Электромагнитные волны 9 класс перышкин краткое содержание

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: " Электромагнитные волны "

Цель урока : познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны.
Тип урока : изучение нового материала.
Структура урока:

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. Например, при движении магнита по направлению чёрной стрелки вокруг изменяющегося магнитного поля, обозначенного незамкнутыми силовыми линиями, возникает вихревое электрическое поле, обозначенное замкнутой силовой линией.

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. Это значит, что при прохождении переменного тока между пластинами плоского конденсатора вокруг изменяющегося электрического поля должно возникать вихревое магнитное поле.

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 два металлических стержня с шарами на концах, в которых при электрическом разряде возникали такие электромагнитные колебания, как в электрическом контуре. Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами 1 происходил электрический разряд и одновременно на некотором расстоянии от них возникала искра между шарами 2 на концах проволочной рамки. Это доказывало, что при электрических колебаниях в электрическом 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.

4. Вопросы для закрепления.

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?

Свойства электромагнитных волн. Исследования показали, что электромагнитные волны отражаются от любых проводящих тел. Переменное электрическое поле падающей электромагнитной волны возбуждает вынужденные колебания свободных зарядов в проводнике, колебания электрических зарядов порождают отраженную волну.
Свойство отражения электромагнитных волн используется на практике для определения местоположения кораблей и самолётов, ракет и космических кораблей.
Устройства, посылающие радиоволны в заданном направлении и принимающие отражённый сигнал, называются радиолокаторами. С помощью радиолокатора расстояние / до самолёта определяют путем измерения интервала времени t между моментами отправления электромагнитной волны и возвращения отражённой волны. Искомое расстояние l равно:

l = с/t, где с — скорость распространения радиоволн.

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.
Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика и металла.

Порядок выполнения задания

Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.

Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?

Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

8. Обобщение и закрепление.
Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.
В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов. Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.
Какое ЭМ излучение имеет наибольшую длину волны, частоту? Наименьшую длину волны, частоту?

Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

Инфракрасное излучение (тепловое)

Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства:

проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман;
производит химическое действие (фотопластинки);
поглощаясь веществом, нагревает его;
невидимо;
способно к явлениям интерференции и дифракции;
регистрируется тепловыми методами.

Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, II промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Видимое излучение

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом. Свойства: отражение, преломление, воздействует на глаз, способно к явлению дисперсии, интерференции, дифракции.

Ультрафиолетовое излучение

Источники: газоразрядные лампы с кварцевыми трубками. Излучается всеми твердыми телами, у которых температура > 1000°С, а также светящимися парами ртути.

Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.

Применение: в медицине, в промышленности.

Рентеновские лучи

Излучаются при больших ускорениях электронов.

В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Рентген открыл излучение, обладающее большой энергией и проникающей способностью, известное сегодня как рентгеновские лучи , которые возникают, когда катодные лучи (электроны), испускаемые отрицательным электродом (катодом) электронно-вакуумной лампы, ударяют в другую часть лампы во время высоковольтного разряда

(свойства: интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших количествах вызывает лучевую болезнь.

Применение: в медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.

Источники: атомное ядро(ядерные реакции)

Свойства: имеют огромную проникающую способность, оказывают сильное биологическое воздействие.

9. Решение задач

1. На какой частоте работает радиостанция, передавая программу на волне 250 м? (1,2 МГц)

2. На какой частоте суда передают сигнал бедствия (СОС) если по международному соглашению длина радиоволны этого сигнала должна быть равной 600 м? (500 кГц)

3. Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц? (214 м)

4. Чему равен период колебаний в ЭМВ, распространяющейся в воздухе с длиной волны 3 м? (0,01 мкс)

система порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей.

(опытным путем свойства: Г. Герц — 1888 г.)

— напряженность электр. поля

— вектор индукции магн. поля

с = 300 000 км/с скорость света

Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов.

Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей.

B = \(\frac>\) – магнитная индукция

E = \(\frac\) – напряжённость электрического поля

V = C = 3 • 10 8 м/с – скорость света в вакууме

λ = С • T – длина электромагнитных волн

[λ] = м, длина волны

Таблица электромагнитных волн

5 • 10 • 5 – 1010 (Гц)

4 • 1014 – 8 • 1014 Гц

Отражение света

Преломление света

n = \(\frac\) – абсолютный показатель преломления

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах: \(\frac\) = n₂₁ = \(\frac>>\) .

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называют физическую величину, равную отношению скоростей света в этих средах: n₂₁ = \(\frac>>\) .

Абсолютным показателем преломления среды называют физическую величину, равную отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде: n = \(\frac\) .

1. Какие выводы относительно электромагнитных волн вытекали из теории Максвелла?

Быстропеременное электромагнитное поле должно распространяться в пространстве в виде поперечных волн.
Электромагнитные волны могут существовать не только в веществе, но и в вакууме.
Электромагнитные волны должны распространяться в вакууме со скоростью с = 300 000 км/с, т. е. со скоростью света..

Что представляет собой электромагнитная волна?

Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрических и магнитных полей.

2. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне?

В электромагнитной волне векторы индукции магнитного поля (В) и напряженности электрического поля (Е) периодически меняются по модулю и по направлению, т. е. колеблются.

Модель электромагнитной волны:

3. Какие соотношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний справедливы для электромагнитных волн?

За время, равное периоду колебаний, волна переместится вдоль оси Z на расстояние, равное длине волны.
Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны, её скоростью, периодом и частотой колебаний, что и для механических волн:

где
λ - длина волны (м),
с - скорость электромагнитной волны (м/с),
Т - период колебаний (с),
v - частота колебаний (Гц).

4. При каком условии волна будет достаточно интенсивной для того, чтобы ее можно было зарегистрировать?

Для создания интенсивной электромагнитной волны, которую можно было бы зарегистрировать приборами на некотором расстоянии от источника, необходимо, чтобы колебания векторов Е и В происходили с достаточно высокой частотой (порядка 100 000 колебаний в секунду и больше).

5. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны?

В 1888 г. немецкому учёному Генриху Герцу удалось получить и зарегистрировать электромагнитные волны.
В результате опытов Герца были также обнаружены все свойства электромагнитных волн, теоретически предсказанные Максвеллом.

6. На какие диапазоны подразделяются электромагнитные волны?

Все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и соответственно по частотам) на основные диапазоны:

Границы диапазонов условны, поэтому соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

7. Как электромагнитные волны воздействовуют на живые организмы?

Электромагнитные волны разных частот различаются:
- проникающей способностью,
- скоростью распространения в веществе,
- видимостью,
- цветностью и другими свойствами.

Они могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на живые организмы.

Инфракрасное (тепловое) излучение поддерживает жизнь, создавая комфортную температуру на Земле.

Видимый свет даёт возможность ориентироваться в пространстве.
Он необходим для фотосинтеза в растениях, в результате чего выделяется кислород.

Ультрафиолетовое излучение в допустимых дозах повышает сопротивляемость организмов к заболеваниям, в частности инфекционным.
Превышение допустимой дозы вызвает ожоги, развитие онкологических заболеваний, ослабление иммунитета.

Рентгеновское излучение применяется в медицине для выявления заболеваний.

Читайте также: