Электромагнитные волны

Цели урока

·обучающая: обеспечить усвоение учащимися теории излучения электромагнитных волн, виды излучений и источники излучений
развивающая: развитие познавательного интереса учащихся, расширение их кругозора, развитие навыков самостоятельной работы с научно-технической, справочной литературой; развитие коммуникативных навыков; развитие навыков использования информационных технологий на уроках физики.
воспитывающая: воспитание самостоятельности и ответственности, воспитание навыков работы в команде

· Задачи:

· -изучить структуру спектра электромагнитных излучений;

· -выяснить особенности каждого диапазона шкалы;

· -выявить связь между видом электромагнитного излучения и длиной волны, частотой, источником излучения , свойствами и областью применения,

· - определить сходства и отличия различных видов электромагнитных излучений,

· -развивать умения учащихся работать с различными источниками информации; анализировать и систематизировать знания; выделять главное в изучаемом материале.

Ход работы

1.Организационный момент

2.Проверка д/з

3.Изучение нового материала

Переоценить значение электромагнитных волн в плане их применения в работе современной техники практически невозможно.

Области применения:

· Радиопередача

· Телевещание

· Мобильная связь

· Wi-fi и Bluetooth

· Микроволновая печь

Этот список можно было продолжать, однако в этом нет особой необходимости, ведь даже ту гамму красок, которую мы видим вокруг нас, наши глаза воспринимают благодаря чувствительности к определенному диапазону электромагнитных волн, которые принято называть видимым светом.

Стоит отметить, что, несмотря на всепоглощающее использование передачи электромагнитных волн, эта технология вошла в жизнь человечества не так давно (по меркам классической науки).

Генрих Герц в 1888 году экспериментально доказал наличие электромагнитных волн, хотя до этого оно было предсказано теоретически Джеймсом Максвеллом.

Из теории Максвелла следовало, что изменяющееся электромагнитное поле должно распространяться в пространстве в виде электромагнитной волны.

Волны – возмущения, которые распространяются в пространстве, удаляясь от места их возникновения.

Основные положения теории Максвелла

Они могут распространяться без наличия какой-либо среды, т. е. в вакууме

1. В вакууме они распространяются со скоростью света: с= 300 000 км/с

2. Электромагнитная волна является поперечной

Прокомментируем

1. Что касается распространения в вакууме – это принципиально отличает электромагнитные волны от механических. Например, для распространения звуковых волн обязательно необходима какая-либо среда.

Принцип распространения звуковых волн

При распространении звука механические колебания передаются от одних частиц к другим. А что же может создавать колебания при отсутствии какой-либо среды?

Положительная полуволна создает уплотнение частиц среды, а отрицательная – разрежение (рис. 1).

Рис. 1. Уплотнение и разрежение среды

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

Силовые характеристики электрического и магнитного полей

Магнитная индукция, – силовая характеристика магнитного поля.

[B]= Тл =

Напряжённость эл. поля, – силовая характеристика электрического поля.

Показывает так же, как и магнитная индукция, с какой силой поле действует на заряд (при условии, что заряд не покоящийся).

[Е]= =

Изменение векторов силовых характеристик электромагнитной волны

Под тем, что в электромагнитной волне меняются электрическое и магнитное поля, следует понимать, что изменяется по значению и направления вектора напряженности и индукции .

Рис. 2. Векторы, характеризующие магнитную волну

2. Что касается положения о скорости распространения электромагнитных волн, стоит отметить, что измерена она была еще задолго до выдвижения гипотез Максвелла. Однако на то время было известно, что это только скорость света.

3. Поперечная волна – волна, направление распространения которой перпендикулярно направлению колебаний.

Электромагнитная волна

Исходя из всех положений теории Максвелла, можно увидеть на рисунке условное обозначение векторов, задающих любую электромагнитную волну.

Он показывает направление ее распространения в пространстве (рис. 3).

Рис. 3. Вектор скорости волны

Обратите внимание, что направление колебаний векторов и перпендикулярно, что легко доказывается взаимным расположением линии переменного магнитного поля и линией вихревого электрического поля (рис. 4).

Рис. 4. Расположение линий магнитного и электрического поля

Посмотрим на изображение и убедимся, что они перпендикулярны (рис. 5)

Рис. 5. Перпендикулярность силовых линий

Перпендикулярность векторов индукции и напряженности к вектору скорости показывает, что электромагнитная волна действительно является поперечной (рис. 6).

Рис. 6. Поперечная электромагнитная волна

Еще раз отметим, что колебания определяют векторы и , а скорость волны при этом не изменяется.

Как для механических, так и для электромагнитных волн имеет смысл такой параметр, как длина волны.

Длина волны

Длина волны – это расстояние, которое проходит волна за время, равное периоду колебаний (рис. 7).

Рис. 7. Длина волны

Вычисление длины волны

= с = с – скорость света в вакууме, с

Т – период колебаний электромагнитной волны

v – частота колебаний электромагнитной волны

Между тем, как Максвелл вывел свою теорию об электромагнитных волнах и тем, что Герц доказал это на практике, прошло более 20 лет.

Герц использовал прибор, который впоследствии получил название вибратор Герца (рис 10).

Рис. 10. Вибратор Герца

Он представлял собой обыкновенную антенну, разделенную пополам, на которую подавалось высокое напряжение. В результате электрического пробоя между двумя частями антенны в ней возникали высокочастотные магнитные колебания, которые излучали в пространство электромагнитные волны. Они регистрировались аналогично устроенной антенной в виде такого же электрического пробоя между ее частями. Эксперимент доказал наличие электромагнитной волны в пространстве (рис. 11).

Рис. 11. Иллюстрация к эксперименту

Шкала электромагнитных волн

Рис. 12. Шкала электромагнитных волн

Скачано с www.znanio.ru