Електромагнітні коливання і хвилі - На допомогу вчителю - Каталог файлів - Обмін досвідом


Категорії каталога

На допомогу вчителю [14]
Збірки дидактичних матеріалів на допомогу вчителю
Для учнів [5]
Вчимося разом
Управлінська діяльність у школі [3]
Для директора та замісників

Форма входу

Вітаю Вас Гість!

Пошук

чат

200

Наше опитування

Чи потрібне зовнішнє оцінювання
Усього відповідей: 235

Статистика


Усього онлайн: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Головна » Файли » На допомогу вчителю

Електромагнітні коливання і хвилі
[ Скачати з сервера (742.6Kb) ] 03.12.2009, 23:37

Електродинаміка — один із основних розділів курсу фізики, на вивчення якого в середній школі виділяється приблизно третина всього навчального курсу фізики.

Електродинаміка являється розділом фізики в якому вивчаються властивості і закономірності поведінки особливого виду матерії — електродинамічного поля, яке здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами. В сучасній електродинаміці виділяють три основних частини: класичну електродинаміку,квантову електродинаміку і електродинаміку рухомих середовищ. Класична електродинаміка - це по суті теорія електромагнітного поля Максвела і електронна теорія Лоренца.

Квантова електродинаміка - це теорія електромагнітного поля і його взаємодія з зарядженими частинами. Електродинаміка рухомих середовищ вивчає особливості електромагнітних явищ (наприклад процес поширення електромагнітних хвиль) в рухомих середовищах.

В курсі фізики середньої школи мова йде лише про основи електродинаміки, тобто про те, що повинен знати кожен хто одержує середню освіту.

В даній роботі буде показано, що повинен знати учень, щоб засвоїти тему електродинаміки „ Електромагнітні коливання і хвилі" і детально - поурочно розроблено шість перших уроків даної теми, так як подібної розробки в методичній літературі немає. Дана робота стане в пригоді вчителям фізики, так як показує, як підготувати учнів до свідомого сприймання основних положень електродинаміки, та засвоєнню теми „ Електромагнітні коливання і хвилі". Робота складається із методики формування основних понять електродинаміки, поурочних розробок уроків теми „ Електромагнітні коливання і хвилі", та уроку-конференції „ Розвиток засобів зв'язку", і підсумкової контрольної роботи (тести).

Короткі відомості з історії розвитку електродинаміки.

Розвиток електродинаміки привів до того, що виникла необхідність переходу до нової фізичної картини світу — електродинамічної картина, яка змінила попередню механічну. Відбулося це наприкінці XIX століття. Знаючи закони і закономірності електромагнітної форми руху матерії людство йде вглиб пізнання дійсної картини світу.

Магнетизм відомий ще з V століття до нашої ери. Але вивчення цього явища йшло надто повільно. Властивості магніту описані лише в 1269р.. Першою ґрунтовною роботу по вивченню магнітних явищ була праця Вільгейма Гільберта „ Про магніт", що вийшла в 1600р. Він встановив що: магнітне притягування і відштовхування властиві лише магнітним тілам; магніт має завжди два полюси; однойменні відштовхуються, а різнойменні полюси притягуються; неможливо одержати магніт з одним полюсом; Земля - великий магніт полюси якого розміщенні біля географічних полюсів.

1729р. С. Грей - відкрив явище електропровідності і розділив всі тіла на провідники і непровідники електрики.

1734р. Ш.Ф.Дюфе висунув думку, що електричні явища можна пояснити виходячи із існування двох родів електрики: скляного (позитивного) і смоляного (негативного).

 

 

Б.Франклін дослідним шляхом доказав нерівномірність розподілення електричних зарядів на поверхні провідників. В 1748р. Він висунув думку, що обидва види електрики являють собою надлишок і недостачу електрики одного - єдиного виду.

М.В.Ломоносов дав пояснення утворенню заряду у хмарах.

Початком кількісного вивчення електричних і магнітних явищ було покладено Г.Кавендішем і Ш.О.Кулоном.

Кулон ввів в фізику поняття - кількість електрики, густина електрики, напруженість.

Таким чином до кінця ХVIIIс. були вивчені важливіші явища електрики.

Наступний етап в розвитку вчення про електрику починається з робіт Л.Гальвані, який в 1791р. опублікував „ Трактат про сили електрики при м'язовому русі".

1800р. А.Вольта винайшов перше джерело постійного струму.

1802р. В.В. Петров відкрив електричну дугу.

Після відкриття Петрова швидко почала розвиватися електродинаміка основоположником якої був А.М.Ампер.

На даному етапі вчення про електрику розвивалось досить швидко.

1820р. Г.Х.Ерстед виявив дію електричного струму на магнітну стрічку. Дослід визвав сенсацію і був повторений багатьма вченими, викликав серію важливих відкриттів.

1825р. У.Стержен побудував один із перших електромагнітів. Ж.Біо і Ф.Савар встановили кількісний закон дії прямого струму на магнітну стрілку. Відкриття Ерстеда дало можливість створити зручні вимірювальні прилади струму. Перший гальванометр був створений У.Поггендорфом в 1821р.

1826р. Ампер вивів математичну формуліровку взаємодії елементів струму. Ампер ввів терміни „ електричний струм", „ електрична напруга", „ сила струму". Потенціал був введений в 1828р Д.А.Гріном.

В 1827 році Г.Ом встановив свій знаменитий закон ввівши в фізику поняття опору.

Досить важливим для розвитку електродинаміки було відкриття явища електромагнітної індукції М.Фарадея і 1831р. В працях Фарадея ідея єдності електричних і магнітних явищ одержала нове підтвердження. В 1833р. Є.Х.Ленц відкрив закон який давав можливість визначити напрямок індукційного струму. Ленцем і Джоулем був встановлений зв'язок між тепловими і електричними явищами. Перший електродвигун був побудований в Росії Б.Якобі. В другій половині ХІХ ст. були побудовані електромеханічні генератори, електричне освітлення, електричне зварювання, передача електричної енергії на відстань, трифазна система струмів. До початку ХХ ст. уже склалась електроенергетика і почалася електрифікація промисловості і транспорту. Широко застосовувалися закони електромагнетизму і для створення нових засобів зв'язку. Електромагнітний телеграф був сконструйований російським винахідником П.Л.Шіллінгом. Відчутний внесок в цю область зробили К.Ф.Гаус, В.С.Вебер, С.Морзе, Б. Якобі та інші.

Фарадей в 1825р. ввів поняття силових ліній, що визначали структуру електромагнітного поля. Але визначальними роботами в цій області є роботи Максвела, який ввів в електродинаміку поняття струму зміщення (1862р.) і написав рівняння електромагнітного поля (1864-1865рр.) Ці рівняння являються геніальним теоретичним узагальненням електромагнітних основ електродинаміки, в першу чергу таких фундаментальних дослідів, як досліди Фарадея і Ерстеда. Фундаментальним підтвердженням теорії Максвела явилося експериментальне винайдення Г.Герцем (1878р.) одержаних електричними методами вільних електромагнітних хвиль. Герц виміряв їх довжину, продемонстрував їх відбивання, заломлення, дифракцію, інтерференцію. Герц розвинув теорію Максвела дальше, написавши рівняння електромагнітного поля в такій формі в якій вони використовуються до сьогоднішнього часу.

До дослідів Герца з'явилась робота Дж. Пойнтінга (1883р.) про перенесення енергії електромагнітним полем, яке в свою чергу було окремим випадком загальної теорії руху енергії, розробленої в Росії в 1873р. М.А.Умовим. Герц застосував вектор Пойнтінга-Умова до обчислення потоку енергії, що випромінюється диполем в оточуючий простір. Одержаний ним результат був відправним для теорії антен.

Тріумфом теорії Максвела було практичне застосування електромагнітних хвиль для зв'язку. Це вперше здійснив в Росії О.С.Попов, який в 1895р. демонстрував передачу і прийом радіохвиль із одного будинку і інший на відстані 250м.. Так були закладені основи радіотехніки.

Російський фізик П.М.Лебедев в 1894р. одержав електромагнітні хвилі довжиною 6 мм і дослідив їх. Важливу роль в підтверджені електромагнітної теорії світла зіграли знамениті досліди Лебедева по дослідженню тиску світла.

В розвитку електродинаміки можна виділити наступні основні періоди:

дофарадеєвський період;

фараде-максвеловський період;

період класичної електронної теорії;

період релятивістської електродинаміки;

період квантової електродинаміки.

В школі вивчається в основному класична електродинаміка.

Для розуміння основних понять, що вивчають в темі „ Електромагнітні коливання і хвилі" необхідно учням глибоко засвоїти основні поняття електродинаміки. До них слід віднести: поняття електричного заряду, поняття електричного, магнітного і електромагнітних полів, змінного електромагнітного поля.

Най більш складним поняттям для учнів являється поняття електричного заряду. Формування цього поняття займає великий проміжок навчального матеріалу з фізики. Тому на кожному етапі необхідно давати зрозуміле визначення електричного заряду.

„ Електричний заряд. Властивість частинок матерії або тіл, що характеризує їх взаємозв'язок з власним електромагнітним полем і їх взаємодію з зовнішнім електромагнітним полем: має два види відомі як позитивний заряд (протона, позитрона) і від'ємний заряд (електрона і інших), кількісно визначається по

силовій взаємодії тіл, що мають електричний заряд". Так визначається електричний заряд в „ Збірник рекомендованих термінів" Випуск 46 стр14.

Із цих означень випливає що про електричний заряд судить по електромагнітній взаємодії тіл. Важливо є те, що поняття заряду мусить формуватися разом з поняттям електромагнітного поля в процесі вивчення електродинаміки. Зрозуміло, що учні зможуть засвоїти поняття „ електричний заряд" лише поступово і це необхідно врахувати вчителю.

Слідуючи важливе поняття електродинаміки це поняття поля. Електромагнітне поле виявляється і досліджується по поведінці заряджених частинок (тіл). Ніяких інших методів дослідження електромагнітних полів не існує. Це є основа методики формування поняття поля. Сила Лоренца, що виражає поведінку заряджених тіл, виражається векторами Е і В електромагнітного поля за формулою F=qE+q[vB]. Перший додаток у формулі - електрична сила Лоренца, що не залежить від швидкості зарядженого тіла: вона діє лише на рухомі заряди і при v = 0. Другий додаток - магнітна сила Лоренца: вона діє лише на рухомі заряди v = 0 стає рівною нулю. Ця сила залежить від модуля і напрямку швидкості v заряду. Ці особливості сили Лоренца дають можливість діяти на електричні заряди з деякою силою.

Може бути випадок, що поле діє як на нерухомий заряд, так і на рухомий, причому його дія залежить від вектора швидкості, тобто має властивості як електричного, так і магнітного поля.

Тема „ Електромагнітні коливання і хвилі" вивчається в курсі фізики середньої школи і на її вивчення відводиться 20 години

Даний матеріал доцільно вивчити на таких уроках:

1.Коливальний  контур. Виникнення електромагнітних коливань у коливальному контурі.

2.Перетворення енергії  в коливальному контурі.

3.Рівняння електромагнітних гармонічних коливань.

4. Величини ,що описують електромагнітні  гармонічні  коливання.

5.Вимушені  коливання. Автоколивання.

6.Генератор незатухаючих електромагнітних коливань.

7.Резонанс.

8. Розв’язування задач.

9. Електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі та швидкість їх поширення.

10. Енергія електромагнітної  хвилі. Основні властивості хвиль.

11.Винайдення радіо О.С.Поповим. Принцип радіотелефонного зв’язку .

12. Фізичні основи передачі і прийому інформації за допомогою електромагнітних хвиль.

13.Радіомовлення  і  телебачення.

 14. Поширення  радіохвиль. Радіолокація.

 15.  Довжина і частота   електромагнітних  хвиль. Інфрачервоне та ультрафіолетове  випромінювання.

 16.Рентгенівське  випромінювання.

 17.Гамма – випромінювання.

18. Шкала   електромагнітних   хвиль.

19.Урок- семінар: ,,Розвиток засобів зв’язку”

20.Контрольна робота по темі ,,Електромагнітні коливання і хвилі ‘’ 

Категорія: На допомогу вчителю | Додав: stdynzosh | Автор: Шумило Василь Семенович
Переглядів: 4827 | Завантажень: 450 | Рейтинг: 0.0/0
Усього коментарів: 0
Дадавати коментарі можеть тільки зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]