Свойства электромагнитных волн - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Задачи урока: изучить основные свойства электромагнитных волн: непрерывность, затухание, перенос энергии, отражение и преломление; продолжить формирование умений наблюдать физические явления и сравнивать их свойства, строить суждения и умозаключения об изучаемых фактах.

Ход урока

I. В начале урока целесообразно краткое повторение изученного материала с целью контроля и совершенствования знаний школьников. Первый ученик ставит и объясняет опыт по изучению электромагнитных волн (см. рис. 73), второй готовит у доски ответ о вибраторе Герца. Фронтально обсуждают вопросы: что называют электромагнитным полем? Как передаётся электромагнитное взаимодействие?

II. Изучение нового материала начинается с конкретизации знаний о волнах. Вопросы: что называют волной? Распространение каких колебаний происходит в электромагнитной волне? Какие два вида волн изучались? К какому виду относится электромагнитная волна? (Учитель обращает внимание школьников на рисунок 74.)

Далее учитель сообщает, что все волновые явления характеризуются общими свойствами.

Логично следует вопрос: какие свойства механических волн мы изучали? В зависимости от ответа последовательно рассматривается проявление этих свойств у электромагнитной волны.

1. Непрерывность. Вопросы: можно ли указать границу существующей волны? Как доказать, что электромагнитные волны непрерывны? Приводят пример: приём сигнала в разных точках пространства.

2. Перенос энергии волной. (Следует краткое повторение ранее изученного материала.)

3. Затухание волн. Вопросы: почему электромагнитные волны затухают с расстоянием? (Ответ. Происходит рассеяние энергии волны; энергия волны может расходоваться на колебания заряженных частиц и др.) Чем определяется энергия волны? (Ответ. Она состоит из энергии электрического и магнитного полей. На доске записывают формулу W = W_Э + W_М.)

Далее вводят понятие “плотность потока излучения”. Это физическая величина, характеризующая поток энергии, проходящей за единицу времени через единичную поверхность, перпендикулярную излучению. Учитель записывает формулу

Вопрос: какую ещё характеристику электромагнитного поля мы изучали? В беседе выясняется, что это плотность электромагнитной энергии. Энергия электромагнитного поля (волны) в единице объёма определяется по формуле

Второе слагаемое легко получить, используя формулы, рассмотренные в теме “Электромагнитная индукция”:

Перед школьниками учитель ставит задачу: установить связь между двумя энергетическими характеристиками. Для этого используют учебник, делают записи в тетрадях. Обсуждают вопросы: от чего зависит плотность потока излучения? Зависит ли плотность потока излучения от расстояния до источника излучения (рис. 75)? Что называют точечным источником излучения? Зависит ли плотность потока излучения от частоты колебаний заряженных частиц?

При организации беседы дополнительно задают следующие вопросы: как зависит напряжённость электрического поля от ускорения излучающих частиц? Как зависит ускорение от частоты колебаний частиц? Как зависит плотность потока излучения от напряжённости электрического поля и магнитной индукции магнитного поля? Какое практическое значение имеет такая сильная зависимость плотности потока излучения от частоты колебаний заряженных частиц?

Учитель сообщает, что впервые понятие о плотности потока энергии использовал выдающийся русский физик Н. А. Умов (1846—1915). Он внёс большой вклад в развитие идеи близкодействия. Основываясь на этой идее, он изучал “движение” энергии в средах.

4. Отражение и преломление волн. Демонстрируют опыт с генератором сантиметровых волн (ДЭ-2, опыт 60). На рисунках 76, 77 показаны положения излучателя 1 и приёмника 2 волн. Вопросы для обсуждения: почему в первом случае (см. рис. 76) без металлической пластинки приём волн слабый или его совсем нет? При любом ли положении пластинки происходит хороший приём волн? О чём это говорит? (Измерение углов падения и отражения может провести ученик.)

При переходе к изучению явления преломления учитель задаёт вопросы: все ли вещества отражают волны? (Опыты с листом бумаги, пластинкой из стекла и др.) Влияют ли неметаллические тела на прохождение волн? (Опыт с призмой 3.) Можно ли электромагнитные волны сфокусировать? (Опыт с плосковыпуклой линзой из диэлектрика.)

В заключение обсуждают проблему: можно ли высказать гипотезу о некоторых общих свойствах света и электромагнитных волн? (Ответ. В поведении света и электромагнитных волн много общего: отражение, преломление и др.) Первое знакомство с проблемой готовит учащихся в дальнейшем к обобщению.

III. Закрепление изученного материала происходит при обсуждении выполнения индивидуальных экспериментальных заданий. В зависимости от наличия времени выступает один или два школьника.

1. Как экспериментально доказать, что электромагнитные волны затухают? (Возможно несколько вариантов решений; например, один из них состоит в использовании электрофорной машины и осциллографа.)

2. Даны две коробки приблизительно одинакового веса и размера. Экспериментально определите, в какой из них и как расположена пластинка из алюминия. Оборудование: генератор сантиметровых волн и приёмник с дипольной антенной, ВУП-2, УНЧ, громкоговоритель.

IV. Домашнее задание: § 36* (часть), 39 (часть); упр. на с. 150 (ЕГЭ). Индивидуальное задание: исследовать с помощью транзисторного радиоприёмника или телевизионного приёмника с комнатной антенной приём электромагнитных волн в вашей комнате. (Примечание. При наличии времени на изучение плотности потока электромагнитного излучения отводится специальный урок.)