Тема: Електромагнітне поле (11 клас)

Тема: Електромагнітне поле (11 клас)

Мета уроку: сформувати уявлення учнів про електромагнітне поле, роз'яснити умови його існування, виховувати розуміння учнями основних фундаментальних фізичних понять.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План викладення нового матеріалу:

1. Електромагнітна взаємодія.

2. Електромагнітне поле.

3. Висновки.

Обладнанння: Електронний підручник Фізика-11.

Викладення нового матеріалу

Перед вивченням нової теми необхідно проаналізувати результати тематичного оцінювання з теми «Електромагнітні коливання».

1. Електромагнітна взаємодія.

В основі усіх фізичних явищ лежить взаємодія між тілами або частинками, які беруть участь у цих явищах. Земля рухається навколо Сонця через те, що взаємодіє з ним. Цією взає­модією є притягання Землі та Сонця за законом всесвітнього тяжіння.

Притягання або відштовхування двох електричних зарядів — це їхня електрична взаємодія.

Відштовхування або притягання магнітних полюсів чи струмів — це магнітна взаємодія.  

Згідно з уявленнями сучасної фізики, будь-яка взаємодія передаєть­ся через деяке поле. Земля взаємодіє із Сонцем через гравітаційне поле. Електричні заряди взаємодіють через електричне поле, яке вони створю­ють; магніти й електричні струми — через магнітне поле.

Якщо будь-яка взаємодія передається через поле, то виникає запитання, через яке ж поле взаємодіють рука й камінь, пружина й мотузка, що її зв'язує, підошва взуття і земля. Тобто чим пояснюється існування зви­чайних сил, які виникають під час зіткнення предметів? Виявляється, це електромагнітна взаємодія.

Атоми дотичних тіл зближаються на відстані порядку розмірів самих атомів. Негативно заряджені електрони, які швидко обертаються навколо ядер, і позитивно заряджені ядра створюють електромагнітне поле, котре здійснює взаємодію під час дотикання.

2. Електромагнітне поле.

Електромагнітне поле  — вид матерії, якому властиві безперервність поширення в просторі, дискретність структури, здатність поширюва­тися у вакуумі зі швидкістю, близькою до 3∙10⁸ м/с, силова дія на заря­дні частинки, яка залежить від швидкості їх руху.

Вивчаючи властивості електромагнітного поля, Максвелл замислився над запитанням: якщо змінне магнітне поле породжує електричне поло то чи не існує в природі зворотного процесу? Чи не породжує змінне електричне поле у свою чергу магнітне?

Розглянемо кілька дослідів.

Дослід 1. Нехай експериментатор А рівномірно й прямолінійно рухається лабораторією, переміщаючи заряджену металеву кульку на ізолюючій підставці. Яке поле створює цей заряд? Оскільки він не­рухомий відносно експериментатора, то А виявляє лише електричне поле, створюване зарядженою кулькою. Експериментатор Б вважає що, оскільки заряд рухається, то створює, крім електричного поля ще й магнітне. Природно, напрошується запитання: яке ж поле на­справді створює заряджена кулька? Тільки електричне чи електричне й магнітне разом?

Відповідь на це запитання дійсно залежить від того, рухаємося ми разом із зарядом чи заряд рухається відносно нас. Інакше кажучи, відповідь на це запитання залежить від того, в якій системі координат ми будемо здійснювати вимірювання.

Дослід 2. Нерухомому експериментаторові Б дамо заряджену кульку, а експериментаторові А, який рухається, — постійний магніт. З'ясу­ємо, яка сила діє з боку магніту на заряд. З погляду зору А (відносно якого заряд рухається), на останній повинна діяти сила Лоренца. Ек­спериментатор Б (який сидить за столом) вважатиме, що ніякої сили Лоренца немає, оскільки швидкість заряду дорівнює нулю. Але наяв­ність чи відсутність сили вже не є відносною, оскільки сила створює прискорення. А воно має бути однаковим у системах відліку, які руха­ються рівномірно та прямолінійно відносно одне одного.

Дослід показує, що сила, яка діє на кульку, дійсно існує. З точки зору А — це сила Лоренца. Експериментатор Б скаже: через зміну магніт­ного поля, викликаного рухом магніту, виникло електричне поле, й воно діє на кульку.

Таким чином, в різних системах відліку результат вимірювання таких фізичних величин, як електричне та магнітне поля, різний.

3. Висновки.                                 

1. Електричне й магнітне поля перетворюються одне на одне під час переходу з однієї інерціальної системи в іншу. Можна сказати, що розділення поля на електричне й магнітне є відносним і залежить від системи відліку.

2. Вибір системи відліку — суб'єктивний акт, від якого не залежить саме існування поля.

Електромагнітне поле є тією об'єктивною реальністю, яка існує незалежно від того, ставимо ми дослід чи ні, і якщо ставимо, то в якій системі відліку. Тому електромагнітне поле. не можна розглядати як сукупність електричних і магнітних полів. Електричне й магнітне поля — прояв єди­ного цілого (електромагнітного поля) за різних умов.

Запитання до учнів у ході викладення нового матеріалу

1. Що таке електричне поле?

2. Що таке магнітне поле?

3. Що таке сила Лоренца?

4. У результаті яких процесів виникає магнітне поле?

5. Чому твердження про існування й данім точці простору тільки електричного або тільки магнітного поля не е цілком визначеним?

Задачі для розв'язування на уроці

1. Чи можна вибрати систему відліку, в якій електронний промінь у кінескопі телевізора не створює електричного поля? Магнітного поля?

2. Чи можна вибрати систему відліку, в якій прямолінійна ділянка проводу з постійним струмом не створює магнітного поля?

Домашнє завдання:

§ 40.