Электромагнитная волна - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - КОЛЕБАНИЯ И 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 21.

Для учебной деятельности школьников при изучении данной темы характерна большая самостоятельность. При организации работы широко используют такие приёмы, 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.

Таблица 21

Структура темы

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
I. Постановка задач урока. Повторение II. Изучение нового материала: связь переменного магнитного поля и вихревого электрического поля, понятие “единое электромагнитное поле”, механизм передачи взаимодействий, существование электромагнитных волн III. Подведение итогов. Домашнее задание	15 20—25 10	Сообщение учителя. Запись на доске Демонстрация опыта. Выполнение рисунков. Беседа. Рассказ. Записи в тетрадях. Работа с учебником Беседа по вопросам. Запись на доске

I. 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.)

II. 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 направлен индукционный ток? (Применяются правило Ленца и правило буравчика.) Как будет направлено вихревое электрическое поле в рамке? (Ответ. Силовые линии электрического поля будут направлены по току, 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 70. 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.: Майер В. В., Майер Р. В. Экспериментальные доказательства в электродинамике // Учебная физика. — 2003. — № 1).

В итоге теоретических поисков Максвелл сделал вывод о существовании 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 и причём во взаимно перпендикулярных плоскостях. На рисунке показано распределение характеристик электрических и магнитных полей в пространстве. С течением времени горбы перемещаются по оси Z вправо со скоростью Очевидно, что электромагнитная волна — волна поперечная: колебания E и В происходят 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 на следующем уроке.

III. 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. на с. 145 (ЕГЭ); индивидуально — Хрестоматия, с. 107.