электромагнитное поле физика 9 класс

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

Урок физики в 9-м классе «Электромагнитное поле»

Разделы: Физика

образовательные: изучить новое понятие “электромагнитное поле”; повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства; закрепить правила правой и левой руки с помощью упражнений.
воспитательные: воспитывать добросовестное отношение к учебе, прививать навыки как самостоятельной работы, так и работы в коллективе, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.
развивающие: развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Оборудование: проводник с током и магнитная стрелка для проведения опыта Эрстеда; катушка, соединённая с гальванометром, постоянный магнит для демонстрации явления электромагнитной индукции.

Цели нашего сегодняшнего урока : во-первых, повторить и обобщить знания по теме “Магнитное поле”, а во-вторых, познакомиться с новым видом материи – электромагнитным полем, определить условия его возникновения в пространстве. Электромагнитное поле играет важную роль в нашей жизни.

Повторение ранее пройденного учебного материала.

Приготовились к устному опросу:

Как в пространстве создаётся электрическое поле?

Чем в пространстве порождается магнитное поле?

Как его можно изобразить графически?

Перечислите основные свойства силовых линий?

Какое поле называется однородным, какое неоднородным?

Сформулируйте правило правой руки, правило левой руки.

Как рассчитать модуль вектора магнитной индукции?

Какое направление имеет вектор магнитной индукции?

В чем заключается суть явления электромагнитной индукции?

А теперь выполним несколько упражнений. Откройте, пожалуйста, тетради, запишите сегодняшнее число, Классная работа.

На доске и на листочках, лежащих перед вами приведены четыре задания.

Определить полюсы постоянного магнита и изобразить линии магнитной индукции поля (рис. 1).

img1

Показать направление силовых линий магнитного поля рамки с током (рис. 2).

img2

В магнитное поле внесены 4 проводника с током. Каково направление силы, действующей на каждый проводник (рис. 3).

img3

Определить знак заряда частицы (рис.4).

img4

Молодцы ребята! Вы хорошо усвоили материал. Переходим к изучению новой темы. Запишите, пожалуйста, тему урока “ Электромагнитное поле”.

Объяснение нового материала.

Ребята, мы повторили с вами электрическое и магнитное поля, и на примерах убедились, что они неразрывно связаны. В 8 классе вы узнали, что электрический ток порождает магнитное поле: в 1820 году Эрстед провел следующий опыт (опыт Эрстеда, магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током). А в этом году вы познакомились с явлением электромагнитной индукции, открытое 29 августа 1831года Фарадеем, выяснили, что магнитное поле само способно порождать электрический ток (показываю опыт Фарадея, рис. 125, 126 [1]).

В этом же году в Англии родился Джеймс Клерк Максвелл, который сделал важнейшее научное открытие. Оно позволило более глубоко понять сущность явления электромагнитной индукции.

Давайте вспомним, что такое электрический ток? (Ребята отвечают) Правильно – это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Получается, что в опытах Фарадея изменяющееся магнитное поле создает именно электрическое поле, под действием которого и возникает индукционный ток, а замкнутый проводник лишь индикатор, позволяющий обнаружить поле.

К такому выводу пришел Максвелл в 1865 году. Он теоретически доказал, что

Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Отсюда следует вывод:

Порождающие друг друга изменяющиеся электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитное поле.

Запишем это в тетрадях.

Важно понять, что это не совокупность электрического и магнитного полей, а единое целое, они не могут существовать друг без друга.

Как создать в пространстве электромагнитное поле?

Движущимся постоянным магнитом, изменяющимся во времени магнитным полем. Вокруг зарядов, движущихся с постоянной скоростью (например, вокруг проводника с постоянным током) создается постоянное магнитное поле. Но если электрические заряды движутся с ускорением, например, колеблются, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется. Изменяющееся во времени электрическое поле создает в пространстве переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает меняющееся электрическое и т.д. Запишем:

Источниками электромагнитного поля могут быть:

движущийся магнит;
электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся.

Действительно, электрическое и магнитное поля возникают вокруг электрических зарядов, причем электрическое поле существует всегда, в любой системе отсчета, магнитное – в той, относительно которой заряды движутся, а электромагнитное – в системе отсчета, относительно которой заряды движутся с ускорением.

Переменное электрическое поле называется вихревым, его силовые линии замкнуты, подобно линиям индукции магнитного поля. Это отличает его от электростатического поля, которое существует вокруг неподвижных заряженных тел. Более подробно мы изучим эти понятия в 10–11 классах.

Электромагнитное поле может распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн. Обнаружить их удалось лишь в 1886 году, спустя 22 года после открытия Максвелла, уже после его смерти (1879), немецкому физику Генриху Герцу. Опыты Герца блестяще подтвердили предсказания Максвелла.

Закрепление пройденного материала.

Ваши вопросы по теме? Тогда давайте повторим:

Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чём заключалась её суть?

Чем отличается вихревое электрическое поле от электростатического?

Теперь снова вернёмся к нашим листочкам и решим несколько качественных задач.

Заряженное тело покоится относительно неподвижного стола. Учитель равномерно и прямолинейно движется относительно стола. Можно ли обнаружить постоянное магнитное поле в системе отсчета, связанной с учителем?

Какое поле возникает вокруг электрона, если он: покоится; движется с постоянной скоростью; движется с ускорением?

В электронной пушке создаётся поток равномерно движущихся электронов. Можно ли обнаружить магнитное поле в системе отсчёта, связанной с одним из движущихся электронов?

Пластмассовую расчёску потёрли о ткань, и она зарядилась статическим электричеством. Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижной расчёски? Вокруг движущейся?

Постоянный магнит покоится на столе. Какое поле можно обнаружить в системе отсчёта, связанной с Землёй? с Солнцем?

На сегодняшнем уроке вы познакомились с новым видом материи – электромагнитным полем, узнали, какими способами можно создать его в пространстве. Выяснили, чем отличаются вихревое электрическое и электростатическое поля. Закрепили пройденный материал, ответив на ряд вопросов и решив несколько задач.

Записываем домашнее задание:

§ 51, вопросы к нему, упражнение.[1].

Подведем итоги урока:

Что мы узнали нового на уроке?

Понятие электромагнитного поля.

Источники электромагнитного поля.

Вихревое электрическое и электростатическое поля.

Урок окончен, до свидания.

1. Пёрышкин А.В. Физика. 9 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / А.В. Пёрышкин, Е.М. Гутник. – 5-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

Источник

Презентация по физике на тему «Электромагнитное поле» 9 класс

presentation bg

Описание презентации по отдельным слайдам:

Электромагнитное поле Максимчук Л. В. учитель физики МБОУ СОШ № 14 пос. Пятигорский

Теория электромагнитного поля Термин «электромагнитное поле» впервые появился в работе Джеймса Максвелла «Динамическая теория электромагнитного поля» в 1864 году.

Электромагнитное поле Переменные электрические и магнитные поля не могут существовать по отдельности: изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле. И так как такие поля существуют вместе, то, значит, они образуют единое целое- электромагнитное поле

Электромагнитная волна Электромагнитной волной называют распространяющиеся возмущения электромагнитного поля

Доказательство существования электромагнитных волн Экспериментально получил электромагнитную волну Генрих Герц в 1888 году

Получение электромагнитных волн Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов

Получение электромагнитных волн Радиосвязь- передача и прием информации с помощью электромагнитных волн

Шкала электромагнитных волн В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть диапазонов

Шкала электромагнитных волн Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга проникающей способностью, скоростью распространения, цветностью и некоторыми другими свойствами

Радиоволны Применение радиоволн очень широко: телевизионная связь, радиовещание, радиолокация, радиоастрономия и др.

Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения 1. Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения подразумевают, что, покупая в магазине новую бытовую технику, обращайте внимание на ее параметры ЭМИ. Проконсультируйтесь в случае необходимости с продавцом.

Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения 2. Самое часто посещаемое место в квартире – это кухня, именно там сосредоточено большое количество бытовой техники. Как правило, хозяйка старается расположить всю технику компактно, чтобы можно было легко дотянуться до любой из них, не перемещаясь далеко. Такое скопление приборов в одном месте, дает мощное излучение. Один прибор не окажет на вас такого негативного воздействия как их массовая «атака». Поэтому в качестве защиты постарайтесь не использовать все приборы одновременно или не находиться рядом, когда они в работающем состоянии.

Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения 3. В спальне мы проводим, как минимум, восемь часов в сутки, поэтому эта зона должна быть наиболее безопасна. Не загромождайте ее электротехникой и не ставьте кровать у стены, за которой находится холодильник – его электромагнитное излучение достаточно мощное и легко проходит сквозь стены. 4. Прикроватные электронные часы (даже если они работают от батареек) не должны стоять слишком близко к вашей подушке. Отодвиньте их на расстояние вытянутой руки.

Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения 7.Используйте ЖК-монитор вместо устаревшего монитора с лучевой трубкой. 8. Расстояние между монитором компьютера и вами должно быть не менее 30 см. То же самое касается и телевизоров. 9.Беспроводные устройства – модемы, радиотелефоны, система Wi-Fi, являются мощным источником излучения, ведь радио и микроволновое излучение еще опаснее низкочастотного. У источника бесперебойного питания уровень электромагнитного облучения выше, чем от самого компьютера. Значит, если нет возможности отказаться от них, поместите их как можно дальше от себя и постарайтесь не пользоваться часто.

Способы защиты от воздействия электромагнитного излучения 11. Если вы собираетесь покупать дом или квартиру, обратите внимание на расстояние от дома до трансформаторных будок, технических подстанций и вышек сотовой связи. Электромагнитное излучение от них может распространяться на многие десятки метров. В частности, безопасным расстоянием для защиты от воздействия вышек сотовой связи считается 400 метров. Телевизионные и радиоантенны являются еще более агрессивными излучателями. От них надо держаться не менее чем несколько километров.

Задача №1 Сотрудник Центра управления полетом задал вопрос астронавту, находящемуся на Луне. Через какое минимальное время он может услышать ответ, если расстояние от Земли до Луны 384 000 км?

Задача №2 Электромагнитные волны с космической станции, находящейся на Марсе, достигают Земли примерно за 3,3 мин. Чему равно расстояние от Земли до Марса?

Задача №3 На какой частоте суда передают сигнал бедствия SOS, если по международному соглашению длина радиоволны должна составлять 600 м?

Установите соответствие между физическими открытиями и фамилиями ученых, которым эти открытия принадлежат Физические открытия Имена ученых А) Действие проводника с током на магнитную стрелку 1.Фарадей Б)магнитное взаимодействие токов 2.Эрстед В) Явление электромагнитной индукции 3.Ампер А Б В

Установите взаимосвязь между физическими явлениями и их использованием в технических устройствах Физические явления Технические устройства А) Тепловое действие тока 1) Кинескоп Б) Электромагнитная индукция 2) Электропечь В)Действие магнитного поля на движущийся заряд 3) Генератор А Б В

Источник

Adblock
detector