Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання




Скачати 82.55 Kb.
НазваУрок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання
Дата конвертації20.03.2013
Розмір82.55 Kb.
ТипУрок
uchni.com.ua > Фізика > Урок
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання.

Дата проведення:____________
Мета уроку: Познайомити учнів з положеннями Максвелла, та експериментальним підтвердженням існування електромагнітної хвилі. Продемонструвати основні властивості електромагнітних хвиль, та ознайомити з основною характеристикою електромагнітної хвилі – густиною потоку. Розвивати світогляд учнів шляхом вивчення нових відомостей про форми існування матерії. Виховувати вміння робити узагальнення.
Обладнання: Прилад для вивчення властивостей електромагнітних хвиль, підсилювач, УКВ генератор, осцилограф, контур приймальний, високовольтний перетворювач напруги, презентація «Електромагнітні хвилі», комп’ютер.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Метод: еврістична бесіда.
Хід уроку:

І частина 1. Актуалізація опорних знань. Провести узагальнення основних відомостей про поле, отриманих учнями під час вивчення попереднього матеріалу. Форма проведення – фізичний диктант.

2. Постановка проблеми, та шляхи її розв’язання.

1. Джеймс Клерк Максвел. Положення Максвела.
Джеймс Клерк (1831-1879), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один з засновників статичної фізики, організатор і перший директор (з 1871) Кавендішськой лабораторії. Розвиваючи ідеї М. Фарадея, створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвела); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла. Встановив статистичний розподіл швидкостей молекул, названий його ім'ям. Досліджував в'язкість, дифузію і теплопровідність газів. Показав, що кільця Сатурна складаються з окремих тіл. Написав праці з калориметрії (диск Максвела), оптики (ефект Максвела), теорії пружності (теорема Максвела, діаграма Максвела – Кремони), термодинаміки, історії, фізики та ін. Перш ніж перейти до гіпотези Максвела, необхідно ознайомитися з поняттям хвилі. Хвилею називають коливання, що розповсюджуються в просторі з часом. Найважливішою характеристикою хвилі є її швидкість. Хвилі будь-якої природи не розповсюджуються в просторі миттєво.

Хвилі бувають двох видів: поперечні і подовжні. Поперечними називають хвилі, що розповсюджуються в перпендикулярному напрямі розповсюдженню хвилі. Подовжніми хвилями називають хвилі, що розповсюджуються вздовж напряму розповсюдженню хвилі. Основна властивість всіх хвиль незалежно від їх природи полягає в переміщенні енергії без перенесення речовини.

Довжиною хвилі називається відстань між найближчими точками, що коливаються в однакових фазах. Хвилі різної довжини використовуються в різних галузях людської діяльності. Різні види механічних хвиль, як поперечні, так і подовжні можуть розповсюджуватися тільки в безперервному середовищі, в твердих тілах, рідинах і газах.У вакуумі механічні хвилі розповсюджуватися не можуть. Максвел на підставі вивчення експериментальних праць Фарадея з електрики і магнетизму в 1864г. висунув гіпотезу про існування в природі особливих хвиль, здатних розповсюджуватись у вакуумі. Ці хвилі Максвел назвав електромагнітними хвилями.

Для висунення гіпотези про можливість виникнення електромагнітних хвиль Максвел мав підстави. Винайдення індукційного струму Фарадєєм. Максвел пояснив появу індукційного струму виникненням вихрового електричного поля при будь-якій зміні магнітного поля. Потім він припустив, що електричне поле володіє такими ж властивостями: при будь-якій зміні електричного поля в оточуючому просторі виникає вихрове електричне поле.

Процес взаємного породження магнітного і електричного полів, який одного разу почався, повинен далі безперервно продовжуватися і охоплювати все нові і нові області в оточуючому просторі. Процес розповсюдження змінних магнітного і електричного полів і є електромагнітна хвиля. Електромагнітні хвилі можуть існувати і розповсюджуватися у вакуумі.

Умова виникнення електромагнітних хвиль. Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання достатньо високої частоти. Зміни електромагнітного поля відбуваються при зміні сили струму в провіднику, а сила струму в провіднику змінюється при зміні швидкості руху електричних зарядів в ньому, тобто при русі зарядів з прискоренням. Отже, електромагнітні хвилі повинні виникати при прискореному русі електромагнітних зарядів.
Генріх Рудольф Герц (1857 – 1894), німецький фізик. Експериментально довів (1886 – 1889) існування електромагнітних хвиль (використовуючи вібратор Герца). Додав рівнянням Максвела симетричну форму. Експериментально підтвердив тотожність основних властивостей електромагнітних і світлових хвиль. Відкрив зовнішній фотоефект (1887).


+



I






Е лектромагнітні хвилі були вперше експериментально отримані Герцем в 1887г. В його дослідах прискорений рух електричних зарядів збуджувався в двох металевих стрижнях з кулями на кінцях (вібратор Герца). Коливання електричних зарядів у вібраторі створюють електромагнітну хвилю. Тільки коливання у вібраторі створює не одна заряджена частинка, а величезне число електронів, які рухаються злагоджено. В електромагнітній хвилі вектори Е і В перпендикулярні один одному. Вектор Е лежить в площині, що проходить через вібратор, а вектор В перпендикулярний цій площині. Випромінювання хвиль відбувається з максимальною інтенсивністю в напрямку, перпенди-кулярному осі вібратора. Вздовж осі випромінювання не відбуваються.




В звичайному коливальному контурі (його можна назвати закритим), майже все магнітне поле зосереджено всередині катушки, а електричне усередині конденсатора. Оддалік контура електромагнітного поля практично немає. Такий контур дуже слабо випромінює електромагнітні хвилі.

Для отримання електромагнітних хвиль Герц використовував простий пристрій, який називається зараз вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром.До відкритого коливального контура можна перейти від закритого, якщо поступово розсовувати пластини конденсатора, зменшуючи їх площу і одночасно зменшуючи кількість витків в катушці. Врешті-решт вийде прямий дріт. Це і є відкритий коливальний контур. Місткість і індуктивність вібратора Герца мала. Тому частота коливань відносно велика. В дослідах Герца довжина хвилі складала декілька десятків сантиметрів. Обчисливши власну частоту електромагнітних коливань вібратора, Герц зміг визначити швидкість електромагнітної хвилі за формулою:

v=λν
Вона виявилася приблизно рівна швидкості світла: с ≈ 300000 км/с. Дослід Герца блискуче підтвердив прогнози Максвела.






ІІ частина
^ ЕНЕРГІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ГУСТИНА ПОТОКУ ВИПРОМІНЮВАННЯ.
Електромагнітне поле, що взаємодіє з речовиною, виконує роботу і викликає в ній певні зміни. Установлено, що роботу виконує електричне поле конденсатора, воно переміщує заряджене тіло, що знаходиться між пластинами конденсатора. Внаслідок виконання роботи магнітним полем переміщується провідник зі струмом у магнітному полі котушки, витками якої проходить електричний струм. Врешті-решт, у замкнутому провіднику, вміщеному в змінне магнітне поле, з'являється змінний електричний струм. Наведені вище приклади можна доповнити прикладами поляризації діелектриків, намагнічення феромагнетиків як свідчення того, що електромагнітне поле може виконувати роботу. А робота характеризує зміну енергії системи; отже, електромагнітне поле має енергію, в разі а зміни виконується робота. Енергію має і змінне електромагнітне поле. Цю енергію воно одержує від коливального контура, який створює коливання у вібраторі, що випромінює електромагнітну хвилю. Якщо виміряти енергію, спожиту генератором незатухаючих коливань після підключення вібратора, то вона виявиться значно більшою, ніж до цього. Це відбувається внаслідок того, що її частину, відповідно до закону збереження енергії, одержує випромінювана вібратором електромагнітна хвиля. Те, що електромагнітна хвиля має енергію, засвідчили ще досліди Герца. Іскра в приймальному диполі могла виникнути лише за наявності енергії в хвилі, яка надійшла до нього. Ви вже знаєте, що в електромагнітній хвилі змінюються одночасно дві найважливіші характеристики, які описуються векторами напруженості електричного поля і магнітної індукції. Вони і визначають енергію електромагнітного поля. Змінне електромагнітне поле одержує енергію від коливального контура.
Електромагнітна хвиля має енергію. Енергію електромагнітної хвилі визначають вектори Е та В. Вважатимемо, що енергія електричної складової електромагнітної хвилі дорівнює енергії конденсатора коливального контура. Енергію зарядженого конденсатора можна обчислити за різницею потенціалів на його обкладках:



Якщо врахувати, що



а для однорідного поля конденсатора



(де Е— напруженість електричного поля), то одержимо:

Добуток площі пластин на відстань між ними дорівнює об'ємові простору між обкладками конденсатора:V= Sd.
Отже,

Проте однією з особливостей електромагнітного поля є те, що неможливо визначити його межі, а з ними й об'єм усього поля. Тому остання формула справедлива лише для конденсатора, де поле зосереджене між обкладками. У багатьох випадках доцільно користуватися поняттям густини енергії поля, розуміючи при цьому, що це енергія поля в одиниці об'єму:

Тоді густину енергії електричного поля в електромагнітній хвилі можна виразити формулою:

Напруженість електричного поля змінюється за законом

Енергія електричного поля

Тому в формулі для густини енергії поля потрібно брати середнє значення напруженості:

Густина енергії електричного поля

де Ec — середнє значення напруженості електричного поля.
Оскільки змінне електричне поле є джерелом змінного магнітного поля, то відповідно до закону збереження і перетворення енергії можна вважати, що

або

Вектори змінюються синфазно. Тому енергія електричної складової електромагнітної хвилі дорівнює енергії магнітної складової.
Інакше кажучи, енергія електромагнітної хвилі дорівнює подвоєному значенню енергії електричної складової:




Для густини енергії:

звідки

Подібний розрахунок можна провести і для магнітної складової, для якої

Енергія електромагнітної хвилі залежить від частоти її коливань. Амплітудні значення кожного з векторів пропорційні квадрату частоти хвилі:



А енергія, як доведено вище, пропорційна квадрату амплітудних значень кожного з векторів. Звідси



Енергія електромагнітної хвилі


Густина енергії електромагнітної хвилі


Густина енергії електромагнітної хвилі пропорційна четвертому ступеню частоти. Отже, густина енергії електромагнітної хвилі пропорційна четвертому ступеню частоти коливань. Збільшення, наприклад, частоти вдвічі приводить до збільшення густини енергії хвилі в 16 разів.
3. Закріплення нового матеріалу. Повторити основні моменти уроку. Розв’язати типові задачі. «Гельфгат Сборник разноуровневых заданий. Харьков»


4. Підведення підсумків уроку.

5. Д/З ______________________________________________




Схожі:

Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconШкала електромагнітних хвиль
Щоб випромінювання відігравало помітну роль, необхідно збільшити об'єм простору, у якому змінне електромагнітне поле створюється....
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconКонспект уроку з фізики на тему: «шкала електромагнітних випромінювань....

Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconУрок 61-62. Рентгенівське випромінювання. Праці Пулюя. Властивості та види випромінювань
Ми Рентгена та Пулюя, використанням в техніці та житті людини рентгенівського випромінювання, властивостями ультрафіолетового та...
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconМетр – довжина, що дорівнює 1650763,73 довжин хвиль у вакуумі випромінювання,...
Вивчає І досліджує елементарні частинки, атомні ядра, атоми І молекули, тверді тіла, рідини й гази, плазму, фізичні поля – гравітаційні,...
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconВимірювання потужності еквівалентної дози випромінювання за допомогою індивідуального дозиметра
Етa poбoти: ознайомитися з основними величинами та одиницями, що характеризують джерела іонізуючих випромінювань; вимipяти потужність...
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconШляхи створення захисту радіоелектронної апаратури від дії електромагнітного випромінювання
Засоби (рез). Це призводить до зростання імовірності відмов сау в умовах дії електромагнітного випромінювання (емв), джерелами якого...
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconУрок 39-40 Радіолокація. Основи телебачення
Мета уроку: Поглибити зання учнів основних хвильових властивостей електромагнітних хвиль шляхом вивчення основ радіолокації та телебачення....
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconВступ 3
...
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconУроку Дата
Поширення звуку в різних середовищах. Відбивання звуку. Швидкість поширення звуку
Урок 35-36. Електромагнітні хвилі. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Властивості. Густина потоку випромінювання iconУрок з хімії в 9 класі Тема: «Швидкість хімічних реакцій»
Мета: Сформувати поняття про швидкість хімічної реакції; розглянути фактори, які впливають на швидкість хімічної реакції: природа...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка