Изучение электромагнитных волн. Опыты Герца - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Задачи урока: изучить процессы в открытом колебательном контуре; познакомить с фундаментальными опытами Герца и раскрыть их значение; рассмотреть причинно-следственные связи в процессе изучения электромагнитной волны.

Ход урока

I. В начале урока учитель обозначает вопросы, на которые после изучения материала надо будет ответить. Этим достигается мотивация деятельности, одновременно сообщается план работы. Вопросы: что такое электромагнитное поле? В чём значение этого понятия? Как доказать, что электромагнитное поле действительно существует? Как осуществляются электромагнитные взаимодействия? В чём суть гипотезы Максвелла? Как обеспечить интенсивное излучение электромагнитных волн? Каковы основные характеристики электромагнитной волны? От чего они зависят? Какова принципиальная схема опыта Герца? В чём научное и практическое значение опыта? Каково устройство и принцип действия вибратора Герца?

II. Изучение нового материала начинается с выделения определённых понятий.

Задание. Объясните физические явления, происходящие в колебательном контуре (см. рис. 53, 70). Вопросы для обсуждения: изменяется ли электрическое поле внутри конденсатора при его разрядке? Аргументируйте ответ. Можно ли считать это поле вихревым? Порождает ли оно магнитное поле? Может ли переменное магнитное поле порождать вихревое электрическое поле? Излучаются ли в данном случае электромагнитные волны? (Ответ. В принципе происходит излучение волн, но оно практически ничтожно.) Как обеспечить интенсивное излучение волн?

Далее следует рассказ учителя с элементами беседы. Вопросы для организации беседы: может ли равномерно движущийся заряд излучать электромагнитные волны? В каком случае заряд излучает? Зависит ли интенсивность излучения от ускорения? Как можно обеспечить ускоренное движение зарядов? (Ответ. В колебательном процессе.) Как практически получают электромагнитные колебания? От чего зависит частота колебаний? (Формулу записывает на доске ученик.) Как обеспечить распространение в пространстве электромагнитных волн, возникающих лишь локально в области конденсатора?

Далее с помощью рисунка 6.7 учебника вводят понятие об открытом колебательном контуре. Обсуждают вопрос: как подвести энергию в контур, чтобы излучение было непрерывным? (Ответ. Это можно сделать с помощью индуктивной связи — рис. 72.) Как надо менять площадь пластин конденсатора и число витков катушки (чем больше число витков, тем больше индуктивность), чтобы получить высокочастотные колебания? После нескольких предположений учитель формулирует вывод: колебательный контур в этом случае имеет вид, показанный на рисунке 6.8 учебника.

Для удобства подвода энергии и создания электромагнитных колебаний провод разрезают посередине, к частям подводят высокое напряжение (рис. 6.9 учебника). Такое устройство получило название “вибратор Герца”. На рисунке 73, а приведены схемы вибратора I и резонатора II, которые использовал Герц. В качестве резонатора или приёмного вибратора используется проволока с искровым промежутком. В результате опытов было экспериментально доказано существование электромагнитных волн, чем было блестяще подтверждено теоретическое предсказание Максвелла.

Опыт 1. Излучение и приём электромагнитных волн (ДЭ-2, с. 133). Демонстрация аналогична опытам Герца. Для приёма можно использовать приёмник или осциллограф с дипольной антенной. Структурная схема опыта изображена на рисунке 73, б. Роль диполя могут выполнять просто стержни от прибора “Разряд-1”. Обсуждают вопросы: как доказать, что приёмник регистрирует действительно электромагнитную волну от вибратора? (Ответ. Прекратить разряд, экранировать волны металлической пластиной.) Можно ли с помощью установки привести доказательства непрерывности электромагнитного поля?

Опыт 2. Демонстрация некоторых свойств электромагнитных волн. Вопросы для обсуждения: что можно сказать о частоте электромагнитных волн по виду осциллограммы? При каком расположении приёмного диполя волна регистрируется лучше? Как с помощью опыта доказать, что электромагнитное поле переносит энергию? Почему при удалении приёмного диполя амплитуда сигнала ослабевает? Проходит ли волна через металлический экран?

III. В конце урока школьники письменно с помощью учебника отвечают на вопросы. Оценка работы может быть осуществлена по-разному: взаимопроверка, проверка учителем по выбору, домашняя проверка всех работ двумя школьниками.

IV. Домашнее задание: § 36* (часть); П., № 693—695.