электромагнитное поле электромагнитные волны 9 класс

Конспект урока «Электромагнитные волны» 9 класс

Цель урока : познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны.
Тип урока : изучение нового материала.
Структура урока:

1.Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение
— Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем зак­лючается ее суть?
— Что служит источником электромагнитного поля?
— Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от си­ловых линий электростатического поля?
— Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

hello html m4a51bf96 Гипотеза Максвелла. На основе представлений Майкла Фарадея об электрических и магнитных полях английский физик Джеймс Клерк Максвелл соз­дал теорию электромагнетизма. По представлениям Фара­дея, любые изменения магнитного поля порождают вихре­вое электрическое поле. Например, при движении магни­та по направлению чёрной стрелки вокруг изменяющегося магнитного поля, обозначенного незамкнутыми силовыми линиями, возникает вихревое электричес­кое поле, обозначенное замкнутой силовой линией.

Максвелл в 1864 г. предположил, что и любое измене­ние электрического поля сопровождается возникновением вихревого магнитного поля. Силовые линии этого поля замкнуты, они расположены вокруг силовых линий пере­менного электрического поля точно так же, как вокруг проводников с электрическим током. Это значит, что при прохождении переменного тока между пластинами плос­кого конденсатора вокруг изменяющегося электрического поля должно возникать вихревое магнитное поле.
hello html 687be44c hello html m1680f6dc

Согласно гипотезе Максвелла процесс взаимного по­рождения изменяющимся электрическим полем магнитно­го поля и изменяющимся магнитным полем электричес­кого поля может неограниченно распространяться, захва­тывая всё новые и новые области пространства.

Распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие взаимно друг друга, называются электромагнитной волной.

hello html m6bef32e5

Скорость распространения электромагнитных волн.

Максвелл на основе своей теории математически доказал, что в вакууме скорость с электромагнитной волны долж­на быть равна:

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существова­нии электромагнитного поля необходимо было экспери­ментальное открытие электромагнитных волн.

hello html 59cfe2eb Открытие электромагнитных волн. Электромагнит­ные волны были открыты немецким физиком Генри­хом Герцем в 1887 г. В своих опытах Герц использо­вал два металлических стержня с шарами на концах, в ко­торых при электрическом разряде возникали такие электромагнитные колебания, как в электрическом конту­ре. Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами 1 происходил электрический разряд и од­новременно на некотором расстоянии от них возникала искра между шарами 2 на концах проволочной рамки. Это доказывало, что при электрических коле­баниях в электрическом контуре в пространстве возника­ет вихревое переменное электромагнитное поле. Это поле создаёт электрический ток в витке проволоки.

hello html m4458ac17

Измерив частоту ν гармонических колебаний в конту­ре и длину λ электромагнитной волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:

Значение скорости электромагнитной волны, получен­ной в эксперименте Герца, совпало со значением скорос­ти электромагнитной волны по гипотезе Максвелла. Так представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.

Силовые линии электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению рас­пространения волны.

Свет — электромагнитная волна. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

4. Вопросы для закрепления.

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?

Свойства электромагнитных волн. Исследования показали, что электромагнитные волны отражаются от любых проводящих тел. Переменное электрическое поле падающей электромагнитной волны возбуждает вынужденные колебания свободных зарядов в проводнике, колебания электрических зарядов порождают отра­женную волну.
Свойство отражения электромагнитных волн используется на практике для определения местоположения кораблей и самолётов, ракет и космических кораблей.
Устройства, посылающие радиоволны в заданном направлении и принимающие отражённый сигнал, называются радиолокатора­ми. С помощью радиолокатора расстояние / до самолёта определяют путем измерения интервала времени t между момен­тами отправления электромагнитной волны и возвраще­ния отражённой волны. Искомое расстояние l равно:

l = с/t, где с — скорость распространения радиоволн.

При переходе электромагнитной волны из одного ди­электрика в другой может изменяться направление её распространения. Это явление называется преломлением волн. Преломление происходит из-за изменения скорости распространения волн при переходе из одного диэлектри­ка в другой.
У края препятствия электромагнитные волны могут отклоняться от прямолинейного пути распространения. Это явление называется дифракцией волн.
Если на пути электромагнитной волны находится эк­ран с двумя отверстиями, то в различных точках за экра­ном в результате сложения колебаний от двух источников амплитуда колебаний может иметь различное значение в зависимости от разности расстояний до двух источ­ников. Это явление называется интерференцией волн.

7. Практическая работа « Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.
Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика и металла.

Порядок выполнения задания

Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со вто­рого телефона.

Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позво­ните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?

Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

8. Обобщение и закрепление.
Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.
В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов. Элект­ромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.
Какое ЭМ излучение имеет наибольшую длину волны, частоту? Наименьшую длину волны, частоту?

Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства диф­ракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

Инфракрасное излучение (тепловое)

Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства:

проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман;
производит химическое действие (фотопластинки);
поглощаясь веществом, нагревает его;
невидимо;
способно к явлениям интерференции и дифракции;
регистрируется тепловыми методами.

Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, II промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом. Свойства: отражение, преломление, воздействует на глаз, способно к яв­лению дисперсии, интерференции, дифракции.

Источники: газоразрядные лампы с кварцевыми трубками. Излучается всеми твердыми телами, у которых температура > 1000°С, а также светящимися парами ртути.

Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проника­ющая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.

Применение: в медицине, в промышленности.

Излучаются при больших ускорениях электронов.

(свойства: интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших количествах вызывает лучевую болезнь.

Применение: в медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.

Источники: атомное ядро(ядерные реакции)

Свойства: имеют огромную проникающую способность, оказывают сильное биологическое воздействие.

1. На какой частоте работает радиостанция, передавая программу на волне 250 м? (1,2 МГц)

2. На какой частоте суда передают сигнал бедствия (СОС) если по международному соглашению длина радиоволны этого сигнала должна быть равной 600 м? (500 кГц)

3. Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц? (214 м)

4. Чему равен период колебаний в ЭМВ, распространяющейся в воздухе с длиной волны 3 м? (0,01 мкс)

10. Домашнее задание §52; упражнение 42.

Источник

Презентация по физике «Электромагнитное поле. Электромагнитные волны» (9 класс)

presentation bg

Описание презентации по отдельным слайдам:

Изменение магнитного поля => возникновение электрического поля => возникновение тока индукции Отличается ли электрическое поле, образованное вследствие изменения магнитного, от поля, созданного неподвижными электрическими зарядами? Возникает ли электрическое поле только в проводнике или существует и в пространстве около него? Может ли существовать такое электрическое поле в пространстве вне зависимости от наличия проводника?

Основные положения теории Максвелла: Всякое изменение магнитного поля порождает переменное электрическое, а всякое изменение электрического поля порождает переменное магнитное. Порождающие друг друга переменные магнитное и электрическое поля образуют единое электромагнитное поле. Переменное электрическое поле назвали вихревым электрическим полем.

Свойства вихревого электрического поля: графическое изображение вихревого электрического поля выглядит как замкнутые силовые линии, когда линии электростатического поля не замкнуты; электрическое поле существует вне зависимости от наличия проводника; при изменении электрического поля в окружающем пространстве возникает магнитное поле.

Источники электромагнитного излучения Электротранспорт (трамвай или троллейбус); Линии электропередач, электропроводка; Мобильные телефоны, компьютеры и прочие бытовые электроприборы.

Области применения электромагнитных волн:

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. 2. В вакууме они распространяются со скоростью света: с = 300 000 км/с. 3. Электромагнитная волна является поперечной.

1. Распространяются без наличия какой-либо среды. Электромагнитная волна – система порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей. – силовая характеристика магнитного поля. – силовая характеристика электрического поля.

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

Длина волны – это расстояние, которое проходит волна за время, равное периоду колебаний

§43, §44, вопросы к параграфам, упр.40 (стр.182), упр.41 (стр.186)

placeholder

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

placeholder

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

placeholder

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

a loader

Номер материала: ДБ-1437663

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

placeholder

Правительство выделит свыше 231 млрд рублей на выплаты учителям за классное руководство

Время чтения: 1 минута

placeholder

Голикова предложила объявить выходные с 30 октября по 7 ноября

Время чтения: 1 минута

placeholder

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Время чтения: 1 минута

placeholder

Треть школ и пятая часть детских садов в России являются инклюзивными

Время чтения: 1 минута

placeholder

В России объявлены нерабочие дни с 30 октября по 7 ноября

Время чтения: 2 минуты

placeholder

Рособрнадзор оставил за регионами решение о дополнительных школьных каникулах

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Электромагнитное поле

Урок 35. Физика 9 класс (ФГОС)

20210413 vu tg sbscrb2

35

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

20210706 unblock slide1

20210706 unblock slide2

20210706 unblock slide3

Конспект урока «Электромагнитное поле»

Мы уже в течение длительного времени рассматриваем явление электромагнитной индукции и её применении. И мы говорили, что электрический ток в замкнутом проводнике, то есть индукционный ток, возникает за счёт действия переменного магнитного поля. Но вот вопрос: в восьмом классе мы говорили о том, что заряды в проводнике придут в упорядоченное движение только тогда, когда на них действует электрическое поле. Тогда каким образом хаотически движущиеся между узлами кристаллической решётки свободные электроны приходят в направленное движение под действием магнитного поля?

image001

Вопрос действительно непростой, поскольку непонятно, какие силы заставляют электроны двигаться направленно. Ведь само магнитное поле этого сделать не может, так как оно действует только на движущиеся электрические заряды. Наглядно это показали опыты Ампера, в которых магнитное поле оказывало действие только на проводник с током.

image002

Ещё одним фактом является то, что электромагнитная индукция выглядит абсолютно одинаково в двух внешне различающихся опытах. Например, в одном опыте мы вращаем рамку в однородном магнитном поле, а в другом — вращаем магнит внутри рамки.

image003

Принимая во внимание особенности магнитного поля, нужно также помнить о том, что на заряды действует ещё и электрическое поле. Однако это поле, называемое также электростатическим, создаётся неподвижными зарядами, а индукционный ток возникает под действием переменного магнитного поля.

Поэтому можно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, которое само порождается изменяющимся со временем магнитным полем.

Это новое фундаментальное свойство магнитного поля впервые теоретически обосновал английский физик Джеймс Клерк Максвелл в 1865 году: изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, которое по своей природе является индукционным.

Однако теперь возник ряд новых принципиальных вопросов. Например, отличается ли индукционное электрическое поле от обычного кулоновского поля, созданного неподвижными зарядами? Это поле порождается только в проводнике или во всём окружающем проводник пространстве? И, наконец, какую роль при этом играет наличие самого проводящего контура?

Ответы на эти и другие вопросы были заложены в самой теории Максвелла — теории электромагнитного поля. Согласно ей, индукционное электрическое поле имеет совсем другую структуру, чем поле электростатическое, так как оно не связано с какими-либо электрическими зарядами. Поэтому силовые линии этого поля не имеют ни начала, ни конца, и представляют собой некоторые замкнутые линии, похожие на линии магнитного поля. Подобные поля называют вихревыми.

При этом неважно, есть ли проводящий контур или его нет. Его наличие лишь помогает обнаружить возникающее вихревое электрическое поле.

image004

Теперь пришло время задать, пожалуй, самый важный вопрос: если переменное магнитное поле порождает электрическое поле, то возможен ли реально обратный процесс — порождение переменным электрическим полем поля магнитного? Теория Максвелла даёт утвердительный ответ: изменяющееся со временем электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Эти тесно взаимосвязанные и порождающие друг друга поля образуют электромагнитное поле.

image005

Сам Максвелл твёрдо верил в существование электромагнитного поля, хотя экспериментальное подтверждение этого факта было получено лишь спустя 22 года.

Одним из важных результатов, который вытекал из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн.

Чтобы понять, как образуются электромагнитные волны, представим себе простую ситуацию и попытаемся понять, что произойдёт в случае, если заряженная частица не просто сместится из одной точки пространства в другую, а будет совершать колебания относительно некоторого начального положения.

Итак, в результате движения частицы электрическое поле в непосредственной близости от неё будет периодически меняться. Изменяющееся электрическое поле, как мы выяснили, будет порождать переменное магнитное поле, которое вызовет появление индукционного электрического поля на уже большем расстоянии от частицы, и так далее.

image006

Таким образом, изменение электромагнитного поля будет далее захватывать всё более отдалённые области пространства. Процесс распространения переменного электромагнитного поля и представляет собой электромагнитную волну.

Вы знаете, что колебательное движение всегда является ускоренным. Значит, для получения электромагнитных волн необходимы ускоренно движущиеся заряды.

В отличие от звуковых волн, которые могут распространяться только в среде, электромагнитные волны, согласно теории Максвелла, могут распространяться не только в среде, но и в вакууме. В связи с этим возникает вопрос: можем ли мы представить себе некий образ волны? То есть какие физические величины испытывают колебания в такой волне?

Вы уже знаете, что силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

image007

Для электрического поля также вводится его силовая характеристика. Её называют напряжённостью электрического поля и обозначают буквой «Е».

image008

Аналогично вектору магнитной индукции направление вектора напряжённости электрического поля совпадает с направлением касательной к силовой линии электрического поля в данной его точке. Согласно определению, напряжённость электрического поля в какой-либо его точке равна отношению силы, действующей на помещённую в эту точку поля точечный положительный заряд, к величине этого заряда.

Единицей измерения напряжённости в СИ является ньютон на кулон, или вольт на метр:

image009

Из теории Максвелла также следует, что в электромагнитной волне векторы индукции и напряжённости перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, что говорит о поперечности волны.

Именно эти физические величины являются основными характеристиками электромагнитной волны и испытывают периодические изменения. При этом модули этих ве́кторов одновременно достигают максимальных и минимальных значений, то есть колеблются синхронно.

image010

Примечательно, что Максвелл не только теоретически обосновал возможность существования электромагнитных волн, но и вычислил скорость их распространения в вакууме — триста тысяч километров в секунду. Вот что по этому поводу писал сам учёный в письме Уильяму Томсону: «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений».

Электромагнитным волнам присуще все характеристики обычных механических волн. А также те же соотношения между длиной волны, её скоростью, периодом и частотой.

image011

Как мы уже упоминали, экспериментально обнаружить электромагнитные волны удалось лишь спустя двадцать два года, после их теоретического обоснования. Впервые это удалось немецкому учёному Генриху Рудольфу Герцу.

В опытах Герца ускоренное движение заряженных частиц осуществлялось с помощью специального разрядника, состоящего из двух металлических стержней с шарами на концах (вибратор Герца). Шарам сообщались большие разноимённые заряды, в результате чего между ними происходил электрический разряд. При этом в самих стержнях возникали электрические колебания.

image012

Приёмное устройство состояло из проволочного витка с двумя шарами на концах. Приём электромагнитной волны наблюдался в виде маленькой искры, которая проскакивала между шарами.

Таким образом, Герц закончил гигантскую работу Майкла Фарадея. Максвелл превратил представления Фарадея в математические формулы, а Герц трансформировал математические образы в видимые и слышимые нами электромагнитные волны. Слушая радио или просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке. Ведь не случайно единица частоты колебаний называется герцем, и совсем не случайно первыми словами, которые передал Александр Степанович Попов с помощью беспроводной связи, были «Генрих Герц».

Сегодня мы точно знаем, что всё окружающее нас пространство окутано электромагнитными волнами различных частот. Шкала длин электромагнитных волн необычайно широка, а их применение чрезвычайно многообразно.

Сейчас все электромагнитные волны распределены по длинам волн на шесть основных диапазонов. Границы этих весьма условны, потому как в большинстве случаев соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

image013

Электромагнитные волны разных частот могут отличаться проникающей способностью, скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами. Они могут оказывать как благоприятное, так и негативное воздействие на всё живое. Например, инфракрасное или тепловое излучение играет важную роль в поддержании жизни на Земле. Видимое излучение даёт нам информацию об окружающем мире и возможность ориентироваться в пространстве. Такое хорошо всем знакомое явление, как загар, объясняется воздействием на кожу ультрафиолетового излучения — электромагнитных волн с очень малой длиной волны. Однако злоупотреблять ультрафиолетом нельзя, так как это может вызвать ожоги кожи, онкологические заболевания и тому подобное. А рентгеновское излучение широко применяется в медицине. Но и его большие дозы могут серьёзно отразиться на здоровье человека.

Получение электромагнитных волн имеет огромное научное и практическое значение. Достаточно привести пример лишь одного диапазона — радиоволн: радиосвязь и телевидение, мобильная телефонная связь и радиолокация, радиоастрономия и средства космической связи и так далее.

Источник

Adblock
detector