Иллюстративное сопровождение урока по теме "Электромагнитные волны"

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ

ВОЛНЫ

ЦЕЛЬ УРОКА:

• СФОРМИРОВАТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ И УСЛОВИЯХ ЕГО СУЩЕСТВОВАНИЯ

• ОБЪЯСНИТЬ МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

• ВЫЯСНИТЬ ПРАКТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

• УСТАНОВИТЬ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

План изучения темы:

• Связь между переменным электрическим полем и переменным магнитным полем. Электромагнитное поле.
• Электромагнитная волна.
• Излучение электромагнитных волн. Опыты Герца.
• Распространение электромагнитных волн.
• Энергия, переносимая электромагнитными волнами.

Электромагнитное поле.

• Связь между переменным электрическим полем и переменным магнитным полем.

Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. Максвелл ввел в физику понятие вихревого электрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.: Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.

Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

• Основу учения об электромагнитных полях составляют три положения, высказанные Максвеллом в 1873г. в его работе «Трактат об электричестве и магнетизме»

Идеи Максвелла

• При всяком изменении магнитного поля возникает переменное электрическое поле, вектор напряженности Е которого пропорционален скорости изменения индукции магнитного поля.

Идеи Максвелла

• При всяком изменении электрического поля возникает переменное магнитное поле, вектор индукции которого пропорционален скорости изменения напряженности электрического поля.

Идеи Максвелла

• Возникшее при этом электрическое поле не остается в месте возникновения, а распространяется в окружающем пространстве со скоростью света.

Следствия из теории Максвелла

• Существует особая форма материи – электромагнитное поле, характеризуемое двумя векторами: напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. В частном случае неизменных полей имеется только электрическое поле или только магнитное поле. В общем случае переменного поля оба вектора не равны нулю и изменяются одновременно.

Следствия из теории Максвелла

• В свободном пространстве переменное электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитной волны, у которой векторы Е и В перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Таким образом, в свободном пространстве электромагнитная волна является поперечной.

Следствия из теории Максвелла

• Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна 300 000 км/с

Следствия из теории Максвелла

• Плотность энергии электрической компоненты ω эл электромагнитного поля и плотность энергии магнитной компоненты ω м электромагнитного поля равны между собой

ω эл = ω м ω эм = ω эл + ω м = ε 0 Е 2

Следствия из теории Максвелла

• Электромагнитные волны переносят энергию электромагнитного поля.

Перенос энергии характеризует величина, усредненная по времени – интенсивность волны I, единица измерения – Ватт на квадратный метр.

I = Вт/ М 2

• Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля
• Интенсивность излучения точечного источника убывает пропорционально квадрату расстояния до источника
• Интенсивность гармонической волны прямо пропорциональна четвертой степени её частоты

Экспериментальные подтверждения:

• 1831 год. Опыты Фарадея –открытие явления электромагнитной индукции
• Опыты Эйхенвальда – обнаружение магнитного поля вблизи пластин конденсатора при его разрядке
• 1887 год. Опыты Герца по излучению электромагнитных волн