Урок "Електромагнітне поле й електромагнітні хвилі"

Урок 41 Електромагнітне поле й електромагнітні хвилі

Мета уроку: сформувати знання про електромагнітне поле, електромагнітні хвилі.

Очікувані результати: учні повинні давати означення електромагнітного поля, називати дві його складові (дві форми виявлення), давати означення електромагнітної хвилі, вказувати її джерела, називати основні характеристики хвилі.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

Привітання з класом.

Перевірка присутніх та готовність до уроку.

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Чи можливе поширення коливань (збуджень) у середовищі, що не містить речовини?

Чи існує в самій речовині інший механізм поширення енергії?

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Електромагнітне поле

Існують два види матерії – речовина і поле (електричне, магнітне).

Обидві існують реально, а не являють собою певну «модель», призначену для того, щоб пояснити ті чи інші фізичні явища.

Минулого навчального року ви дізнались про електричне поле, цього року ми вивчили магнітне поле. Також з’ясували, що магнітне поле, яке змінюється, не тільки діє на рухомі заряджені частинки й намагнічені тіла, а й створює електричне поле. Такого висновку дійшов свого часу  М. Фарадей.

Проблемне питання

• Чи пов’язані між собою електричне та магнітне поля?

Видатний англійський фізик Джеймс Максвелл, висунув підтверджену гіпотезу  про те, що не тільки  змінне магнітне поле створює електричне поле, а й змінне електричне поле створює магнітне поле. Відповідно до цієї гіпотези електричні та магнітні поля завжди існують разом і не має сенсу розглядати їх як окремі об’єкти. Тобто існує єдине електромагнітне поле, а електричне та магнітне поле – це дві форми прояву електромагнітного поля. 

Проте, дехто може не погодитись з висновком Максвелла, адже добре знаємо, що, наприклад, біля нерухомого зарядженого тіла існує тільки електричне поле, а біля нерухомого постійного магніту – тільки магнітне поле.

Електромагнітне поле – вид матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між зарядженими тілами і частинками та намагніченими тілами.

2. Електромагнітна хвиля

Проблемне питання

• Як виникає та поширюється в просторі електромагнітне поле?

Проаналізувавши всі відомі тоді закони електродинаміки, Дж. Максвелл суто математично отримав фантастичний на той час висновок: у природі мають існувати електромагнітні хвилі.

Електромагнітна хвиля – це поширення в просторі змінного електромагнітного поля.

(Змінний струм – це струм, сила якого періодично змінюється: з часом значення сили струму то збільшується, то зменшується; змінюється й напрямок струму.)

За теорією Максвелла: джерелом електромагнітної хвилі може бути будь-яка заряджена частинка, що рухається з прискоренням (тобто частинка, яка весь час змінює швидкість свого руху або за значенням, або за напрямком, або одночасно і за значенням, і за напрямком).

3. Характеристика електромагнітної хвилі

Електромагнітна хвиля, як і механічна, характеризується частотою (ν), довжиною (λ) і швидкістю поширення (v).

Формула хвилі:

Для поширення електромагнітних хвиль не потрібне середовище. Найкраще й найшвидше електромагнітні хвилі поширюються у вакуумі.

Припущення Джеймса Максвелла: світло є різновидом електромагнітних хвиль.

У вакуумі – і тільки в ньому  –  всі електромагнітні хвилі поширюються з однаковою швидкістю (c).

Під час переходу з одного середовища в інше швидкість поширення електромагнітної хвилі змінюється, змінюється і довжина хвилі, а от частота залишається незмінною.

Через 15 років після створення теорія електромагнітного поля Максвелла була підтверджена експериментально: Генріх Герц (1857–1894) продемонстрував випромінювання і приймання електромагнітних хвиль.

Він установив, що електромагнітні хвилі:

• відбиваються від провідних предметів (кут відбивання дорівнює куту падіння);
• заломлюються на межі з діелектриком;
• частково поглинаються речовиною і частково розсіюються нею.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Що змінюється: довжина хвилі чи частота під час переходу електромагнітної хвилі з одного середовища в інше?

Змінюється довжина хвилі і швидкість, частота залишається сталою.

2. Обчисліть довжину електромагнітної хвилі у вакуумі, якщо частота коливань у ній 410¹¹ Гц.

3. Яка частота електромагнітної хвилі, що поширюється у воді, якщо у цьому середовищі вона має довжину 510^-4 м і швидкість 2,510⁸ м/с.

4. Обчисліть довжину електромагнітної хвилі з частотою 710¹⁴ Гц у склі, якщо швидкість електромагнітної хвилі у цьому середовищі 2,110⁸ м/с.

5. З якою швидкістю передається електромагнітна взаємодія у вакуумі?

Передається з однаковою швидкістю. Дорівнює швидкості світла.

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. У чому полягає гіпотеза Дж. Максвелла?

2. Дайте означення електромагнітного поля, назвіть його складові.

3. Як утворюється електромагнітна хвиля? Які об’єкти можуть її випромінювати?

4. Які фізичні величини характеризують електромагнітну хвилю?

5. Які властивості електромагнітних хвиль було встановлено в ході дослідів Г. Герца?

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 19, Вправа № 19 (2, 3)