Методическая разработка урока по физике «Образование и распространение электромагнитных волн. Скорость распространения, длина и частота электромагнитной волны»

Тема урока: Образование и распространение электромагнитных волн. Скорость распространения, длина и частота электромагнитной волны.

Цели урока:

• напомнить обучающимся об электромагнитном поле и его свойствах; объяснить механизм возникновения электромагнитных волн;

• познакомить обучающихся со свойствами электромагнитных волн;

• ввести физические характеристики электромагнитной волны;

• познакомить обучающихся с интересными эпизодами биографии Г. Герца, М. Фарадея, Максвелла Д. К., Эрстеда Х.К., А.С. Попова;

• способствовать развитию интереса к предмету.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование и наглядность: опыты, иллюстрирующие свойства электромагнитных волн, портреты Г. Герца, М. Фарадея, Максвелла Д. К., Эрстеда Х.К., А.С. Попова, презентация об ученых.

ХОД УРОКА

I. 1. Организационный момент.

2. Сообщение темы и цели урока.

II. Проверка домашнего задания

III. Актуализация опорных знаний и умений

• Что называют волной?

• Что называют продольными и поперечными волнами?

• Что называется длиной волны?

• Какие свойства имеют переменные электрические и магнитные поля?

IV. Изучение нового материала

План изучения новой темы

• Определение электромагнитной волны.

• Скорость электромагнитной волны в вакууме и в среде.

• Электромагнитные волны - поперечные волны.

• Свойства электромагнитных волн.

• Длина электромагнитной волны.

Опорный конспект

Электромагнитная волна – это распространение электромагнитного поля (взаимосвязанных колебаний электрического и магнитного полей). Примеры: радиоволны, свет, рентген.

Электромагнитные волны излучаются колеблющимися заряженными частицами. Важно, чтобы скорость их движения постоянно менялась (частицы двигались с ускорением).

Механизм образования:

• Когда электрический заряд колеблется, он создаёт переменное электрическое поле.

• Это поле, в свою очередь, индуцирует магнитное поле, которое также начинает колебаться.

• Это колеблющееся магнитное поле генерирует новое электрическое поле, и так процесс продолжается.

Важно: электромагнитные волны не генерируются, если заряд находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью – электрическое поле не меняется со временем.

Электромагнитные волны распространяются в пространстве как колебание. Характеристики волны меняются во времени по какому-то, часто гармоническому закону. Поэтому характеристики волны, изменяясь в процессе перемещения, периодически принимают одинаковые значения.

Особенности распространения:

• Электромагнитные волны поперечные – колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

• Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее её достигнут колебания полей, поэтому на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами.

В вакууме электромагнитная волна свободно распространяется во все стороны от заряда, движущегося с ускорением.

Если заряд движется в некоторой среде, то эта среда оказывает на процесс распространения электромагнитной волны влияние:

Любая среда в какой-то степени поглощает энергию электромагнитной волны, и амплитуда вектора её напряжённости падает.

Скорость

В вакууме скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света –

c = 3×10⁸ м/с.

Скорость волны в веществе зависит от преломления среды: v = c / n, где n – показатель преломления среды.

Скорость распространения электромагнитной волны в среде меньше, чем в вакууме, что приводит к частичному отражению волны на границе сред и к преломлению её при переходе из одной среды в другую.

Характеристики

Длина волны – это расстояние между двумя точками волны, находящимися в одинаковой фазе, например, между двумя пиками или двумя впадинами. Для обозначения используют букву λ и измеряют в метрах (м).

Частота – показывает количество колебаний полей, происходящих в единицу времени. Для обозначения используют букву ν и измеряют в герцах (Гц).

Длина волны и частота связаны между собой через скорость света по формуле: λ = c/ν, где c — скорость света в вакууме.

Длина волны определяет частотность колебаний: чем больше длина волны, тем меньше частота и наоборот. Например, у радиоволны большая длина волны и низкая частота, а рентгеновские лучи имеют короткую волну и высокую частотность.

Длина волны и частота обратно пропорциональны: чем больше длина волны, тем меньше частота, и наоборот.

Свойства электромагнитных волн:

• поглощение веществом;

• преломления;

• отражения;

• дифракция;

• интерференция;

• поляризация.

V. Закрепление новых знаний и умений

1. Ответить на вопросы:

• Что такое электромагнитная волна?

• Кто создал теорию электромагнитной волны?

• С какой скоростью в вакууме распространяются электромагнитные волны?

• Как изменяется скорость электромагнитных волн в среде?

• Как зависит длина волны от частоты колебания?

• Кто изучил свойства электромагнитных волн?

• Где используются электромагнитные волны? (Ответ: сотовый телефон, микроволновая печь, телевидение, радиовещание и т.д.)

1. Решение задач

1. На каком расстоянии от радиолокатора находится цель, если отраженный от нее сигнал вернулся через 300 мкс?

2. В каком диапазоне длин волн работает приемник, если емкость конденсатора его колебательного контура изменяется от 50 до 500 пФ, а индуктивность катушки постоянна и составляет 2 мкГн?

VI. Подведение итогов урока

VII. Рефлексия

• Сегодня я узнал…

• Было интересно…

• Я понял…

• Я научился

• Меня удивило…

VIII. Домашнее задание

1. Изучить § 36,39

2. Дополнительное задание: решить задачу:

Высота излучательной антенны телецентра пороков уровнем земли равна 300 м, а высота приемной антенны – З0 м. На каком максимальном расстоянии от телецентра осуществляется правом? (Подсказка: Земля имеет форму сферы радиусом 6400 км.)

Используемые источники

1. Учебник: Физика 11 класс. Классический уровень - Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б., Чаругин В.М, Парфентьева Н.А.

2. https://ru.ruwiki.ru/wiki/Хронология_радио

3. https://skysmart.ru/articles/physics/elektromagnitnye-volny

4. https://resh.edu.ru/subject/lesson/4913/conspect/?ysclid=mfmwek30ia623762019

П риложение

Генрих Рудольф Герц (22 февраля 1857, Гамбург – 1 января 1894, Бонн) – немецкий физик, один из основоположников электродинамики. Известен экспериментальным подтверждением электромагнитной теории света Джеймса Максвелла, а также открытием фотоэффекта.

М айкл Фарадей (22 сентября 1791, Лондон – 25 августа 1867, Лондон) – английский физик-экспериментатор и химик. Внёс вклад в развитие физики и химии, основоположник учения об электромагнитном поле.

Джеймс Клерк Максвелл (13 июня 1831, Эдинбург, Шотландия – 5 ноября 1879, Кембридж, Англия) – британский (шотландский) физик, математик и механик. Создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики.

Александр Степанович Попов (4 (16) марта 1859 – 31 декабря 1905 (13 января 1906)) – русский физик и электротехник, один из изобретателей радио.

Ханс Кристиан Эрстед (14 августа 1777, Рудкёбинг, остров Лангеланн – 9 марта 1851, Копенгаген) – датский физик, исследователь явлений электромагнетизма.