных волн (света) в среде:

Где показатель преломления среды относительно вакуума (воздуха):

Где и диэлектрическая и магнитные проницаемости среды.

При переходе светового луча из одной среды в другую выполняется закон преломления света:

Где - угол падения;- угол преломления светового луча;

Где n – показатель преломления второй среды относительно первой.

При явлении полного отражения света

11 слайд
Задачи на закон отражения:

Задача №1. Угол падения луча равен 25°. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами?

Задача №2. Угол между падающим и отраженными лучами составляет 50°. Под каким углом к зеркалу падает свет?

Задача №3. При каком угле падения падающий и отраженный лучи составляют между собой прямой угол; угол 60°; угол 30°; угол 120°?

12 слайд
Оптоволокно

преимущества:

высокая пропускная способность;

надежность передачи данных;

долгий срок службы;

быстрое определение несанкционированного подключения, (гарантия безопасности);

высокое шумоподавление, хорошая защита от помех;

быстрая передача данных.

13 слайд
Рассмотрение конструкции оптоволокна:

1 – центральный силовой элемент

2 – оптические волна

3 – пластиковые трубочки-модули

4 – пленка

5 – тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена

6 – кевларовые нити или броня

7 – внешняя толстая оболочка из полиэтилена

14 слайд
Формула оптоволокна:

При прокладке оптоволоконного кабеля, нужно следить за тем, чтобы выполнялось условие:

Где n – коэффициент преломления материала

волокна; df – диаметр центральной части

волокна; r – радиус сгиба оптоволокна.

15 слайд
Сравнение оптоволокна и коаксиального кабеля

Слайд 16:

Подведение итогов: