Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета: ФИЗИКА Класс: 11 УМК: Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений : базовый и профильный уровни/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин-М: Просвещение, 2010 год Уровень обучения: базовый Тема урока: Излучение электромагнитных волн. Плотность потока электромагнитного излучения. Общее количество часов, отведенное на изучение темы: 18 ч Место урока в системе уроков по теме: 14 урок Цель урока познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны; повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства. Задачи урока Образовательные: изучить электромагнитные волны, историю их открытия, характеристики и свойства. Развивающие: развивать умение наблюдать, сравнивать, анализировать. Воспитательные: формирование научно-практического интереса и мировоззрения Планируемые результаты знать/понимать: -смысл понятий: электромагнитная волна; - смысл физических величин: плотность потока электромагнитного излучения; - вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики; уметь: - описывать механизм возникновения электромагнитных волн; -приводить примеры практического применения электромагнитных волн различных диапазонов; - воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях. Техническое обеспечение урока: компьютер, интерактивная доска, проектор, катушка индуктивности, гальванометр, магнит Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урок: Физика 11 класс: Поурочные планы (по учебнику Г. Я. Мякишева)/Сост. Г.В. Маркина. – Волгоград: Учитель, 2004 - Физика. Поурочные разработки. 11 класс: пособие для учителей общеобразовательных учреждений / Ю.А. Сауров. – 2-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 2010. – 256 с. – (Классический курс) Физика -11 Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. Кирик Л.А..- М.: Илекса ,2009 год-192 с. - Программный диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия Уроки физика 11 класс» -Электронное приложение к учебнику Г.Я. Мякишева -Диск-Библиотека наглядных пособий - Интерактивная энциклопедия - От плуга до лазера Содержание урока 1. Орг. момент 2. Актуализация знаний Сегодня мы с вами приступим к изучению последнего раздела в большой теме «Колебания и волны» к электромагнитным волнам. Мы узнаем историю их открытия, познакомимся с учеными, приложившим к этому свои руки. Узнаем, как смогли впервые получить электромагнитную волну. Изучим уравнения, график и свойства электромагнитных волн. Для начала, давайте вспомним, что такое волна и какие виды волн вы знаете? Механические волны – разнообразны, они распространяются в твердых, жидких, газообразных средах, можем ли мы их засечь с помощью наших органов чувств? Приведите примеры. С электромагнитными волнами не все так просто. Мы с вами находимся в классе и совершенно не чувствуем и не осознаем какое количество электромагнитных волн пронизывает наше пространство. Может кто-то из вас уже может привести примеры волн, которые здесь присутствуют? К электромагнитным излучениям относятся и радиоволны и свет от Солнца и рентген и радиация и многое другое. Если бы мы визуализировали бы их, то за таким огромным количеством электромагнитных волн не смогли бы увидеть друг друга. Они служат главным носителем информации в современной жизни и в то же время являются мощным отрицательным фактором, воздействующим на наше здоровье. Сообщения( дом. зад) Сегодня мы с вами пройдем по следам великих ученых физиков, открывших и сгенерировавших электромагнитные волны, узнаем, какими уравнениями они описываются, исследуем их свойства и характеристики. Записываем тему урока «Электромагнитные волны» 3. Новый материал Мы с вами знаем, что в 1831г. Английский физик Майкл Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции. В чем оно проявляется? Давайте повторим один из его опытов. Какова формула закона? ( Учащимся проводится опыт Фарадея) Да, в замкнутом контуре появляется индукционный ток, который мы регистрируем с помощью гальванометра. Таким образом, Фарадей опытным путем показал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. При этом, не получивший систематического образования и слабо владевший математическими методами Фарадей не мог подтвердить свои опыты теорией и математическим аппаратом. В этом ему помог другой выдающийся английский физик Джеймс Максвелл (1831-1879) Максвелл дал несколько иную трактовку закону электромагнитной индукции: « Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты» Итак, даже если проводник не замкнут, изменение магнитного поля вызывает в окружающем пространстве индукционное электрическое поле, которое является вихревым. Каковы свойства вихревого поля? Также нужно добавить, что работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна не нулю, а ЭДС индукции Кроме того Максвелл выдвигает гипотезу о существовании обратного процесса. Как вы думаете, какую? А как мы можем получить изменяющееся во времени электрическое поле? Что представляет из себя ток? Тогда как они должны двигаться, чтобы ток был переменным? Правильно, именно ускоренные движущиеся заряды вызывают переменное электрическое поле. Теперь попробуем зафиксировать изменение магнитного поля с помощью цифрового датчика, поднося его к проводам с переменным током Таким образом, возникает непрерывная взаимосвязанная последовательность: изменяющееся электрическое поле порождаем переменное магнитное, которое своим явлением снова порождает изменяющееся электрическое поле и т.д. Однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет далее непрерывно захватывать все новые и новые области окружающего пространства. Распространяющееся переменное электромагнитное поле и есть электромагнитная волна. Итак, гипотеза Максвелла была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе ему удалось вывести систему уравнений, описывающую взаимные превращения магнитного и электрического полей и даже определить их некоторые свойства. Вывод: 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. Выкладки Максвелла: 1. Существуют электромагнитные волны, т.е. распространяющееся во времени электромагнитное поле. Они представляют собой взаимно перпендикулярные колебания векторов: Е- напряженности электрического поля и В- магнитной индукции, лежащие в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Зарисуйте электромагнитную волну. 2. Уравнение электромагнитной волны в произвольной точке с координатой х имеет вид: 3. Электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью , где =8,85419*10-12Ф/м, =1,25664*10-6Гн/м – электрическая и магнитная постоянные, а кто вспомнит, что такое ξ и 𝛍? Где мы с ними встречались? 4. Давайте рассчитаем скорость электромагнитной волны в вакууме, тогда ξ = 𝛍=1 (ребята рассчитывают скорость волны) 5. Длина, частота, циклическая частота и период колебаний волны вычисляются по знакомым нам из механики и электродинамике формулам, напомните мне их пожалуйста. Ребята записывают на доске формулы λ=υТ, , , проверяем их правильность на слайде Максвелл также теоретически вывел формулу энергии электромагнитной волны, причем энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты.Wэм ~𝛚4 Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты. Теория Максвелла вызвала резонанс в физическом обществе, но экспериментально он не успел подтвердить свою теорию, тогда эстафету подхватил германский физик Генрих Герц (1857— 1894). Удивительно, но Герц хотел опровергнуть теорию Максвелла, для этого он придумал простое и гениальное решение по получению электромагнитных волн. Давайте вспомним, где мы уже наблюдали взаимное превращение электрической и магнитной энергий? (В колебательном контуре.) В закрытом колебательном контуре, из чего он состоит? Все верно, только колебания происходили «внутри» цепи и главной задачей ученых стало генерирование этих колебаний в пространство и, естественно, их регистрация. Мы уже сказали, что энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты.Wэм ~ν4 .Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты. Какой формулой определяется частота в колебательном контуре? Что мы можем сделать, чтобы увеличить частоту? Тогда Герц постепенно «распрямил» колебательный контур, превратив его в стержень, названный им "вибратором". Вибратор состоял из двух проводящих сфер диаметром 10-30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. Сферы подсоединялись ко вторичной обмотке катушки Румкорфа, являвшейся источником высокого напряжения. Индуктор Румкорфа создавал на концах своей вторичной обмотки очень высокое, порядка десятков киловольт, напряжение, заряжающее сферы зарядами противоположных знаков. В определенный момент напряжение между шарами было больше напряжения пробоя и в искровом промежутке вибратора возникала электрическая искра, происходило излучение электромагнитных волн. Давайте вспомним явление грозы. Молния – это та же искра. Как появляется молния? Таким образом, Герцу удалось сгенерировать э-м волну. Но надо еще её зарегистрировать, для этой цели в качестве детектора, или приемника, Герц использовал кольцо (иногда прямоугольник) с разрывом - искровым промежутком, который можно было регулировать. Переменное электромагнитное поле возбуждало в детекторе переменный ток, если частоты вибратора и приемника совпадали, происходил резонанс, и в приемнике также возникала искра, которую визуально можно было зафиксировать. Введем энергетическую характеристику электромагнитной волны - плотность потока излучения Пусть ограниченную площадь (S) пересекают электромагнитные волны несущие энергию. Линии указывают направление распространения электромагнитных волн – это лучи, перпендикулярные поверхностям, в которых колебания происходят в одинаковых фазах. Такая поверхность называется волновой. Отношение электромагнитной энергии, проходящей за промежуток времени через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время называют Плотностью потока электромагнитного излучения. I – плотность потока электромагнитного излучения; ΔW – энергия электромагнитного излучения; Δt – промежуток времени, за который лучи проходят через поверхность. I = ΔW/Δt – Интенсивность волны. Иногда ее называют мощностью электромагнитного излучения, проходящего через площадь поверхности. Измеряют плотность излучения в Вт/м2. Получим формулу интенсивности электромагнитного излучения. Построим на площади, взятой за основание, цилиндр, высотой с·Δt; объем цилиндра будет: ΔV=S·c·Δt; Энергия внутри цилиндра будет равна: ΔW= w c Δt S; энергия пройдет через основание цилиндра и плотность потока будет равна: I = w c Δt S/S Δt = wc; I=w·c Произведение плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения равно плотности потока электромагнитного излучения . Зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника. По мере удаления от источника плотность потока излучения уменьшается. Проверим это с помощью расчетов. Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь сферы S=4πR2. Допустим источник излучения точечный, то I = ΔW/SΔt = ΔW/4πΔt·R2; Вывод: плотность потока излучения от точечного источника уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до источника. Зависимость плотности потока излучения от частоты. Излучение электромагнитных волн может происходить при ускоренном движении электронов. Напряженность электрического поля и индукция магнитного поля пропорциональны квадрату частоты: Е~a~ω2; B~a~ω2 Плотность потока излучения пропорциональна: I~w~(E2+B2); так как E~ω2 и В~ω2; то I~w4 Вывод: плотность потока излучения пропорциональна четверной степени частоты. 5.Обобщение 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? 6. Проверка усвоения материала (тест) 1. Открыл явление эл.магн. индукции а) Максвелл б) Фарадей в) Попов г) Герц 2. Создал теорию эл.магн. поля а) Максвелл б) Фарадей в) Попов г) Герц 3. Экспериментально обнаружил существование эл.магн. волн а) Максвелл б) Фарадей в) Попов г) Герц 4. Применил эл.магн. волны на практике а) Максвелл б) Фарадей в) Попов г) Герц 5. В системе отсчета, относительно которой заряд покоится, существует а) только электрическое поле б) постоянные и электрическое, и магнитное поля в) только магнитное поле г) переменное ЭМП 6. В теории ЭМП А: переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле Б: переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое Какое(-ие) утверждение(-я) верно(-ы)? а) Б б) А в) и А, и Б г) ни А, ни Б 7. Для вихревого электрического поля характерно: а) Силовые линии замкнуты б) Порождается переменным магнитным полем в) Все перечисленное г) Приводит к возникновению переменного магнитного поля 8. Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза? а) увел в 2 б) умен в 2 в) не измен г) увел в 4 д) умен в 4 Ответы: 1б, 2а, 3г, 4в, 5а, 6в, 7в, 8а 7. Рефлексия 8. Домашнее задание §48,49,50, сообщение (биография А.С.Попова) 9. Итог урока
Автор(ы): Коробко Г. В.
Скачать: Физика 11кл - Конспект.docx
