Что такое электромагнитная волна 9 класс

2. Распространение электромагнитных волн

Совершающие колебательные движения электрические заряды порождают периодически меняющееся электрическое поле. Оно, в свою очередь, приводит к появлению переменного магнитного поля, которое создаёт переменное электрическое поле и так далее.

Переменное электрическое поле имеет замкнутые силовые линии, поэтому оно называется вихревым.

Максвелл теоретически обосновал положение о распространении электромагнитного поля в пространстве (в том числе в вакууме) в виде поперечных волн.

Электромагнитная волна — это система создающих друг друга переменного магнитного и переменного электрического полей, распространяющихся в пространстве.

Рисунок \(1\). Электромагнитная волна

Вектор магнитной индукции B → и напряжённость электрического поля E → являются количественными характеристиками соответственно магнитного и электрического полей. Как раз эти параметры меняются по величине и направлению в электромагнитной волне.

Рисунок \(2\). Модель электромагнитной волны

Перпендикулярность векторов B → , E → и c → (скорость распространения волны) в любой точке свидетельствует о том, что электромагнитная волна — поперечная волна .

Максвелл смог теоретически установить скорость таких волн — \(300000\) км/с (скорость света). Расстояние, на которое волна распространяется за период колебаний \(T\), называется длиной волны \(λ\).

λ = cT = c ν .

Также Максвеллом было доказано, что исключительно высокочастотные колебания векторов B → и E → (\(100000\) Гц и больше) способны создать интенсивную электромагнитную волну.

Немецкий учёный Г. Герц в \(1888\) году смог получить, зафиксировать и подтвердить свойства электромагнитных волн, которые предсказал Максвелл.

«Электромагнитные волны » 9 класс
план-конспект урока по физике (9 класс) по теме

1.Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение
— Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем зак­лючается ее суть?
— Что служит источником электромагнитного поля?
— Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от си­ловых линий электростатического поля?
— Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

Скачать:

Вложение	Размер
«Электромагнитные волны » 9 класс	308 КБ

Предварительный просмотр:

Урок №53 9 класс

Тема: » Электромагнитные волны «

Цель урока : познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны.
Тип урока : изучение нового материала.
Структура урока:

1.Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение
— Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем заключается ее суть?
— Что служит источником электромагнитного поля?
— Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического поля?
— Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

Гипотеза Максвелла. На основе представлений Майкла Фарадея об электрических и магнитных полях английский физик Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнетизма. По представлениям Фарадея, любые изменения магнитного поля порождают вихревое электрическое поле. Например, при движении магнита по направлению чёрной стрелки вокруг изменяющегося магнитного поля, обозначенного незамкнутыми силовыми линиями, возникает вихревое электрическое поле, обозначенное замкнутой силовой линией.

Максвелл в 1864 г. предположил, что и любое изменение электрического поля сопровождается возникновением вихревого магнитного поля. Силовые линии этого поля замкнуты, они расположены вокруг силовых линий переменного электрического поля точно так же, как вокруг проводников с электрическим током. Это значит, что при прохождении переменного тока между пластинами плоского конденсатора вокруг изменяющегося электрического поля должно возникать вихревое магнитное поле.

Согласно гипотезе Максвелла процесс взаимного порождения изменяющимся электрическим полем магнитного поля и изменяющимся магнитным полем электрического поля может неограниченно распространяться, захватывая всё новые и новые области пространства.

Распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие взаимно друг друга, называются электромагнитной волной.

Скорость распространения электромагнитных волн.

Максвелл на основе своей теории математически доказал, что в вакууме скорость с электромагнитной волны должна быть равна:

с = 299 792 458 м/с ~ 300 000 км/с.

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментальное открытие электромагнитных волн.

Открытие электромагнитных волн. Электромагнитные волны были открыты немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. В своих опытах Герц использовал два металлических стержня с шарами на концах, в которых при электрическом разряде возникали такие электромагнитные колебания, как в электрическом контуре. Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами 1 происходил электрический разряд и одновременно на некотором расстоянии от них возникала искра между шарами 2 на концах проволочной рамки. Это доказывало, что при электрических колебаниях в электрическом контуре в пространстве возникает вихревое переменное электромагнитное поле. Это поле создаёт электрический ток в витке проволоки.

Измерив частоту ν гармонических колебаний в контуре и длину λ электромагнитной волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:

Значение скорости электромагнитной волны, полученной в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла. Так представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.

Силовые линии электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Свет — электромагнитная волна. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

4. Вопросы для закрепления.

1. Какую гипотезу высказал Максвелл при создании теории электромагнетизма?

2. Какой эксперимент послужил доказательством правильности теории близкодействия?

3. Как Герц измерил скорость электромагнитной волны?

4. Какой факт является доказательством того, что свет — электромагнитная волна?

5. Что такое электромагнитная волна? Что в ней происходит, т.е. какова природа этого физического объекта?

Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.
Электромагнитные волны изучаются колеблющимися зарядами, при этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временим, т.е. они движутся с ускорением. Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебании заряда, но и при любом быстром изменении его скорости. Причем интенсивность излучения волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд. Векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной. Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны экспериментально получены Герцем. ЭМВ, таким образом, возникают при ускоренном движении заряженных частиц. v = λ·ν

6. Новый материал «Свойства электромагнитных волн»
Виды и свойства электромагнитных излучений
Радиоволны. Электромагнитные волны с длиной волны примерно от одного миллиметра до нескольких километров называются радиоволнами. Радиоволны излучаются антеннами радио- и телепередатчиков, радиолокаторов, мобильными телефонами, грозовыми разрядами, звёздами и веществом в межзвёздном пространстве.
Инфракрасное излучение. Электромагнитные волны с длиной волны примерно от 1 мм до 0,8 мкм называются инфракрасным излучением. Любые тела при нагревании вследствие теплового движения заряженных частиц внутри их испускают электромагнитное излучение. При температуре от —263 до -3000 °С основная часть электромагнитного излучения относится к области инфракрасного излучения.
Органы чувств человека воспринимают инфракрасное излучение как тепло, идущее от горячих предметов. Инфракрасное излучение применяется в технике для прогревания и сушки материалов и изделий.
Видимый свет. При температуре от -3000 до -10000 °С, какую имеют поверхности Солнца и звёзд, в составе излучений любых тел имеются электромагнитные волны с длиной волны примерно от 0,8 до 0,4 мкм. Это излучение видит глаз человека, поэтому его называют видимым светом.
Ультрафиолетовое излучение. При температуре вещества выше -10 000 °С значительная часть излучения приходится на ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовым излучением называются электромагнитные волны с длиной волны от 0,4 до 0,01 мкм. Оно обладает большой биологической активностью. Под действием ультрафиолетового излучения погибают болезнетворные бактерии и вирусы. Это его свойство используется в медицине для обработки инструментов и материалов.
Из-за биологической активности ультрафиолетовое излучение может быть опасным для человека. Поэтому излишнее солнечное облучение кожи вредно для здоровья человека из-за наличия ультрафиолетового излучения в составе солнечного света.
Рентгеновские лучи. Электромагнитные излучения с длиной волны менее 0,01 мкм называют рентгеновским излучением или рентгеновскими лучами. Это излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе или при переходах электронов внутри атомов с одной орбиты на другую.
Рентгеновские лучи при прохождении через вещество обладают большой проникающей способностью. Это их свойство используется в медицине для получения снимков костного скелета человека (рис. 28.6).
Гамма-излучение. Электромагнитные излучения с длиной волны менее 0,01 мкм, испускаемые атомными ядрами или элементарными частицами при их превращениях, называют гамма-излучением или гамма-лучами. Рентгеновское и гамма-излучения обладают сильным биологическим действием и при больших дозах могут принести серьёзный вред живому организму. Их угнетающее действие на живые клетки используется в медицине для подавления развития злокачественных опухолей.

Свойства электромагнитных волн. Исследования показали, что электромагнитные волны отражаются от любых проводящих тел. Переменное электрическое поле падающей электромагнитной волны возбуждает вынужденные колебания свободных зарядов в проводнике, колебания электрических зарядов порождают отраженную волну.
Свойство отражения электромагнитных волн используется на практике для определения местоположения кораблей и самолётов, ракет и космических кораблей.
Устройства, посылающие радиоволны в заданном направлении и принимающие отражённый сигнал, называются радиолокаторами. С помощью радиолокатора расстояние / до самолёта определяют путем измерения интервала времени t между моментами отправления электромагнитной волны и возвращения отражённой волны. Искомое расстояние l равно:

l = с/t, где с — скорость распространения радиоволн.

При переходе электромагнитной волны из одного диэлектрика в другой может изменяться направление её распространения. Это явление называется преломлением волн. Преломление происходит из-за изменения скорости распространения волн при переходе из одного диэлектрика в другой.
У края препятствия электромагнитные волны могут отклоняться от прямолинейного пути распространения. Это явление называется дифракцией волн.
Если на пути электромагнитной волны находится экран с двумя отверстиями, то в различных точках за экраном в результате сложения колебаний от двух источников амплитуда колебаний может иметь различное значение в зависимости от разности расстояний до двух источников. Это явление называется интерференцией волн.

7. Практическая работа « Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.
Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика и металла.

Порядок выполнения задания

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.
2. Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?
3. Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

8. Обобщение и закрепление.
Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.
В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов. Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.
Какое ЭМ излучение имеет наибольшую длину волны, частоту? Наименьшую длину волны, частоту?

Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

Инфракрасное излучение (тепловое)

Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства:

Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, II промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны широко используются в Природе и технике. Природа использует электромагнитные волны светового диапазона, в технике используются волны гораздо более широкого диапазона – от сверхдлинных радиоволн до волн терагерцового диапазона и короче. Рассмотрим основные свойства электромагнитных волн.

Электромагнитная волна

Заряды, движущиеся с ускорением, распространяют вокруг себя изменение электрического поля, которое порождает изменяющееся вихревое магнитное поле. В свою очередь, изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, а это электрическое поле – вновь порождает вихревое магнитное.

Такая распространяющаяся в пространстве структура взаимоподдерживающихся вихревых электрического и магнитного полей называется электромагнитной волной.

Интенсивность поля, порождаемого самим зарядом, очень быстро убывает по мере удаления (пропорционально квадрату расстояния). А мощность электромагнитной волны, за счет своей структуры убывает гораздо медленнее (прямо пропорционально расстоянию). В результате на больших расстояниях от движущихся зарядов можно зафиксировать только порожденную ими электромагнитную волну.

Общие свойства электромагнитных волн

Электромагнитная волна, как и любой другой волновой процесс, демонстрирует все свойства волнового процесса – поглощение, отражение, преломление, интерференцию.

Для изучения этих свойств электромагнитных волн используются радиоволны с длиной волны порядка нескольких сантиметров и две рупорные антенны. Одна из них генерирует радиоволну, вторая – принимает. По пути распространения ставятся различные препятствия, по-разному влияющие на передачу радиоволны. Например, простое перекрытие пути волны различными ширмами ослабляет принятый сигнал, поглощая энергию радиоволн.

Металлическая ширма практически полностью блокирует радиоволны, отражая их, поэтому ее и рупоры можно расположить так, чтобы сигнал выходил из одного рупора, отражался от ширмы и попадал в другой рупор. Удаление такой ширмы приводит к пропаданию сигнала.

Большая призма из диэлектрика (например, парафина) преломляет ход волн, это также можно отметить в данном эксперименте, расположив рупоры под углом.

Наконец, если рупоры перекрывать сеткой из вертикальных или горизонтальных стержней – можно убедиться в поперечности электромагнитных волн – передача будет возможна лишь только тогда, когда сетки на приемном и передающем рупоре расположены одинаково.

Шкала электромагнитных волн

Свойства электромагнитных волн заметно меняются с изменением длины электромагнитной волны. Поэтому весь диапазон электромагнитных волн условно разбит на ряд поддиапазонов, каждый из которых обладает некоторыми индивидуальными особенностями, обуславливающие его применение в технике.

Что мы узнали?

Электромагнитная волна представляет собой структуру распространяющихся вихревых электрического и магнитного полей. Как волновой процесс, электромагнитная волна обладает всеми свойствами волны – она способна поглощаться, отражаться, преломляться, интерферировать. Также весь диапазон электромагнитных волн условно разделен на несколько поддиапазонов с различающимися индивидуальными свойствами.

Электромагнитные волны

Мы продолжаем беседу об электромагнитных полях.
Вспомним, что нам уже известно о них. Переменное магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля. При этом замкнутый контур позволяет лишь обнаружить это поле по действию индуцированного тока в этом контуре, электромагнитное поле будет существовать независимо от наличия проводников. Максвелл предположил, что переменное магнитное поле и электрическое поле равноправны, и изменение одного из поле будет вызывать появление другого. Количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В . Предположим, что в пространстве существует изменяющееся магнитное поле, тогда это вызовет появление вихревого электрического поля. Характеризовать вихревое эклектическое поле мы будем с помощью векторной величины, которая получила название напряженность электрического поля. Обозначают ее буквой ( Е ) «е» со знаком вектора. Единица измерения этой величины Ньютон деленое на Кулон, так как напряженность в какой-либо точке этого поля можно определить как отношение силы F «эф», с которой поле действует на точечный положительный заряд q «кью», помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда. Вектор напряженности направлен по касательной к силовым линиям вихревого электрического поля. Вихревое и магнитное поля можно образно представить в виде сложной цепочки, состоящей из колец. Причем эта цепочка удлиняется на наших глазах, демонстрируя распространение электромагнитных полей. Система порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей представляет собой электромагнитную волну. Электромагнитная волна будет распространяться в пространстве во всех направлениях Изменение магнитного поля и электрического означает изменение их основных характеристик: вектора магнитной индукции и вектора напряженности. В электромагнитной волне векторы Е и В периодически изменяются по модулю и направлению, т.е. колеблются. За время, равное периоду колебаний, волна переместится вдоль оси на расстояние, равное длине волны. Соотношения между длиной волны, ее периодом, скоростью и частотой колебаний справедливы как для механических, так и для электромагнитных волн. С понятием электромагнитных волн, пожалуй, знаком каждый человек. Ведь вокруг нас столько передающих и принимающих приборов: это и сотовые телефоны, модемы, телевизоры и многие другие, ставшие уже привычными нам, приборы. Работа всех этих приборов основана на принципе передачи и приема электромагнитных волн. Впервые удалось получить и зарегистрировать электромагнитную волну в 1888 году немецкому ученому Генриху Герцу, который, проводил свои опыты, пытаясь опровергнуть теорию Максвелла о существовании электромагнитных полей. Как оказалось, электромагнитные волны наполняют все существующее пространство. Для удобства, их разделили по длинам волн, а значит и по соответствующим частотам. Эти волны отличаются своим проявлением: проникающей способностью, цветностью, скоростью распространения в среде и так далее. Видимое излучение позволяет человеку познавать мир вокруг и является неотъемлемым компонентом при фотосинтезе кислорода в клетках растений.
Инфракрасное излучение — это тепловое излучение. И очевидно, что без необходимой доли теплового излучения, которое мы получаем, в первую очередь от Солнца, жизнь на Земле была бы не возможна.

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
• Повысим успеваемость по школьным предметам
• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ