Конспект урока "Образование и распространение электромагнитных волн. Опыты Г. Герца. Скорость распространения, длина и частота электромагнитной волн"
Тема. Образование и распространение электромагнитных волн.
Опыты Г. Герца. Скорость распространения, длина и частота
электромагнитной волны
Подготовила учитель физики
ГУ «Луганская школа I-III ступеней № 18»
Карасёва Ирина Дмитриевна
Цели урока:
Образовательные:
• познакомить учащихся с особенностями распространения электромагнитных волн;
• рассмотреть этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального
подтверждения этой теории; познакомить с понятиями скорость и частота
электромагнитной волны, длина волны
Воспитательные:
• ознакомить учащихся с интересными эпизодами биографии Г. Герца, М. Фарадея,
Максвелла Д. К., Эрстеда Х.К., А.С. Попова;
Развивающие:
• способствовать развитию интереса к предмету.
•
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, презентация, видеоролик.
Ход урока
1. Организационный момент
2. Постановка цели 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. Тема
сегодняшнего урока: «Образование и распространение электромагнитных волн. Опыты
Г. Герца. Скорость распространения, длина и частота электромагнитной волны»
(Слайд 1)
3. Актуализация опорных знаний
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:
vT
=
) (Слайд
2)
4. Изучение нового материала
Слайд 3. 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.
Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) (Слайд 4) - 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
электромагнитное явление.
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. 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: переменное магнитное поле создает переменный электрический ток.
Слайд 6. Ученый-теоретик Джеймс Клерк Максвелл 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.
Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля
необходимо было экспериментальное открытие электромагнитных волн.
Слайд 7. 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.
Слайд 8. Для получения электромагнитных волн Герц использовал простое
устройство, называемое вибратором Герца. Это устройство представляет собой открытый
колебательный контур. То есть разрезанный пополам прямой провод, половины которого
заряжали до высокой разности потенциалов. В промежутке, называемом искровым,
вспыхивала искра. Точно такой же вибратор на расстоянии 1-2 метра улавливал
электромагнитную волну, получавшуюся от искры, и создавал в своем искровом
промежутке искру. Только если размер искры в передатчике равен 5-7 мм, то в приемнике
ее длина уже десятые доли мм. Рассмотреть такую искру можно только в темном
помещении с помощью лупы.
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.
Измерив частоту ν гармонических колебаний в контуре и длину λ электромагнитной
волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:
v = λ·ν
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 рас-
пространения волны.
Слайд 9. Русский учёный Александр Степанович 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.
Слайд 10. Основные свойства электромагнитных волн:
1. Источником электромагнитных волн (ЭМВ) служат электрические
заряды, движущиеся с ускорением
2. ЭМВ могут распространяться не только в веществе, но и в вакууме
3. ЭМВ является поперечной
4. Электромагнитные волны в вакууме распространяются со
скоростью света
5. Электромагнитная волна переносит энергию.
6. При переходе из одной среды в другую частота волны не изменяется.
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. Закрепление изученного материала (слайд 11)
1. Что такое электромагнитная волна?
2. Кто создал теорию электромагнитной волны?
3. Кто изучил свойства электромагнитных волн?
4. Как зависит длина волны от частоты колебания? (обратно пропорционально)
5. Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2
раза? (увеличится в 2 раза)
6. Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более
плотную среду? (не изменится)
7. Что является причиной излучения электромагнитной волны? (заряженные
частицы, движущиеся с ускорением)
6. Итог урока (слайд 12)
• Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с
течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.
• Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами, при этом
существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временем, т.е. они
движутся с ускорением.
• Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебании
заряда, но и при любом быстром изменении его скорости. Причем интенсивность
излучения волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.
• Векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и
перпендикулярны направлению распространения волны. Электромагнитная волна
является поперечной.
• Электромагнитные волны экспериментально получены Герцем.
• ЭМВ возникают при ускоренном движении заряженных частиц.
• Скорость распространения ЭМВ вычисляется по формуле: v = λ·ν. (Слайд 13)
6. Домашнее задание: §§45, 46 (читать), конспект (учить)
