Cum ar trebui să se miște o particulă pentru a... Unde electromagnetice

DEZVOLTAREA LECȚII DE FIZICĂ

IN CLASA A XI-A

TEMA: UNDE ELECTROMAGNETICE.

TERMINAT: Profesor de fizică

TEMA: Unde electromagnetice.

LECȚIA 24/2 Invenția radioului. Principiile comunicațiilor radio.

TIP DE LECȚIE: Lucru în grup (2 ore)

SCOPURI ŞI OBIECTIVE ALE LECŢIEI:

· Continuați munca de studiu pe această temă.

· Prezentați elevilor aplicare practică undele electromagnetice, dezvăluie principiul fizic al comunicației radio, luați în considerare proiectarea unui receptor radio simplu, familiarizați-vă cu conceptele de modulare și detecție.

· Promovați dezvoltarea unor calități precum: simțul muncii în echipă, responsabilitatea pentru o cauză comună.

· Continuați să lucrați la dezvoltarea abilităților precum: planificarea răspunsului dvs., lucrul cu un manual, cu circuite de inginerie radio.

· Promovarea dezvoltării voinței și persistenței în învățare prin implicarea elevilor în discuții educaționale.

Echipament: carduri - sarcini pentru grupuri, diagrame radio, calculator cu proiector si ecran.

PROGRESUL LECȚIEI:

1. ACTIVAREA ȘI REPETAREA CUNOAȘTILOR ELEVILOR:

Întrebările sunt discutate frontal cu clasa teme pentru acasă:

· Ce este o undă electromagnetică?

· Cum sunt orientați vectorii E, B și c unul față de celălalt într-o undă electromagnetică?

Cum ar trebui să se miște o particulă pentru a radia? unde electromagnetice?

Ce este deschis circuit oscilator?

· Povestește-ne despre experimentele lui Hertz.

· Ce este intensitatea undei?

· De ce curentul alternativ în rețeaua de iluminat practic nu emite unde electromagnetice?

2. A învăța lucruri noi material educativ:

Clasa este împărțită în grupuri care primesc diverse sarcini, li se acordă timp să se pregătească, iar în grup există un elev puternic care sfătuiește și verifică munca academică a altora.

Grupurile sunt prevăzute cu sarcini:

Grupul de activitate nr. 1

· Invenția radioului.

· Proiectarea dispozitivului Popov.

2. Rezolvați problema: Ce interval de lungimi de undă poate primi un receptor radio dacă capacitatea condensatorului variază de la 30 la 300 pF, iar inductanța bobinei de la 40 la 100 μH?

3. Găsiți erori în circuit (grupului i se oferă o schemă de circuit pentru conectarea incorectă a circuitului oscilant în receptorul radio)

Grupul de activitate nr. 2

1.Pregătiți material teoretic cu privire la următoarele întrebări:

· Care este procesul de comunicare radio?

· Explicarea procesului de modulare.

2. Rezolvați problema: Receptorul radio funcționează în intervalul de frecvență de la 20 la 40 MHz. Capacitatea condensatorului poate varia de la 50 la 600pF. Cum se schimbă inductanța bobinei?

3. Găsiți erori în circuit. (grupului i se oferă o schemă incorectă

receptor radio).

Grupul de activitate nr. 3

1.Pregătiți material teoretic cu privire la următoarele întrebări:

· Cum se realizează modularea în amplitudine?

· Care este procesul de detectare?

2. Rezolvați problema: Un emițător radio emite unde electromagnetice cu o lungime de 500 m Determinați capacitatea electrică a condensatorului inclus în circuitul său oscilator dacă inductanța acestuia din urmă este de 1,5 mH.

3.Desenați o diagramă a unui receptor radio. Care este scopul pieselor sale?

3. Verificarea stăpânirii materialului educațional și a abilităților practice ale elevilor.

· Candidații din grupe prezintă materiale teoretice.

· Problemele se rezolvă cu comentarii la tablă.

· Diagramele editate sunt sortate la bord folosind

proiectii pe un ecran folosind un computer.

4.Răspunsurile elevilor sunt analizate și evaluate.

Scop: luați în considerare proprietățile undelor electromagnetice.

Progresul lecției

I. Repetarea. Conversaţie

1. Care este ipoteza lui Maxwell?

2. Descrieți procesul de generare a undei electromagnetice.

3. Ce este o undă electromagnetică?

4. De ce depinde viteza unei unde electromagnetice?

II. Munca independentă

1. Ce sunt undele electromagnetice?

A. Un câmp magnetic alternativ care se propagă în spațiu.

B. Un câmp electric alternativ care se propagă în spațiu.

B. Un câmp electromagnetic alternativ care se propagă în spațiu.

2. Care sunt principiile de bază ale teoriei electricității câmp magnetic Maxwell?

A. La orice modificare a câmpului electric, apare un câmp magnetic vortex care se propagă cu viteza luminii.

B. Odată cu orice modificare a câmpului magnetic, apare un câmp electric de vortex alternativ, care se propagă în spațiul înconjurător cu viteza luminii.

B. La orice modificare a câmpului magnetic, apare un câmp electric de vortex alternant, al cărui vector de intensitate este E: Când câmpul electric se modifică, apare un câmp magnetic, în care vectorul de inducție se propagă în spațiul înconjurător cu viteza luminii.

3. Cum se va modifica lungimea undelor electromagnetice emise de un circuit oscilator în aer dacă capacitatea circuitului oscilator este mărită de 4 ori?

A. Va scădea de 4 ori.

B. Va crește de 2 ori.

B. Va crește de 4 ori.

4. Care este orientarea reciprocă a vectorilor B, E, V?

A. Toți cei trei vectori sunt reciproc perpendiculari.

B. Vectorul B coincide cu vectorul E și este perpendicular pe vectorul V.

B. Vectorul B coincide cu vectorul V, dar este perpendicular pe vectorul E.

5. Determinați frecvența de oscilație a undelor electromagnetice dacă lungimea lor este de 2 cm.

A. 0,7 10 6 Hz.

B. 6 10 6 Hz.

V. 1,5 10 6 Hz.

6. Cum ar trebui să se miște o particulă încărcată pentru ca radiația electromagnetică să apară?

A. Cu o viteză constantă.

B. Fii odihnit.

B. Deplasați-vă cu accelerație.

7. Este posibil să alegeți un sistem de referință în care să fie detectată doar componenta magnetică B?

A. Nu poți.

B. Este posibil dacă sistemul se mișcă cu aceeași viteză cu electronul.

B. Este posibil dacă sistemul se mișcă cu o viteză mai mare decât viteza electronului.

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

III. Învățarea de materiale noi

O undă electromagnetică se formează datorită conexiunii reciproce a câmpurilor electrice și magnetice alternative. Cu cât inducția magnetică se modifică mai repede în timp, cu atât intensitatea câmpului electric rezultat este mai mare și invers. Pentru formarea undelor electromagnetice intense sunt necesare oscilații electromagnetice de o frecvență suficient de mare. Ele pot fi obținute folosind un circuit oscilator.

G. Hertz a folosit un dispozitiv care se numește acum un vibrator Hertz pentru a produce unde electromagnetice. (Reprezintă un circuit oscilator deschis.)

Pentru a excita oscilații într-un astfel de circuit, firul a fost tăiat la mijloc, lăsând un mic spațiu de aer. Ambele părți ale firului au fost încărcate la o diferență de potențial mare, când diferența de potențial a depășit o anumită valoare limită, o scânteie a sărit, circuitul s-a închis și au apărut oscilații în circuitul deschis. S-au estompat, deoarece circuitul are rezistență activă, vibratorul a emis o undă electromagnetică și a pierdut energie.

Undele electromagnetice au fost înregistrate folosind un vibrator receptor (rezonator), care este același dispozitiv ca și vibratorul emițător. Sub influența unui câmp electric alternativ, undele electromagnetice din receptor au excitat o oscilație de curent. Dacă frecvența naturală a receptorului a coincis cu frecvența undei electromagnetice, s-a observat rezonanța. Oscilațiile în rezonator au avut loc cu o amplitudine mare atunci când acesta era situat paralel cu vibratorul radiant.

Hertz a descoperit aceste vibrații observând scântei într-un spațiu foarte mic dintre conductorii unui vibrator receptor. Hertz nu numai că a obținut unde electromagnetice, dar a descoperit și că acestea se comportă ca și alte tipuri de unde.

Demonstrarea proprietăților undelor electromagnetice folosind un generator de microunde. Undele electromagnetice sunt emise de antena cornului în direcția axei cornului. Antena de recepție, sub forma aceluiași corn, preia undele care se propagă de-a lungul axei.

Puteți demonstra:

1. Absorbția undelor electromagnetice.

2. Reflecție.

3. Refracția.

4. Transversalitatea.

Undele electromagnetice au o serie de proprietăți importante.

1. Sunt emise de sarcini accelerate în mișcare, iar E ~ a.

2. Undele electromagnetice se pot propaga nu numai în medii diferite, dar și în vid.

3. Viteza în vid - coincide cu viteza luminii.

4. Viteza undelor electromagnetice în materie este mai mică decât viteza în vid.

5. Când o undă electromagnetică trece dintr-un mediu în altul, frecvența undei nu se modifică.

6. Undele electromagnetice pot fi absorbite de materie.

7. Refractat și reflectat. (Demonstraţie.)

8. Unda electromagnetică este transversală. (Demonstraţie.)

9. Densitatea câmpului electric într-o undă electromagnetică este egală cu densitatea câmpului magnetic.

10. Densitatea energetică câmp electromagneticîntr-o undă care se propagă în vid este proporțională cu pătratul intensității electrice:

11. Intensitatea unei unde electromagnetice este proporțională cu pătratul mediu al intensității câmpului electric din undă.

12. Intensitatea este proporțională cu puterea a patra a frecvenței sale. I ~ V 4.

IV. Consolidarea a ceea ce s-a învățat

1. Care este sursa undelor electromagnetice?

2. Ce este un contor de unde electromagnetice?

3. Cum funcționează un vibrator Hertz, care este principiul său de funcționare?

4. Care este viteza de propagare a undelor electromagnetice în aer?

5. Enumeraţi principalele proprietăţi ale undelor electromagnetice.

Teme pentru acasă

P. 98 și 99. Problemele 449-451.



Ne-am familiarizat cu undele mecanice. Undele mecanice se propagă în materie: gaz, lichid sau solid. Există, totuși, un alt tip de undă care nu necesită nicio substanță pentru a se propaga. Acestea sunt unde electromagnetice. Acestea includ, în special, undele radio și lumina. Un câmp electromagnetic poate exista în vid, adică într-un spațiu care nu conține atomi. În ciuda diferenței semnificative dintre undele electromagnetice și undele mecanice, undele electromagnetice se comportă similar undelor mecanice atunci când se propagă. Undele mecanice apar din cauza interacțiunii dintre particulele de materie. Să vedem cum se formează undele de câmp electromagnetic. Cum se propagă interacțiunile electromagnetice. Legile fundamentale ale naturii, care includ legile electromagnetismului descoperite de Maxwell, sunt remarcabile în următoarea privință: pot dezvălui mult mai mult decât este conținut în faptele pe baza cărora sunt derivate. Printre nenumăratele, foarte interesante și importante consecințe care decurg din legile lui Maxwell ale câmpului electromagnetic, una merită o atenție deosebită. Aceasta este concluzia că interacțiunea electromagnetică se propagă la o viteză finită. Conform teoriei cu rază lungă de acțiune, forța Coulomb care acționează asupra unei sarcini electrice se va schimba imediat dacă o sarcină vecină este mutată de la locul ei. Acțiunea se transmite instantaneu. Din punctul de vedere al acțiunii la distanță, nu poate fi altfel: la urma urmei, o încărcare direct prin vid „simte” prezența alteia. Conform ideii de acțiune pe rază scurtă, totul se întâmplă complet diferit și mult mai complicat. Mișcarea unei sarcini modifică câmpul electric din apropierea acesteia. Acest câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ în regiunile învecinate ale spațiului. Un câmp magnetic alternant, la rândul său, generează un câmp electric alternativ etc. Mișcarea unei sarcini determină astfel o „explozie” a câmpului electromagnetic, care, răspândindu-se, acoperă zone din ce în ce mai mari ale spațiului înconjurător, rearanjand câmpul de-a lungul calea, care exista înainte de deplasarea sarcinii. În cele din urmă, această „explozie” ajunge la o altă sarcină, ceea ce duce la o schimbare a forței care acționează asupra ei. Dar acest lucru nu se va întâmpla în momentul în care prima încărcătură a fost deplasată. Procesul de propagare a perturbațiilor electromagnetice, al cărui mecanism a fost descoperit de Maxwell, se desfășoară la o viteză finită, deși foarte mare. Aceasta este proprietatea fundamentală a domeniului, care nu lasă nicio îndoială asupra realității sale. Maxwell a demonstrat matematic că viteza de propagare a acestui proces este egală cu viteza luminii în vid. Undă electromagnetică. Imaginați-vă că o sarcină electrică nu sa deplasat pur și simplu dintr-un punct în altul, ci este pusă în oscilații rapide de-a lungul unei anumite linii drepte. Sarcina se mișcă ca un corp suspendat pe un arc, dar vibrațiile sale au loc cu o frecvență mult mai mare. Apoi câmpul electric din imediata apropiere a încărcăturii va începe să se schimbe periodic. Perioada acestor modificări va fi în mod evident egală cu perioada de oscilație a sarcinii. Un câmp electric alternant va genera un câmp magnetic în schimbare periodică, iar acesta din urmă, la rândul său, va determina apariția unui câmp electric alternativ la o distanță mai mare de sarcină etc. Nu vom lua în considerare în detaliu procesul complex al formării. a unui câmp electromagnetic generat de o sarcină oscilantă. Vă prezentăm doar rezultatul final. În spațiul care înconjoară încărcătura, acoperind zone din ce în ce mai mari, apare un sistem de câmpuri electrice și magnetice reciproc perpendiculare, care se schimbă periodic QHa Figura 120 arată o „instantanee” a unui astfel de sistem de câmpuri în distanta lunga dintr-o sarcină oscilantă. Se formează o așa-numită undă electromagnetică, care se deplasează în toate direcțiile de la sarcina oscilantă. Nu trebuie să credem că unda electromagnetică prezentată în Figura 120, ca o undă de la suprafața apei, reprezintă o perturbare a oricărui mediu. Figura prezintă, la o anumită scară, vectorii E și B în diferite puncte din spațiu situate pe axa Oz la un moment fix în timp. Nu există creste sau jgheaburi în mediu, ca în cazul undelor mecanice la suprafața apei, aici. În fiecare punct al spațiului, câmpurile electrice și magnetice se schimbă periodic în timp. Cu cât punctul este mai departe de sarcină, cu atât oscilațiile câmpului ajung mai târziu la el. În consecință, la distanțe diferite de sarcină, apar oscilații cu faze diferite. Oscilațiile vectorilor E și B sunt în fază în orice punct. Distanța dintre cele mai apropiate două puncte la care au loc oscilații în aceleași faze este lungimea de undă X. La un moment dat în timp, vectorii E și B se modifică periodic în spațiu cu perioada X. Direcțiile vectorilor oscilatori ai intensității câmpului electric și inducția câmpului magnetic sunt perpendiculare pe direcția de propagare a undei. O undă electromagnetică este transversală. Deci, vectori? și B într-o undă electromagnetică sunt perpendiculare între ele și perpendiculare pe direcția de propagare a undei. Dacă rotiți un braț cu un fir dreapta de la vectorul E la vectorul B, atunci mișcarea de translație a braței va coincide cu vectorul viteza undei c Radiația undelor electromagnetice. Undele electromagnetice sunt emise de sarcini oscilante. Este important ca viteza de mișcare a unor astfel de sarcini să se modifice în timp, adică să se miște cu accelerație. Prezența accelerației este condiția principală pentru emisia undelor electromagnetice. Câmpul electromagnetic este emis într-un mod vizibil nu numai atunci când sarcina oscilează, ci și în timpul oricărei schimbări rapide a vitezei sale. Cu cât accelerația cu care se mișcă sarcina este mai mare, cu atât intensitatea undei emise este mai mare. O poți vizualiza astfel. Când o particulă încărcată se mișcă cu o viteză constantă, câmpurile electrice și magnetice pe care le creează, ca o urmă ondulată, însoțesc particula. Când o particulă accelerează, se dezvăluie inerția inerentă a câmpului electromagnetic. Câmpul „se desprinde” de particule și începe să existe independent sub formă de unde electromagnetice. Energia câmpului electromagnetic al undei la un moment dat în timp se modifică periodic în spațiu cu modificări ale vectorilor E și B. O undă care călătorește poartă cu ea energie care se mișcă cu o viteză c de-a lungul direcției de propagare a undei. Datorită acestui fapt, energia unei unde electromagnetice în orice regiune a spațiului se modifică periodic în timp. Maxwell era profund convins de realitatea undelor electromagnetice. Dar nu a trăit ca să vadă descoperirea lor experimentală. La doar 10 ani de la moartea sa, undele electromagnetice au fost obținute experimental de Hertz. Undele electromagnetice apar datorită faptului că un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ. Acest câmp magnetic alternant, la rândul său, generează un câmp electric alternativ. 1. Cum sunt orientați vectorii E, B și c unul față de celălalt într-o undă electromagnetică! 2. Cum ar trebui să se miște o particulă pentru a emite unde electromagnetice!

În 1865, omul de știință englez J. Maxwell, bazându-se, în special, pe lucrările lui M. Faraday, a obținut un sistem de ecuații care descriu câmpul electromagnetic. Din aceste ecuații rezultă că câmpul electromagnetic se poate propaga în vid sub forma unei unde electromagnetice cu o viteză finită. viteză egală lumina c=300 mii km/s.

În 1887, omul de știință german G. Hertz a descoperit experimental undele electromagnetice și le-a studiat proprietățile, folosind un eclator de înaltă frecvență (vibrator Hertz, care este un circuit oscilant deschis) și un dipol de recepție ca configurație experimentală.

Unul dintre primii care a studiat undele electromagnetice în Rusia a fost A.S. Popov. La 7 mai 1895, a demonstrat pentru prima dată comunicarea radiotelegrafică la o întâlnire a Societății Ruse de Fizicochimice din Sankt Petersburg.

Un pas important în dezvoltarea comunicațiilor radio ar trebui considerat crearea în 1913 a unui generator de frecvență înaltă continuă. vibratii electromagnetice. A devenit posibilă implementarea comunicațiilor radiotelefonice - transmiterea de informații sonore folosind unde electromagnetice.

În prezent, undele electromagnetice sunt folosite în comunicații radio, radar și televiziune.

clic stânga pentru a merge

Rezumat de bază pe tema „Unde electromagnetice”

Propagarea radio

Propagarea undelor radio este influenţată de forma şi proprietăți fizice suprafața pământului și starea atmosferei.

Lung, medie, scurt, ultra-scurt undele sunt folosite în telegrafie, radiodifuziune, televiziune, radar etc.

CentimetruŞi milimetru undele sunt produse în magnetron, generatoare de klystron și masere. Sunt utilizate în radar, spectroscopie radio și radar.

Întrebări pentru autocontrol pe blocul „Unde electromagnetice”

1. Cine și când a prezis existența undelor electromagnetice, a descoperit undele electromagnetice și a folosit pentru prima dată undele electromagnetice pentru comunicațiile radio?
2. Cum ar trebui să se miște o particulă încărcată pentru a emite unde electromagnetice?
3. Cum se explică emisia de unde de către un circuit oscilator deschis?
4. Cum sunt orientați vectorii intensității câmpului electric și ai inducției câmpului magnetic unul față de celălalt într-o undă electromagnetică?
5. Cum se numește detectarea vibrațiilor?
6. De ce este necesară modularea oscilației?
7. Cum funcționează un simplu receptor radio cu detector?
8. Enumerați proprietățile undelor electromagnetice pe care le cunoașteți.
9. Pe ce principii se bazează funcționarea unei stații radar?
10. Ce afectează propagarea undelor radio?