Свойства электромагнитных волн (продолжение) - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Задачи урока: познакомить с основными свойствами электромагнитных волн: интерференцией, дифракцией, поляризацией; продолжить формирование мировоззрения школьников, раскрывая роль теории в объяснении и предсказании опытных фактов.

Ход урока

Со многих точек зрения желательно познакомить школьников с волновыми свойствами электромагнитных волн. Изучение можно неплохо обеспечить экспериментом.

I. Для подготовки учащихся к рассмотрению нового материала целесообразно кратко повторить вопросы: какие свойства электромагнитных волн изучили? Как экспериментально доказать существование электромагнитных волн? Как меняется плотность потока энергии в зависимости от расстояния до источника волн?

II. На уроке используют определённую последовательность изучения интерференции, дифракции, поляризации: определение и демонстрация явления, основные свойства и их характеристики.

1. Интерференция. Учитель ставит эксперимент по наблюдению явления (рис. 78), формулирует проблему: почему при движении приёмника 2 от генератора волн 1 происходит то усиление, то ослабление приёма? Разве энергия электромагнитной волны распространяется не непрерывно? Почему? Какое влияние оказывает экран? Чем же тогда интересна область, в которой находится приёмник? (Ответ. В ней существуют две волны: падающая и отражённая.)

Далее учитель вводит понятие “интерференция”, называет условия, при которых она возможна, указывает, что в данном опыте наблюдается частный случай интерференции: образование стоячей волны. Вопросы для обсуждения: отличается ли распределение энергии при интерференции волн от обычного случая распространения одной волны? (Ответ. Убирается экран. При передвижении приёмника фиксируются сравнительно малые изменения сигнала. При интерференции волн наблюдается периодическое усиление и ослабление сигнала.) Можно ли описать наблюдаемые явления следующими графиками изменения зависимости плотности энергии от расстояния (рис. 79, а, б)?

Можно ли утверждать, что при интерференции энергия в пространстве перераспределяется (см. рис. 79, б)?

В общем случае интерференции наблюдается более сложная картина (рис. 80). Проводят соответствующий опыт с двумя металлическими зеркалами, которые располагаются под небольшим углом друг к другу. Электромагнитная волна от генератора 1 доходит до зеркал 2 и 3, отражается в виде двух когерентных пучков (см. рис. 80), которые при наложении дают интерференционную картину. Последняя фиксируется с помощью рупорного приёмника 4 электромагнитных волн (рис. 81). При объяснении интерференции (пока на качественном уровне) используется рисунок 82. В точке М (см. рис. 82, а) наблюдается максимальная амплитуда колебаний, в точке N (см. рис. 82, б) — минимальная.

2. Дифракция. Отклонение волны от прямолинейного распространения — основное свойство. Проявляется оно, в частности, в огибании волнами препятствий. Проводят опыт по дифракции электромагнитных волн на щели 3 в металлическом экране (рис. 83). Вопросы для обсуждения: что наблюдается при передвижении приёмника 2 вправо и влево от щели? Генератор электромагнитных волн 1 расположен напротив щели 3. (Ответ. В центре наблюдается сильный сигнал, при движении приёмника в сторону происходит его ослабление, затем вновь усиление.) Можно ли утверждать, что, как и в случае с интерференцией, происходит перераспределение энергии волны? (Ответ. Да. Есть области, где происходит концентрация энергии.)

Учитель обращает внимание школьников на рисунок 84, на котором изображена картина распределения плотности потока энергии при движении приёмника перпендикулярно щели (вправо и влево). Тёмные участки соответствуют большей интенсивности электромагнитной волны. На рисунке 85 приведён соответствующий график. Знакомство с данными иллюстрациями помогает в дальнейшем при изучении дифракции световых волн.

3. Поляризация. Обсуждают вопросы: какие виды волн мы изучали? Чем они различаются?

Формулируют проблему: какими волнами являются электромагнитные волны?

В ряде явлений расположение плоскости колебаний по отношению к направлению распространения волны играет важную роль. Покажем это экспериментально.

Проводят известный опыт (рис. 86). Вопросы для обсуждения: почему при одном положении решётки 3 наблюдается приём волн, а при другом нет? В каком случае электромагнитные колебания не могут пройти через решётку? Нельзя ли провести аналогичный опыт с волной на резиновом шнуре? Можно ли с помощью явления поляризации определить, продольная волна или поперечная? Можно ли поляризацией волн объяснить отсутствие приёма волн, если повернуть рупор приёмника 2 по часовой стрелке на 90°? Будет ли наблюдаться приём, если генератор 1 повернуть на 90°? на 180°?

Изучение нового материала, его отработка и осмысление на уроке проводятся одновременно. При наличии времени в конце урока можно решить ряд задач.

1. Определите длину электромагнитной волны, используя метод стоячей волны.

Задачу предлагают одному или двум школьникам до начала занятия, на уроке опыт повторяют, чётко фиксируют 5—8 максимумов, выполняют расчёт. Важно сделать и объяснить рисунок 87, можно показать стоячую волну с помощью резинового шнура. На рисунке обозначены: 1 — генератор, 2 — приёмник, 3 — металлический экран. Между генератором 1 и металлическим экраном 3 образуется стоячая волна. При перемещении точечного приёмника 2 фиксируются максимумы или минимумы. Измерив расстояние между ними, определяют длину волны.

2. Будет ли меняться интерференционная картина, если в область распространения волны вносить разные объекты: картон, металл и др.? Можно ли этот опыт использовать на производстве?

В заключение повторяют вопросы: какие свойства электромагнитных волн мы рассмотрели? Используется ли знание этих свойств в жизни и технике? Какое свойство волны называют поляризацией? Что означает выражение “волна поляризована”? В чём заключается явление интерференции и каковы условия её устойчивого наблюдения?

III. Домашнее задание: записи в тетрадях; § 39; упр. на с. 159 (ЕГЭ); индивидуально — П., № 696, 697.