Решение задач по теме электромагнитные волны 11 класс конспект урока
Обновлено: 02.07.2024
Дидактическая цель : формировать представление об электромагнитной волне, как взаимодействии электрических и магнитных полей; сравнить электромагнитные волны с механическими волнами по ряду характеристик общих для двух типов волн.
Развивающая цель : составить структурно-логическую схему(СЛС) характеризующую электромагнитные волны, способствовать развитию интереса к предмету.
Воспитательная цель : познакомить обучающихся с эпизодами биографии ученых Майкла Фарадея, Джеймса Максвелла, Генриха Герца.
Тип урока : изучение нового материала.
4.Экран, проектор, ноутбук, акустическая система.
Методическое обеспечение урока:
(Рекомендован Министерством образования и науки Российской Федерации)
4. Зрительный тренажер для глаз В.Базарова.
5. ТОФ (Тетрадь определений и формул)
6.Плакаты ученых М. Фарадея, Г Герца, Д. Максвелла
На экране тематическая заставка с музыкальным сопровождением (5-7 сек).
1. Организационный момент (2-3 мин)
Учитель: Посмотрите на эту заставку. Что вы видите?
Предп. ответ: Звезды, созвездия, небо, туманность.
Учитель : Запомните ваш ответ. Зададим себе этот вопрос еще раз в конце нашего урока. А теперь скажите, как часто вы слышите от заботливых мам: «Не клади телефон под подушку, когда ложишься спать! Не сиди долго за компьютером. Не находись долго около микроволновки! Не носи телефон в кармане брюк (особенно мальчикам). А девочкам мамы что говорят ?
Предполагаемый ответ: Не носи в нагрудном кармане.
Предполагаемый ответ: Вредно для здоровья, опасно для жизни, есть риск заболеть раковыми заболеваниями, действуют электромагнитные волны.
Учитель: Вот о последних мы сегодня с вами и поговорим. В рабочих тетрадях записываем число: 30.11.2015. Классная работа. Тема : Электромагнитные волны
2 .Актуализация опорных знаний(5-7 минут)
Предп. отв: Волна на реке, волна в ванной, волна воздуха и т. д.
Учитель : Это механические волны. Механика переводится как… движение. Мы видим их? Можно потрогать эти волны руками? Давайте вспомним, какими величинами характеризуются механические волны? Если необходимо, пользуйтесь ТОФами (тетрадь определений и формул для подготовки к ЕГЭ).
Ответ : Периодом, частотой, амплитудой, длиной волны, скоростью.
Учитель . Охарактеризуйте каждую величину у доски.
1.Период –Т, с Т= 1/ν, Период-время, за которое совершается одно колебание.
2.Частота- ν, Гц ν =1/Т. Число колебаний в единицу времени.
3.Амплитуда – А, м. Наибольшее отклонение от положения равновесия.
4.Скорость- υ, м/с υ=λ / Т=λ·ν,
5.Длина волны - λ, м, λ= υ /ν = υ· Т
Расстояние между точками, находящимися в одинаковых фазах.
6.Начертите схематически волну, покажите длину волны λ, амплитуду А.
3. Изучение новой темы (20-25 мин )
Пр.ответ: Мы их не видим. Что-то неощущаемое. Нельзя потрогать.
Учитель : Вы правы, потому что, механические волны распространяются только в упругих средах: газе, жидкости, твердых телах, а электромагнитным волнам не нужна среда. Составляем СЛС (структурно-логическую схему) характеристик электромагнитных волн.(прикрепляем табл.1)
НЕ НУЖНА СРЕДА ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
Использование ИКТ-технологий на уроке (12-15минут)
Вопрос учителя : Ведь схемы источника напряжения и осциллографа не соединены друг с другом, почему на осциллографе возникли электрические колебания? Прокомментируйте опыт
Предп.ответ: Это действие электромагнитных волн.
Вопрос. Прокомментируйте опыт. В каких отношениях между собой эти два поля: электрическое и магнитное?
Пред.ответ: Связаны друг с другом.
Переменное электрическое поле порождает магнитное, а переменное магнитное порождает электрическое .
Учитель : Электромагнитные волны (ЭМВ). Это портреты 3-х великих ученых, которые внесли огромный вклад в историю открытия и развития электромагнетизма. Ребята расскажут вам о некоторых эпизодах из их жизни.
Носков Валера Майкл Фарадей (1831 г.) ( Фотография слева) 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 химика, 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 и наоборот. 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.
Мешалкин Александр Джеймс Максвелл (фото по центру) Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят его имя. Эти уравнения говорили о том, что переменные магнитное и электрическое поля создают друг друга . В его уравнениях была постоянная величина - это скорость света в вакууме- с=3·10 в 8 степени . 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.
Россинская Светлана Генрих Герц (фото справа) (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 Еще будучи студентом, Герц защитил докторскую диссертацию на "отлично" и получил звание доктора. Ему было 22 года. 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. После изучения свойств электромагнитных волн он доказал, что они переносят энергию . К сожалению, эта работа окончательно подорвала здоровье ученого. Сначала отказали глаза, затем заболели уши, зубы и нос. Вскоре он скончался. ТАБЛ 4
ФИЗМИНУТКА (1-2 минуты)Музыкальное сопровождение
Учитель : Я не могу утверждать, что его постигла эта участь из-за работы с электромагнитными волнами, но на всякий случай предлагаю вам заняться своим здоровьем. Наших гостей мы тоже приглашаем присоединиться к нам. Сели правильно, спина прямая. Я вам предлагаю зрительный тренажер для глаз офтальмолога Владимира Базарного . По желтым линиям водим влево-вправо, вверх- вниз, затем по красному кругу по часовой стрелке, по синему кругу- против часовой стрелки. И завершаем по зеленой восьмерочке. Так повторим 3-4 раза.
Учитель: Отложите тренажеры на край стола. Теперь смело можем продолжать разговор об электромагнитных волнах.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА (2-3 минуты)
Излучаются колеблющими зарядами;
Излучаются благодаря наличию ускорения .
4. Домашнее задание (1-2 мин):
§48учить,49(проч.по желан.); тем, кто сдает ЕГЭ по физике -2 зад из вариантов на характеристики электромагнитных волн: λ,ν,υ,Т,А. Тем, кто не сдает - 1 задачу из ЕГЭ.
Рефлексия ( самоанализ деятельности и ее результатов): Так права была мама или нет, остерегая нас от этих страшных, опасных, но столь удивительных ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ волн? Вы прислушаетесь к маминым словам? Конечно, да! Будете беречь свое здоровье? А сможем ли мы в наше время исключить полностью общение с электромагнитными волнами? Как быть?
Пред.ответ : Меньше разговаривать по телефону, сидеть около телевизора.
(опрос по изученному на уроке)
6.Выставление оценок Рецензия обучающихся
Учитель: Первую рецензию даю я, далее по аналогии вы.
Учитель : (Включая фоновую заставку) А теперь, что же еще вы видите на картинке?
ПР.от: Не видим, но знаем, там есть электромагнитные волны.
Учитель: Спасибо за урок, до свиданья!
Если осталось время: Учитель: 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 Александром Степановичем Поповым с помощью беспроводной связи, были "Генрих Герц", зашифрованные азбукой Морзе.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Механические волны - урок физики в 9 классе
Цель урока:дать учащимся понятие о волновом движении как процессе распространения колебаний в пространстве с течением времени; познакомить с различными видами волн; сформировать представление о длине .
Методическая разработка урока физики ФИО: Распопова Татьяна НиколаевнаДолжность: учитель физикиНазвание образовательного учреждения: МКОУ Джогинская СОШКласс: 8Раздел программы: «Колебания .
Урок физики "Длина волны. Скорость распространения волн."
Ввести понятия длина и скорость волны, научить обучающихся применять формулы для нахождения длины и скорости волны.
краткий план, основа для развернутого.
Презентация к уроку физики в 9 классе "Длина волны. Скорость распространения волн"
Презентация предназначена для использования в качестве наглядного материала при объяснении новой темы.
- Образовательные: обобщение и систематизация знаний по теме, проверка знаний, умений, навыков. В целях повышения интереса к теме работу вести с помощью опорных конспектов.
- Воспитательные: воспитание мировоззренческого понятия (причинно-следственных связей в окружающем мире), развитие у школьников коммуникативной культуры.
- Развивающие: развитие самостоятельности мышления и интеллекта, умение формулировать выводы по изученному материалу, развитие логического мышления, развитие грамотной устной речи, содержащей физическую терминологию.
Тип урока:систематизация и обобщение знаний.
- Демонстрации:
- Плакаты.
- Показ слайдов с помощью информационно – компьютерных технологий.
- Дидактический материал:
- Опорные конспекты с подробными записями на столах.
- Оформление доски:
- Плакат с кратким содержанием опорных конспектов (ОК);
- Плакат – рисунок с изображением колебательного контура;
- Плакат – график зависимости колебаний заряда конденсатора, напряжения между обкладками конденсатора, силы тока в катушке от времени, электрической энергии конденсатора, магнитной энергии катушки от времени.
План урока:
- Электромагнитные колебания.
- Колебательный контур.
- Свободные колебания. Свободные колебания – затухающие колебания
- Характеристика колебаний.
2. Этап применения теории к решению задач.
3. Закрепление. Самостоятельная работа.
4. Подведение итогов.
К доске вызываются 3 ученика для проверки домашнего задания.
– Задания по этой теме можно разделить на четыре группы.
Четыре группы задач по теме:
1. Задачи с использованием общих законов гармонических колебаний.
2. Задачи о свободных колебаниях конкретных колебательных систем.
3. Задачи о вынужденных колебаниях.
4. Задачи о волнах различной природы.
– Мы остановимся на решении задач 1 и 2 групп.
Урок начнем с повторения необходимых понятий для данной группы задач.
Электромагнитные колебания – это периодические и почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.
Колебательный контур – цепь, состоящая из соединительных проводов, катушки индуктивности и конденсатора.
Свободные колебания – это колебания, происходящие в системе благодаря начальному запасу энергии с частотой, определяемой параметрами самой системы: L, C.
Скорость распространения электромагнитных колебаний равна скорости света: С = 3 . 10 8 (м/с)
Основные характеристики колебаний
Амплитуда (силы тока, заряда, напряжения) – максимальное значение (силы тока, заряда, напряжения): Im, Qm, Um
Мгновенные значения (силы тока, заряда, напряжения) – i, q, u
Схема колебательного контура
Учитель: Что представляют электромагнитные колебания в контуре?
Электромагнитные колебания представляют периодический переход электрической энергии конденсатора в магнитную энергию катушки и наоборот согласно закону сохранения энергии.
Задача №1 (д/з)
Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 800 пФ и катушку индуктивности индуктивностью 2 мкГн. Каков период собственных колебаний контура?
Задача № 2 (д/з)
Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивности индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если электроемкость конденсатора и индуктивность катушки увеличить в 3р.
Задача № 3 (д/з)
Амплитуда силы тока при свободных колебаниях в колебательном контуре 100 мА. Какова амплитуда напряжения на конденсаторе колебательного контура, если емкость этого конденсатора 1 мкФ, а индуктивность катушки 1 Гн? Активным сопротивлением пренебречь.
Схема электромагнитных колебаний
Ученик 1 наглядно описывает процессы в колебательном контуре.
Ученик 2 комментирует электромагнитные колебания в контуре, используя графическую зависимость заряда, напряжения. Силы тока, электрической энергии конденсатора, магнитной энергии катушки индуктивности от времени.
Уравнения, описывающие колебательные процессы в контуре:
Обращаем внимание, что колебания силы тока в цепи опережают колебания напряжения между обкладками конденсатора на π/2.
Описывая изменения заряда, напряжения и силы тока по гармоническому закону, необходимо учитывать связь между функциями синуса и косинуса.
Задача № 1.
По графику зависимости силы тока от времени в колебательном контуре определите, какие преобразования энергии происходят в колебательном контуре в интервале времени от 1мкс до 2мкс?
Задача № 2.
По графику зависимости силы тока от времени в колебательном контуре определите:
а) Сколько раз энергия катушки достигает максимального значения в течение первых 6 мкс после начала отсчета?
б) Сколько раз энергия конденсатора достигает максимального значения в течение первых 6 мкс после начала отсчета?
в) Определите по графику амплитудное значение силы тока, период, циклическую частоту, линейную частоту и напишите уравнение зависимости силы тока от времени.
Задача № 3 (д/з)
Дана графическая зависимость напряжения между обкладками конденсатора от времени. По графику определите, какое преобразование энергии происходит в интервале времени от 0 до 2 мкс?
Задача № 4 (д/з)
Дана графическая зависимость напряжения между обкладками конденсатора от времени. По графику определите: сколько раз энергия конденсатора достигает максимального значения в период от нуля до 2мкс? Сколько раз энергия катушки достигает наибольшего значения от нуля до 2 мкс? По графику определите амплитуду колебаний напряжений, период колебаний, циклическую частоту, линейную частоту. Напишите уравнение зависимости напряжения от времени.
К доске вызываются 2 ученика
Задача № 5, 6
Задача № 7
Заряд на обкладках конденсатора колебательного контура изменяется по закону
q = 3·10 –7 cos800πt. Индуктивность контура 2Гн. Пренебрегая активным сопротивлением, найдите электроемкость конденсатора и максимальное значение энергии электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.
Задача № 8
В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменяется заряд конденсатора в колебательном контуре с течением времени.
1. Напишите уравнение зависимости заряда от времени. Найдите амплитуду колебаний заряда, период, циклическую частоту, линейную частоту.
2. Какова энергия магнитного поля катушки в момент времени t = 5 мкс, если емкость конденсатора 50 пФ.
Домашнее задание. Напишите уравнение зависимости силы тока от времени. Найдите амплитуду колебаний силы тока. Постройте графическую зависимость силы тока от времени.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Республика Дагестан
Дахадаевский район
План-конспект
открытого урока по физике
Электромагнитные волны
Биарсланов Магомед Биарсланович
Изучить понятие электромагнитная волна, ее свойства и условие возникновения.
Обучающие: умение делать логические заключения на основании данных физического эксперимента, применять теоретические знания для решения качественных и количественных задач.
Развивающие: развитие системного и целостного восприятия окружающего мира и физических явлений происходящих в нем.
Воспитательные: формирование умения организовывать собственную учебную деятельность, добросовестное отношение к учебному процессу.
Усвоение гипотезы Максвелла; знание опытов Герца и умение их грамотно интерпретировать; понимание физической природы электромагнитной волны.
Техническое обеспечение урока
Доска, мультимедийный проектор, портреты ученых.
Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока
Портреты английского физика Джеймса Клерка Максвелла и немецкого физика Генриха Герца
Организационный этап.
Приветствие обучающихся. Проверка явки и готовности обучающихся к уроку.
Проверка домашнего задания.
1. Какое из перечисленных ниже движений является колебанием?
А. Движение качели.
Б. Движение мяча падающего на землю.
В. Движение спортсмена совершающего прыжок в длину.
2. Математический маятник совершает за 2 минуты 60 полных колебаний. Частота колебаний математического маятника равна:
А .30 Гц. Б. 0,5 Гц. В. 2 Гц.
3. Как изменится частота колебаний математического маятника, если длину уменьшить 4 раза
А.Увеличится 4 раза
Б.Уменьшится 2 раза.
В. Увеличится 2 раза.
4. Циклическая частота колебаний математического маятника 2π. Период изменения потенциальной энергии равен
А. 0,5 с. Б. 6,28 с. В. 1 с.
5. Расстояние между ближайшими гребнями волны в море 20 м. С какой скоростью распространяются волны, если период колебаний частиц в волне 100 с?
А. 0,2 м/с Б. 2000 м/с В. 5 м/с
1. Как изменится период колебаний маятника на пружине в вертолете, движущемся с ускорением, направленным вертикально вниз?
2. Как изменится период колебаний груза на пружине, если жесткость пружины увеличить 4 раза:
А.Увеличится 4 раза
Б.Уменьшится 2 раза.
В. Уменьшится 4 раза.
3. Каков период колебаний груза на пружине, если жесткость пружины 40 Н/м, а масса груза 0,4 кг.
А. 10 с. Б. 6,28 с. В. 0,628 с.
4. В Исаакиевском соборе в Петербурге висел маятник с длиной подвеса 98 м. Он совершает за одну минуту сколько колебаний.
5. Какова скорость распространения волны, если длина волны 2 м, а частота колебаний 200 Гц?
А. 400 м/с Б. 100 м/с В. 0,01 м/с
Актуализация знаний.
Ребята, давайте вспомним некоторые основные определения ( фронтальный опрос ):
Что называют колебанием (колебательным движением)?
Какие бывают колебания?
Что называют волной?
Какие бывают волны?
Какие характеристики имеет волна?
Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.
Мы с вами выяснили, что механическая волна это распространяющееся в пространстве от места возникновения колебание частиц вещества. Волны бывают разные, а что если частица вещества будет иметь электрический заряд? Нам известно, что ускорено двигающаяся заряженная частица, порождает в пространстве вокруг себя электромагнитное поле. Как вы думаете, какие волны будет порождать заряженная частица, совершающая колебательное движение? Все верно – электромагнитные волны, это и будет темой сегодняшнего урока.
Огромную роль в жизни современного человека играют электромагнитные волны – с их помощью мы передаем информацию, общаемся, обмениваемся данными, изучаем окружающий мир и многое другое. Ранее изученные нами, механические волны имеют много общего с электромагнитными волнами, однако есть и существенные отличия. Сегодня на уроке нам предстоит разобраться с понятием электромагнитные волны, ответить на вопросы как получаются электромагнитные волны и какими свойствами они обладают.
Первичное усвоение новых знаний.
Гипотеза Максвелла. На основе представлений Майкла Фарадея об электрических и магнитных полях английский физик Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнетизма. По представлениям Фарадея, любые изменения магнитного поля порождают вихревое электрическое поле.
Максвелл в 1864 г. предположил, что, и любое изменение электрического поля сопровождается возникновением вихревого магнитного поля. Силовые линии этого поля замкнуты, они расположены вокруг силовых линий переменного электрического поля точно так же, как вокруг проводников с электрическим током.
Согласно гипотезе Максвелла процесс взаимного порождения изменяющимся электрическим полем магнитного поля и изменяющимся магнитным полем электрического поля может неограниченно распространяться, захватывая всё новые и новые области пространства.
Распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие взаимно друг друга, называются электромагнитной волной.
Скорость распространения электромагнитных волн.
Максвелл на основе своей теории математически доказал, что в вакууме скорость с электромагнитной волны должна быть равна:
с = 299 792 458 м/с ~ 300 000 км/с.
Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментальное открытие электромагнитных волн.
Открытие электромагнитных волн.
Электромагнитные волны были открыты немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. В своих опытах Герц использовал открытый колебательный контур – два металлических стержня с шарами на концах, в которых при электрическом разряде возникали электромагнитные колебания. Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами происходил электрический разряд и одновременно, на некотором расстоянии от них, возникала искра между шарами другого колебательного контура. Это доказывало, что при электрических колебаниях в контуре в пространстве возникает вихревое переменное электромагнитное поле. Это поле создаёт электрический ток в витке проволоки.
Измерив частоту ν гармонических колебаний в контуре и длину λ электромагнитной волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:
Значение скорости электромагнитной волны, полученной в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла. Так представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.
Силовые линии электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Свет — электромагнитная волна. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.
5. Первичная проверка понимания.
Ребята предлагаю вам составить опорную таблицу в своих тетрадях.
(Опорная таблица составляется обучающимися в процессе изучения нового материала, на основе рассказа учителя и материала учебника).
электрическое поле вокруг покоящегося заряда,
магнитное поле вокруг движущихся зарядов (тока).
Электромагнитная индукция: при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле.
В 1862 г. Д.К. Максвелл ; гипотеза: при изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле. Идея о едином электромагнитном поле.
Электромагнитная волна – распространяющееся в пространстве электромагнитное поле(колебания векторов ).
Главное условие возникновения электромагнитной волны — ускоренное движение электрических зарядов.
Электромагнитная волна поперечна . Направление скорости электромагнитной волны совпадает с направлением движения правого винта при повороте ручки буравчика вектора к вектору .
Электромагнитные волны были открыты Г. Герцем (1887).
Закрытый колебательный контур электромагнитных волн не излучает.
Вибратор Герца – открытый колебательный контур. Электрическая искра в излучателе является источником электромагнитной волны. В приемнике волна порождает электромагнитные колебания – слабые искры.
Герц обнаружил электромагнитные волны, измерил их скорость с = 3 . 10 8 м/с, которая совпала с рассчитанной Максвеллом.
Первичное закрепление.
Применим ваши опорные таблицы для выполнения следующих заданий.
Ответить на вопросы ( индивидуальные ответы обучающихся ):
1. Какую гипотезу высказал Максвелл при создании теории электромагнетизма?
2. Какой эксперимент послужил доказательством правильности теории близкодействия?
3. Как Герц измерил скорость электромагнитной волны?
4. Какой факт является доказательством того, что свет — электромагнитная волна?
5. Что такое электромагнитная волна? Что в ней происходит, т.е. какова природа этого физического объекта?
Решить задачи ( индивидуальные ответы обучающихся ):
1. На какой частоте работает радиопередатчик, излучающий волну длиной 30 метров? (10 7 Гц)
2. Какова длина волны телевизионного сигнала, если несущая частота равно 50 МГц? (6 м)
3. Определите частоту и длину волны радиопередатчика, если период его электрических колебаний равен 10 -6 с? (1 МГц; 300 м)
Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Решить задачу: чему равен период колебаний в ЭМВ, распространяющейся в воздухе с длиной волны 3 м? (0,01 мкс)
На уроке рассматривается, как благодаря уму выдающихся ученых, по крупицам развивались знания о невидимых электромагнитных волнах.
Учебные: 1) рассмотреть этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории;
2) Выяснить, что же такое электромагнитные волны;
3) ознакомить учащихся с особенностями распространения электромагнитных волн.
Воспитательная: ознакомить учащихся с интересными эпизодами биографии Г. Герца, М. Фарадея, Д. К. Максвелла, Х. К. Эрстеда, А. С. Попова.
Развивающая: способствовать развитию интереса к предмету.
Демонтрации: слайды.
Окрытие темы урока и его целей.
И тут вы просыпаетесь в холодном поту. Слава Богу! Это всего лишь сон.
Что же произошло с вами во сне? Просто на земле исчезли электромагнитные волны. К счастью, такого наяву произойти не может. Электромагнитные волны существуют независимо от нас: знаем мы о них или нет. Если бы они действительно пропали, то погасло бы Солнце. А если бы гениальные люди – ученые их не открыли, не было бы у нас ни телевизора, ни приемника, ни сотового телефона, ни микроволновки и многого другого.
Итак, как вы думаете, какова тема нашего урока?
Электромагнитные волны (слайд с названием темы)
Откройте тетради и запишите число и тему нашего урока.
Воздух, к примеру, хоть и мало заметен, но все же выдает себя: подул ветер, и мы его обнаружили. А как же увидеть электромагнитную волну? Вот она пришла на телефон, он принял сигнал и зазвонил. Где же волна? Кто ее видел? Никто. Поэтому одна из целей урока: выяснить, что такое электромагнитная волна?
Трудно искать то, не знаю что. И лишь гениальный ум ученых и долгий кропотливый труд позволил нам приобрести современные блага человечества. Поэтому другая цель нашего урока: выяснить как и кто из ученых внес свой вклад в открытие и использование электромагнитных волн.
Посмотрим, как проходили этапы открытия электромагнитных волн.
Запишите в тетради: Этапы открытия электромагнитных волн. Ваша задача, кратко записать, кто из ученых и когда совершил то или иное открытие в области электромагнетизма, чтобы у вас сложилась целостная картина того, как неизведанное становилось явью.
А сейчас Меркушин Андрей познакомит нас с первой искоркой в деле открытия электромагнитных волн.
Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) (СЛАЙД № 2 с изображением Эрстеда) 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. Учащийся демонстрирует опыт Эрстеда с магнитной стрелкой, изображенный на слайде. При прохождении электрического тока по проводнику, магнитная стрелка, расположенная над ним, поворачивается.
Учитель. А что может подействовать на магнитную стрелку?
- Откуда оно взялось?
- Его создал электрический ток.
- А что такое электрический ток?
- Направленное движение заряженных частиц.
- Значит можем сделать вывод, что движущиеся заряженные частицы порождают магнитное поле.
Итак , что мы запишем: 1820 год Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку.
Вывод 1 Электрический ток (движущиеся заряженные частицы) порождает магнитное поле.
Сейчас Андрей нам продемонстрировал такой простой опыт, что кажется невероятным, что именно он положил начало дальнейшим гениальным открытиям ученых. О следующем этапе открытия электромагнитных волн нам расскажет Фролов Василий. (СЛАЙД № 3 с изображение Фарадея)
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 химика, 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.
Фролов Василий демонстрирует опыт по обнаружению индукционного тока. Цепь состоит из катушки и гальванометра, включенных последовательно. Если в катушку вносить магнит, то стрелка гальванометра отклоняется. Если магнит выводить из катушки, то стрелка гальванометра тоже отклоняется, только в другую сторону. Если магнит неподвижен, то тока нет. Значит, только меняющееся магнитное поле порождает индукционный ток. Это явление назвали явлением электромагнитной индукции.
Запишем: 1831 год Майкл Фарадей превратил магнетизм в электричество – открыл явление электромагнитной индукции.
Вывод 2. Меняющееся магнитное поле порождает электрический ток.
Теоретические обоснования открытия Фарадея осуществил английский ученый Максвелл Джеймс Клерк. Он родился именно в тот год, когда Фарадей сделал свое открытие (СЛАЙД №4 с изображением Максвелла) . Об этом нам расскажет Соломатина Катя.
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.
Запишем: 1864 год Максвелл создал теорию электромагнитного поля.
Вывод 3. Меняющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, снова порождает переменное магнитное поле и т.д.
Что же такое электромагнитная волна? (СЛАЙД №5 с изображением электромагнитной волны)
Мы выяснили, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое снова порождает переменное магнитное поле и т.д. Другими словами, происходит распространение в пространстве чередующихся переменного магнитного и электрического полей. Так как электрическое и магнитное поля отделить друг от друга невозможно, поле назвали электромагнитным. Это распространение электромагнитного поля и назвали электромагнитной волной.
Запишем: Электромагнитная волна – распространение в пространстве переменного электромагнитного поля.
Что создает электромагнитную волну? Переменное электромагнитное поле может создать, к примеру, переменный электрический ток. Действительно: периодически меняющие направление заряженные частицы создают и переменное электромагнитное поле. При этом заряженные частицы движутся с ускорением. Значит можно сделать вывод 4. Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении заряженных частиц.
Мы с вами уже изучили механические волны. Электромагнитная волна во много м схожа с механической (СЛАЙД №6 с формулами). Понятия длины волны, периода и частоты колебаний и формулы для их нахождения остаются прежними. Только под скоростью распространения электромагнитной волны подразумевается постоянная величина, равная скорости света в вакууме, т.е. 300000 км/с.
Но между ними есть одно существенное отличие. Ведь что такое механическая волна? (Распространение колебаний частиц в пространстве).Так как в вакууме частиц нет, то и распространяться механическая волна в нем не может. Электромагнитной волне для ее распространения среда не нужна.
Вывод 5 Электромагнитная волна может распространяться в вакууме и ее скорость равна скорости света.
Максвелл создал теорию электромагнитных волн, но что такое теория без ее экспериментального подтверждения – не более чем красивые формулы, связанные логическими рассуждениями. Он был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но, к сожалению, не дожил до их экспериментального обнаружения 10 лет.
О следующем этапе в изучении электромагнитных волн расскажет Шейх Мухамед (СЛАЙД №7 с изображением Герца). Экспериментально обнаружил электромагнитные волны немецкий физик Генрих Герц.
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.
Запишем: 1887 год Генрих Герц экспериментально обнаружил существование электромагнитных волн.
Теперь дело стало за практическим применением электромагнитных волн (СЛАЙД № 8 с изображением Попова). Об этом нам расскажет Эльзодов Тимур.
В 1895 году русский физик Александр Сергеевич Попов совершенствует приемную и передающую антенну и осуществляет связь на расстоянии 250 м, затем на 600 м. 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.
Запишем: 1895 год А.С.Попов осуществил радиотелеграфную связь.
Итак, посмотрите сколько лет потребовалось гениальным ученым, чтобы от открытия Эрстеда дойти до практического применения электромагнитных волн? Не просто человечество получила те блага, о которых речь шла вначале урока.
Закрепление
Ответьте на вопросы: (СЛАЙД №9)
Что такое электромагнитная волна?
Кто создал теорию электромагнитной волны?
Кто изучил свойства электромагнитных волн?
Чтобы ответить на следующие вопросы (СЛАЙД № 10), вспомните формулы, связывающие понятия скорость, частота, длина волны, период, полученные для механических волн, учтя при этом, что v=c. Запишите на доске формулы длины волны через период и частоту колебаний и ответьте на два первых вопроса:
Как зависит длина волны от частоты колебаний?
Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза?
Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более плотную среду?
Мы сможем ответить на этот вопрос? … Нет, т.к. этот вопрос мы в течении урока не рассматривали. Запишите этот вопрос в тетрадь. Ответьте на этот вопрос дома самостоятельно. Продолжим:
Что является причиной излучения электромагнитной волны?
Где используются электромагнитные волны?
Итак, что же нового вы сегодня узнали на уроке?
Выслушиваю ответы учащихся.
Понравился ли вам урок?
Домашнее задание (СЛАЙД 11)
Читайте также: