Урок в 11 классе по теме: "Электромагнитные волны"

Урок по физике по теме: «Электромагнитные волны» 11 класс

г. Шацк, 2019 г.

Подготовил учитель физики и математики ОГБОУ «Шацкая школа-интернат» Ячменников А.М., 1-ая квалификационная категория

Цели урока:

Учебные: 1) рассмотреть этапы создания теории электромагнитного поля и экспериментального подтверждения этой теории;

2) Выяснить, что же такое электромагнитные волны;

3) ознакомить учащихся с особенностями распространения электромагнитных волн.

Воспитательная: ознакомить учащихся с интересными эпизодами биографии Г. Герца, М. Фарадея, Д. К. Максвелла, Х. К. Эрстеда, А. С. Попова.

Развивающая: способствовать развитию интереса к предмету.

Демонтрации: слайды.

Ход урока

1. Оргмомент.

Здравствуйте дети! Здравствуйте уважаемые гости! Усаживайтесь поудобнее. Надеюсь, что сегодня на уроке вам не придется скучать. Итак, мы приступаем.

1. Окрытие темы урока и его целей.

Я прошу всех закрыть глаза и представить, что вы видите сон. Ясный солнечный день. Вдруг гаснет Солнце. «Неужели солнечное затмение» - решили вы. Надо включить свет. Щелкаете выключателем, а света нет. Безобразие! Надо позвонить в РЭС. Что такое? И телефон не работает. Включаешь телевизор, а на нем черное полотно. Да что же это за день такой!

И тут вы просыпаетесь в холодном поту. Слава Богу! Это всего лишь сон.

Что же произошло с вами во сне? Просто на земле исчезли электромагнитные волны. К счастью, такого наяву произойти не может. Электромагнитные волны существуют независимо от нас: знаем мы о них или нет. Если бы они действительно пропали, то погасло бы Солнце. А если бы гениальные люди – ученые их не открыли, не было бы у нас ни телевизора, ни приемника, ни сотового телефона, ни микроволновки и многого другого.

Итак, как вы думаете, какова тема нашего урока?

Электромагнитные волны (слайд с названием темы)

Откройте тетради и запишите число и тему нашего урока.

Воздух, к примеру, хоть и мало заметен, но все же выдает себя: подул ветер, и мы его обнаружили. А как же увидеть электромагнитную волну? Вот она пришла на телефон, он принял сигнал и зазвонил. Где же волна? Кто ее видел? Никто. Поэтому одна из целей урока: выяснить, что такое электромагнитная волна?

Трудно искать то, не знаю что. И лишь гениальный ум ученых и долгий кропотливый труд позволил нам приобрести современные блага человечества. Поэтому другая цель нашего урока: выяснить как и кто из ученых внес свой вклад в открытие и использование электромагнитных волн.

Посмотрим, как проходили этапы открытия электромагнитных волн.

Запишите в тетради: Этапы открытия электромагнитных волн. Ваша задача, кратко записать, кто из ученых и когда совершил то или иное открытие в области электромагнетизма, чтобы у вас сложилась целостная картина того, как неизведанное становилось явью.

А сейчас Меркушин Андрей познакомит нас с первой искоркой в деле открытия электромагнитных волн.

Ханс Кристиан Эрстед (1820 г.) (СЛАЙД № 2 с изображением Эрстеда) датский физик, непременный секретарь Датского королевского общества (с 1815 года).

С 1806 года - профессор этого университета, с 1829 года одновременно директор Копенгагенской политехнической школы. Работы Эрстеда посвящены электричеству, акустике, молекулярной физике.

В 1820 году он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. Учащийся демонстрирует опыт Эрстеда с магнитной стрелкой, изображенный на слайде. При прохождении электрического тока по проводнику, магнитная стрелка, расположенная над ним, поворачивается.

Учитель. А что может подействовать на магнитную стрелку?

- Магнитное поле.

- Откуда оно взялось?

- Его создал электрический ток.

- А что такое электрический ток?

- Направленное движение заряженных частиц.

- Значит можем сделать вывод, что движущиеся заряженные частицы порождают магнитное поле.

Итак , что мы запишем: 1820 год Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку.

Вывод 1 Электрический ток (движущиеся заряженные частицы) порождает магнитное поле.

Сейчас Андрей нам продемонстрировал такой простой опыт, что кажется невероятным, что именно он положил начало дальнейшим гениальным открытиям ученых. О следующем этапе открытия электромагнитных волн нам расскажет Фролов Василий. (СЛАЙД № 3 с изображение Фарадея)

Гениальный ученый Майкл Фарадей был самоучкой. В школе получил только начальное образование, а затем в силу жизненных проблем работал и попутно изучал научно-популярную литературу по физике и химии. Позже Фарадей стал лаборантом у известного в то время химика, затем превзошел своего учителя и сделал много важного для развития таких наук, как физика и химия. В 1821 году Майкл Фарадей узнал об открытии Эрстеда, которое заключалось в том, что электрическое поле создает магнитное поле. После обдумывания этого явления, Фарадей задался целью получить из магнитного поля электрическое поле и в качестве постоянного напоминания он носил в кармане магнит. Через десять лет он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм в электричество: ~ магнитное поле создает ~ электрический ток.

Фролов Василий демонстрирует опыт по обнаружению индукционного тока. Цепь состоит из катушки и гальванометра, включенных последовательно. Если в катушку вносить магнит, то стрелка гальванометра отклоняется. Если магнит выводить из катушки, то стрелка гальванометра тоже отклоняется, только в другую сторону. Если магнит неподвижен, то тока нет. Значит, только меняющееся магнитное поле порождает индукционный ток. Это явление назвали явлением электромагнитной индукции.

Запишем: 1831 год Майкл Фарадей превратил магнетизм в электричество – открыл явление электромагнитной индукции.

Вывод 2. Меняющееся магнитное поле порождает электрический ток.

Теоретические обоснования открытия Фарадея осуществил английский ученый Максвелл Джеймс Клерк. Он родился именно в тот год, когда Фарадей сделал свое открытие (СЛАЙД №4 с изображением Максвелла) . Об этом нам расскажет Соломатина Катя.

Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят его имя. Эти уравнения говорили о том, что переменные магнитное и электрическое поля создают друг друга. Из этих уравнений следует, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле, а оно создает переменное магнитное поле. Кроме того, в его уравнениях была постоянная величина – это скорость света в вакууме. Т.е. из этой теории следовало, что электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью света в вакууме. Поистине гениальная работа была оценена многими учеными того времени, а А. Эйнштейн говорил, Что самым увлекательным во время его учения была теория Максвелла.

Запишем: 1864 год Максвелл создал теорию электромагнитного поля.

Вывод 3. Меняющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, снова порождает переменное магнитное поле и т.д.

Что же такое электромагнитная волна? (СЛАЙД №5 с изображением электромагнитной волны)

Мы выяснили, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое снова порождает переменное магнитное поле и т.д. Другими словами, происходит распространение в пространстве чередующихся переменного магнитного и электрического полей. Так как электрическое и магнитное поля отделить друг от друга невозможно, поле назвали электромагнитным. Это распространение электромагнитного поля и назвали электромагнитной волной.

Запишем: Электромагнитная волна – распространение в пространстве переменного электромагнитного поля.

Что создает электромагнитную волну? Переменное электромагнитное поле может создать, к примеру, переменный электрический ток. Действительно: периодически меняющие направление заряженные частицы создают и переменное электромагнитное поле. При этом заряженные частицы движутся с ускорением. Значит можно сделать вывод 4. Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении заряженных частиц.

Мы с вами уже изучили механические волны. Электромагнитная волна во много м схожа с механической (СЛАЙД №6 с формулами). Понятия длины волны, периода и частоты колебаний и формулы для их нахождения остаются прежними. Только под скоростью распространения электромагнитной волны подразумевается постоянная величина, равная скорости света в вакууме, т.е. 300000 км/с.

Но между ними есть одно существенное отличие. Ведь что такое механическая волна? (Распространение колебаний частиц в пространстве).Так как в вакууме частиц нет, то и распространяться механическая волна в нем не может. Электромагнитной волне для ее распространения среда не нужна.

Вывод 5 Электромагнитная волна может распространяться в вакууме и ее скорость равна скорости света.

Максвелл создал теорию электромагнитных волн, но что такое теория без ее экспериментального подтверждения – не более чем красивые формулы, связанные логическими рассуждениями. Он был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но, к сожалению, не дожил до их экспериментального обнаружения 10 лет.

О следующем этапе в изучении электромагнитных волн расскажет Шейх Мухамед (СЛАЙД №7 с изображением Герца). Экспериментально обнаружил электромагнитные волны немецкий физик Генрих Герц.

Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень сообразительным учеником. Ему нравились все предметы, которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи, работать на токарном станке. После окончания гимназии Герц поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть узким специалистом и поступил в Берлинский университет, чтобы стать ученым.

Еще, будучи студентом, Герц защитил докторскую диссертацию на «отлично» и получил звание доктора. Ему было 22 года. Ученый успешно занялся теоретическими исследованиями. Изучая теорию Максвелла, он показал высокие экспериментальные навыки, создал прибор, который называется сегодня антенной и с помощью передающей и приемной антенн осуществил создание и прием электромагнитной волны и изучил все свойства этих волн.

Запишем: 1887 год Генрих Герц экспериментально обнаружил существование электромагнитных волн.

Теперь дело стало за практическим применением электромагнитных волн (СЛАЙД № 8 с изображением Попова). Об этом нам расскажет Эльзодов Тимур.

В 1895 году русский физик Александр Сергеевич Попов совершенствует приемную и передающую антенну и осуществляет связь на расстоянии 250 м, затем на 600 м. В 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии 20 км, а в 1901 – на 150 км. В 1900 году радиосвязь помогла провести спасательные работы в Финском заливе. В 1901 году итальянский инженер Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Запишем: 1895 год А.С.Попов осуществил радиотелеграфную связь.

Итак, посмотрите сколько лет потребовалось гениальным ученым, чтобы от открытия Эрстеда дойти до практического применения электромагнитных волн? Не просто человечество получила те блага, о которых речь шла вначале урока.

Закрепление

Ответьте на вопросы: (СЛАЙД №9)

Что такое электромагнитная волна?

Кто создал теорию электромагнитной волны?

Кто изучил свойства электромагнитных волн?

Чтобы ответить на следующие вопросы (СЛАЙД № 10), вспомните формулы, связывающие понятия скорость, частота, длина волны, период, полученные для механических волн, учтя при этом, что v=c. Запишите на доске формулы длины волны через период и частоту колебаний и ответьте на два первых вопроса:

1. Как зависит длина волны от частоты колебаний?

2. Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза?

3. Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более плотную среду?

Мы сможем ответить на этот вопрос? … Нет, т.к. этот вопрос мы в течении урока не рассматривали. Запишите этот вопрос в тетрадь. Ответьте на этот вопрос дома самостоятельно. Продолжим:

1. Что является причиной излучения электромагнитной волны?

2. Где используются электромагнитные волны?

Итог урока

Итак, что же нового вы сегодня узнали на уроке?

Выслушиваю ответы учащихся.

Понравился ли вам урок?

Домашнее задание (СЛАЙД 11)

Необходимо подготовить сообщения о различных видах электромагнитного излучения, перечислив их особенности, и рассказать об их применении в жизни человека. Сообщение по длительности должно составлять пять минут.

1. Радиоволны

2. Инфракрасное излучение

3. Видимый свет

4. Ультрафиолетовое излучение

5. Рентгеновское излучение

6. Гамма излучение

(СЛАЙД № 12)

Спасибо за внимание и за работу!!!

Литература

1. Мякишев Г.Я. Физика 11 класс. – М. : Просвещение, 2014.

2. Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. – М., 1983.