Урок физики в 11 классе по
теме
«Электромагнитные волны»
по учебнику Г.Я. Мякишева,
Б.Б. Буховцева.
Цели
урока:
Учебная:
·
познакомить учащихся с особенностями возникновения, распространения,
видами 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
Орг. Момент.
Приложение
1.Презентация. (СЛАЙДЫ
№ 1,2). 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)
(СЛАЙД № 3)
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
виды электромагнитных волн по шкале электромагнитных волн, применяемые длины
волн (СЛАЙДЫ № 4,5)
Этапы
создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.
Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) (СЛАЙД № 6) 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.)(СЛАЙД № 7)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
Максвелл Джеймс Клерк (1831-1879) (СЛАЙД №
8-10) 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.
Эйнштейн говорил, что самым увлекательным во время его учения была теория
Максвелла.
(СЛАЙДЫ № 11-12). Рассмотрим график
распространения электромагнитной волны.
Схема
распространения электромагнитной волны представлена на рисунке слайда и рис.
120 стр. 144 учебника физики § 48.
.
Необходимо запомнить, что вектора напряженности электрического поля, магнитной
индукции и скорости распространения волны взаимно перпендикулярны.
Из
теории Максвелла вытекают выводы, которые необходимо знать!
Генрих Герц (1887 г.)(СЛАЙД № 13-15). 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.) (СЛАЙДЫ №
16-19)
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.
Рассмотреть
рис. 126 с. 152 учебника § 51
(СЛАЙД № 20) За границей
усовершенствованием подобных приборов занималась фирма, организованная
итальянским учёным Маркони. Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили
осуществить радиотелеграфную передачу через атлантический океан.
Важнейшим этапом развития радиосвязи было создание в 1913 году генератора
незатухающих электромагнитных колебаний.
Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более
продолжительных импульсов электромагнитных волн, стала возможной надёжная и
высококачественная радиотелефонная связь – передача речи и музыки с помощью
электромагнитных волн.
При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне
превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы.
Казалось бы, если эти колебания усилить и подать в антенну, то можно будет
передавать на расстояния речь и музыку с помощью электромагнитных волн.
(Слайд № 21). Посмотрим
видеофрагмент, где рассмотрены некоторые свойства электромагнитной волны. После
просмотра ответим на вопросы.
Вопрос 1.Почему лампочка в приемной антенне
изменяет свой накал при внесении металлического стержня?
Вопрос
2. Почему этого не происходит при замене металлического стержня на стеклянный?
(Слайды № 22-25). Распространение
электромагнитные волн. Радиосвязь.
Амплитудная модуляция-преобразование
амплитуды колебаний высокой (несущей) частоты колебаниями звуковой частоты.
Детектирование – процесс
выделения из модулированных колебаний высокой частоты колебаний низкой звуковой
частоты. Обратить внимание на §§52,53 учебника.
Закрепление.
1. Ответьте
на вопросы:
(СЛАЙД № 26)
Что
такое электромагнитная волна?
Кто
создал теорию электромагнитной волны?
Кто
изучил свойства электромагнитных волн?
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.)
2. Выполните
тест.
(СЛАЙДЫ № 27-28) (5-10 мин.)
Домашнее задание. (СЛАЙД № 29) Учебник
§ 48- § 55, кроме § 50, упр. 7(1)
Спасибо за работу!
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.