МПК Магнитопорошковый метод. Удк 372. 8 53 16 ббк 74. 262. 22 С серия Классический курс основана в 2007 году
 Скачать 6.65 Mb.
|
|
Решение задач В начале урока повторяют домашнее задание. Затем решают задачи на явление интерференции, например П, № Явления дифракции и поляризации кратко рассматривают при работе с учебником последующей логике свойства явления его описание (рисунок). Отработку материала организуют с помощью фронтальной беседы по вопросам какое волновое явление называют дифракцией Каково его основное свойство Наблюдается ли дифракция звуковых волн Где на рисунке (рис. 5.29 учебника) обозначен фронт волны Какое явление называют поляризацией механических волн Каково основное свойство плоскополяризованной волны? Домашнее задание § 33, 34* (3, 4); упр. нас индивидуально П, № Урок 8*. Повторение. Решение задач (резерв учителя) Домашнее задание упр. нас Глава VI. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ Согласно современной физике, в природе всего два материальных объекта изучения — вещество и поле. А богатство окружающего мира объясняется разнообразием вещественных образований от галактик до элементарных частиц и разнообразием проявлений физических полей, в частности электрических и магнитных. В теме рассматривается одно из фундаментальных полей — электромагнитное. Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Основная задача науки — выделить свойства данных физических объектов и найти средства описания свойств. Поэтому целесообразнее сначала изучить свойства электромагнитных волн. Структура и основные вопросы раздела представлены в таблице Для учебной деятельности школьников при изучении данной темы характерна большая самостоятельность. При организации работы широко используют такие примы, как подготовка доклада, работа с учебником на уроке, решение задач по выбору из задачников и дидактических материалов, повторение демонстрационных опытов, обобщение знаний для подготовки к экзамену и др. На уроках школьники должны чаще проговаривать вслух основные идеи изучаемого материала, уметь приводить доказательства тех или иных теоретических положений. Развитие интеллектуальных и практических умений продолжается при составлении задач по результатам опытов, при самостоятельном экспериментировании, составлении обобщающих таблиц и структурно-логических схем. Урок 1. Электромагнитная волна Задачи урока продолжить формирование представлений о взаимосвязи переменных электрических и магнитных полей и существовании единого электромагнитного поля ввести понятия об электромагнитной волне и передаче электромагнитных взаимодействий обосновать материальность электромагнитного поля раскрыть роль гипотезы в научном познании. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы. Постановка задач урока. Повторение. Изучение нового материала связь переменного магнитного поля и вихревого электрического поля, понятие единое электромагнитное поле, механизм передачи взаимодействий, существование электромагнитных волн. Подведение итогов. Домашнее задание 20—25 Сообщение учителя. Запись на доске Демонстрация опыта. Выполнение рисунков. Беседа. Рассказ. Записи в тетрадях. Работа с учебником Беседа по вопросам. Запись на доске. Вопросы какие физические объекты изучены в электродинамике Какие изучены поля Ответ. Электрическое поле неподвижных зарядов, стационарное электрическое поле, постоянное и переменное магнитные поля. Электромагнитное поле. Существует ли взаимосвязь электрических и магнитных полей Для ответа следует вспомнить явление электромагнитной индукции. Для постановки известного опыта учитель приглашает ученика) Класс обсуждает вопросы в чём суть явления электромагнитной индукции Как доказать, что магнитное поле переменное Связано ли данное электрическое поле с зарядами Как направлены силовые линии электрического поля Для этого выполняют рисунок 69, по которому дают пояснения) Как будет Рис. 69 направлен индукционный ток (Применяются правило Ленца и правило буравчика) Как будет направлено вихревое электрическое поле в рамке Ответ. Силовые линии электрического поля будут направлены потоку, значит, силовые линии замкнуты) Вывод любое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Британский физик Дж. Максвелл в 1873 г. высказал гениальную гипотезу переменное электрическое поле должно порождать магнитное поле. Он писал я предпочёл... объяснить взаимодействия между удалёнными друг от друга телами без допущения существования сил, способных непосредственно действовать на заметных расстояниях. Та теория, которую я предлагаю, может быть названа теорией электромагнитного поля Суть гипотезы иллюстрируется рисунком. Если электрическое поле конденсатора возрастает, то возникает переменное магнитное поле. Проводят опыт, схема которого приведена на рисунке 71. Генератор ультравысокой частоты подсоединён к длинным пластинам конденсатора. В переменное электрическое поле конденсатора вводят замкнутый на лампочку накаливания виток. Лампочка загорается благодаря переменному магнитному полю тока смещения (см Майе р В. В, Майе р Р. В. Экспериментальные доказательства в электродинамике Учебная физика. — 2003. — № В итоге теоретических поисков Максвелл сделал вывод осу- ществовании нового объекта — электромагнитного поля. В самом общем случае электромагнитное поле — это динамический процесс порождения переменным электрическим полем магнитного, а затем переменным магнитным полем вихревого электрического поля. Что же такое электромагнитная волна — основная учебная проблема урока. Электромагнитная волна — это и есть единое электромагнитное поле, это процесс распространения с конечной скоростью в пространстве переменных электрических и магнитных полей. Теоретическая модель электромагнитной волны представлена на рисунке 6.6 учебника. В волне по гармоническому закону изменяются векторы иВ, причём во взаимно перпендикулярных плоскостях. На рисунке показано распределение характеристик электрических и магнитных полей в пространстве. Стечением времени горбы перемещаются по оси Z вправо со скоростью c . Рис. Рис. 71 Очевидно, что электромагнитная волна — волна поперечная колебания иВпроисходят перпендикулярно направлению распространения волны. С помощью электромагнитного поля (волны) происходит взаимодействие зарядов. Механизм (модель близкодействия) заключается в следующем. (Далее излагают материал учебника.) Опыты по обнаружению электромагнитных волн поставил Герц, но рассказ об этом будет идти наследующем уроке. Разбирают вопросы что называют электромагнитным полем Ответ. Физический объект, ответственный за взаимодействие зарядов) Что такое электромагнитная волна Как доказать материальность электромагнитного поля Можно ли назвать магнитное поле частным видом электромагнитного поля В чём значение понятия электромагнитное поле Ответ. В установлении единства природы многих явлений, в предсказании новых явлений, в частности распространения электромагнитных волн.) Домашнее задание § 35; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально Хрестоматия, с. Урок 2*. Изучение электромагнитных волн. Опыты Герца Задачи урока изучить процессы в открытом колебательном контуре познакомить с фундаментальными опытами Герца и раскрыть их значение рассмотреть причинно-следственные связи в процессе изучения электромагнитной волны. Ход урока. Вначале урока учитель обозначает вопросы, на которые после изучения материала надо будет ответить. Этим достигается мотивация деятельности, одновременно сообщается план работы. Вопросы что такое электромагнитное поле В чём значение этого понятия Как доказать, что электромагнитное поле действительно существует Как осуществляются электромагнитные взаимодействия В чём суть гипотезы Максвелла Как обеспечить интенсивное излучение электромагнитных волн Каковы основные характеристики электромагнитной волны Отчего они зависят Какова принципиальная схема опыта Герца В чём научное и практическое значение опыта Каково устройство и принцип действия вибратора Герца. Изучение нового материала начинается с выделения опре- делённых понятий. З ада ни е. Объясните физические явления, происходящие в колебательном контуре (см. рис. 53, 70). Вопросы для обсуждения изменяется ли электрическое поле внутри конденсатора при его разрядке Аргументируйте ответ. Можно ли считать это поле вихревым Порождает ли оно магнитное поле Может ли переменное магнитное поле порождать вихревое электрическое поле Излучаются ли в данном случае электромагнитные волны Ответ. В принципе происходит излучение волн, но оно практически ничтожно) Как обеспечить интенсивное излучение волн? Далее следует рассказ учителя с элементами беседы. Вопросы для организации беседы может ли равномерно движущийся заряд излучать электромагнитные волны В каком случае заряд излучает Зависит ли интенсивность излучения от ускорения Как можно обеспечить ускоренное движение зарядов Ответ. В колебательном процессе) Как практически получают электромагнитные колебания Отчего зависит частота колебаний Формулу записывает на доске ученик) Как обеспечить распространение в пространстве электромагнитных волн, возникающих лишь локально в области конденсатора? Далее с помощью рисунка 6.7 учебника вводят понятие об открытом колебательном контуре. Обсуждают вопрос как подвести энергию в контур, чтобы излучение было непрерывным Ответ. Это можно сделать с помощью индуктивной связи — рис. 72.) Как надо менять площадь пластин конденсатора и число витков катушки (чем больше число витков, тем больше индуктивность, чтобы получить высокочастотные колебания После нескольких предположений учитель формулирует вывод колебательный контур в этом случае имеет вид, показанный на рисунке 6.8 учебника. Для удобства подвода энергии и создания электромагнитных колебаний провод разрезают посередине, к частям подводят высокое напряжение рис. 6.9 учебника. Такое устройство получило название вибратор Герца. На рисунке 73, а приведены схемы вибратора I и резонатора II, которые использовал Герц. В качестве резонатора или приёмного вибратора используется проволока с искровым промежутком. В результате опытов было экспериментально доказано существование электромагнитных волн, чем было блестяще подтверждено теоретическое предсказание Максвелла. Опыт 1. Излучение и прим электромагнитных волн Рис. Рис. 73 115 (ДЭ-2, с. 133). Демонстрация аналогична опытам Герца. Для приёма можно использовать приёмник или осциллограф с дипольной антенной. Структурная схема опыта изображена на рисунке 73, б. Роль диполя могут выполнять просто стержни от прибора Разряд. Обсуждают вопросы как доказать, что приёмник регистрирует действительно электромагнитную волну от вибратора Ответ. Прекратить разряд, экранировать волны металлической пластиной) Можно лис помощью установки привести доказательства непрерывности электромагнитного поля? Опыт 2. Демонстрация некоторых свойств электромагнитных волн. Вопросы для обсуждения что можно сказать о частоте электромагнитных волн по виду осциллограммы При каком расположении приёмного диполя волна регистрируется лучше Как с помощью опыта доказать, что электромагнитное поле переносит энергию Почему при удалении приёмного диполя амплитуда сигнала ослабевает Проходит ли волна через металлический экран. В конце урока школьники письменно с помощью учебника отвечают на вопросы. Оценка работы может быть осуществлена по-разному: взаимопроверка, проверка учителем по выбору, домашняя проверка всех работ двумя школьниками. Домашнее задание § 36* (часть П, № Урок 3. Свойства электромагнитных волн 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. Вначале 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. 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 Рис. 74 Далее учитель сообщает, что всеволновые явления характеризуются общими свойствами. Логично следует вопрос какие свойства механических волн мы изучали В зависимости от ответа последовательно рассматривается проявление этих свойству электромагнитной волны. Непрерывность. Вопросы можно ли указать границу существующей волны Как доказать, что электромагнитные волны непрерывны Приводят пример приём сигнала в разных точках пространства. Перенос энергии волной. Следует краткое повторение ранее изученного материала. 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 = 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 = W S т м 2 ж из ц ш ч. 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 = ee mm 0 2 2 0 2 2 E + Второе слагаемое легко получить, используя формулы, рассмотренные в теме Электромагнитная индукция = LI 2 2 , L = mm 0 2 N l S , Ф NBS = Перед школьниками учитель ставит задачу установить связь между двумя энергетическими характеристиками. Для этого используют учебник, делают записи в тетрадях. Обсуждают вопросы отчего зависит плотность потока излучения Зависит ли плотность потока излучения от расстояния до источника излучения (рис. 75)? Что называют точечным Рис. 75 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 НА. Умов (1846—1915). Он внёс большой вклад в развитие идеи близкодействия. Основываясь на этой идее, он изучал движение энергии в средах. 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 зада т вопросы всели 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 плоско- выпуклой 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. Рис. Рис. 77 118 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. 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. Домашнее задание § 36* (часть, 39 (часть упр. нас (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.) Урок 4*. Свойства электромагнитных волн (продолжение) 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. 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. На уроке используют определённую последовательность изучения интерференции, дифракции, поляризации определение и демонстрация явления, основные свойства и их характеристики. Интерференция. Учитель ставит эксперимент по наблюдению явления (рис. 78), формулирует проблему почему при движении приёмника 2 от генератора волн 1 происходит то усиление, то осла- Рис. 78 119 бление прима 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 примни- ка 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 (риса, 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 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 примни- ка 4 электромагнитных волн рис. 81). При объяснении интерференции (пока на качественном уровне) используется рисунок 82. В точке М (см. риса) наблюдается максимальная ампли- Рис. Рис. Рис. 81 туда колебаний, в точке N см. рис. 82, б) — минимальная. Дифракция. Отклонение волны от прямолинейного распространения — основное свойство. Проявляется оно, в частности, в огибании волнами препятствий. Проводят опыт по дифракции электромагнитных волн на щели 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 Ответ. В центре наблюдается сильный сигнал, при движении приёмника в сторону происходит его ослабление, затем вновь усиление) Можно ли утверждать, что, как ив случае с интерференцией, происходит перераспределение энергии волны Ответ. Да. Есть области, где происходит концентрация энергии.) Учитель обращает внимание школьников на рисунок 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 приведён соответствующий график. Знакомство сданными иллюстрациями помогает в дальнейшем при изучении дифракции световых волн. Поляризация. Обсуждают вопросы какие виды волн мы изучали Чем они различаются Формулируют проблему какими волнами являются электромагнитные волны? В ряде явлений расположение плоскости колебаний Рис. Рис. Рис. Рис. 85 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 волна при другом нет В каком случае электромагнитные колебания не могут пройти через решётку? Нельзя ли провести аналогичный опыт с волной на резиновом шнуре Можно лис помощью явления поляризации определить, продольная волна или поперечная Можно ли поляризацией волн объяснить отсутствие приёма волн, если повернуть рупор приёмника 2 почасовой стрелке на 90°? Будет ли наблюдаться прим, если генератор 1 повернуть на 90°? на Изучение нового материала, его отработка и осмысление на уроке проводятся одновременно. При наличии времени в конце урока можно решить ряд задач. 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, 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. 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. Домашнее задание записи в тетрадях § 39; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально — П, № 696, Рис. Рис. 87 |