Téma: elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny Ako sa musí nabitá častica pohybovať, aby

Zoznámili sme sa s mechanickým vlnením. Mechanické vlny sa šíria v látke: plyn, kvapalina alebo tuhá látka. Existuje však aj iný druh vĺn, ktoré na svoje šírenie nepotrebujú žiadnu látku. Sú to elektromagnetické vlny. Patria sem najmä rádiové vlny a svetlo. Elektromagnetické pole môže existovať vo vákuu, teda v priestore, ktorý neobsahuje atómy. Napriek výraznému rozdielu medzi elektromagnetickými vlnami a mechanickými vlnami sa elektromagnetické vlny pri šírení správajú podobne ako mechanické. Mechanické vlny vznikajú v dôsledku interakcie medzi časticami hmoty. Pozrime sa, ako sa tvoria vlny elektromagnetického poľa. Ako sa šíria elektromagnetické interakcie. Základné zákony prírody, medzi ktoré patria zákony elektromagnetizmu objavené Maxwellom, sú pozoruhodné v nasledujúcom ohľade: môžu dať oveľa viac, než je obsiahnuté v faktoch, na základe ktorých boli získané. Spomedzi nespočetných, veľmi zaujímavých a dôležitých dôsledkov, ktoré vyplývajú z Maxwellových zákonov elektromagnetického poľa, si jeden zaslúži osobitnú pozornosť. Toto je záver, že elektromagnetická interakcia sa šíri konečnou rýchlosťou. Podľa teórie pôsobenia na veľké vzdialenosti sa Coulombova sila pôsobiaca na elektrický náboj okamžite zmení, ak dôjde k premiestneniu susedného náboja. Akcia sa prenáša okamžite. Z hľadiska pôsobenia na diaľku to nemôže byť inak: veď jeden náboj priamo cez prázdnotu „cíti“ prítomnosť toho druhého. Podľa konceptu akcie na krátke vzdialenosti sa všetko deje úplne iným a oveľa komplikovanejším spôsobom. Pohybom náboja sa mení elektrické pole v jeho blízkosti. Toto striedavé elektrické pole vytvára striedavé magnetické pole v priľahlých oblastiach vesmíru. Striedavé magnetické pole zase generuje striedavé elektrické pole atď. Pohyb náboja tak spôsobí „výbuch“ elektromagnetického poľa, ktoré sa šíri a pokrýva stále viac oblastí okolitého priestoru a prebudováva toto pole pozdĺž spôsob, ktorý existoval pred vytlačením náboja. Nakoniec tento „výbuch“ dosiahne ďalší náboj, čo vedie k zmene sily, ktorá naň pôsobí. To sa však nestane v okamihu, keď došlo k posunutiu prvého náboja. Proces šírenia elektromagnetického rušenia, ktorého mechanizmus objavil Maxwell, prebieha konečnou, aj keď veľmi vysokou rýchlosťou. Toto je základná vlastnosť poľa, ktorá nenechá nikoho na pochybách o jeho reálnosti. Maxwell matematicky dokázal, že rýchlosť šírenia tohto procesu sa rovná rýchlosti svetla vo vákuu. Elektromagnetická vlna. Predstavte si, že elektrický náboj nie je jednoducho premiestnený z jedného bodu do druhého, ale je uvedený do rýchlych oscilácií pozdĺž určitej priamky. Náboj sa pohybuje ako teleso zavesené na pružine, ale len jeho kmity sa vyskytujú s oveľa vyššou frekvenciou. Potom sa elektrické pole v bezprostrednej blízkosti náboja začne periodicky meniť. Obdobie týchto zmien sa bude samozrejme rovnať obdobiu kolísania poplatku. Striedavé elektrické pole bude generovať periodicky sa meniace magnetické pole, ktoré zase spôsobí objavenie sa striedavého elektrického poľa vo väčšej vzdialenosti od náboja atď. Nebudeme sa podrobne zaoberať zložitým procesom vzniku elektromagnetického poľa generovaného oscilačným ... Tu je len konečný výsledok. priestor obklopujúci náboj, zachytávajúci stále väčšie a väčšie plochy, sa objavuje systém vzájomne kolmých, periodicky sa meniacich elektrických a magnetických polí QHa Obrázok 120 ukazuje „snímku“ takéhoto systému polí vo veľkej vzdialenosti od oscilujúceho náboja. Vzniká takzvaná elektromagnetická vlna, ktorá sa šíri všetkými smermi od oscilujúceho náboja. Nemyslite si, že elektromagnetická vlna znázornená na obrázku 120, podobne ako vlna na hladine vody, je narušením akéhokoľvek média. Obrázok ukazuje v určitej mierke vektory E a B v rôznych bodoch priestoru ležiacich na osi Oz v pevnom časovom okamihu. Nie sú tu žiadne hrebene a priehlbiny média, ako v prípade mechanických vĺn na vodnej hladine. V každom bode priestoru sa elektrické a magnetické polia periodicky v čase menia. Čím ďalej je bod od náboja, tým neskôr budú dosahovať kolísanie jeho poľa. V dôsledku toho v rôznych vzdialenostiach od náboja dochádza k osciláciám s rôznymi fázami. Oscilácie vektorov E a B sa v ktoromkoľvek bode fázovo zhodujú. Vzdialenosť medzi dvoma najbližšími bodmi, v ktorých dochádza k osciláciám v rovnakých fázach, je vlnová dĺžka X. V danom čase sa vektory E a B periodicky menia v priestore s periódou X. Smery oscilačných vektorov el. intenzita poľa a indukcia magnetického poľa sú kolmé na smer šírenia vlny. Elektromagnetická vlna je priečna. Takže vektory? a B v elektromagnetickej vlne sú na seba kolmé a kolmé na smer šírenia vlny. Ak otočíte kolieskom vpravo z vektora E do vektora B, potom sa translačný pohyb kolieska zhoduje s vektorom rýchlosti vlny c Vyžarovanie elektromagnetických vĺn. Elektromagnetické vlny sú emitované oscilačnými nábojmi. V tomto prípade je nevyhnutné, aby sa rýchlosť pohybu takýchto nábojov menila s časom, teda aby sa pohybovali so zrýchlením. Prítomnosť zrýchlenia je hlavnou podmienkou pre emisiu elektromagnetických vĺn. Elektromagnetické pole sa citeľne vyžaruje nielen pri kolísaní náboja, ale aj pri akejkoľvek rýchlej zmene jeho rýchlosti. Intenzita vyžarovanej vlny je tým väčšia, čím väčšie je zrýchlenie, s ktorým sa náboj pohybuje. Jasne si to viete predstaviť takto. Keď sa nabitá častica pohybuje konštantnou rýchlosťou, elektrické a magnetické polia, ktoré vytvára, ako vlniaci sa oblak, sprevádzajú časticu. Keď sa častica zrýchli, odhalí sa inertnosť elektromagnetického poľa. Pole sa „odtrhne“ od častice a začne nezávislá existencia vo forme elektromagnetických vĺn. Energia elektromagnetického poľa vlny sa v danom okamihu v priestore periodicky mení so zmenou vektorov E a B. Postupujúca vlna nesie so sebou energiu pohybujúcu sa rýchlosťou c v smere šírenia vlny. V dôsledku toho sa energia elektromagnetickej vlny v akejkoľvek oblasti priestoru v priebehu času periodicky mení. Maxwell bol hlboko presvedčený o realite elektromagnetických vĺn. Ich experimentálneho objavu sa ale nedožil. Len 10 rokov po jeho smrti Hertz experimentálne získal elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny vznikajú v dôsledku skutočnosti, že striedavé elektrické pole vytvára striedavé magnetické pole. Toto striedavé magnetické pole zase vytvára striedavé elektrické pole. 1. Ako sú navzájom orientované vektory E, B a c v elektromagnetickej vlne! 2. Ako sa má častica pohybovať, aby vysielala elektromagnetické vlny!

Účel: zvážiť vlastnosti elektromagnetických vĺn.

Počas vyučovania

I. Opakovanie. Konverzácia

1. Čo je Maxwellova hypotéza?

2. Popíšte proces vzniku elektromagnetickej vlny.

3. Čo je to elektromagnetické vlnenie?

4. Čo určuje rýchlosť elektromagnetického vlnenia?

II. Samostatná práca

1. Čo sú to elektromagnetické vlny?

A. Premenlivé magnetické pole šíriace sa v priestore.

B. Premenlivé elektrické pole šíriace sa v priestore.

C. Premenlivé elektromagnetické pole šíriace sa v priestore.

2. Aké sú hlavné ustanovenia Maxwellovej teórie elektromagnetického poľa?

A. Pri akejkoľvek zmene elektrického poľa sa objaví vírivé magnetické pole, ktoré sa šíri rýchlosťou svetla.

B. Pri akejkoľvek zmene magnetického poľa vzniká striedavé vírivé elektrické pole, šíriace sa v okolitom priestore rýchlosťou svetla.

B. Pri akejkoľvek zmene magnetického poľa vzniká striedavé vírivé elektrické pole, v ktorom vektor intenzity E: Pri zmene elektrického poľa vzniká magnetické pole, v ktorom sa indukčný vektor šíri v okolitom priestore rýchlosťou svetlo.

3. Ako sa zmení dĺžka elektromagnetických vĺn vyžarovaných oscilačným obvodom vo vzduchu, ak sa kapacita oscilačného obvodu zvýši 4-krát?

A. Zníži sa 4-krát.

B. Zvýši sa 2-krát.

B. Zvýši sa 4-krát.

4. Aká je vzájomná orientácia vektorov B, E, V?

A. Všetky tri vektory sú navzájom kolmé.

B. Vektor B sa zhoduje s vektorom E a je kolmý na vektor V.

B. Vektor B sa zhoduje s vektorom V, ale je kolmý na vektor E.

5. Určte frekvenciu kmitania elektromagnetických vĺn, ak je ich dĺžka 2 cm.

A. 0,7 10 6 Hz.

B. 6 10 6 Hz.

V. 1,5 · 10 6 Hz.

6. Ako by sa mala pohybovať nabitá častica, aby generovala elektromagnetické žiarenie?

A. Pri konštantnej rýchlosti.

B. Buďte v pokoji.

B. Pohybujte sa zrýchlením.

7. Je možné zvoliť referenčný rámec, v ktorom by sa nachádzala iba magnetická zložka B?

A. Nemôžeš.

B. Je to možné, ak sa systém pohybuje rovnakou rýchlosťou ako elektrón.

Q. Je to možné, ak sa systém pohybuje rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť elektrónu.

Odpovede: 1. C. 2. C. 3. B. 4. A. 5. C. 6. C. 7. A.

III. Učenie sa nového materiálu

Elektromagnetická vlna vzniká v dôsledku prepojenia striedavých elektrických a magnetických polí. Čím rýchlejšie sa mení magnetická indukcia v čase, tým väčšia je intenzita výsledného elektrického poľa a naopak. Na vytvorenie intenzívnych elektromagnetických vĺn sú potrebné elektromagnetické oscilácie dostatočne vysokej frekvencie. Môžu byť získané pomocou oscilačného obvodu.

G. Hertz použil na získavanie elektromagnetických vĺn zariadenie, ktoré sa dnes nazýva Hertzov vibrátor. (Je to otvorený oscilačný obvod.)

Na vybudenie vibrácií v takomto obvode bol drôt v strede prerezaný, pričom zostala malá vzduchová medzera. Obe časti drôtu boli nabité na vysoký rozdiel potenciálov, keď rozdiel potenciálov prekročil určitú hraničnú hodnotu, preskočila iskra, okruh sa uzavrel a v otvorenom okruhu sa objavili oscilácie. Utlmili, keďže obvod má aktívny odpor, vibrátor vyžaroval elektromagnetickú vlnu a stratil energiu.

Elektromagnetické vlny sa zaznamenávali pomocou prijímacieho vibrátora (rezonátora), čo je rovnaké zariadenie ako vysielací vibrátor. Pôsobením striedavého elektrického poľa elektromagnetické vlny v prijímači vybudia osciláciu prúdu. Ak sa prirodzená frekvencia prijímača zhodovala s frekvenciou elektromagnetickej vlny, bola pozorovaná rezonancia. Oscilácie v rezonátore nastali s veľkou amplitúdou, keď bol umiestnený rovnobežne s vyžarujúcim vibrátorom.

Hertz objavil tieto vibrácie pozorovaním iskier vo veľmi malej medzere medzi vodičmi prijímacieho vibrátora. Hertz nielenže prijímal elektromagnetické vlny, ale tiež zistil, že sa správajú ako iné typy vĺn.

Ukážka vlastností elektromagnetických vĺn pomocou mikrovlnného generátora. Elektromagnetické vlny sú vyžarované anténou klaksónu v smere osi klaksónu. Prijímacia anténa vo forme rovnakého rohu zachytáva vlny, ktoré sa šíria pozdĺž osi.

Môžete demonštrovať:

1. Absorpcia elektromagnetických vĺn.

2. Odraz.

3. Refrakcia.

4. Priečne.

Elektromagnetické vlny majú množstvo dôležitých vlastností.

1. Vyžarované zrýchlenými pohybmi nábojov a E ~ a.

2. Elektromagnetické vlny sa môžu šíriť nielen v rôznych prostrediach, ale aj vo vákuu.

3. Rýchlosť vo vákuu - sa zhoduje s rýchlosťou svetla.

4. Rýchlosť elektromagnetických vĺn v hmote je nižšia ako rýchlosť vo vákuu.

5. Pri prechode elektromagnetickej vlny z jedného média do druhého sa frekvencia vlny nemení.

6. Elektromagnetické vlny môžu byť absorbované hmotou.

7. Refraktujte a reflektujte. (Ukážka.)

8. Elektromagnetická vlna je priečna. (Ukážka.)

9. Hustota elektrického poľa v elektromagnetickej vlne sa rovná hustote magnetického poľa.

10. Hustota energie elektromagnetického poľa vo vlne šíriacej sa vo vákuu je úmerná druhej mocnine elektrickej sily:

11. Intenzita elektromagnetickej vlny je úmerná strednej štvorci sily elektrického poľa vo vlne.

12. Intenzita je úmerná štvrtej mocnine jeho frekvencie. I ~ V 4.

IV. Upevnenie toho, čo sa naučilo

1. Čo je zdrojom elektromagnetických vĺn?

2. Čo je merač elektromagnetických vĺn?

3. Ako funguje Hertzov vibrátor, aký je princíp jeho činnosti?

4. Aká je rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vzduchu?

5. Uveďte hlavné vlastnosti elektromagnetických vĺn.

Domáca úloha

S. 98 a 99. Úlohy 449-451.

Anglický vedec J. Maxwell v roku 1865, opierajúc sa najmä o práce M. Faradaya, dostal systém rovníc popisujúcich elektromagnetické pole. Z týchto rovníc vyplýva, že elektromagnetické pole sa môže vo vákuu šíriť vo forme elektromagnetickej vlny s konečnou rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla c = 300 tisíc km/s.

V roku 1887 nemecký vedec G. Hertz experimentálne objavil elektromagnetické vlny a skúmal ich vlastnosti pomocou vysokofrekvenčného iskriska (Hertzov vibrátor, čo je otvorený oscilačný obvod) a prijímacieho dipólu ako experimentálneho zariadenia.

Jedným z prvých, ktorí študovali elektromagnetické vlny v Rusku, bol A.S. Popov. 7. mája 1895 prvýkrát predviedol rádiotelegrafickú komunikáciu na stretnutí Ruskej fyzikálno-chemickej spoločnosti v Petrohrade.

Za dôležitý krok vo vývoji rádiovej komunikácie treba považovať vytvorenie generátora kontinuálnych vysokofrekvenčných elektromagnetických oscilácií v roku 1913. Bolo možné realizovať rádiotelefónnu komunikáciu - prenos zvukových informácií pomocou elektromagnetických vĺn.

V súčasnosti sa elektromagnetické zázraky používajú v rádiovej komunikácii, radare, televízii.

Základné zhrnutie na tému "Elektromagnetické vlny"

Šírenie rádiových vĺn

Šírenie rádiových vĺn je ovplyvnené tvarom a fyzikálnymi vlastnosťami zemského povrchu a stavom atmosféry.

Dlhé, priemer, krátke, ultra krátke vlny sa využívajú v telegrafii, rozhlasovom vysielaní, televízii, radare a pod.

Centimetre a milimeter vlny sa získavajú v magnetrónových, klystronových generátoroch a maseroch. Používajú sa v radare, rádiovej spektroskopii a radare.

Otázky na sebakontrolu na bloku "Elektromagnetické vlny"

1. Kto a kedy predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn, objavil elektromagnetické vlny, prvýkrát použil elektromagnetické vlny na rádiovú komunikáciu?
2. Ako by sa mala nabitá častica pohybovať, aby mohla vyžarovať elektromagnetické vlny?
3. Ako vysvetliť emisiu vĺn otvoreným oscilačným obvodom?
4. Ako sú navzájom orientované vektory intenzity elektrického poľa a indukcie magnetického poľa v elektromagnetickej vlne?
5. Čo sa nazýva detekcia vibrácií?
6. Na čo slúži oscilačná modulácia?
7. Ako funguje najjednoduchší rádiový detektor?
8. Uveďte vlastnosti elektromagnetických vĺn, ktoré poznáte.
9. Aké sú princípy fungovania radarovej stanice?
10. Čo ovplyvňuje šírenie rádiových vĺn?

ROZVÍJANIE LEKCIE FYZIKY

V 11 TRIEDE

TÉMA: ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY.

VYPLNÍ: učiteľ fyziky

TÉMA: Elektromagnetické vlny.

LEKCIA 24/2 Vynález rádia. Princípy rádiovej komunikácie.

TYP LEKCIE: Skupinová práca (2h)

ÚČELY A CIELE HODINY:

· Pokračovať v edukačnej práci na danú tému.

· Oboznámiť žiakov s praktickou aplikáciou elektromagnetických vĺn, odhaliť fyzikálny princíp rádiovej komunikácie, zvážiť zariadenie najjednoduchšieho rádiového prijímača, zoznámiť sa s pojmami modulácia a detekcia.

· Podporovať rozvoj takých vlastností, akými sú: zmysel pre kolektivizmus, zodpovednosť za spoločnú vec.

· Pokračujte v práci na formovaní takých zručností, ako sú: plánovanie vašej odpovede, práca s učebnicou, s rádiotechnickými obvodmi.

· Podporovať rozvoj vôle a vytrvalosti pri učení zapojením študentov do diskusií v triede.

Vybavenie: kartičky - zadania pre skupiny, obvody rádioprijímačov, počítač s projektorom a plátnom.

POČAS TRIED:

1. AKTIVÁCIA A OPAKOVANIE VEDOMOSTÍ ŽIAKOV:

Otázky týkajúce sa domácich úloh sa prediskutujú s triedou:

· Čo je to elektromagnetické vlnenie?

· Ako sú navzájom orientované vektory E, B a c v elektromagnetickej vlne?

· Ako by sa mala častica pohybovať, aby mohla vyžarovať elektromagnetické vlny?

· Čo je otvorený oscilačný obvod?

· Povedzte nám o Hertzových experimentoch.

· Čo je intenzita vĺn?

· Prečo striedavý prúd v osvetľovacej sieti prakticky nevyžaruje elektromagnetické vlny?

2. Štúdium nového učebného materiálu:

Trieda je rozdelená na skupiny, ktoré dostávajú rôzne úlohy, dostávajú čas na prípravu, v skupine je silný žiak, ktorý radí a kontroluje výchovnú prácu ostatných.

Skupiny dostávajú úlohy:

Skupina úloh číslo 1

· Vynález rádia.

· Zariadenie Popova.

2. Vyriešte problém: Aký rozsah vlnových dĺžok môže prijímať rádiový prijímač, ak sa kapacita kondenzátora mení od 30 do 300 pF a indukčnosť cievky je od 40 do 100 μH?

3. Nájdite chyby v obvode (skupine je ponúknutý obvod na nesprávne zapnutie oscilačného obvodu v rádiovom prijímači)

Skupina úloh číslo 2

1. Pripravte si teoretický materiál na nasledujúce otázky:

· Aký je proces rádiovej komunikácie?

· Vysvetlite proces modulácie.

2. Vyriešte problém: Rádiový prijímač pracuje vo frekvenčnom rozsahu od 20 do 40 MHz. Kapacita kondenzátora sa môže meniť od 50 do 600 pF. Ako sa mení indukčnosť cievky?

3. Hľadajte chyby v obvode. (skupine je ponúknutá nesprávna schéma

rádio).

Skupina úloh číslo 3

1. Pripravte si teoretický materiál na nasledujúce otázky:

· Ako sa vykonáva amplitúdová modulácia?

· Aký je proces detekcie?

2. Vyriešte úlohu: Rádiový vysielač vyžaruje elektromagnetické vlny dlhé 500 m. Určte elektrickú kapacitu kondenzátora v jeho oscilačnom obvode, ak je jeho indukčnosť 1,5 mH.

3. Nakreslite schému rádiového prijímača. Aký je účel jeho častí?

3. Kontrola osvojenia si vzdelávacieho materiálu a praktických zručností žiakov.

· Skupinoví kandidáti prezentujú teoretické materiály.

· Problémy sa riešia komentármi pri tabuli.

Upravené obvody sa rozoberú na doske pomocou

projekcie na obrazovke pomocou počítača.

4. Odpovede študentov sa analyzujú a ohodnotia.