Электромагнитные волны - Электромагнитные волны - Колебания и волны

Цель: рассмотреть гипотезу Максвелла.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение, проверка домашнего задания

- Что такое трансформатор?

- Каким способом можно уменьшить энергетические потери в линии электропередачи?

- Опишите принцип действия трансформатора?

- В каком случае трансформатор повышает напряжение, а в каком понижает его?

III. Анализ эксперимента

Эксперимент 1

Универсальный трансформатор с катушками на 220 В и 12 В. Катушку на 12 В подвесьте к динамометру и замкните накоротко. Отметьте показания динамометра. Включите катушку на 220 В в сеть переменного тока. При этом меньшая катушка приподнимется, а показания динамометра уменьшатся. Объясните наблюдаемое явление. (Ответ: При замыкании вторичной катушки трансформатора накоротко, в ней возникает индукционный ток, который по правилу Ленца имеет противоположное направление относительно тока первичной цепи. Противоположные токи при взаимодействии отталкиваются, поэтому показания динамометра уменьшаются.)

Эксперимент 2

Катушку трансформатора на 220 В с сердечником без ярма включите в сеть. Рядом с зазором 3-5 см расположите вторую катушку на 120 В также с сердечником без ярма, но с вольтметром:

1. Первую катушку включите в сеть. Почему вольтметр показывает напряжение? (Ответ: Катушки связаны индуктивно. Магнитное поле первой катушки наводит ЭДС индукции во второй, что и отмечает вольтметр.)

2. В зазор между катушками внесем лист жести. Почему резко уменьшаются показания вольтметра? (Ответ: Жесть частично экранирует вторую катушку.)

3. Вместо жести в зазор поместите лист латуни. Почему уменьшаются показания вольтметра? (Ответ: В латуни возникают точки Фуко, на что расходуется часть энергии.)

IV. Изучение нового материала

Переменное магнитное поле порождает электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. При возрастании магнитной индукции направление напряженности образует левый винт с направлением вектора .

Магнитное поле порождает электрическое. Но может ли переменное электрическое поле в свою очередь порождать магнитное?

Максвелл допустил, что такой процесс реально происходит. Когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле. Но только при возрастании напряженности электрического поля направление вектора индукции возникающего магнитного поля образует правый винт с направлением вектора .

Отсюда Максвелл заключил, что в природе могут существовать электромагнитные волны.

Если в проводнике изменить силу тока, индукция магнитного поля изменяется. Переменное магнитное поле создает изменяющееся электрическое. Электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, снова порождает электрическое и т. д. Возникает система взаимно перпендикулярных изменяющихся электрических и магнитных полей, захватывающих все большие и большие области пространства.

Распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля называют электромагнитными волнами.

Скорость, с которой распространяется возмущение электромагнитного поля, называется скоростью электромагнитной волны:

где λ - длина волны [м]; v - частота [с^-1] [Гц].

Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этом скорость движения таких зарядов меняется со временем, т. е. они движутся с ускорением.

Наличие ускорения - главное условие излучения электромагнитных волн.

Векторы и в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения. Электромагнитная волна поперечна.

Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но он не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были экспериментально получены Герцем.

V. Закрепление материала

- Что называют электромагнитной волной?

- Что является источником электромагнитных волн?

- Какова скорость распространения электромагнитных волн в воздухе?

- Как ориентированы векторы и в электромагнитной волне?

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 48.