Методическая разработка урока: Электромагнитные волны. Конспект урока "электромагнитное поле и электромагнитные волны" Конспект урока электромагнитное поле электромагнитные волны

Конспект 32. Электромагнитные волны (ЭМВ).

3. Электромагнитные волны

Определение. Электромагнитное поле – форма материи, которая является системой переменного электрического и магнитного полей, взаимно порождающих друг друга.
Определение. Электромагнитная волна (ЭМВ) – электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве с течением времени.
Примеры излучателей электромагнитных волн: колебательный контур (основной элемент радиопередатчика/приемника), солнце, лампочка, рентген-аппарат и др.
Замечание. Генрих Герц экспериментально подтвердил существование ЭМВ, используя для приема и передачи ЭМВ колебательные контуры, настроенные в резонанс (вибратор Герца).

Основные свойства ЭМВ:
1) Скорость распространения ЭМВ в вакууме – это скорость света ;
2) ЭМВ – это поперечная волна, векторы напряженности , магнитной индукции и скорости распространения взаимно перпендикулярны;

3) Если ЭМВ излучается колебательным контуром, то ее период и частота совпадают с частотой колебаний контура;
4) Как и для всех волн, длина ЭМВ рассчитывается по формуле .
Шкала электромагнитных волн :

Название диапазона	Описание	Использование в технике
Низкочастотное излучение	Источники излучения, как правило, приборы переменного тока	Нет областей массового применения
Радиоволны	Излучаются различными радиопередатчиками: мобильные телефоны, радиолокаторы, теле- и радиостанции и т.п. Длинные радиоволны при распространении могут огибать земную поверхность, короткие отражаются от ионосферы Земли, ультракороткие проходят сквозь ионосферу	Используются для передачи информации: телевидение, радио, интернет, мобильная связь и пр.
Инфракрасное излучение	Источниками являются все тела, и интенсивность излучения тем выше, чем больше температура тела. Практически во всем спектре является носителем теплового излучения	Приборы ночного видения, тепловизоры, инфракрасные обогреватели, низкоскоростные каналы связи
Видимый свет	Излучаются осветительными приборами, звездами и пр. Диапазон длин волн λ∈(380 нм; 700 нм). К восприятию этого излучения чувствительны глаза человека. Различные частоты (длины волн) воспринимаются человеком как различные цвета – от красного до фиолетового	Фото- и видеозаписывающая техника, микроскопы, бинокли, телескопы и т.п.
Ультрафиолетовое излучение	Основные источники: Солнце, ультрафиолетовые лампы. Воздействует на кожу человека так, что в умеренных дозах способствует выработке пигмента меланина и потемнению кожи, а при большой интенсивности приводит к ожогам. Способствует выработке в коже человека витамина группы D.	Обеззараживание воды и воздуха, аппараты проверки подлинности ценных бумаг, солярии
Рентгеновское излучение	Основными источниками являются рентгеновские трубки, в которых происходит быстрое торможение заряженных частиц. Рентгеновское излучение способно проникать сквозь вещество. Является вредоносным для живых организмов при излишнем облучении	Рентгенография, флюорография, досмотр вещей в аэропортах и т.п.
γ – излучение	Как правило, является одним из продуктов ядерных реакций. Это одно из самых высокоэнергетических и проникающих излучений. Является вредоносным и опасным для живых организмов	Дефектоскопия изделий, лучевая терапия, стерилизация, консервирование пищевых продуктов

Определение. Радиолокация – обнаружение и определение места нахождения различных объектов с помощью радиоволн. Она базируется, прежде всего, на свойствах отражения радиоволн.
Замечание. Для радиолокации используется прибор, который обычно называют радаром, его основные элементы – это передатчик и приемник.

– расстояние до объекта в радиолокации, м
Где t – время прохождения сигнала до цели и обратно, с
c – скорость света, м/с
Замечание. Принцип радиолокации аналогичен принципу эхолокации (см. конспект №30).
Ограничения в дальности обнаружения целей и в односторонней передаче сигнала:
1) Максимальная дальность обнаружения цели зависит от интервала времени между двумя последовательными импульсами радиолокатора ():
– максимальное расстояние радиолокации, м
2) Минимальная дальность обнаружения цели зависит от продолжительности импульса радиолокатора ():
– минимальное расстояние радиолокации, м
3) Дальность передачи сигнала ограничена формой Земли;
4) Дальность передачи сигнала ограничена мощностью радиопередатчика и чувствительностью принимающей антенны:
– минимальная мощность сигнала, который может принимать антенна (чувствительность), Вт
Где – мощность передатчика, Вт
S – площадь поверхности принимающей антенны, м²
R – расстояние от передатчика до антенны, м
Замечание. В 1-3 пунктах при определении дальности распространения сигнала не учитывается, что мощность передающей антенны и чувствительность принимающей ограничены.

"Электромагнитные волны".

Цели урока:

Учебная:

познакомить учащихся с особенностями распространения электромагнитных волн;
рассмотреть этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории;

Воспитательная: ознакомить учащихся с интересными эпизодами биографии Г. Герца, М. Фарадея, Максвелла Д. К., Эрстеда Х.К., А.С. Попова;

Развивающая: способствовать развитию интереса к предмету.

Демонстрации : слайды, видеоролик.

ХОД УРОКА

Сегодня мы познакомимся с особенностями распространения электромагнитных волн, отметим этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории, остановимся на некоторых биографических данных.

Повторение.

Для осуществления целей урока нам необходимо повторить некоторые вопросы:

Что такое волна, в частности механическая волна? (Распространение колебаний частиц вещества в пространстве)

Какие величины характеризуют волну? (длина волны, скорость волны, период колебаний и частота колебаний)

Какая математическая связь между длиной волны и периодом колебаний? (длина волны равна произведению скорости волны и периода колебаний)

Изучение нового материала.

Электромагнитная волна во многом схожа с механической волной, но есть и различия. Основное отличие состоит в том, что для распространения этой волны не нужна среда. Электромагнитная волна - результат распространения переменного электрического поля и переменного магнитного полей в пространстве, т.е. электромагнитного поля.

Электромагнитное поле создается ускоренно движущимися заряженными частицами. Его наличие относительно. Это особый вид материи, является совокупностью переменных электрического и магнитного полей.

Электромагнитная волна - распространение электромагнитного поля в пространстве.

Рассмотрим график распространения электромагнитной волны.

Схема распространения электромагнитной волны представлена на рисунке. Необходимо запомнить, что вектора напряженности электрического поля, магнитной индукции и скорости распространения волны взаимно перпендикулярны.

Этапы создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.

Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) датский физик, непременный секретарь Датского королевского общества (с 1815 года).

С 1806 года - профессор этого университета, с 1829 года одновременно директор Копенгагенской политехнической школы. Работы Эрстеда посвящены электричеству, акустике, молекулярной физике.

В 1820 году он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. Идея взаимосвязи между различными явлениями природы - характерна для научного творчества Эрстеда; в частности он один из первых высказал мысль, что свет представляет собой электромагнитные явления. В 1822-1823 годах независимо от Ж. Фурье переоткрыл термоэлектрический эффект и построил первый термоэлемент. Экспериментально изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов, изобрел пьезометр (1822). Проводил исследования по акустике, в частности пытался обнаружить возникновение электрических явлений за счет звука. Исследовал отклонения от закона Бойля-Мариотта.

Эрстед был блестящим лектором и популяризатором, организовал в 1824 году Общество по распространению естествознания, создал первую в Дании физическую лабораторию, способствовал улучшению преподавания физики в учебных заведениях страны.

Эрстед почетный член многих академий наук, в частности Петербургской АН (1830).

Майкл Фарадей (1831 г.)

Гениальный ученый Майкл Фарадей был самоучкой. В школе получил только начальное образование, а затем в силу жизненных проблем работал и попутно изучал научно-популярную литературу по физике и химии. Позже Фарадей стал лаборантом у известного в то время химики, затем превзошел своего учителя и сделал много важного для развития таких наук, как физика и химия. В 1821 году Майкл Фарадей узнал об открытии Эрстеда, которое заключалось в том, что электрическое поле создает магнитное поле. После обдумывания этого явления, Фарадей задался целью получить из магнитного поля электрическое поле и в качестве постоянного напоминания он носил в кармане магнит. Через десять лет он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм в электричество: магнитное поле создает - электрический ток

Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят его имя. Эти уравнения говорили о том, что переменные магнитное и электрическое поля создают друг друга. Из этих уравнений следует, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле, а оно создает переменное магнитное поле. Кроме того, в его уравнениях была постоянная величина - это скорость света в вакууме. Т.е. из этой теории следовало, что электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью света в вакууме. Поистине гениальная работа была оценена многими учеными того времени, а А. Эйнштейн говорил, что самым увлекательным во время его учения была теория Максвелла.

Генрих Герц (1887 г.)

Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень сообразительным учеником. Ему нравились все предметы, которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи, работать на токарном станке. После окончания гимназии Герц поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть узким специалистом и поступил в Берлинский университет, чтобы стать ученым. После поступления в университет Генрих Герц стремиться заниматься в физической лаборатории, но для этого необходимо было заниматься решением конкурсных задач. И он взялся за решение следующей задачи: обладает ли электрический ток кинетической энергией? Эта работа была рассчитана на 9 месяцев, но будущий ученый решил ее через три месяца. Правда, отрицательный результат, с современной точки зрения неверен. Точность измерения необходимо было увеличить в тысячи раз, что тогда не представлялось возможным.

Еще будучи студентом, Герц защитил докторскую диссертацию на "отлично" и получил звание доктора. Ему было 22 года. Ученый успешно занялся теоретическими исследованиями. Изучая теорию Максвелла, он показал высокие экспериментальные навыки, создал прибор, который называется сегодня антенной и с помощью передающей и приемной антенн осуществил создание и прием электромагнитной волны и изучил все свойства этих волн. Он понял, что скорость распространения этих волн конечна и равна скорости распространения света в вакууме. После изучения свойств электромагнитных волн он доказал, что они аналогичны свойствам света. К сожалению, эта робота окончательно подорвала здоровье ученого. Сначала отказали глаза, затем заболели уши, зубы и нос. Вскоре он скончался.

Генрих Герц завершил огромный труд, начатый Фарадеем. Максвелл преобразовал представления Фарадея в математические формулы, а Герц превратил математические образы в видимые и слышимые электромагнитные волны. Слушая радио, просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке. Не случайно единица частоты колебаний названа в честь Герца, и совсем не случайно первыми словами, переданными русским физиком А.С. Поповым с помощью беспроводной связи, были "Генрих Герц", зашифрованные азбукой Морзе.

Попов Александр Сергеевич (1895 г.)

Попов совершенствовал приемную и передающую антенну и вначале была осуществлена связь на расстоянии 250 м, затем на 600 м. И в 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии 20 км, а в 1901 - на 150 км. В 1900 году радиосвязь помогла провести спасательные работы в Финском заливе. В 1901 году итальянский инженер Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Посмотрим видеофрагмент, где рассмотрены некоторые свойства электромагнитной волны. После просмотра ответим на вопросы.

Почему лампочка в приемной антенне изменяет свой накал при внесении металлического стержня?

Почему этого не происходит при замене металлического стержня на стеклянный?

Закрепление.

Ответьте на вопросы:

Что такое электромагнитная волна?

Кто создал теорию электромагнитной волны?

Кто изучил свойства электромагнитных волн?

Заполните таблицу ответов в тетради, помечая номер вопроса.

Как зависит длина волны от частоты колебания?

(Ответ: Обратно пропорционально)

Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза?

(Ответ: Увеличится в 2 раза)

Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более плотную среду?

(Ответ: Не изменится)

Что является причиной излучения электромагнитной волны?

(Ответ: Заряженные частицы, движущиеся с ускорением)

Где используются электромагнитные волны?

(Ответ: сотовый телефон, микроволновая печь, телевидение, радиовещание и т.д.)

(Ответы к вопросам)

Домашнее задание.

Необходимо подготовить сообщения о различных видах электромагнитного излучения, перечислив их особенности и рассказать об их применении в жизни человека. Сообщение по длительности должно составлять пять минут.

Виды электромагнитных волн:
Волны звуковой частоты
Радиоволны
СВЧ излучение
Инфракрасное излучение
Видимый свет
Ультрафиолетовое излучение
Рентгеновское излучение
Гамма излучение

Подведение итогов.

Литература.

Касьянов В.А. Физика 11 класс. - М.: Дрофа, 2007
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. - М.: Провсещение, 2004.
Марон А.Е., Марон Е.А.Физика 11 класс. Дидактические материалы. - М.: Дрофа, 2004.
Томилин А.Н. Мир электричества. - М.: Дрофа, 2004.
Энциклопедия для детей. Физика. - М.: Аванта+, 2002.
Ю. А. Храмов Физики. Биографический справочник, - М., 1983

Класс: 11

Цели урока:

познакомить учащихся с особенностями распространения электромагнитных волн;
рассмотреть этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории;

Развивающая: способствовать развитию интереса к предмету.

Демонстрации: слайды, видеоролик.

ХОД УРОКА

Орг. Момент.

Приложение 1. (СЛАЙД № 1). Сегодня мы познакомимся с особенностями распространения электромагнитных волн, отметим этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории, остановимся на некоторых биографических данных.

Повторение.

Для осуществления целей урока нам необходимо повторить некоторые вопросы:

Что такое волна, в частности механическая волна? (Распространение колебаний частиц вещества в пространстве)

Какие величины характеризуют волну? (длина волны, скорость волны, период колебаний и частота колебаний)

(СЛАЙД № 2)

Изучение нового материала.

Электромагнитная волна - распространение электромагнитного поля в пространстве.

Рассмотрим график распространения электромагнитной волны.

(СЛАЙД № 3)

Этапы создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.

Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) (СЛАЙД № 4) датский физик, непременный секретарь Датского королевского общества (с 1815 года).

(СЛАЙД № 4). В 1820 году он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. Идея взаимосвязи между различными явлениями природы - характерна для научного творчества Эрстеда; в частности он один из первых высказал мысль, что свет представляет собой электромагнитные явления. В 1822-1823 годах независимо от Ж. Фурье переоткрыл термоэлектрический эффект и построил первый термоэлемент. Экспериментально изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов, изобрел пьезометр (1822). Проводил исследования по акустике, в частности пытался обнаружить возникновение электрических явлений за счет звука. Исследовал отклонения от закона Бойля-Мариотта.

Эрстед почетный член многих академий наук, в частности Петербургской АН (1830).

Майкл Фарадей (1831 г.)

(СЛАЙД № 5)

Гениальный ученый Майкл Фарадей был самоучкой. В школе получил только начальное образование, а затем в силу жизненных проблем работал и попутно изучал научно-популярную литературу по физике и химии. Позже Фарадей стал лаборантом у известного в то время химики, затем превзошел своего учителя и сделал много важного для развития таких наук, как физика и химия. В 1821 году Майкл Фарадей узнал об открытии Эрстеда, которое заключалось в том, что электрическое поле создает магнитное поле. После обдумывания этого явления, Фарадей задался целью получить из магнитного поля электрическое поле и в качестве постоянного напоминания он носил в кармане магнит. Через десять лет он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм в электричество: ~ магнитное поле создает ~ электрический ток

(СЛАЙД № 6) Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят его имя. Эти уравнения говорили о том, что переменные магнитное и электрическое поля создают друг друга. Из этих уравнений следует, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле, а оно создает переменное магнитное поле. Кроме того, в его уравнениях была постоянная величина - это скорость света в вакууме. Т.е. из этой теории следовало, что электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью света в вакууме. Поистине гениальная работа была оценена многими учеными того времени, а А. Эйнштейн говорил, что самым увлекательным во время его учения была теория Максвелла.

Генрих Герц (1887 г.)

(СЛАЙД № 7). Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень сообразительным учеником. Ему нравились все предметы, которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи, работать на токарном станке. После окончания гимназии Герц поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть узким специалистом и поступил в Берлинский университет, чтобы стать ученым. После поступления в университет Генрих Герц стремиться заниматься в физической лаборатории, но для этого необходимо было заниматься решением конкурсных задач. И он взялся за решение следующей задачи: обладает ли электрический ток кинетической энергией? Эта работа была рассчитана на 9 месяцев, но будущий ученый решил ее через три месяца. Правда, отрицательный результат, с современной точки зрения неверен. Точность измерения необходимо было увеличить в тысячи раз, что тогда не представлялось возможным.

Попов Александр Сергеевич (1895 г.)

Попов совершенствовал приемную и передающую антенну и вначале была осуществлена связь на расстоянии

(СЛАЙД № 8) 250 м, затем на 600 м. И в 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии 20 км, а в 1901 - на 150 км. В 1900 году радиосвязь помогла провести спасательные работы в Финском заливе. В 1901 году итальянский инженер Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан. (Слайд № 9). Посмотрим видеофрагмент, где рассмотрены некоторые свойства электромагнитной волны. После просмотра ответим на вопросы.

Почему лампочка в приемной антенне изменяет свой накал при внесении металлического стержня?

Почему этого не происходит при замене металлического стержня на стеклянный?

Закрепление.

Ответьте на вопросы:

(СЛАЙД № 10)

Что такое электромагнитная волна?

Кто создал теорию электромагнитной волны?

Кто изучил свойства электромагнитных волн?

Заполните таблицу ответов в тетради, помечая номер вопроса.

(СЛАЙД № 11)

Как зависит длина волны от частоты колебания?

(Ответ: Обратно пропорционально)

Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза?

(Ответ: Увеличится в 2 раза)

Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более плотную среду?

(Ответ: Не изменится)

Что является причиной излучения электромагнитной волны?

(Ответ: Заряженные частицы, движущиеся с ускорением)

Где используются электромагнитные волны?

(Ответ: сотовый телефон, микроволновая печь, телевидение, радиовещание и т.д.)

(Ответы к вопросам)

Решим задачу.

Кемеровский телецентр передает две несущие волны: несущая волна изображения с частотой излучения 93,4 кГц и несущая волна звука с частотой 94,4 кГц. Определить длины волн, соответствующие данным частотам излучения.

(СЛАЙД № 12)

Домашнее задание.

(СЛАЙД № 13) Необходимо подготовить сообщения о различных видах электромагнитного излучения, перечислив их особенности и рассказать об их применении в жизни человека. Сообщение по длительности должно составлять пять минут.

Виды электромагнитных волн:
Волны звуковой частоты
Радиоволны
СВЧ излучение
Инфракрасное излучение
Видимый свет
Ультрафиолетовое излучение
Рентгеновское излучение
Гамма излучение

Подведение итогов.

(СЛАЙД № 14) Спасибо за внимание и за работу!!!

Литература.

Касьянов В.А. Физика 11 класс. - М.: Дрофа, 2007
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. - М.: Провсещение, 2004.
Марон А.Е., Марон Е.А.Физика 11 класс. Дидактические материалы. - М.: Дрофа, 2004.
Томилин А.Н. Мир электричества. - М.: Дрофа, 2004.
Энциклопедия для детей. Физика. - М.: Аванта+, 2002.
Ю. А. Храмов Физики. Биографический справочник, - М., 1983.

Сценарий проведения урока с использованием современных педагогических технологий.

Тема урока

«Электромагнитные волны»

Цели урока:

Обучающая : Изучить электромагнитные волны, историю их открытия, характеристики и свойства.

Развивающая : развивать умение наблюдать, сравнивать, анализировать

Воспитывающая : формирование научно-практического интереса и мировоззрения

План урока:

Повторение

Ознакомление с историей открытия электромагнитных волн:

Графическое и математическое представление электромагнитной волны

График электромагнитной волны
Уравнения электромагнитной волны
Характеристики электромагнитной волны: скорость распространения, частота, период, амплитуда

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн.

Закрытый колебательный контур
Открытый колебательный контур. Опыты Герца

Свойства электромагнитных волн

Актуализация знаний

Получение домашнего задания

Оборудование:

Компьютер

Интерактивная доска

Проектор

Катушка индуктивности

Гальванометр

Магнит

Программно-аппаратный цифровой измерительный комплекс лабораторного оборудования «Научные развлечения»

Персональные готовые карточки с графическим представлением электромагнитной волны, основными формулами и домашним заданием (Приложение 1)

Видеоматериал из электронного приложения к комплекту Физика 11 класс (УМК Мякишев Г . Я ., Буховцев Б.Б.)

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧИТЕЛЯ

Информационная карта

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧЕНИКА

Мотивационный этап – Введение в тему урока

Дорогие ребята! Сегодня мы с вами приступим к изучению последнего раздела в большой теме «Колебания и волны» к электромагнитным волнам.

Мы узнаем историю их открытия, познакомимся с учеными, приложившим к этому свои руки. Узнаем как смогли впервые получить электромагнитную волну. Изучим уравнения, график и свойства электромагнитных волн.

Для начала, давайте вспомним, что такое волна и какие виды волн вы знаете?

Волна - это колебания, распространяющиеся во времени. Волны бывают механические и электромагнитные.

Механические волны – разнообразны, они распространяются в твердых, жидких, газообразных средах, можем ли мы их засечь с помощью наших органов чувств? Приведите примеры.

Да, в твердых средах – это могут быть землетрясения, колебания струн музыкальных инструментов. В жидкости- волны на море, в газах - это распространения звуков.

С электромагнитными волнами не все так просто. Мы с вами находимся в классе и совершенно не чувствуем и не осознаем какое количество электромагнитных волн пронизывает наше пространство. Может кто-то из вас уже может привести примеры волн, которые здесь присутствуют?

Радиоволны

Телевизионные волны

- Wi - Fi

Свет

Излучения мобильных телефонов и оргтехники

К электромагнитным излучениям относятся и радиоволны и свет от Солнца и рентген и радиация и многое другое. Если бы мы визуализировали бы их, то за таким огромным количеством электромагнитных волн не смогли бы увидеть друг друга. Они служат главным носителем информации в современной жизни и в то же время являются мощным отрицательным фактором, воздействующим на наше здоровье.

Организация деятельности учащихся по созданию определения электромагнитной волны

Сегодня мы с вами пройдем по следам великих ученых физиков, открывших и сгенерировавших электромагнитные волны, узнаем, какими уравнениями они описываются, исследуем их свойства и характеристики. Записываем тему урока «Электромагнитные волны»

Мы с вами знаем, что в 1831г. Английский физик Майкл Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции. В чем оно проявляется?

Давайте повторим один из его опытов. Какова формула закона?

Учащимся проводится опыт Фарадея

Изменяющееся во времени магнитное поле приводит к появлению ЭДС индукции и индукционного тока в замкнутом контуре.

Да, в замкнутом контуре появляется индукционный ток, который мы регистрируем с помощью гальванометра

Таким образом, Фарадей опытным путем показал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. При этом, не получивший систематического образования и слабо владевший математическими методами Фарадей не мог подтвердить свои опыты теорией и математическим аппаратом. В этом ему помог другой выдающийся английский физик Джеймс Максвелл (1831-1879)

Максвелл дал несколько иную трактовку закону электромагнитной индукции: « Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты»

Итак, даже если проводник не замкнут, изменение магнитного поля вызывает в окружающем пространстве индукционное электрическое поле, которое является вихревым. Каковы свойства вихревого поля?

Свойства вихревого поля:

Его линии напряженности замкнуты

Не имеет источников

Также нужно добавить, что работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна не нулю, а ЭДС индукции

Кроме того Максвелл выдвигает гипотезу о существовании обратного процесса. Как вы думаете, какую?

«Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле»

А как мы можем получить изменяющееся во времени электрическое поле?

Изменяющимся во времени током

Что представляет из себя ток?

Ток- упорядоченно движущиеся заряженные частицы, в металлах- электроны

Тогда как они должны двигаться, чтобы ток был переменным?

С ускорением

Правильно, именно ускоренные движущиеся заряды вызывают переменное электрическое поле. Теперь попробуем зафиксировать изменение магнитного поля с помощью цифрового датчика, поднося его к проводам с переменным током

Ученик проводит эксперимент по наблюдению изменений магнитного поля

На экране компьютера мы наблюдаем, что при поднесении датчика к источнику переменных токов и его фиксации происходит непрерывное колебание магнитного поля, а значит перпендикулярно ему возникает переменное электрическое поле

Таким образом, возникает непрерывная взаимосвязанная последовательность: изменяющееся электрическое поле порождаем переменное магнитное, которое своим явлением снова порождает изменяющееся электрическое поле и т.д.

Однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет далее непрерывно захватывать все новые и новые области окружающего пространства. Распространяющееся переменное электромагнитное поле и есть электромагнитная волна.

Итак, гипотеза Максвелла была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе ему удалось вывести систему уравнений, описывающую взаимные превращения магнитного и электрического полей и даже определить их некоторые свойства.

Ребятам раздаются персональные карточки с графиком и формулами

Выкладки Максвелла:

Организация деятельности учащихся на определение скорости электромагнитных волн и других характеристик

ξ-диэлектрическая проницаемость вещества, мы считали емкость конденсатора, - магнитная проницаемость вещества – характеризуем магнитные свойства веществ, показывает будет вещество парамагнетиком, диамагнетиком или ферромагнетиком

Давайте рассчитаем скорость электромагнитной волны в вакууме, тогда ξ = =1

Ребята рассчитывают скорость , после чего проверяем все на проекторе

Длина, частота, циклическая частота и период колебаний волны вычисляются по знакомым нам из механики и электродинамике формулам, напомните мне их пожалуйста.

Ребята записывают на доске формулы λ=υТ, , , проверяем их правильность на слайде

Максвелл также теоретически вывел формулу энергии электромагнитной волны, причем . W эм ~ 4 Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты.

Теория Максвелла вызвала резонанс в физическом обществе, но экспериментально он не успел подтвердить свою теорию, тогда эстафету подхватил германский физик Генрих Герц (1857- 1894). Удивительно, но Герц хотел опровергнуть теорию Максвелла, для этого он придумал простое и гениальное решение по получению электромагнитных волн.

Давайте вспомним, где мы уже наблюдали взаимное превращение электрической и магнитной энергий?

В колебательном контуре.

В закрытом колебательном контуре, из чего он состоит?

Это цепь, состоящая из конденсатора и катушки, в которой происходят взаимные электромагнитные колебания

Все верно, только колебания происходили «внутри» цепи и главной задачей ученых стало генерирование этих колебаний в пространство и, естественно, их регистрация.

Мы уже сказали, что энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты . W эм ~ν 4 . Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты. Какой формулой определяется частота в колебательном контуре?

Частота колебаний в закрытом контуре

Что мы можем сделать, чтобы увеличить частоту?

Уменьшить емкость и индуктивность, а значит уменьшить количество витков в катушке и увеличить расстояние меду пластинами конденсатора.

Тогда Герц постепенно «распрямил» колебательный контур, превратив его в стержень, названный им "вибратором".

Вибратор состоял из двух проводящих сфер диаметром 10-30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров.

Сферы подсоединялись ко вторичной обмотке катушки Румкорфа, являвшейся источником высокого напряжения.

Индуктор Румкорфа создавал на концах своей вторичной обмотки очень высокое, порядка десятков киловольт, напряжение, заряжающее сферы зарядами противоположных знаков. В определенный момент напряжение между шарами было больше напряжения пробоя и в искровом промежутке вибратора возникала электрическая искра , происходило излучение электромагнитных волн.

Давайте вспомним явление грозы. Молния – это та же искра. Как появляется молния?

Рисунок на доске:

Если между землей и небом возникает большая разность потенциалов, происходит «замыкание» цепи – возникает молния, ток проводится через воздух, несмотря на то, что он диэлектрик, напряжение снимается.

Таким образом, Герцу удалось сгенерировать э-м волну. Но надо еще её зарегистрировать, для этой цели в качестве детектора, или приемника, Герц использовал кольцо (иногда прямоугольник) с разрывом - искровым промежутком, который можно было регулировать. Переменное электромагнитное поле возбуждало в детекторе переменный ток, если частоты вибратора и приемника совпадали, происходил резонанс и в приемнике также возникала искра, которую визуально можно было зафиксировать.

Своими опытами Герц доказал:

1)существование электромагнитных волн;

2)волны хорошо отражаются от проводников;

3)определил скорость волн в воздухе (она примерно равна скорости в вакууме).

Проведем опыт по отражению электромагнитных волн

Показывается опыт по отражению электромагнитных волн: телефон ученика убирается в полностью металлический сосуд и друзья пытаются ему дозвониться.

Сигнал не проходит

Ребята отвечают на вопрос опыта, почему нет сигнала сотовой связи.

Теперь давайте посмотрим видеофрагмент по свойствам электромагнитных волн и запишем их.

Отражение э-м волн: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения

Поглощение волн: э-м волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик

Преломление волн: э-м волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик

Интерференция волн: сложение волн от когерентных источников (подробнее изучим в оптике)

Дифракция волн – отгибание волнами препятствий

Показывается видеофрагмент « Свойства электромагнитных волн»

Сегодня мы с вами узнали историю электромагнитных волн от теории до эксперимента. Итак, ответьте на вопросы:

Кто открыл закон о возникновении электрического поля при изменении магнитного?

В чем заключалась гипотеза Максвелла о порождении изменяющего магнитного поля?

Что такое электромагнитная волна?

На каких векторах она построена?

Что произойдет с длиной волны, если частоту колебания заряженных частиц увеличить в 2 раза?

Какие свойства электромагнитных волн вы запомнили?

Ответы ребят:

Фарадей – экспериментально открыл закон ЭДС и Максвелл расширил это понятие в теории

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле

Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле

Напряженность, магнитная индукция, скорость

Уменьшится в 2 раза

Отражение, преломление, интерференция, дифракция, поглощение

Электромагнитные волны имеют различное применение в зависимости от своей частоты или длины волны. Они несут человечеству пользу и вред, поэтому к следующему уроку подготовьте сообщения или презентации на следующие темы:

Как я использую электромагнитные волны

Электромагнитное излучение в космосе

Источники электромагнитного излучения у меня дома, их влияние на здоровье

Воздействие электромагнитного излучения от сотового телефона на физиологию человека

Электромагнитное оружие

А также решите к следующему занятию задачи:

i =0.5 cos 4*10 5 π t

Задачи на карточках.

Спасибо за внимание!

Приложение 1

Электромагнитная волна:

Ф/м –электрическая постоянная

1,25664*10 -6 Гн/м –магнитная постоянная

Задачи:

Частота вещания радиостанции «Маяк» в Московском регионе составляет 67,22Мгц. На какой длине волны работает эта радиостанция.

Сила тока в открытом колебательном контуре изменяется по закону i =0.5 cos 4*10 5 π t . Найдите длину излучаемой волны.

Учитель физики МБОУ СОШ №42 г. Белгорода

Кокорина Александра Владимировна

Класс: 9

Предмет: Физика.

Дата проведения :

Тема: “Электромагнитное поле (ЭМП) ”.

Тип: комбинированный урок.

Цели урока:

образовательные:

— поверить ранее полученные знания;

— обеспечить восприятие, осмысление, первичное запоминание понятия «электромагнитное поле», взаимосвязи электрического и магнитного полей;

— организовать деятельность учащихся по воспроизведению изученной информации;

воспитательные:

— воспитание мотивов труда, добросовестного отношения к труду;

— воспитание мотивов учения, положительного отношения к знаниям;

— показ роли физического эксперимента и физической теории в изучении физических явлений.

развивающие:

— развитие умений творчески подходить к решению самых разнообразных задач;

— развитие умений действовать самостоятельно;

Средства обучения:

— доска и мел;

Методы обучения:

— объяснительно – иллюстративный.

Структура урока (этапы):

организационный момент (2 мин);

актуализация опорных знаний(10 мин);

изучение нового материала (17 мин);

проверка понимания полученной информации (8 мин);

подведение итогов урока (2 мин);

информация о домашнем задании (1 мин).

Ход урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

— приветствие “Здравствуйте ребята”.

— фиксация отсутствующих “Кто сегодня отсутствует?”

— здороваются с учителем “Здравствуйте”

— дежурный называет отсутствующих

— физический диктант

“На столах у вас лежат чистые листы, подпишите их и укажите номер варианта, на котором вы сидите. Я буду диктовать вам вопросы по одному сначала для 1-го, потом для 2-го варианта. Будьте внимательны ”

Вопросы к диктанту:

1.1 Чем порождается магнитное поле?

1.2 Как наглядно можно показать магнитное поле?

2.1 Каков характер линий НМП?

2.2 Каков характер линий ОМП?

3.1 Магнитная индукция: формула, единицы измерения.

3.2 Линии магнитной индукции – это …

4.1 Что можно определить по правилу правой руки?

4.2 Что можно определить по правилу левой руки?

5.1 Явление ЭМИ – это …

5.2 Переменный ток – это …

“Теперь передайте свои работы на первые парты. Кто не справился с заданием?” (разобрать вопросы, вызвавшие затруднения)

— подписывают работы

— отвечают на вопросы

Ответы:

1.1 движущимися зарядами

1.2 магнитными линиями

2.1 искривлены, их густота меняется

2.2 параллельны друг другу, расположены с одинаковой частотой

3.1 B = F / (I · l ), Тл

3.2 линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции

5.1 при изменении м.п., пронизывающего контур замкнутого проводника, в проводнике возникает ток

5.2 ток, периодически меняющийся во времени по модулю и направлению

— беседа с классом:

“Тема нашего урока записана на доске. А кто мне скажет, в каком году и кем было открыто явление ЭМИ?”

“В чём оно заключается?”

“При каких условиях в проводнике протекает ток?”

“Значит можно сделать вывод, что переменное м. п., пронизывающие замкнутый контур проводника, создаёт в нём э.п., под действием которого и возникает индукционный ток”.

— объяснение нового материала:

“Опираясь на этот вывод, Джеймс Клерк Максвелл в 1865 создал сложную теорию ЭМП. Мы с вами рассмотрим только её основные положения. Записывайте”.

Основные положения теории:

3. Эти порождающие друг друга переменные э.п. и м.п. образуют ЭМП.

5. (на следующем уроке)

“Вокруг зарядов, движущихся с постоянной скоростью создаётся постоянное м.п. Но если заряды движутся с ускорением, то возбуждаемое ими м.п. периодически меняется.

Переменное э.п. создаёт в пространстве переменное м.п., которое в свою очередь порождает переменное э.п. и т.д.”

Переменное э.п. – вихревое .

— отвечают устно на вопросы учителя

“Майкл Фарадей, в 1831 году”

“при изменении м.п., пронизывающего контур замкнутого проводника, в проводнике возникает ток”

“ если в нём есть э.п.”

— записывают в тетради, что диктует учитель

“Теперь начертите в тетрадях таблицу как на доске. Заполним её вместе”

поле

парам.

сравнения

вихревое	электростатическое
характер	периодически изменяется со временем	не меняется со временем
источник	ускоренно движущиеся заряды	неподвижные заряды
силовые линии	замкнуты	начинаются на “+”; заканчиваются на “-”

— чертят таблицу и заполняют вместе с учителем

— обобщение и систематизация:

“Итак, с каким важным понятием вы познакомились сегодня на уроке? Правильно, с понятием ЭМП. А что вы про него можете сказать?”.

— рефлексия: «у кого возникли трудности в понимании материала?»

Оценка поведения и успеваемости отдельных учащихся на уроке.

— отвечают на вопросы

— информация о домашнем задании

“§ 51 , подготовиться к контрольной работе. Урок окончен. До свидания”.

— записывают домашнее задание

— прощаются с учителем: “До свидания”.

У учеников в тетрадях должно быть:

Тема: “Электромагнитное поле (ЭМП) ”.

1856 год – Дж. Кл. Максвелл создал теорию ЭМП.

Основные положения теории:

1.Всякое изменение со временем м.п. приводит к возникновению переменного э.п.

2. Всякое изменение со временем э.п. приводит к возникновению переменного м.п.

3. Эти порождающие друг друга переменные э.п. и м.п. образуют ЭМП .

4. Источник ЭМП – ускоренно движущиеся заряды.

Переменное э.п. – вихревое .

сравнения

вихревое	электростатическое
характер	периодически изменяется со временем	не меняется со временем
источник	ускоренно движущиеся заряды	неподвижные заряды
силовые линии	замкнуты	начинаются на “+”; заканчиваются на “-”