Электромагнитное поле Электромагнитные волны
9 класс
Майкл Фарадей 1791-1867 В 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного потока через контур проводника.
Какие силы заставляют заряды в витке двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, т.к. магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды, а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен.
Джеймс Клерк Максвелл 1831-1879 Самым большим научным достижением в 1865году является созданная им теория электромагнитного поля, которую от сформулировал в виде системы нескольких уравнений, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.
Фундаментальное свойство поля: Всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле.
Источником единого электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды
Механизм возникновения индукционного тока
Возникающее вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходят в направленное движение. Гальванометр играет роль индикатора, обнаруживая электрическое поле в пространстве (электрический ток).
Из теории Максвелла вытекает вывод: Быстропеременное электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде поперечных волн.
Джеймс Максвелл опираясь на теорию:
- Волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме. Скорость распространения волны в вакууме 300 000 км/с.
- Волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме.
- Скорость распространения волны в вакууме 300 000 км/с.
- Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве электрического и магнитного полей
Характеристика электрического поля – напряженность ()
Напряженность электрического поля в какой-либо его точке равна отношению силы , с которой поле действует на точечный положительный заряд, помещенный в эту точку, к значению этого заряда q.
Характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции (
Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны ее скоростью
с = 3 10 8 м/с, периодом Т и частотой ν, что и для механических волн. λ= = с Т
Генрих Рудольф Герц 1857-1894 В 1888 г. Экспериментально доказал существование электромагнитных волн, предсказанных максвеллом. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света
Презентация на тему «Электромагнитное поле» Хусяиновой Динары 11 «А»
Электромагнитное поле - это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля. Теория электромагнитного поля создана Джеймсом Максвеллом в 1865 г. Он теоретически доказал, что: Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Если электрические заряды движутся с ускорением, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется и само создает в пространстве переменное магнитное поле и т.д.
Источниками электромагнитного поля могут быть движущийся магнит; - электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся (в отличие от заряда движущегося с постоянной скоростью, например, в случае постоянного тока в проводнике, здесь создается постоянное магнитное поле).
Условия существования полей Электрическое поле существует всегда вокруг электрического заряда, в любой системе отсчета, магнитное – в той, относительно которой электрические заряды движутся, электромагнитное – в системе отсчета, относительно которой электрические заряды движутся с ускорением.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.
Свойства электромагнитных волн: -распространяются не только в веществе, но и в вакууме; - распространяются в вакууме со скоростью света (С = 300 000 км/c); - это поперечные волны; - это бегущие волны (переносят энергию). Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды. Колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.
ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия.
ИНТЕРЕСНО, ЧТО... Железобетонные дома, экранируют внешние "уличные" электромагнитные поля, поэтому внутри такого дома влияния внешних полей не ощущается. В наших домах в настоящее время используется много электробытовых приборов. Все они создают при работе электромагнитные поля. Даже включенный утюг окружен электромагнитным полем в радиусе примерно 25 см., у электрочайника электромагнитное поле в два раза шире. Электромагнитное поле обычной электробритвы достаточно сильное, поэтому электробритва хороша лишь для кратковременного пользования. Телевизор является сильным источником электромагнитного поля (причем цветной - в большей степени, чем черно-белый), но на расстоянии 1,5 метров от него электромагнитный фон становится уже безопасным. При использовании исправной микроволновой печи безопасно находится от нее на расстоянии 1-1,5 метров, хотя включение печи должно быть тоже достаточно кратковременным. Наиболее сильно электромагнитное поле компьютера проявляется со стороны задней стенки монитора., поэтому удобнее устанавливать его в углу комнаты. Перед экраном безопасно сидеть на расстоянии вытянутой руки.
Тип урока: Урок усвоения знаний на основе имеющихся (с элементами обобщения и систематизации).
Цели урока:
обучающие: повторить и обобщить знания обучающихся об электрических и магнитных полях; познакомить с понятием электромагнитное поле; сформировать у обучающихся представление об электрическом и магнитном полях как о едином целом – едином электромагнитном поле.
- развивающие : активизация мыслительной деятельности (способом сопоставления); развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить.
- воспитательные : воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.
Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
Методы обучения: частично-поисковый (эвристическая беседа), программирование обучения (ставятся вопросы), метод кластеров, урок сопровождается иллюстративной презентацией
Средства обучения: проектор, ПК.
Виды контроля: итоговый контроль по результатам активности на уроке.
План урока
1.Организация начала урока.
- Актуализация и обобщение знаний
- Изучение нового материала.
4. Закрепление знаний, умений, навыков. Метод кластеров
- Домашнее задание.
- Рефлексия и выставление оценок.
Х о д у р о к а
I. Организация начала урока.
Слайд 1 Тема урока
Обоснование значения изучаемой темы Мы достаточно долго изучали электрические и магнитные явления. Настало время обобщить всю полученную нами информацию, максимально ее систематизировать и рассмотреть различные электромагнитные явления, с точки зрения их единства и общности.
Озвучивание целей и плана занятия
II . Актуализация и обобщение знаний
Слайд 2 Взаимосвязь электричества и магнетизма
Как вплоть до начала IXX в объяснялись магнитные и электрические поля? Была ли установлена взаимосвязь между ними или они воспринимались как два совершенно независимых друг от друга явления?
Вспомните, пожалуйста, какие явления указали на взаимосвязь электричества и магнетизма?
Какие ученые сделали свой вклад в развитие теории взаимосвязи электричества и магнетизма?
Слайд 3 Портрет Эрстеда
Слайд 4 Опыт Эрстеда
Объясните суть опыта Эрстеда, изображенного на рисунке?
Что удалось установить Эрстеду?
Слайд 5 Портрет Ампера
Слайд 6 Закон Ампера
Что изображено на рисунке? (действие магнитного поля на проводник с током)
От каких параметров зависит сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле?
Как определить направление этой силы?
Сформулируйте закон Ампера.
Как будут взаимодействовать два проводника с током? (рис. 2 на слайде)
Давайте вспомним, какую гипотезу выдвинул Ампер, чтоб объяснить магнитные свойства тел?
Слайд 7 Портрет Фарадей
Слайд 8 Электромагнитная индукция
Какое явление удалось наблюдать Фарадею? В чем суть опытов, проведенных им? (объяснить с опорой на схему, изображенной на слайде)
Каким еще способом можно наблюдать появление индуцированного тока? (рис. 2 на слайде)
Какой вывод сделал Фарадей, проведя свои эксперименты?
Давайте сформулируем суть явления электромагнитной индукции.
Слайд 9 Обобщение и подведение итогов
Какие можно сделать обобщающие выводы исходя из трех великих открытий IXX в? Как связаны электричество и магнетизм?
Итак, к середине XIX в. было известно:
- Электрический ток (движущиеся заряды) порождает вокруг себя магнитное поле.
- Постоянное магнитное поле оказывает ориентирующее действие на проводник с током (и движущиеся заряды, соответственно)
- Переменное магнитное поле способно порождать электрический ток (т.е. приводить заряженные частицы в направленное движение по средствам электрического поля)
И один шотландец задался вопросом (наводящими вопросами попытаться вывести обучающихся на туже мысль) :
если переменное магнитное поле порождает электрическое поле, то не существует ли в природе обратного процесса – не порождает ли электрическое поле, в свою очередь, магнитное ?
III . Изучение нового материала. (сопровождается наводящими вопросами, эвристическая беседа)
Слайд 10 Портрет Максвелла
Слайд 11 Гипотеза Максвелла
Что можно предположить исходя из вышесказанного? Что будет иметь место, когда у нас есть изменяющееся магнитное поле?(выводится гипотеза, сделанная Максвеллом)
Гипотеза Максвелла: во всех случаях, когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле.
Гипотезу необходимо подтвердить опытом.
Каким образом можно получить переменное электрическое поле?
Рис 1. Электрическое поле конденсатора.
При зарядке конденсатора в пространстве между обкладками существует изменяющееся электрическое поле.
Давайте подумаем, как может выглядеть магнитное поле, порожденное переменным электрическим? (для этого можно вспомнить и провести аналогию с магнитным полем, порожденным проводником с током)
Рис 2. Изменяющееся электрическое поле порождает вихревое магнитное поле
Изменяющееся электрическое поле создает такое же магнитное поле, как если бы между обкладками конденсатора существовал электрический ток.
Слайд 12 Направление вектора магнитной индукции В:
Линии магнитной индукции порожденного магнитного поля охватывают линии напряженности электрического поля.
При возрастании напряженности электрического поля направление вектора магнитной индукции образует правый винт с направлением вектора Е. При убывании – левый (поясняющий рисунок ) .
При изменении магнитного поля картина аналогична (поясняющий рисунок ) .
Какой вывод напрашивается?
Слайд 13 Вывод Максвелла
Поля не существуют обособленно, независимо друг от друга.
Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле. И наоборот,
Переменное электрическое поле не существует без магнитного.
Электрические и магнитные поля – проявление единого целого – ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ .
Не менее важно то обстоятельство, что электрическое поле без магнитного, и наоборот, могут существовать лишь по отношению к определенным системам отсчета .
Так, покоящийся заряд создает только электрическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета, а относительно другой он будет двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле.
Слайд 14 Определение электромагнитного поля
Электромагнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.
Электромагнитное поле в вакууме характеризуется вектором напряжённости электрического поля Е и магнитной индукцией В, которые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и движущиеся заряженные частицы.
Слайд 15 Заключение
В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля , согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого - электромагнитного поля.
Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики
IV . Закрепление знаний, умений, навыков. Метод кластеров
Ключевое словосочетание «Электромагнитное поле»
V . Домашнее задание: § 17
VI . Рефлексия и выставление оценок.
