11 класс
план-конспект по физике на тему

УРОК ПО ФИЗИКЕ № 1.

11 класс

Тема урока:  Колебательный контур. Превращения энергии в колебательном контуре. 

Цель урока: объяснение понятия колебательного контура и сути электромагнитных колебаний с использованием динамической модели “колебательный контур”.

                                                                                      Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Опрос домашней темы  по вопросам учебника с разбором решения домашних задач.

3. Повторение темы «Механические колебания».

4. Объяснение новой темы.

Колебания могут происходить в системе, которая называется колебательным контуром, состоящим из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. Колебательный контур называется идеальным, если в нем нет потерь энергии на нагревание соединительных проводов и проводов катушки, т. е. пренебрегают сопротивлением R.

      Cделаем в тетрадях чертеж схематичного изображения колебательного контура.

Чтобы возникли электрические колебания в этом контуре, ему необходимо сообщить некоторый запас энергии, т.е. зарядить конденсатор. Когда конденсатор зарядится, то электрическое поле будет сосредоточено между его пластинами.

Итак, конденсатор заряжен, его энергия равна

, но ,

поэтому  , следовательно,

.

Так как после зарядки конденсатор будет иметь максимальный заряд (на пластинах    конденсатора, расположены противоположные по знаку заряды), то при q=qmax  энергия электрического поля конденсатора будет максимальна и равна

.

В начальный момент времени вся энергия сосредоточена между пластинами конденсатора, сила тока в цепи равна нулю. При замыкании конденсатора на катушку он начинает разряжаться и в цепи возникнет ток, который, в свою очередь, создаст в катушке магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля направлены по правилу буравчика.

        При разрядке конденсатора ток не сразу достигает своего максимального значения, а постепенно. Это происходит потому, что переменное магнитное поле порождает в катушке второе электрическое поле. Вследствие явления самоиндукции там возникает индукционный ток, который, согласно правилу Ленца, направлен в сторону, противоположную увеличению разрядного тока.

         Когда разрядный ток достигает своего максимального значения, энергия магнитного поля максимальна и равна

,

а энергия конденсатора в этот момент равна нулю. Таким образом, через t=T/4 энергия электрического поля полностью перешла в энергию магнитного поля.

        С началом перезарядки конденсатора разрядный ток будет уменьшаться до нуля не сразу, а постепенно. Это происходит опять же из-за возникновения противо э.д.с. и индукционного тока противоположной направленности. Этот ток противодействует уменьшению разрядного тока, как ранее противодействовал его увеличению. Сейчас он будет поддерживать основной ток. Энергия магнитного поля будет уменьшаться, энергия электрического – увеличиваться, конденсатор будет перезаряжаться.

        Таким образом, полная энергия колебательного контура, в любой момент времени, равна сумме энергий магнитного и электрического полей

        Колебания, при которых происходит периодическое превращение энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки, называются ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ колебаниями. Так как эти колебания происходят за счет первоначального запаса энергии и без внешних воздействий, то они являются СВОБОДНЫМИ.

5. Закрепление новой темы - решение качественных и количественных задач.

  1.  Найти отношение энергии магнитного поля к энергии электрического поля для момента времени t=T/2,

считая, что процессы происходят в идеальном колебательном контуре.

t=T/4, t=T/2, t=5T/4

  2. Где будет сосредоточена энергия колебательного контура в момент времени t=T/4, t=T/2, t=5T/4 ?

  3. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится?

6. Выставление оценок в журнал.

7. Домашнее задание.

                                                     УРОК ПО ФИЗИКЕ № 3.

 11 класс

Тема урока: Уравнение свободных гармонических колебаний в контуре.

Цель урока: вывод основного уравнения электромагнитных колебаний, законов изменения заряда и силы тока, получения формулы Томсона и выражения для собственной частоты колебания контура.

                                                                                  Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Опрос домашней темы по следующему плану :

• понятие электромагнитных колебаний;
• понятие энергии колебательного контура;
• соответствие электрических величин механическим величинам при колебательных процессах.

(Для повторения и закрепления необходимо еще раз продемонстрировать модель аналогии механических и электромагнитных колебаний).

3. Итоги диктанта.  Разбор ошибок.

4.  Объяснение новой темы.

        На прошлых уроках мы выяснили, что электромагнитные колебания, во-первых, являются свободными, во-вторых, представляют собой периодическое изменение энергий магнитного и электрического полей. Но кроме энергии при электромагнитных колебаниях меняется еще и заряд, а значит и сила тока в контуре и напряжение. На этом уроке мы должны выяснить законы, по которым меняются заряд, а значит сила тока и напряжение.

        Итак, мы выяснили, что полная энергия колебательного контура, в любой момент времени, равна сумме энергий магнитного и электрического полей:  . Считаем, энергия не меняется со временем, то есть контур – идеальный. Значит, производная полной энергии по времени равна нулю, следовательно, равна нулю сумма производных по времени от энергий магнитного и электрического полей:

, то есть .

        Знак минус в этом выражении означает, что когда энергия магнитного поля возрастает, энергия электрического поля убывает и наоборот. А физический смысл этого выражения таков, что скорость изменения энергии магнитного поля равна по модулю и противоположна по направлению скорости изменения электрического поля.

        Вычисляя производные, получим

.

        Но   ,   поэтому    и  - мы получили уравнение, описывающее свободные электромагнитные колебания в контуре. Если теперь мы заменим q на x,  х’’=ах на q’’, k на 1/C, m на L, то  получим уравнение  

,

описывающее колебания груза на пружине. Таким образом, уравнение электромагнитных колебаний имеет такую же математическую форму, как уравнение колебаний пружинного маятника.

        Как вы видели на демонстрационной модели, заряд на конденсаторе меняется периодически. Необходимо найти зависимость заряда от времени.

        Из девятого класса вам знакомы периодические функции синус и косинус. Эти функции обладают следующим свойством: вторая производная синуса и косинуса пропорциональна самим функциям, взятым с противоположным знаком. Кроме этих двух, никакие другие функции этим свойством не обладают. А теперь вернемся к электрическому заряду. Можно смело утверждать, что электрический заряд, а значит и сила тока, при свободных колебаниях меняются с течением времени по закону косинуса или синуса, т. е. совершают гармонические колебания. Пружинный маятник также совершают гармонические колебания (ускорение пропорционально смещению, взятому со знаком минус).

        Итак, чтобы найти явную зависимость заряда, силы тока и напряжения от времени, необходимо решить уравнение

,

учитывая гармонический характер изменения этих величин.

        Если в качестве решения взять выражение типа q = qm cos t , то, при подстановке этого решения в исходное уравнение, получим q’’=-qmcos t=-q.

Поэтому, в качестве решения необходимо взять выражение вида

q=qmcosωot,

где qm – амплитуда колебаний заряда (модуль наибольшего значения колеблющейся величины),

ωo = - циклическая или круговая частота. Ее физический смысл –

число колебаний за один период, т. е. за 2π с.

        Период электромагнитных колебаний – промежуток времени, в течение которого ток в колебательном контуре и напряжение на пластинах конденсатора совершает одно полное колебание. Для гармонических колебаний Т=2π с (наименьший период косинуса).

        Частота колебаний – число колебаний в единицу времени – определяется так: ν =  .

 Частоту свободных колебаний называют собственной частотой колебательной системы.

 Так как ωo= 2π ν=2π/Т, то Т= .

Циклическую частоту мы определили как ωo = , значит для периода можно записать

Т=  = - формула Томсона для периода электромагнитных колебаний.

Тогда выражение для собственной частоты колебаний примет вид

.

Нам осталось получить уравнения колебаний силы тока в цепи  и напряжения на конденсаторе.

        Так как , то при q = qm cos ωo t получим U=Umcosωot. Значит, напряжение тоже меняется по гармоническому закону. Найдем теперь закон, по которому меняется сила тока в цепи.

По определению ,

но q=qmcosωt, поэтому

,

где π/2 – сдвиг фаз между силой тока и зарядом (напряжением). Итак, мы выяснили, что сила тока при электромагнитных колебаниях тоже меняется по гармоническому закону.

 (Посмотрим на рисунок учебника, там вы видите графики зависимости заряда и напряжения на конденсаторе и силы тока в цепи от времени. На графиках хорошо видно, что сила тока сдвинута относительно заряда на π/2). 

Мы рассматривали идеальный колебательный контур, в котором нет потерь энергии и свободные колебания могут продолжаться бесконечно долго за счет энергии, однажды полученной от внешнего источника. В реальном контуре часть энергии идет на нагревание соединительных проводов и нагревание катушки. Поэтому свободные колебания в колебательном контуре являются затухающими

5. Закрепление новой темы – решение задач.

1.Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?  

2.Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=444 пФ и катушка индуктивностью L=4мГн.

На какую частоту настроен контур?

3.Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 4 раза, а емкость – в 16 раз?  

6. Выставление оценок в журнал.

7. Дом. задание.

УРОК ПО ФИЗИКЕ № 2.

11 класс

Тема урока: Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

Цель урока: объяснение сути и доказательство аналогии между электромагнитными колебаниями и колебаниями пружинного маятника с использованием динамической колебательной модели ”Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями”.

                                                                         Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Опрос домашней темы по следующему плану:

• понятие колебательного контура;
• понятие идеального колебательного контура;
• условия возникновения колебаний в к/к;
• понятия магнитного и электрического полей;
• колебания как процесс периодического изменения энергий;
• энергия контура в произвольный момент времени;
• понятие (свободных) электромагнитных колебаний.

3. Проведение физ.диктанта.

4. Разбор диктанта. Обобщение ошибок.

5.Объяснение новой темы.

На этом уроке мы рассмотрим аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями. В качестве механической колебательной системы будем рассматривать пружинный маятник.  

(На рисунке учебника вы видите модель, которая демонстрирует аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями. Она поможет нам разобраться в колебательных процессах, как в механической системе, так и в электромагнитной).

Итак, в пружинном маятнике упруго деформированная пружина сообщает скорость  прикрепленному к ней грузу. Деформированная пружина обладает потенциальной энергией упругодеформированного тела :

,

движущийся груз обладает кинетической энергией   .

Превращение потенциальной энергии пружины в кинетическую энергию колеблющегося тела является механической аналогией превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. При этом аналогом механической потенциальной энергии пружины  является энергия электрического поля конденсатора, а аналогом механической кинетической энергии груза является энергия магнитного поля, которая связана с движением зарядов. Зарядке конденсатора от батареи соответствует сообщение  пружине потенциальной энергии (например, смещение рукой).

 Сопоставим формулы и выведем общие закономерности для э/м-ых  и механических колебаний.

         ПРУЖИНА                                КОНДЕНСАТОР

                       ГРУЗ                                               КАТУШКА

Из сопоставления формул следует, что аналогом индуктивности L является масса m,  а аналогом смещения х служит заряд q, аналогом коэффициента k служит величина, обратная электроемкости, т. е. 1/С.

Моменту, кода конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, соответствует прохождение телом положения равновесия с максимальной скоростью.

         Далее при перезарядке конденсатора тело будет смещаться влево от положения равновесия. Через промежуток времени, равный t=T/2, конденсатор полностью перезарядится и сила тока в цепи станет равной нулю.

        Как уже было сказано на прошлом занятии, движение электронов по проводнику является условным, ведь для них основным видом движения является колебательное движение около положения равновесия. Поэтому иногда еще электромагнитные колебания сравнивают с колебаниями воды в сообщающихся сосудах, где каждая частица совершает колебания около положения равновесия.

        Итак, мы выяснили, что аналогией индуктивности является масса, а аналогией перемещения является заряд. Но вед вы прекрасно знаете, что изменение заряда в единицу времени – это не что иное, как сила тока, а изменение координаты в единицу времени – скорость, то есть q’= I, а  x’= v. Таким образом, мы нашли еще одно соответствие между механическими и электрическими величинами.

6. Закрепление новой темы – составление таблицы, которая поможет нам систематизировать связи механических и электрических величин при колебательных процессах.

      Cоставим таблицу.

Таблица соответствия между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах.

7. Решение качественных и количественных  задач по новой теме.

   1.Найти энергию магнитного поля катушки в колебательном контуре, если её индуктивность равна 5 мГн,а max сила тока - 06мА.

   2.Чему был равен max  заряд на обкладках конденсатора в том же  колебательном контуре, если его емкость рана 0,1пФ ?

8. Выставление оценок в журнал.

9. Домашнее задание.

Урок  17/4

Тема: Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях

Цели урока: ∙ разъяснить суть процесса электромагнитных колебаний в колебательном контуре;

∙ формировать неформальные знания и умения в освоении понятий «колебательный контур»;

∙ воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики.

Оборудование:  Гальванометр, осциллограф, конденсатор, катушка индуктивности, соединительные про-вода, источник тока, простейший генератор переменного тока (или проволочная рамка, дугообразный пос-тоянный магнит)

Ход урока:

1. Проверка домашнего задания.

∙  § 27.

∙  § 15 (самоиндукция; индуктивность).

2. Изучение нового материала.

              Основной материал:

∙ Устройство колебательного контура.

∙ Возникновение колебаний в колебательном контуре:

а) У колебательного контура должно быть состояние устойчивого равновесия, характеризуемое минималь-ной энергией электрического поля (конденсатор);

б) Колебательный контур должен приходить к состоянию устойчивого равновесия (разрядка конденсатора) и проходить через него «по инерции» (из-за явления самоиндукции).

∙ Взаимные превращения энергии электрического и магнитного полей в колебательном контуре.

                Демонстрации:

∙ Медленные затухающие электромагнитные колебания в колебательном контуре [см. описание к осцилло-графу или Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе/ Под ред. А.А. Покровского. ч. 2. – М.: Просвещение, 1979; опыт 15].

3. Закрепление материала.

                  Разбор качественных задач со сборника Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике. – М.: Просвещение, 1972:        

- 1395. Могут ли в колебательном контуре, состоящим из конденсатора и резистора, возникать свободные электромагнитные колебания? (Не могут)

- 1396. Чем отличаются друг от друга свободные колебания в двух колебательных контурах с одинаковыми параметрами, если конденсаторы контуров были заряжены от батарей с различными ЭДС? (Амплитудой ко-лебания).

- 1398. Какова энергия конденсатора в колебательном контуре в моменты максимумов тока в катушке в случае, когда сопротивление ничтожно мало? (Равна нулю)

- 1399. Где сосредоточена энергия при свободных колебаниях в колебательном контуре через  ½; ¾; ¼ пе-риода после начала разрядки конденсатора? (В конденсаторе; в катушке; в катушке)

- тесты со сборника Тулькибаевой Н.Н., Пушкарева А.Э. Контрольные тесты. Физика, 10 кл. – Челябинск, Издательство ЧГПУ «Факел», 2004 (с. 113).

4. Подведение итогов урока.

Домашнее задание: § 28.

Контрольные вопросы 1 и 2 к § 28.

Резистор, конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока

Резистор в цепи постоянного и переменного тока в любой момент времени обладает одним и тем же значением сопротивления R = U/I. Ток и напряжение совпадают по фазе. На векторной диаграмме направления этих векторов совпадают (рис.1).

Среднее значение мощности Pср.= Um*Im/2.

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает емкостным сопротивлением Xc:

Xc = 1/(wC),
где С - емкость конденсатора,
      w - частота переменного тока.

Величину емкостного сопротивления можно рассчитать по формуле Xc = U/I, предварительно измерив напряжение на конденсаторе U и силу тока в цепи I.

При этом колебания силы тока в цепи опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на π/2. Если сила тока меняется по закону I = Imsin(wt), то напряжение - U = Umsin(wt - π/2). Векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе приведена на рис. 2.

В цепи, содержащей конденсатор, происходит периодический обмен энергией между генератором и конденсатором без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.

Катушка индуктивности, включенная в цепь переменного тока обладает сопротивлением:

XL = wL,
где L - индуктивность катушки.

Величину индуктивного сопротивления можно рассчитать по формуле XL = U/I, предварительно измерив напряжение на катушке U и силу тока в цепи I.

Отметим, что значение XL больше, чем сопротивление катушки в цепи постоянного тока. Это связано с тем, что при протекании переменного тока через катушку индуктивности благодаря явлению самоиндукции в последней возникает индукционное электрическое поле, противодействующее полю, создаваемому генератором переменного напряжения. Это индукционное поле и является причиной индукционного сопротивления XL.

Связь индуктивности и явления самоиндукции можно проследить, исходя из следующего соотношения:

εc = - dФ/dt = - L*dI/dt, где εc - ЭДС самоиндукции.
L = εc, если скорость изменения тока самоиндукции равна dI/dt = 1 A/c.

В цепи, содержащей катушку индуктивности, колебания напряжения в цепи опережают по фазе колебания силы тока на π/2. Если напряжение меняется по закону U = Umsin(wt), то сила тока - I = Imsin(wt - π/2). Векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе приведена на рис. 3.

В цепи, содержащей катушку индуктивности, происходит периодический обмен энергией между генератором и катушкой без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.

2.4. Закон Ома для цепи переменного тока. Мощность.

В § 2.3 были выведены соотношения, связывающие амплитуды переменных токов и напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности: 

Эти соотношения во виду напоминают закон Ома для участка цепи постоянного тока, но только теперь в них входят не значения постоянных токов и напряжений на участке цепи, а амплитудные значения переменных токов и напряжений.

Соотношения (*) выражают закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего один из элементов R, L и C. Физические величины R,  и ωL называютсяактивным сопротивлением резистора, емкостным сопротивлением конденсатора и индуктивным сопротивлением катушки.

При протекании переменного тока по участку цепи электромагнитное поле совершает работу, и в цепи выделяется джоулево тепло. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений тока и напряжения: p = J · u. Практический интерес представляет среднее за период переменного тока значение мощности 

Здесь I0 и U0 – амплитудные значения тока и напряжения на данном участке цепи, φ – фазовый сдвиг между током и напряжением. Черта означает знак усреднения. Если участок цепи содержит только резистор с сопротивлением R, то фазовый сдвиг φ = 0: 

Для того, чтобы это выражение по виду совпадало с формулой для мощности постоянного тока, вводятся понятия действующих или эффективных значений силы тока и напряжения: 

Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор, равна 

Если участок цепи содержит только конденсатор емкости C, то фазовый сдвиг между током и напряжением  Поэтому 

Аналогично можно показать, что PL = 0.

Таким образом, мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении. Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.

Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки. Цепь подключена к источнику переменного тока частоты ω. На всех последовательно соединенных участках цепи протекает один и тот же ток. Между напряжением внешнего источника e (t) и током J (t) возникает фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Поэтому можно записать 

Такая запись мгновенных значений тока и напряжения соответствует построениям на векторной диаграмме (рис. 2.3.2). Средняя мощность, развиваемая источником переменного тока, равна 

Как видно из векторной диаграммы, UR = 0 · cos φ, поэтому  Следовательно, вся мощность, развиваемая источником, выделяется в виде джоулева тепла на резисторе, что подтверждает сделанный ранее вывод.

В § 2.3 было выведено соотношение между амплитудами тока I0 и напряжения 0 для последовательной RLC-цепи: 

Величину 

называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающую связь между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи, можно записать в виде 

Это соотношение называют законом Ома для цепи переменного тока. Формулы (*), приведенные в начале этого параграфа, выражают частные случаи закона Ома (**).

Понятие полного сопротивления играет важную роль при расчетах цепей переменного тока. Для определения полного сопротивления цепи во многих случаях удобно использовать наглядный метод векторных диаграмм. Рассмотрим в качестве примера параллельный RLC-контур, подключенный к внешнему источнику переменного тока (рис. 2.4.1).

При построении векторной диаграммы следует учесть, что при параллельном соединении напряжение на всех элементах R, C и L одно и то же и равно напряжению внешнего источника. Токи, текущие в разных ветвях цепи, отличаются не только по значениям амплитуд, но и по фазовым сдвигам относительно приложенного напряжения. Поэтому полное сопротивление цепи нельзя вычислить по законам параллельного соединения цепей постоянного тока. Векторная диаграмма для параллельного RLC-контура изображена на рис. 2.4.2.

Из диаграммы следует: 

Поэтому полное сопротивление параллельного RLC-контура выражается соотношением 

При параллельном резонансе (ω2 = 1 / LC) полное сопротивление цепи принимает максимальное значение, равное активному сопротивлению резистора: 

Фазовый сдвиг φ между током и напряжением при параллельном резонансе равен нулю.

Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

Тема урока: "Генератор на транзисторе. Автоколебания" 

 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

ГБОУ РМ СПО (ССУЗ) «Саранский техникум пищевой и перерабатывающей промышленности»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ПО ФИЗИКЕ

НА ТЕМУ: «Переменный электрический ток»

                                                                        Разработала преподаватель

                                                                         физики С.Е.Рязина

Саранск  

Тема урока: «Переменный электрический ток».

Цели урока:

Образовательная: 

Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

Развивающая: 

Развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.

Воспитательная: 

Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Методы проведения: объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

Высказывание:

                                  Как наша прожила б планета,                                                              

                                  Как люди жили бы на ней                                                                                

                                  Без теплоты, магнита, света                                                                                  

                                  И электрических лучей?

                                               Адам Мицкевич

Межпредметные связи: математика – нахождение производной, тригонометрические функции; оборудование – механическое оборудование; история – промышленность IX века; внутрипредменая связь – законы постоянного тока, магнитное поле, электромагнитная индукция. 

ПЛАН УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

2.Актуализация опорных знаний.

(Воспроизведение основных положений  изученного на предыдущих уроках материала)

3.Объяснение нового материала.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

7.Задание на дом:

§ 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11», стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы: 

1. «Новые современные типы генераторов».

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

ХОД УРОКА

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

- каким образом можно получить переменную ЭДС и

- какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

- в чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

2.Актуализация опорных знаний

Он всем несет тепло и свет

Щедрей его на свете нет!

К поселкам, селам, городам

Приходит он по проводам!  (электрический ток)

Воспроизведение основных положений  изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3.Объяснение нового материала.

   В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

   Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Слайд 4

 Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.  

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления  электромагнитной индукции.

   Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Слайд 5

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

Слайд  6

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

Слайд  7

Слайд  8

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

Историческая справка (сообщение учащегося)

Более подробно устройство генераторы мы с вами изучим на следующих уроках.

Слайд  9

Слайд  10

Слайд  11

Слайд  12

Слайд  13

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Слайд 14

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

- как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

- как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

Слайд 15

Решение задачи

Слайд 16, 17

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

Слайд 18

7.Задание на дом: § 31, 32; Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев «ФИЗИКА – 11».

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы: 

1. «Новые современные типы генераторов»

2. «Оборудование предприятий общественного питания в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии».

УРОК ПО ФИЗИКЕ № 4.

11 класс

Контрольная работа по теме “Электромагнитные колебания”.

Цель урока: проверить знания учащихся по теме «Колебательный контур» и «Превращение энергии в колебательном контуре».

Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Раздача индивидуальных карточек с заданием контрольной работы.

1 вариант:

1. Какую роль играют индуктивность и емкость в колебательном контуре?

2. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится?

3. Найти отношение энергии магнитного поля к энергии электрического поля для момента времени t=T/8, считая, что процессы происходят в идеальном колебательном контуре.

4. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура?  

5. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=888 пФ и катушка индуктивностью L=2мГн. На какую частоту настроен контур?

6. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25нФ и катушки индуктивностью L=1,014Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5мкКл. Написать уравнение изменения разности потенциалов на обкладках конденсатора и тока в цепи с числовыми коэффициентами. Найти разность потенциалов на обкладках конденсатора и ток в цепи в моменты времени Т/4. Построить графики найденных зависимостей  в пределах одного периода.

2 вариант:

1. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится?  

2. Где будет сосредоточена энергия колебательного контура в момент времени t=T/4, t=T/2, t=5T/4 ?

3. Дан идеальный колебательный контур. Что в нем определяет частоту и амплитуду колебаний.

4. Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 2 раза, а емкость – в 4 раза?  

5. Вычислить частоту собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 12мГн, емкость – 0,88мкФ, а сопротивление контура равно нулю.

6. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25нФ и катушки индуктивностью L=1,014Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5мкКл. Написать уравнение изменения разности потенциалов на обкладках конденсатора и тока в цепи с числовыми коэффициентами. Найти разность потенциалов на обкладках конденсатора и ток в цепи в моменты времени Т/2. Построить графики найденных зависимостей  в пределах одного периода.  

3. Сбор работ и инд. карточек.

4. Дом .задание.  Подготовиться к тестированию.

УРОК ПО ФИЗИКЕ № 2.

11 класс

Тема урока: Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

Цель урока: объяснение сути и доказательство аналогии между электромагнитными колебаниями и колебаниями пружинного маятника с использованием динамической колебательной модели ”Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями”.

                                                                         Ход урока:

1. Орг. момент.

2. Опрос домашней темы по следующему плану:

• понятие колебательного контура;
• понятие идеального колебательного контура;
• условия возникновения колебаний в к/к;
• понятия магнитного и электрического полей;
• колебания как процесс периодического изменения энергий;
• энергия контура в произвольный момент времени;
• понятие (свободных) электромагнитных колебаний.

3. Проведение физ.диктанта.

4. Разбор диктанта. Обобщение ошибок.

5.Объяснение новой темы.

На этом уроке мы рассмотрим аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями. В качестве механической колебательной системы будем рассматривать пружинный маятник.  

(На рисунке учебника вы видите модель, которая демонстрирует аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями. Она поможет нам разобраться в колебательных процессах, как в механической системе, так и в электромагнитной).

Итак, в пружинном маятнике упруго деформированная пружина сообщает скорость  прикрепленному к ней грузу. Деформированная пружина обладает потенциальной энергией упругодеформированного тела :

,

движущийся груз обладает кинетической энергией   .

Превращение потенциальной энергии пружины в кинетическую энергию колеблющегося тела является механической аналогией превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. При этом аналогом механической потенциальной энергии пружины  является энергия электрического поля конденсатора, а аналогом механической кинетической энергии груза является энергия магнитного поля, которая связана с движением зарядов. Зарядке конденсатора от батареи соответствует сообщение  пружине потенциальной энергии (например, смещение рукой).

 Сопоставим формулы и выведем общие закономерности для э/м-ых  и механических колебаний.

         ПРУЖИНА                                КОНДЕНСАТОР

                       ГРУЗ                                               КАТУШКА

Из сопоставления формул следует, что аналогом индуктивности L является масса m,  а аналогом смещения х служит заряд q, аналогом коэффициента k служит величина, обратная электроемкости, т. е. 1/С.

Моменту, кода конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, соответствует прохождение телом положения равновесия с максимальной скоростью.

         Далее при перезарядке конденсатора тело будет смещаться влево от положения равновесия. Через промежуток времени, равный t=T/2, конденсатор полностью перезарядится и сила тока в цепи станет равной нулю.

        Как уже было сказано на прошлом занятии, движение электронов по проводнику является условным, ведь для них основным видом движения является колебательное движение около положения равновесия. Поэтому иногда еще электромагнитные колебания сравнивают с колебаниями воды в сообщающихся сосудах, где каждая частица совершает колебания около положения равновесия.

        Итак, мы выяснили, что аналогией индуктивности является масса, а аналогией перемещения является заряд. Но вед вы прекрасно знаете, что изменение заряда в единицу времени – это не что иное, как сила тока, а изменение координаты в единицу времени – скорость, то есть q’= I, а  x’= v. Таким образом, мы нашли еще одно соответствие между механическими и электрическими величинами.

6. Закрепление новой темы – составление таблицы, которая поможет нам систематизировать связи механических и электрических величин при колебательных процессах.

      Cоставим таблицу.

Таблица соответствия между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах.

7. Решение качественных и количественных  задач по новой теме.

   1.Найти энергию магнитного поля катушки в колебательном контуре, если её индуктивность равна 5 мГн,а max сила тока - 06мА.

   2.Чему был равен max  заряд на обкладках конденсатора в том же  колебательном контуре, если его емкость рана 0,1пФ ?

8. Выставление оценок в журнал.

9. Домашнее задание.

Урок  17/4

Тема: Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях

Цели урока: ∙ разъяснить суть процесса электромагнитных колебаний в колебательном контуре;

∙ формировать неформальные знания и умения в освоении понятий «колебательный контур»;

∙ воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики.

Оборудование:  Гальванометр, осциллограф, конденсатор, катушка индуктивности, соединительные про-вода, источник тока, простейший генератор переменного тока (или проволочная рамка, дугообразный пос-тоянный магнит)

Ход урока:

1. Проверка домашнего задания.

∙  § 27.

∙  § 15 (самоиндукция; индуктивность).

2. Изучение нового материала.

              Основной материал:

∙ Устройство колебательного контура.

∙ Возникновение колебаний в колебательном контуре:

а) У колебательного контура должно быть состояние устойчивого равновесия, характеризуемое минималь-ной энергией электрического поля (конденсатор);

б) Колебательный контур должен приходить к состоянию устойчивого равновесия (разрядка конденсатора) и проходить через него «по инерции» (из-за явления самоиндукции).

∙ Взаимные превращения энергии электрического и магнитного полей в колебательном контуре.

                Демонстрации:

∙ Медленные затухающие электромагнитные колебания в колебательном контуре [см. описание к осцилло-графу или Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе/ Под ред. А.А. Покровского. ч. 2. – М.: Просвещение, 1979; опыт 15].

3. Закрепление материала.

                  Разбор качественных задач со сборника Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике. – М.: Просвещение, 1972:        

- 1395. Могут ли в колебательном контуре, состоящим из конденсатора и резистора, возникать свободные электромагнитные колебания? (Не могут)

- 1396. Чем отличаются друг от друга свободные колебания в двух колебательных контурах с одинаковыми параметрами, если конденсаторы контуров были заряжены от батарей с различными ЭДС? (Амплитудой ко-лебания).

- 1398. Какова энергия конденсатора в колебательном контуре в моменты максимумов тока в катушке в случае, когда сопротивление ничтожно мало? (Равна нулю)

- 1399. Где сосредоточена энергия при свободных колебаниях в колебательном контуре через  ½; ¾; ¼ пе-риода после начала разрядки конденсатора? (В конденсаторе; в катушке; в катушке)

- тесты со сборника Тулькибаевой Н.Н., Пушкарева А.Э. Контрольные тесты. Физика, 10 кл. – Челябинск, Издательство ЧГПУ «Факел», 2004 (с. 113).

4. Подведение итогов урока.

Домашнее задание: § 28.

Контрольные вопросы 1 и 2 к § 28.

Открытый урок по физике 11-го класса: "Свойства электромагнитных волн, распространение их и применение"

Раздел: Преподавание физики 

Тема урока: Свойства электромагнитных волн. Распространение и применение электромагнитных волн.

Цель урока: повторить механические волны и их характеристики; понятие электромагнитной волны; их свойства, распространение и применение. Показать роль эксперимента в торжестве теории. Расширить кругозор учащихся.

На доске плакат, на котором указываются этапы работы класса: “Вспоминай – смотри – делай выводы – поделись интересными идеями”.

Оборудование урока:

1. На столе комплект приборов для изучения свойств электромагнитных волн, громкоговоритель, выпрямитель универсальный ВУП, усилитель низкой частоты, провода.
2. Модель плоскополяризованной волны
3. Таблица №1 “Классификация радиоволн и область их применения”.
4. Таблица №2 “Распространение радиоволн”. (Справка: таблицы и модель электромагнитных волн выполнены учащимися)
5. Доклады учащихся (выше упомянутые).
6. У каждого учащегося листок с заданием (самостоятельная работа)
7. Портреты ученых (Д.Максвелл, Г.Герц, А.С.Попов)

Постановка задачи.

На уроке мы изучим свойства электромагних волн на примере радиоволн (от мм до долей сотен км). Особенностью их распространения и применения. Услышите интересные сообщения ваших одноклассников о их применении. На столе пред вами листочки с заданиями, которые по ходу урока вами будут заполнены.

Этапы урока:

1. Актуализация опорных знаний (фронтальная беседа)

1. Что такое волна?
2. Виды волн по направлению изменения физических величин и по их природе.
3. Характеристики волны: – длина волны (расстояние между соседними горбами (впадинами));  – частота колебаний; v – конечная скорость распространения.
4. Связь между ними.
5. Что такое электромагнитная волна?
6. Что общего между механическими и электромагнитными волнами (переносят энергию и имеют конечную скорость).

У электромагнитной волны нет горбов (впадин), в ней вектор напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В изменяются по синусоидальному закону, взаимно перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Демонстрируется модель электромагнитной волны, выполненная из цветной бумаги на спице. (При вращении ее создается впечатление, что вектора Е и В изменяются во всевозможных направлениях, перпендикулярных направлению ее движения). (рис. 65, стр.70 Физика-11, Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев)

II. Изучение нового материала.

Разрабатывая теорию электромагнитного поля Д.Максвелл в 60-х годах IXX века теоретически обосновал возможность существования электромагнитных волн (на основе составленных им дифференцированных уравнений) и даже вычислил скорость их распространения. Она совпала со скоростью света v=с=3*108м/с. Это дало Максвеллу основание сделать заключение: свет – это один из видов электромагнитных волн.

Выводы Максвелла были признаны далеко не всеми физиками – современниками Максвелла. Требовалось экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн. Теория без практики мертва!

Такой эксперимент был выполнен в 1888 году немецким физиком Г.Герцем. Опыты Герца блестяще подтвердили теорию Максвелла. Но немецкий физик не видел перспективы их применения. А.С.Попов, русский физик, сумел найти им практическое применение, т.е. дал им путевку в жизнь. Была осуществлена безпроволочная связь с помощью электромагнитных волн.

Для получения электромагнитной волны необходимо создать колебания заряда высокой частоты. Это возможно осуществить в открытом колебательном контуре. Интенсивность излучения электромагнитной волны пропорциональна 4-й степени частоты. Низкочастотные колебания (звуковые) антенна не излучает.

Эксперимент: Современные технические устройства позволяют получить электромагнитные волны и изучить их свойства. Лучше использовать волны сантиметрового диапазона (=3см). Километровые волны излучаются специальным генератором сверхвысокой частоты (СВЧ). Генератор с помощью рупорной антенны излучает электромагнитные волны. Электромагнитная волна достигая приемника преобразуются в электрические колебания и усиливаются усилителем и подаются на громкоговоритель. Электромагнитные волны излучаются рупорной антенной в направлении от рупора. Приемная антенна в виде такого же рупора принимает волны, которые распространяются вдоль ее оси.(общий вид установки изображен на рис.81)

Демонстрируются свойства электромагнитных волн:

1. Прохождение и поглощение волн (картон, стекло, дерево, пластмасса и т.д.);
2. Отражение от металлической пластинки;
3. Изменение направления на границе диэлектрика (преломление);
4. Поперечность электромагнитных волн, доказывается поляризацией с помощью металлических стержней;
5. Интерференция;

Учащиеся после демонстрации записывают свойства электромагнитных волн (задание А).

Задание А.

Свойства электромагнитных волн:

1. Отражаются от… (проводников); (рис.82)
2. Проходят через… (диэлектрики);
3. Преломляются на границе… (диэлектрика); (рис.83)
4. Интерферируют - …;
5. Являются… (поперечными);

Таким образом, опыты доказали существование электромагнитных волн и помогли изучить их свойства.

Классификация электромагнитных волн – (радиоволн).

Обращается внимание учащихся на таблицу №1, на которой радиоволны распределены по видам, длинам, частотам и указана область применения их. После изучения они выполняют задание “В”:

1. Какие электромагнитные волны называют радиоволнами?
2. Какие радиоволны используются в:

А) радиовещании

Б) телевидении

В) космической связи

Таблица 1. Классификация радиоволн.

Распространение радиоволн.

Как распространяется радиоволна – вопрос не второстепенный. На практике от решения этого вопроса зависит качество при приеме.

На распространение радиоволн влияют следующие факторы:

1. Физические и геометрические свойства поверхности Земли;
2. Наличие ионосферы, т.е. ионизированного газа на высоте 100 – 300 км;

Искусственные сооружения или объекты (дома, самолеты и т.п.)

Ионизация воздуха вызвана электромагнитным излучением Солнца и потоками заряженных частиц, излучаемых им. Проводящая ионосфера отражает радиоволны 10м. Но способность ионосферы отражать и поглощать радиоволны существенно меняется в зависимости от времени суток и времени года.

На таблице №2 (см. стр. 85 учебника) изображены наиболее типичные варианты распространения радиоволн разного диапазона около поверхности Земли. При прохождении радиоволн наблюдаются и интерференция, и дифракция (огибание выпуклой поверхности Земли)

Применение радиоволн.

Краткие сообщения учащихся:

1. Радио, как средство связи – Баишева Капиталина.
2. Становление якутского радио – Потапова Юлия.
3. История сотовой связи в Якутии (Горизонт-РТ) – Марков Дмитрий.
4. Спутниковая связь – Васильев Александр.
5. Микроволновая терапия – Александрова Аня.
6. Радиотелеметрия (стр.258-259, Н.М.Ливенцев, Курс физики для медицинских ВУЗов) – Печенкина Лариса.

Изучение нового материала окончено. Прошу выполнить задание “С”.

Определить на какой длине работают местные радиостанции:

Вариант1. Частоты станций.

1. Радио РИМ = 101,7 МГц
2. Микс мастер = 102,5 МГц
3. НТВ = 99,8 МГц
4. СТВ = 105,7 МГц
5. Радио центр = 103,6 МГц
6. Виктория = 103,1 МГц

Варианты указаны на ваших листках.

Закрепление:

1. Почему зимой и ночью радиоприем лучше, чем летом и днем?
2. Почему радиоприемники плохо работают, когда машина проезжает под эстакадой или мостом?
3. Почему башни телецентра строят высокими?
4. Почему при работе на коротких волнах возникают зоны “молчания”?
5. Почему нельзя осуществить радиосвязь между подводными лодками, находящимися на некоторой глубине в океане?

Задание на дом: §§ 35,36,37, повторить §§ 28-30.

Спасибо за участие и помощь. Урок окончен.

Урок-зачет по теме "Электромагнитные волны" 11-й класс.

Учебники: 

• Мякишев Г.Я., Синяков А.З., “Физика. 11 класс”,
• Малинин А.Н., Глазунов А.Г., Кабардин О.Ф, “Физика. 11 класс”.

Тип: комбинированный, урок обобщающего повторения, коррекции и контроля знаний.

Задачи:

Образовательные:

• повторение, коррекция и закрепление знаний по теме;
• контроль уровня усвоения теоретического материала, умения применять знания при решении задач различной степени сложности как количественных, так и качественных.

Развивающие:

• развитие умения обобщать материал, применять знания при решении нестандартных заданий политехнического направления.

Воспитательные:

• воспитание культуры сотрудничества при работе в группах.

В целях сохранения высокой работоспособности в течение всего времени урока использован материал разного уровня сложности.

Урок проводится в группе 12-14 человек.

Ход урока

1. Организационный момент.

О порядке работы на уроке.

2. Вступительное слово учителя.

Краткое обобщение темы “Электромагнитные волны и их применение в радиосвязи”.

3. Зачет.

Первый тур

Работа проходит в группах по три-четыре человека.

Группе предлагается решить четыре задачи средней степени сложности. По итогам работы в группах проходит проверка. Каждая группа представляет решение только одной задачи, номер которой определяется результатами жеребьевки. Решение оформляется на доске, члены других групп осуществляют проверку. Группа получает 1 балл за правильное решение каждой из задач и 2 балла за защиту задачи.

Задачи.

1. Первая радиограмма была передана А.С. Поповым в 1896 году на расстояние 250 метров. За сколько времени радиосигнал прошел это расстояние?
2. По международному соглашению длина электромагнитной волны, на которой передают сигнал бедствия SOS, равна 600 метров. На какой частоте передаются такие сигналы?
3. На какой длине волны работает радиопередатчик, если емкость конденсатора 240 пФ, а индуктивность 50 мкГн?
4. Будут ли передающий колебательный контур с параметрами 160 пФ и 5 мГн и приемный колебательный контур с параметрами 100 пФ и 4 мГн настроены в резонанс?

Второй тур

Ответы на качественные вопросы. Право ответа получает группа, первая поднявшая сигнальную карточку. За правильный ответ группа получает 1 балл.

Задачи. 

1. Миноискатель представляет собой генератор незатухающих электромагнитных волн звуковой частоты. Индуктивность контура выполнена в нем в виде проволочного кольца. Когда кольцо, перемещаемое по поверхности земли, приближается к мине или другому металлическому предмету, в телефонных наушниках высокий тон сменяется низким. Как это объяснить?

Ответ: Металлический корпус мины увеличивает индуктивность контура, при этом частота звуковых колебаний уменьшается. Тон звука определяется частотой. Чем выше тон, тем больше частота.

2. При радиопередаче на коротких волнах прием возможен не везде. В некоторых местах, иногда довольно близких от передающей станции, образуются зоны “молчания”. Каково их происхождение?

Ответ: Две особенности расположения коротких электромагнитных волн:

а) сильным поглощением их земной поверхности;
б) преломлением и отражением их от ионосферы.

3. Радиоприемник может настраиваться на прием радиоволн различной длины. Что нужно для перехода к приему более длинных волн: сближать или раздвигать пластины конденсатора колебательного контура?

Ответ: Длина волны прямо пропорциональна периоду колебаний; период колебаний зависит от емкости конденсатора (прямая зависимость); емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Значит, если расстояние между пластинами уменьшать, то емкость увеличивается, период возрастает и настройка идет на более длинные волны.

4. При резонансе длина антенны должна быть в четыре раза меньше длины принимаемой электромагнитной волны. Почему на практике пользуются антеннами значительно меньшей длины?

Ответ: Для уменьшения габаритов принимающего устройства. Прием короткими антеннами дает слабый сигнал, который затем усиливается усилителем высокой частоты. Таким образом, недостаток антенны компенсируется высокими качествами усилителя радиоприемника.

5. Если включать и выключать свет в комнате, то слышны щелчки в работающем радиоприемнике. Чем они вызваны?

Ответ: При включении и выключении света возникает искрение контактов выключателя. Значит, в этот момент возникает переменное электромагнитное поле, которое в свою очередь порождает переменное магнитное поле и т.д. Распространяется электромагнитная волна, которая и фиксируется радиоприемником.

6. Почему на экране телевизора при появлении летящего самолета возникает двойное изображение?

Ответ: Сигнал, отраженный от самолета, попадает в антенну телевизора чуть позже, чем прямой сигнал с телевышки. На экране телевизора появляется изображение, созданное прямым сигналом. Слабый “двойник” движется по экрану по мере удаления или приближения самолета. Второе изображение находится правее, так как развертка электромагнитного луча идет слева направо, если смотреть спереди.

7. Почему радиоприемник в автомашине плохо работает, когда она проезжает под эстакадой или под мостом?

Ответ: Эстакада и мост экранируют радиосигнал. Происходит частичное поглощение радиоволны, наблюдается дифракция. (Более короткие волны не могут огибать такое препятствие, возникает область радиотени).

8. Почему башни телецентров строят очень высокими?

Ответ: Телецентры работают на ультракоротких волнах (<10 м). Эти волны не испытывают дифракции на холмах, оврагах и т.п., поэтому приемная антенна телевизора и передающая антенна телецентра должны быть в зоне прямой видимости.

9. Почему нельзя осуществить радиосвязь между лодками, находящимися на некоторой глубине?

Ответ: Морская вода, как проводник, поглощает радиоволны.

10. Нередко утверждают, что работающие рентгеновские установки и тракторы создают радиопомехи. Почему это утверждение не верно?

Ответ: В рентгеновских установках нет излучателей радиоволн; в современных тракторах установлен двигатель типа “дизель”, в котором нет искрового зажигания.

11. Будет ли радиоприем, если антенну установить на чердаке под железной крышей? Ответ аргументируйте. 

Ответ: Нет, так как крыша будет экранировать антенну радиоволн. Железо — проводник.

12. Если поместить карманный радиоприемник в кастрюлю и прикрыть крышкой, то радиоприем сразу прекратится. Почему?

Ответ: Металлическая кастрюля экранирует радиосигнал, так как является проводником.

13. Случается, что изображение на экране телевизора двоится. Что заставляет электронный луч писать второе изображение?

Ответ: Волна принимается непосредственно от антенны телецентра и еще сигнал, отраженный от соседних крыш или других предметов, расположенных вблизи приемной антенны.

14. Часто случается, что волна от передатчика до приемника доходит различными путями, испытав различное число отражений от ионосферы и земной поверхности. Какое свойство волн приводит к улучшению слышимости или, наоборот, к замиранию приема?

Ответ: Интерференция. Волны, идущие от одного и того же радиопередатчика, когерентны и могут интерферировать в месте приема, ослабляя или усиливая сигнал.

Третий тур

Решение задач высокого уровня сложности. Каждая группа получает задание согласно жеребьевке. Решение задачи представляется на доске. Группами осуществляется взаимопроверка решения. У других групп есть возможность заработать дополнительные баллы, если они найдут ошибки в решении и исправят их. За правильное решение группа получает 3 балла, за нахождение ошибки – 4 балла.

Группа 1.

Для радиоприемника требуется изготовить катушку индуктивностью 0,6 мГн, длиной 6,28 см, площадью одного витка 30 см2. Сколько витков должна иметь эта катушка?

Группа 2.

Для радиоприемника требуется изготовить плоский слюдяной конденсатор емкостью 7,5 нФ из пластинок металлической фольги площадью 6,28 см2 и слюдяных пластинок такой же площадью и толщиной 0,1 мм. Сколько пластинок металлической фольги потребуется для изготовления этого конденсатора? Диэлектрическая проницаемость слюды равна 7,5.

Группа 3. 

Для радиоприемника требуется изготовить катушку индуктивностью 10 мкГн. Определить радиус каркаса катушки, если она должна иметь 50 витков при длине 9,86 см.

Группа 4.

Для радиоприемника требуется изготовить плоский слюдяной конденсатор емкостью 7,5 нФ из металлической фольги и слюдяных прокладок толщиной 0,5 мм. Какова должна быть площадь пластинок фольги и слюды, чтобы конденсатор состоял из 61 обкладки? Диэлектрическая проницаемость слюды 7,5.

4. Подведение итогов работы учащихся в группах.

Анализ уровня усвоения теоретического материала, коррекция допущенных при ответах недочетов. Объявление оценок за работу. Оценка “отлично” выставляется, если группа набрала более 15 баллов; оценка “хорошо” выставляется, если группа набрала 10 — 14 баллов; оценка “удовлетворительно” выставляется, если группа набрала 8 – 9 баллов.

5. Контроль знаний.

6. Подведение итогов урока.

Заключительное слово учителя.

За работу на уроке все учащиеся получают по две оценки: одна — за работу в группе, другая – за индивидуальную работу.

Урок по теме: "Человек в мире электромагнитных излучений"

Место урока в теме: Заключительный урок темы.

(Предполагается, что учащиеся знают свойства электромагнитных волн. Предыдущее домашнее задание – изучение проблемы урока по публикациям в прессе, научно-популярной литературе).

Задачи урока:

1. Обобщить знания об электромагнитных излучениях (полях), встречающихся в быту.
2. Выяснить положительное и отрицательное воздействие этих полей на организм человека.
3. Сформировать принципы защиты от вредного воздействия полей, либо уменьшения их вредного воздействия. 

Оборудование:

• рабочие листы;
• справочные материалы (значение напряженности магнитной индукции электромагнитного поля бытовых приборов);
• правила электромагнитной безопасности (для каждой группы);
• таблица “Биологический эффект электромагнитных излучений” (на доске);
• набор (раздаточный материал) экранированных проводов, защитные корпуса микросхем, конденсаторов, катушек индуктивности;
• журнальные статьи по теме урока. 

Домашнее задание: Изучить правила электромагнитной безопасности с членами семьи.

Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны… Лик земли ими меняется, ими в значительной мере лепится.

В.И.Вернадский

Ход урока

Вступительное слово учителя: Человек в процессе жизнедеятельности создал особую среду – ее называют техногенной, т.к. она обусловлена существованием и работой огромного количества разнообразной техники. Сегодня мы уже не можем представить своей жизни без, например, электрического освещения, бытовых электронагревателей, телевизора, компьютера, мобильного телефона… Все эти приборы создают электромагнитные поля. Складываясь, эти поля существенно меняют качество окружающей нас среды.

Так хорошо это или плохо – жить в электромагнитном мире? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним основные свойства электромагнитных волн, посредством которых распространяется электромагнитные воздействия. Для экономии времени каждая группа заполнит рабочий лист. (Приложение 1)

План работы:

1. Повторение (заполнение первой части Рабочего листа – Я знаю, что…).
2. Обсуждение в группах вопросов: (Приложение 1).

• Почему электромагнитное поле влияет на человека?
• От чего зависит биологический эффект действия электромагнитного поля? (Заполняют схему 1) 
• Какие бытовые приборы создают электромагнитное поле в вашей квартире? (Заполняют схему 2) 
• Если действие электромагнитного поля вредно, то как обезопасить себя?

На работу в группах – 7-10 минут.

По результатам обсуждения должны быть сделаны следующие выводы:

Человек – антенна, принимающая электромагнитные волны Uрез = 129 и кратные.

Тело человека – проводник, следовательно, на естественные электромагнитные колебания организма (органов, клеток, систем органов) накладывается дополнительное электромагнитное поле, за счет явления электромагнитной индукции.

Биологический эффект зависит от:

• значений Е (напряженности электрического поля);
• значений В (магнитной индукции);
• значений w (частоты).

Чтобы сформировать принципы защиты от вредного воздействия электромагнитных излучений, учащимся предлагается поработать со справочными материалами. (Приложение 2)

1). ПДУ – предельно допустимый уровень напряженности и магнитной индукции зависит от частоты. (Таблица 1)

2). Поля, создаваемые различными бытовыми приборами. (Таблица 2)

3). Безопасное расстояние. (Таблица 2)

Биологический эффект может быть положительным (возникновение жизни на Земле, акселерации, методы лечения в медицине) и отрицательным. Сегодня мы остановимся на отрицательном воздействии. Медики установили, что длительное пребывание в искусственно созданном электромагнитном поле дает… (Таблица на доске).

Ощущали ли вы на себе такие действия электромагнитного поля и когда?

Как же обезопасить себя от вредного воздействия электромагнитного поля, или хотя бы уменьшить биологический эффект?

Выслушиваем гипотезы, высказанные каждой группой, обсуждаем их. (Для борьбы с вредным воздействием электромагнитного поля, нужно использовать свойства электромагнитной волны).

Выводы:

1. Экранирование металлом источников электромагнитного излучения (провода, катушки индуктивности и т.п.) Рассматриваем набор экранированных деталей.

2. Выдерживать безопасное расстояние.

3. Все бытовые электроприборы должны быть исправны и соответствовать ПДУ. (Сертификат качества)

4. Зеленые насаждения активно поглощают электромагнитные волны.

И все же, я хочу, чтобы вы больше узнали о своих любимых бытовых приборах, обсудили эту проблему дома, умели защитить свое здоровье.

Памятка “Полезно знать” раздается каждому ученику.

Закрепление:

Качественные задачи

Задача № 1. Эколог, выступая по радио, сказал, что проживание человека в железобетонных домах усиливает воздействие на него электромагнитных полей. Прав ли он?

(Нет, если источник поля вне дома – это ЛЭП, передающая антенна и т.п., т.к. железобетонный дом представляет собой “экран”, от которого отражаются электромагнитные волны внешних источников.)

Задача № 2. Рядом с домом проходит ЛЭП и троллейбусная линия. Опасны ли внешние поля для человека, выходящего дышать свежим воздухом на балкон?

(Нет, если пребывание кратковременное и если перед балконом растут деревья.)

Задача № 3. Является ли электрический провод, подведенный к дому от расположенной вблизи трансформаторной подстанции, источником опасного для человека электромагнитного поля?

(Нет, т.к. он проложен под землей и заключен в металлическую экранирующую сетку.)

Полезно знать

ЭЛЕКТРОБРИТВЫ. Их поля очень велики и, к сожалению, не позволяет выдержать безопасную дистанцию.

Совет: электробритва хороша для кратковременного, а не постоянного пользования. В командировке она незаменима, а дома правильно поступают те, кто бреется традиционным способом.

ТЕЛЕВИЗОР. Это сильный источник электромагнитного поля, но опасность исчезает с расстоянием 1,1 м от экрана и 1,2 от боковой стенки – поле нормализуется.

Совет: лучше черно-белый телевизор, чем цветной (интересно, кто способен на такие жертвы ради здоровья), дистанционный пульт – не роскошь, а мера предосторожности.

СВЧ-ПЕЧЬ. Внутри нее при работе возникает мощнейший источник излучения, поэтому конструкция дверцы обеспечивает особую защиту. И все же чрезмерно увлекаться готовкой в ней не стоит. Помните: печь предназначена прежде всего для разогрева пищи или приготовления полуфабрикатов, то есть для включения на относительно короткий срок.

Совет: когда печь работает, лучше не сидеть рядом, а отойти на 1,5 – 2 м. Нужно также проверить, плотно ли закрывается дверца. Со временем степень защиты печи может снижаться из-за появления микрощелей в уплотнении дверцы. Поэтому через 5-6 лет целесообразно пригласить специалиста, чтобы проверить качество защиты.

КОМПЬЮТЕР. Он излучает электромагнитное поле в основном с торцевой части монитора и системного блока. Поэтому его разумнее устанавливать в углу комнаты, чтобы пореже обходить вокруг.

Совет: запомните “правило вытянутой руки”. Это оптимальное расстояние от вашего лица до экрана. А чтобы не напрягать зрение, лучше максимально увеличить изображение при работе.

ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.

• Не оставляйте включенный телевизор в комнате, из которой ушли, особенно в спальне.
• Если даже на час встаете из-за компьютера, выключайте его.
• На ночь не оставляйте технику работать в режиме stand-by, проще говоря, красный огонек на панели должен погаснуть.
• Выбирая технику, отдайте предпочтение той, у которой есть кнопка, отключающая ее от сети.
• Стиральную машину лучше разместить в ванной комнате.
• Стены, даже несущие, не защищают от электромагнитного поля, поэтому прежде, чем выбирать место для кровати, неплохо бы узнать, где стоит телевизор у соседей.
• Старайтесь не включать много приборов в одну розетку.
• Следите, чтобы наружные провода были расправлены и не образовывали беспорядочных колец и петель. Провод, свитый кольцом, - гораздо более сильный источник напряжения. Чем тот же провод, но прямой.

Модуляция и детектирование

С момента изобретения радио Поповым прошло некоторое время, когда люди захотели вместо телеграфных сигналов, состоящих из коротких и длинных сигналов, передавать речь и музыку. Так была изобретена радиотелефонная связь. Рассмотрим основные принципы работы такой связи. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Казалось бы, если эти колебания усилить и подать в антенну, то можно будет передавать на расстояние речь и музыку с помощьюэлектромагнитных волн. Однако в действительности такой способ передачи неосуществим. Дело в том, что колебания новой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются. Для преодоления этого препятствия были разработаны модуляция и детектирование, рассмотрим их подробней.

Модуляция

Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе. Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или как говорят, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией. Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной передачи. Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний достигается специальным воздействием на генератор незатухающих колебаний.

В частности, модуляцию можно осуществить, изменяя на колебательном контуре напряжение, создаваемое источником. Чем больше напряжение на контуре генератора, тем больше энергии поступает за период от источника в контур. Это приводит к увеличению амплитуды колебаний в контуре. При уменьшении напряжения энергия, поступающая в контур, также уменьшается. Поэтому уменьшается и амплитуда колебаний в контуре. В самом простом устройстве для осуществленияамплитудной модуляции включают последовательно с источником постоянного напряжения дополнительный источник переменного напряжения низкой частоты.

Этим источником может быть, например, вторичная обмотка трансформатора, если по его первичной обмотке протекает ток звуковой частоты. В результате амплитуда колебаний в колебательном контуре генератора будет изменяться в такт с изменениями напряжения на транзисторе. Это и означает, что высокочастотные колебания модулируются по амплитуде низкочастотным сигналом. Кромеамплитудной модуляции, в некоторых случаях применяют частотную модуляцию — изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом. Ее преимуществом является большая устойчивость по отношению к помехам.

Детектирование

В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием. Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук. Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо сначала из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты. Термин детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью - детектор. Таким элементом может быть электронная лампа (вакуумный диод) или полупроводниковый диод.

Рассмотрим работу полупроводникового детектора. Пусть этот прибор включен в цепь последовательно с источником модулированных колебаний и нагрузкой. Ток в цепи будет течь преимущественно в одном направлении. В цепи будет течь пульсирующий ток. Этот пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра. Простейший фильтр представляет собой конденсатор, присоединенный к нагрузке. Фильтр работает так. В те моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется в конденсатор, заряжая его. Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. Зато в промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. Поэтому в интервале между импульсами ток через нагрузку течет в ту же сторону. Каждый новый импульс подзаряжает конденсатор. В результате этого через нагрузку течет ток звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.

МОДУЛЯЦИЯ и ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний достигается специальным воздействием на генератор высокочастотных незатухающих колебаний. В частности, модуляцию можно осуществить, изменяя на колебательном контуре напряжение, создаваемое источником (см. § 36). Чем больше напряжение на контуре генератора, тем больше .энергии поступает за период от источника в контур. Это приводит к увеличению амплитуды ко.чебаний в контуре. При уменьшении напряжения энергия, поступающая в контур, также уменьшается. Поэтому уменьшается и амплитуда колебаний в контуре.

Если менять напряжение на контуре с частотой, много меньшей частоты колебаний, вырабатываемых генератором, то изменения амплитуды этих колебаний будут приближенно прямо пропорциональны изменениям напряжения. В самом простом устройстве для осуществления амплитудной модуляции включают последовате.тьно с источником постоянного напряжения дополнительный источник переменного напряжения низкой частоты. Этим источником может быть, например, вторичная обмоткатрансформатора, если по его первичной обмотке проходит ток звуковой частоты (рис. 7.10). В результате амплитуда колебаний в колебательном контуре генератора будет изменяться в такт с изменениями напряжения на транзисторе. Это и означает, что высокочастотные колебания модулируются по амплитуде низкочастотным сигналом.

Временную развертку модулированных колебаний можно непосредственно наблюдать на экране осциллографа, если подать на него напряжение с колебательного контура.


 
Кроме амплитудной модуляции, в некоторых случаях применяют частотную модуляцию — изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом. Ее преимуществом является большая устойчивость по отношению к помехам.

Детектирование. Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо сначала из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты, т. е. провести детектирование.

Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью — детектор. Таким элементом может быть полупроводниковый диод.

Рассмотрим принцип работы полупроводникового детектора. Пусть этот прибор включен в цепь последовательно с источником модулированных колебаний и нагрузкой (рис. 7.11). Ток в цени будет идти преимущественно в одном направлении, отмеченном на рисунке стрелкой, так как сопротивление диода в прямом направлении много меньше, чем в обратном. Мы вообще можем пренебречь обратным током и считать, что диод обладает односторонней проводимостью. Вольт-амперную характеристику диода приближенно можно представить в виде ломаной, состоящей из двух прямолинейных отрезков (рис. 7.12).


 
В цепи (см. рис. 7.11) будет идти пульсирующий ток, график силы тока которого показан на рисунке 7.13. Этот пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра. Простейший фильтр представляет собой конденсатор, присоединенный к нагрузке (рис. 7.14).



Фильтр, работает так. В те моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть тока ответвляется в конденсатор, заряжая его (сплошные стрелки на рисунке 7.14). Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. Зато в промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. Поэтому в интервале между импульсами ток через нагрузку идет в ту же сторону (штриховые стрелки на рисунке 7.14). Каждый новый импульс подзаряжает конденсатор. В результате этого через нагрузку идет ток звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции (рис. 7.15).

Более сложные фильтры сглаживают небольшие высокочастотные пульсации, и колебания звуковой частоты происходят более плавно, чем это изображено на рисунке 7.15.

Простейший радиоприемник. Простейший радиоприемник состоит из колебательного контура, связанного с антенной, и подключенной к нему цепи, состоящей из детектора, конденсатора и телефона (рис. 7.16). В колебательном контуре радиоволной возбуждаются модулированные колебания. Катушки телефонов выполняют роль нагрузки. Через них идет ток звуковой частоты. Небольшие пульсации высокой частоты не сказываются заметно на колебаниях мембраны и не воспринимаются на слух.


 
Модулировать можно амплитуду или частоту колебаний. Проще всего осуществляется амплитудная модуляция.

При детектировании переменный ток выпрямляется и высокочастотные пульсации сглаживаются фильтром.
 

1.    От чего зависит амплитуда автоколебаний в генераторе на транзисторе!
2.    Как устроен простейший детекторный радиоприемник!

Радиосвязь. Радиолокация.

Урок  28/7

Тема: Радиолокация. Понятие о телевидении. Развитие средств связи.

Цели урока: ∙ ознакомить учащихся со свойствами радиоволн различной длины и о развитии средств свя-зи; объяснить принцип радиолокации и телевидения;

∙ формировать неформальные знания и умения в освоении понятий «радиолокация» и «телевидение»;

∙ воспитывать сознательное отношение к учебе и заинтересованность в изучении физики.

Ход урока:

1. Проверка домашнего задания.

∙  § 51, 52.

Контрольные вопросы 1, 2 к § 52.

2. Изучение нового материала.

              Основной материал:

∙ Деление радиоволн на длинные, средние, короткие и ультракороткие.

∙ Зависимость свойств радиоволн от длины волны.

∙ Радиолокация – обнаружение и точное определение местонахождения объекта с помощью радиоволн.

∙ Измерения в радиолокации: дистанциометрия и пеленгация.

∙ Принцип получения телевизионного изображения.

∙ Основные направления развития средств связи (краткие сообщения учащихся).

3. Закрепление материала.

                 Разбор тестовых заданий со сборника Тулькибаевой Н.Н., Пушкарева А.Э. Контрольные тесты. Физика, 11 кл. – Челябинск, Издательство ЧГПУ «Факел», 2004 (с. 137).

                Решение задач и вопросов:

                Разбор вопросов со сборника Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 1987:

∙ 1046. Сколько колебаний происходит в электромагнитной волне с длиной волны 30 м за время, равное периоду звуковых колебаний с частотой 200 Гц?

∙ 1049. На каком расстоянии от радиолокатора находится самолет, если отраженный от него сигнал принят через 2∙10-4 с после посылки этого сигнала?

                Разбор дополнительных задач и вопросов:

∙ Чем объясняется лучшая слышимость радиостанций зимой?

∙ Определите дальность действия радиолокатора, излучающего 500 импульсов в секунду?

∙ Определите период и частоту радиопередатчика, работающего на волне длиной 30 м.

∙ Определите частоту и длину волны радиопередатчика, если период его электрических колебаний 10-6 с.

∙ Сколько радиостанций может работать без помех в диапазоне длин волн 200-600 м, если каждой станции отводят полосу частот 4 кГц?

4. Подведение итогов урока.

Домашнее задание:

∙ § 55 - 58.

∙ Контрольный вопрос  к § 56.

∙ 1050 – Р.

Тест по теме “Электромагнитные волны. Радиосвязь”. Задание выполняется индивидуально.

Вариант 1.

1. Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называют

а) автоколебания;
б) волной;
в) свободными;
г) вынужденными.

2. При уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 2 раза излучаемая в единицу времени энергия

а) уменьшится в 4 раза;
б) увеличится в 4 раза;
в) уменьшится в 8 раз;
г) уменьшится в 16 раз.

3. Энергия электромагнитной волны (в вакууме) в любой точке пространства самостоятельно

а) распространяется, меняясь периодически со временем;
б) распространяется апериодически, монотонно убывая;
в) распространяется стационарно без изменений;
г) не распространяется.

4. Преломление электромагнитной волны на границе двух сред происходит при

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волн во второй среде;
в) возвращении волн в первую среду.

5. Универсальный процесс передачи и приема какой-либо информации с помощью радиоволн называется

а) радиовещанием;
б) радиолокацией;
в) радиоастрономией;
г) радиосвязью.

6. Чтобы уменьшить частоту волны, излучаемой контуром, в 3 раза индуктивность катушки нужно

а) уменьшить в три раза;
б) увеличить в 9 раз;
в) уменьшить в 9 раз;
г) увеличить в 3 раза.

7. Радиоволнами, огибающими поверхность Земли и дающими устойчивую радиосвязь, являются волны с длиной волны (м)

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Вариант 2.

1. Возникновение вихревого электрического поля связано с

а) постоянным магнитным полем;
б) постоянным током;
в) переменным магнитным полем;
г) равномерным движением проводника в магнитном поле.

2. При увеличении частоты излучения электромагнитных волн в 2 раза, излучаемая в единицу времени энергия

а) увеличится в 2 раза;
б) увеличится в 4 раза;
в) увеличится в 8 раз;
г) увеличится в 16 раз.

3. Электромагнитная волна является

а) плоской;
б) поперечной;
в) продольной;
г) сферической.

4. Для определения расстояния R до цели методом радиолокации измеряют общее время t прохождения сигнала до цели и обратно, используя соотношение

а) R = t / 2;
б) R = ct / 2;
в) R = ct;
г) R = ct / .

5. Обнаружение и определение местонахождения объектов с помощью радиоволн называется

а) радиоастрономией;
б) радиосвязью;
в) радиовещанием;
г) радиолокацией.

6. Чтобы изменить длину волны с 50 м на 25 м, емкость контура нужно

а) уменьшить в 2 раза;
б) уменьшить в 4 раза;
в) увеличить в 2 раза;
г) увеличить в 4 раза;.

7. Радиоволнами, огибающими поверхность Земли и дающими устойчивую радиосвязь, являются волны

а) длинные;
б) средние;
в) короткие;
г) ультракороткие.

Вариант 3.

1. Радиоволны распространяются в вакууме

а) мгновенно;
б) со скоростью звука;
в) со скоростью света;
г) со скоростью, зависящей от длины волны;
д) со скоростью, зависящей от частоты волн.

2. При увеличении частоты излучения электромагнитной волны в 3 раза, измеряемая в единицу времени энергия

а) увеличится в 3 раза;
б) уменьшится в 3 раза;
в) увеличится в 27 раз;
г) увеличится в 81 раз.

3. Векторы электромагнитной волны правильно расположены только в случае

а)
б)
в)
г)

4. Поглощение электромагнитной волны на границе двух сред происходит при

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волн во второй среде;
в) возвращении волны в первую среду.

5. Передача какой-либо информации с помощью радиоволн называется

а) радиолокацией;
б) радиовещанием;
в) радиосвязью;
г) радиоастрономией.

6. Чтобы уменьшить частоту волны, излучаемой контуром, в 3 раза, емкость контура нужно

а) увеличить в 9 раз;
б) увеличить в 3 раза;
в) уменьшить в 9 раз;
г) уменьшить в 3 раза.

7. Радиоволнами, многократно отражающимися от ионосферы и поверхности Земли, являются волны с длиной волны (м)

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Вариант 4.

1. Электромагнитная волна распространяется в вакууме

а) со скоростью, зависящей от частоты волны;
б) со скоростью, зависящей от длины волны;
в) мгновенно;
г) с постоянной скоростью “с”.

2. При уменьшении частоты излучения электромагнитных волн в 3 раза, излучаемая в единицу времени энергия

а) уменьшится в 3 раза;
б) увеличится в 3 раза;
в) уменьшится в 27 раз;
г) уменьшится в 81 раз.

3. Полная энергия электромагнитной волны определяется

а) квадратом вектора напряженности электрического поля;
б) квадратом вектора индукции магнитного поля;
в) суммой энергий электрического и магнитного полей;
г) суммой векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля.

4. Отражение электромагнитной волны на границе двух сред происходит при

а) отклонении ее от направления распространения из первой среды во вторую;
б) уменьшении амплитуды колебаний волны во второй среде;
в) возвращении волны в первую среду.

5. Обнаружение и определение местонахождения объектов с помощью радиоволн называется

а) радиолокацией;
б) радиовещанием;
в) радиоастрономией;
г) радиосвязью;

6. Чтобы уменьшить длину волны, излучаемой контуром, в 2 раза, индуктивность катушки нужно

а) увеличить в 2 раза;
б) уменьшить в 2 раза;
в) увеличить в 4 раза;
г) уменьшить в 4 раза.

7. Радиоволнами, проникающими сквозь ионосферу и распространяющимися в пределах прямой видимости, являются волны с длиной волны (м)

а) больше 1000;
б) от 100 до 1000;
в) от 10 до 100;
г) меньше 10.

Ключ к тесту:

Урок физики в 11-м классе естественно-математического профиля: "Законы геометрической оптики"

Рыжакова Вера Викторовна, учитель физики 

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики 

Цели урока: 

• Изучить законы геометрической оптики с помощью интерактивного компьютерного курса "Открытая физика 1.1".
• Способствовать развитию навыков и умений: решения задач на законы геометрической оптики; работы с компьютером; самостоятельной деятельности по добыванию знаний; ораторского искусства.
• Применять правила работы с компьютером, способствующие сохранению здоровья учащихся. Продолжить привитие навыков осознанного бережного отношения к своему здоровью. Способствовать воспитанию уважения к достижениям мировой науки, развитию интеллекта, кругозора учащихся.

АНКЕТА

1. Как звучала тема урока?
2. Какие цели стояли перед вами в начале урока?
3. Какой этап урока оказался для вас наиболее сложным, и в чём выразилась сложность?
4. Какие бы упражнения по предупреждению утомляемости на уроках предложили бы вы? На каком этапе урока они были бы наиболее целесообразными?
5. Ваше эмоциональное состояние в конце урока (выберите, соответствующее вам): усталость, удовольствие, утомление, удовлетворение, напряжённость, безразличие, хорошее настроение, злость, радость, др.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1

Световой луч- это линия, направленная от источника в сторону распространения волны.
Волновые фронты - это поверхности постоянной фазы световой волны.
Законы геометрической оптики.

• Закон прямолинейного распространения.
• Закон отражения.
• Закон преломления.

От чего зависит относительный показатель преломления среды: 

1. от характеристик самого света длины волны, частоты.
2. от скорости распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды: температуры, плотности вещества, наличия в нём упругих напряжений.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ ДОМА ( этап 4)

1 вариант

Определите скорость света в воде, если её абсолютный показатель преломления 1,33.

2 вариант

Луч переходит из воды в стекло. Угол падения равен 35°. Найдите угол преломления.

Дополнительное задание.

1.Вода освещена светом с длиной волны 700 нм. Какова длина волны этого света в воде?
2. Луч переходит из воды в стекло. Угол падения равен 35°. Найдите угол преломления.

А1

        А

         F                                                                              Рис 103

               УРОК ПО ФИЗИКЕ                        

                                            11 КЛАССЫ

ТЕМА: СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ /СТО/

Дидактическая цель:

Ознакомить учащихся с классическими понятиями пространства и времени и экспериментальными основами СТО.

 Раскрыть физический и философский смысл постулатов Эйнштейна ,а также сущность и свойства релятивистского понятия пространства и времени.

Воспитательная цель:

 Познакомить учащихся с современными представлениями понятия пространства и времени, способствовать выработке у них  диалектико-материалистического мировоззрения.

Основные знания и умения:

 Знать принцип относительности Галилея, формулу сложения  скоростей, границы применимости классической механики, основные опыты и явления, которые противоречат законам классической механики; постулаты Эйнштейна.

                            Методические рекомендации

    Последовательность изложения нового материала

 1.Классическое представление понятий пространства и времени.

 2.Инерциальная система отсчёта. Принцип относительности Галилея.

 3.Экспериментальные основы СТО.

 4.Постулаты Эйнштейна.  

 Мотивация познавательной деятельности учащихся:

     Теория относительности возникла не случайно, а явилась закономерным итогом предшествующего развития физической науки. На этом примере следует довести до сознания учащихся смысл развития физической науки: новая теория не отменяет старой,  а включает её в себя как частный, предельный случай.

                                 ХОД         УРОКА:

1.Орг. момент.

2.Объяснение новой темы.

     Инерциальные системы отсчета ( ИСО ) - системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона - закон инерции. Системы, которые вращаются или ускоряются неинерциальные. Землю нельзя считать вполне ИСО : она вращается, но для большинства наших целей СО, связанные с Землей, в достаточно хорошем приближении можно принять за инерциальные. Система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно ИСО, также инерциальна.
    Г.Галилей и  И.Ньютон глубоко осознавали то, что мы сегодня называем принципом относительности, согласно которому механические законы физики должны быть одинаковыми во всех ИСО  при одинаковых начальных условиях. Из этого следует: ни одна ИСО ничем не отличается от другой СО.
     Принцип относительности Галилея исходит из некоторых допущений, которые опираются на наш повседневный опыт.  Предполагается, что длина тел одинакова в любой СО и что время в различных системах отсчета течет одинаково.
    В классической механике пространство и время считаются абсолютными. Предполагается, что масса тела, а также все силы остаются неизменными при переходе из одной ИСО в другую. В справедливости принципа относительности нас убеждает повседневный опыт, например в равномерно движущемся поезде или самолете тела движутся так же, как на Земле.
    Не существует эксперимента, с помощью которого можно было бы установить, какая СО действительно покоится, а какая движется. Нет СО в состоянии абсолютного покоя. Для любых механических явлений все инерциальные системы отсчета оказываются равноправными. Галилей не задумывался о других явлениях , т.к. в те времена механика составляла по существу всю физику. До середины XIX в. считали, что все физические явления можно объяснить на основе механики Ньютона.
    В середине XIX в. была создана теория электромагнитных явлений ( теория Максвелла ). Оказалась, что уравнения Максвелла изменяют свой вид при галилеевских преобразованиях  перехода от одной ИСО к другой. Возник вопрос, о том ,как влияет равномерное прямолинейное движение на все физические явления. Перед учеными встала проблема согласования теорий электромагнетизма и механики.
    Согласно теории Максвелла свет - электромагнитная волна, которая  распространяется со скоростью с = 300000000м/с. Спрашивается, относительно чего свет движется со скоростью с? Ответ на этот вопрос не содержится  в теории Максвелла. Если свет  - волна, и если волна распространяется в среде, то свет движется со скоростью с относительно среды. Эта светоносная среда получила название эфира. Дебаты, касающиеся светоносного эфира к концу XIX в. достигли особой остроты. Интерес к эфиру возрос, когда стало ясно, что созданная Максвеллом теория оказалась успешной и вроде бы свидетельствует о том, что эфир можно наблюдать.
    Если эфир существует, то должен быть обнаружен эфирный ветер. Опыт по обнаружению эфирного ветра был поставлен в 1881 г. американскими учеными А.Майкельсоном и Р.Морли с помощью оригинального интерферометра. Наблюдения проводились в течение длительного времени. Опыт многократно повторяли. Результат оказался отрицательным: никакого движения Земли относительно эфира обнаружить не удалось. Различные эфирные теории завели физику в тупик.

    В 1905 году А.Эйнштейн, отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности СТО, на основе которой можно совместить механику и электродинамику. В 1905 г. вышла его работа « К электродинамике движущихся тел ». В ней Эйнштейн сформулировал два принципа (постулата ) теории относительности.

     I постулат: все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики. Первый постулат - принцип относительности.

     II постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника и от скорости приемника  светового сигнала.

     Чтобы сформулировать эти постулаты, нужна была большая научная смелость, т.к. они, очевидно, противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.
    Итак, современная физика подразделяется на:

     ∙ классическую механику, которая изучает движение макроскопических тел с малыми скоростями ( v••c );

    ∙ релятивистскую механику, которая изучает движение макроскопических тел с большими скоростями ( v•c );

    ∙ квантовую механику, которая изучает движение микроскопических тел с малыми  скоростями  ( v••c );

    ∙ релятивистскую квантовую физику, которая изучает движение микроскопических тел с произвольными скоростями ( v≤c ).

     3. Запись опорных конспектов в тетрадь.

    4. Закрепление новой темы – решение тестов.

    Вариант №  1.
1. Какие из приведенных ниже утверждений соответствуют постулатам теории относительности: 1 - все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета;  2 - скорость света в вакууме  одинакова во всех системах отсчета; 3 - все процессы природы относительны и протекают в различных системах отсчета неодинаково?      

     А.   Только 1    Б.   Только 2     В.    Только 3   Г.   1 и 2    Д.    1 и 3    

     Е.   2 и 3     Ж.    1, 2 и 3.
2. Понятие одновременности событий является:                                            
    А.          Неабсолютным                    Б.         Абсолютным
3. Из уравнений Максвелла следует, что скорость распространения  световых  волн  в вакууме по всем направлениям:                                                                                    
    А.            Различна по величине                  Б.          Одинакова
    В.            Зависит от цвета                            Г.          Зависит от источника    

                                                                                           света                                                            
4. Для наблюдателя, находящегося на Земле, линейные размеры космического корабля по направлению его движения сократились в 4 раза.

Как идут часы на корабле относительно хода часов наблюдателя?                                                                                              
5. Скорость космического корабля увеличилась от 0 до 0,5 с . Как изменилась масса и импульс тела для наблюдателя в системе отсчета, связанной с Землей?    

         А.    Не меняется          Б.    Уменьшается       В.     Увеличивается  
 6. При нагревании тела его масса:                                                                    
    А.    Не меняется          Б.    Уменьшается       В.     Увеличивается  
7. Какая масса  эквивалентна энергии  9 ⋅1010 Дж?                                                  
8. Какую массу удалось бы поднять на высоту 50 м за счет энергии при полном превращении 0,5 г массы в энергию?                                                                  
9. Скорость тела относительно неподвижной  системы отсчета стремится к скорости света, а масса тела:                                                                                                          
    А.     Стремится к бесконечности       Б.      Стремится к нулю        В.       Не  меняется
10. Можно ли какими-либо механическими опытами установить, покоится инерциальная система отсчета или движется прямолинейно и равномерно?                        
    А.     Можно, если скорость инерциальной системы отсчета небольшая 
    Б.     Можно для любой скорости
    В.     Нельзя                                                                                                                                 11. Если скорость тела увеличивается, то его полная энергия :                          
    А.     увеличивается         Б.      уменьшается             В.        не изменяется
12. Первый космический корабль стартует  с Земли со скоростью V1 = 0,68 с . Второй космический корабль стартует с первого космического корабля в том же направлении со скоростью V2 = 0,86 с . Вычислите скорость второго космического корабля относительно Земли.                                                                                                                        
13. Промежуток времени, измеренный в системе, которая условно принята за неподвижную, называется....?                                    
    А.      собственным   временем                       Б.       релятивистским   временем
    В.      относительным временем                     Г.      специальным временем

5. Разбор вопросов теста. Обобщение ошибок.
6. Выставление оценок в журнал.

7. На дом:

Урок-повторения и обобщения темы "СТО — специальная теория относительности"

Карелина Любовь Гавриловна, учитель физики 

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики 

ЦЕЛЬ: Повторение основных понятий СТО (специальной теории относительности), развитие познавательных навыков, творческих способностей, интереса к предмету, закрепление навыков решения задач, навыков самостоятельной работы.

ЭПИГРАФ: Во всем мире едва ли дюжина людей по-настоящему понимают теорию Эйнштейна! (Д. Гамов)

ХОД УРОКА

Вступление

Сегодня наш урок посвящён СТО, мы повторим с вами изученные понятия теории относительности. А сейчас - реклама .

1 ученик:

Развивалась электродинамика, ведь законы её сложны,
И поставила к стенке механику, что, мол, формулы не верны.
Обнаружились противоречия.Что же делать теперь, как быть?
И вот эти возникшие трудности три возможности взялись решить.
Те возможности тайком собирались вечерком.

(Выходят три ученицы).

Первая: 

Первая возможность - я! Предлагаю вам, друзья,
Признать недействительным принцип относительности
В применении к электромагнитным явлениям.
А вот формулу Максвелла я оставить захотела.

Вторая: 

Вторая же возможность - я! Вот в чем истина моя:
Формула Максвелла неправильна и устарела,
А принцип относительности справедлив в действительности.

Третья: 

Третья возможность - я ! Умоляю вас, друзья,
Отказаться от старых представлений о пространстве и времени.
Но не трогая Максвелла формулы и относительности теорию

Ученик:

Вот уж пятый год идёт двадцатого столетия,
И Эйнштейн нам создаёт СТО великолепие!

(Появляется Эйнштейн - ученик).

Эйнштейн: 

Возможности первую и вторую не хочу я!
А вот с третьей попробую разобраться поподробнее.

Ученик: 

Разбирал он, разбирал, постулаты получал.
Первый постулат формулируется так: (Читает постулаты СТО).

Первая: Если вы хотите узнать какая скорость самая большая.

Вторая: Если вы хотите остановить время,

Третья: сократить свои размеры

Ученик: и увеличить массу тела.

Вместе: Изучайте теорию относительности!

Учитель: Мы с вами говорили на уроках об эффекте замедления времени, о том, что космические путешественники, путешествующие со скоростями близкими к скорости света, сохраняют свою молодость. И мы сегодня тоже попытаемся замедлить время и совершить путешествие в космос с очень большой скоростью. Представьте, что наш кабинет - космический корабль, а вы - экипаж этого корабля. Но для начала путешествия экипажу необходимо заполнить анкетные данные и пройти тестирование.

(Класс отвечает на вопросы теста.)

ТЕСТ

I. Укажите, при каких условиях законы СТО переходят в законы классической механики :

А) при V<< C, Б) при V=C, B) при V C , Д) при V >> C, Е) никогда не переходят.

II. Укажите, какие из приведенных ниже утверждений являются постулатами частной теории относительности: 1) законы природы имеют одинаковую математическую форму в любой ИСО; 2) скорость света в вакууме одинакова для всех ИСО; 3) все законы природы имеют разную математическую форму в разных ИСО; 4) скорость света зависит от выбора СО.

А) Только 1; Б) только 2; В) только 3; Г) 1 и 2 ; Д) 3 и 4 .

III. Кто утверждал, что все ИСО равноправны, и во всех ИСО не только механические, но и все другие физические законы имеют одинаковую форму?

А) Г.Галилей; Б) И.Ньютон; В) А.Эйнштейн.

IY. Укажите правильное утверждение:

А) прицип относительности в классической физике распостраняется на все законы природы, а в релятивистской - только на законы механики;

Б) принцип относительности в одинаковой степени распостраняется как на релятивистскую, так и на классическую физику;

В) релятивистский принцип относительности распространяется на все законы природы, а классический принцип относительности распространяется только на законы механики.

Y. Укажите правильное утверждение:

А) в классической физике скорость взаимодействия тел конечна и равна скорости света в вакууме, в релятивистской физике скорость взаимодействия мгновенная;

Б) в классической физике скорость взаимодействия тел считается мгновенной, в релятивистской физике существует максимальная конечная скорость взаимодействия - скорость света в вакууме.

YI. Некоторая звезда удаляется от Земли со скоростью V, свет, испущенный этой звездой, приходит на Землю со скоростью:

А) С ; Б) С-V ; B) C+V.

YII. Два автомобиля движутся навстречу друг другу. Скорость каждого относительно земли равна V.Чему равна скорость света фар первого автомобиля в системе отсчёта,связанной со вторым автомобилем? Скорость света в системе отсчёта , связанной с Землёй, равна С.

А) С; Б ) С+ V ; В ) С + 2 V ; Г ) С - V ; Д ) С - 2 V ;

Проверка, обсуждение результатов тестирования , правильности выбраных ответов .

(Ответы : А, Г , В , В , Б , А , А.)

Учитель: Итак, экипаж готов к путешествию и мы отправляемся в путь.

(Звучит фонограмма старта ракеты и космическая музыка.)

Чем же можно заняться во время полета? Давайте посмотрим ещё одну рекламу.

1 ученик: Саша и Паша одноклассники, Саша отправляется в путешествие со скоростью света. Паша остается на Земле.

(Два ученика, выполняющих роль Паши и Саши, прощаются. Один уходит.)

1 ученик: Саша в космическом путешествии был ровно год и вернулся на Землю. Его встретил состарившийся одноклассник Паша.

Вместе: Путешествуйте со скоростью света, чтобы остаться молодыми!

Учитель: Давайте посчитаем, насколько мы можем замедлить время, если наш корабль мчится во Вселенной со скоростью 0,8С ? Сколько времени будет продолжаться урок, если на Земле он 40 минут?

Ученики рассчитывают в тетрадях значение времени. Ответ: 24 минуты.

Проверяется правильность решения задачи.

Вернемся моложе на 16 минут.

Учитель: А сейчас мы почитаем художественную литературу и ответим на вопросы. Джордж Гамов - физик-теоретик, автор многих работ по квантовой механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии и биофизике, автор книги " Приключения мистера Томпкинса". Отрывок из неё мы прочитаем .

1. "Одинокий велосипедист показался вдали и стал медленно приближаться.Когда он подъехал поближе, мистер Томпкинс вытаращил глаза от изумления: и велосипед, и восседавший на нём молодой человек были невероятно сокращены в направлении движения, как будто их рассматривали через цилиндрическую линзу. Часы на башне пробили пять, и велосипедист, по-видимому куда-то спешивший, приналёг на педали. Мистер Томпкинс не заметил, чтобы скорость от этого прибавилась, но усилия велосипедиста не прошли бесследно: он сократился  ещё сильнее и отправился дальше, в точности напоминая картинку, вырезанную из картона. Тут мистер Томкинс ощутил прилив гордости, ибо ему было совершенно ясно, что происходило с велосипедистом."

ВОПРОС: Что же произошло с велосипедистом? (Заслушивают ответы учеников).

2."Томпкинс воспользовался чьим-то велосипедом,стоящим у края тротуара, и помчался по улице. Он ожидал,что сразу сократится в направлении движения, и даже был очень рад этому, так как начавшая расползаться за последнее время фигура причиняла ему некоторые неприятности. Но, к величайшему удивлению мистера Томпкинса,ни с ним самим, ни с велосипедом ничего не произошло. Сократились улицы, витрины лавок и магазинов превратились в узкие щели, а полисмен на углу стал самым тощим человеком, которого приходилось когда-нибудь видеть мистеру Томпкинсу".

ВОПРОС: Объяснить, что произошло?

3."Джентельмен, на вид лет сорока, сошел с поезда и направился к выходу. Его встречала леди весьма преклонного возраста, которая, к удивлению мистера Томпкинса , называла его не иначе, как "мой дорогой дедушка". Для мистера Томпкинса это было уж чересчур. Под предлогом помочь поднести вещи, он вмешался в разговор.- Прошу извинить меня за то , что я вмешиваюсь в ваши семейные дела, - начал он,- но действительно ли вы приходитесь дедушкой этой милой пожилой леди? Видите ли, я в этих местах человек новый и не знаю местных обычаев, но мне никогда не доводилось...- Понимаю ваше затруднение,- улыбнулся в усы джентельмен."

ВОПРОС: Что ответил джентельмен мистеру Томпкинсу?

4. "Баллада об астронавте" (из сборника " Физики шутят")

От бета-инвертора
И гамма-конвертора
Осталась обшивка одна.
А ионная пушка ,
Как пустая хлопушка,
Торчит, ни на что не годна.
Все распались мезоны,
Все распались нейтроны,
Излучился весь видимый свет.
По закону Кулона
Разбежались протоны,
На лептоны ж надежды нет.
Поврежденный реактор
Тарахтит, словно трактор,
В биокамере - гниль и прель.
Вот сопло уж забилось,
Да и дно прохудилось,
И вакуум хлещет в щель..
Он летел к Ориону,
Но поток гравитонов
Пересёк неожиданно путь.
Отклонившись от курса
И спустив все ресурсы,
Он сумел и от них ускользнуть.
Сделав крюк здоровенный,
Облетев пол-Вселенной
И теперь на пустом корабле
По последней прямой
Возвращался домой,
Приближаясь к планете Земле.
Но борясь с тяготеньем
Сверх-сверх-сверхускореньем,
Он замедлил стрелки часов
И стрелки застыли
На Земле ж проходили
Тысячи тысяч веков.
Вот родные планеты...
Боже! Солнце ли это? -
Тёмно-красный, чуть тёплый шар...
Над Землёю дымится ,
Над Землёю клубится
Водородный,холодный пар.
Что же это такое?
Где же племя людское? -
В неизвестных, далёких мирах.
Вырастают их дети
Уж на новой планете,
А Земля вся в космических льдах.
Чертыхаясь и плача
От такой неудачи
Астронавт повернул рычаг,
И раздалось: БАХ!

Чтобы с нами не случилась такая же история, возвращаемся обратно на Землю. Ведь там остались те, кто нас любит и кого любим мы.

(Звучит космическая музыка.)

Ученикам предлагается самостоятельная работа по вариантам по теме "СТО"

ИТОГ УРОКА: (Звучит "Земля в иллюминаторе " группы "Земляне")

Учитель: Вот и закончилось наше путешествие. Посмотрите в окно - Земля. Думаю, что вам было интересно путешествовать. (Выставление оценок.)

Тесты по теме «Специальная теория относительности»

1. В основу специальной теории относительности …

1.  был положен эксперимент, показывающий независимость скорости света от скорости движения источника и приемника света.
2. был положен эксперимент по измерению по измерению скорости света в воде.
3. были положены представления о том, что свет является колебаниями невидимого эфира.
4. была положена гипотеза о взаимосвязи массы и энергии.

2.  Луч света распространяется в воздухе с запада на восток. Наблюдатель движется со скоростью с/2 с севера на юг. С какой скоростью распространяется свет относительно наблюдателя?

1.  с/2    2)  с/    3)  с/2    4)  с

3. Расстояние между концами отрезка, измеренное в системе отсчета, относительно которой он покоится, в 2 раза больше , чем в системе отсчета, относительно которой он движется вдоль своей оси. С какой скоростью движется отрезок относительно этой системы отсчета?

1.  2с    2)  с    3)  0,5с    4)  0,87с

4. Время жизни заряженных частиц, покоящихся относительно ускорителя, равно τ. Чему равно время жизни частиц, которые движутся в ускорители со скорость 0,6с?

1.  τ    2)  1,67τ    3)  0,6τ    4)  1,25τ

5.  Относительно наблюдателя две частицы движутся навстречу друг другу со скоростями u, равными по модулю. Какой из графиков правильно отражает зависимость модуля скорости v одной частицы в системе отсчета, связанной с другой частицей, от значения скорости u?

1.  1    2)  2    3)  3    4)  4

6.  Чему равна скорость карандаша в системе отсчета, в которой расстояние между его концами на 40% меньше измеренного в системе отсчета, в которой карандаш покоится? Направление движения карандаша совпадает с его осью.

1.  0,4с    2)  0,8с    3)  0,92с    4)  0,99с

7.  Каково соотношение между законами классической и релятивистской механики?

1. Первые переходят во вторые при описании микрочастиц.
2. Вторые переходят в первые при движении частиц со скоростями много меньше скорости света.
3. Вторые полностью опровергают первые.
4. Между ними нет никакого соотношения.

8.  Частица движется в вакууме со скоростью света. Это означает, что …

1.  она разгонялась очень долгое время.
2. ее импульс равен нулю.
3. ее масса равна нулю.
4. ее полная энергия равна нулю.

Задачи

1.  С помощью масс-спектрометра измерили массу двух частиц А и В (mА=2,0141 а.е.м. и mВ=3,0160 а.е.м.), при столкновении которых образуются частицы С и D. На сколько отличается суммарная кинетическая энергия образовавшихся частиц, если их массы равны соответственно  mС=4,0026 а.е.м. и mD=1,0087 а.е.м., от суммарной кинетической энергии исходных частиц перед столкновением? Ответ выразите в мегаэлектронвольтах (МэВ) и округлите до целого числа. Перед численным ответом поставьте знак минус,  если кинетическая энергия уменьшится (1 а.е.м.=1,66·10-27кг, 1эВ=1,6·10-19Дж).
2. Мощность излучения Солнца составляет 4·1026Вт. Предполагается, что эта энергия выделяется в процессе образования гелия путем слияния более легких частиц. Сколько гелия должно образовывается в этом случае на Солнце ежесекундно, если в одном акте слияния легких частиц с образованием ядра гелия может выделиться 4,2·10-12Дж энергии? Ответ выразите м миллионах тонн и округлите до целого числа.

План-конспект урока физики "Виды излучений. Источники света" (11-й класс)

Оборудование:

• учебники и справочники по физике для ВУЗов, школ, поступающих в ВУЗЫ, школьные учебники разных авторов и лет издания.
• электронная презентация "Виды излучений. Источники света";
• БНЭП "Физика", Просвещение;
• проектор, компьютер, экран.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний.

Цели урока: познакомить учащихся с видами теплового излучения, его источниками, физическими закономерностями излучения и его применением человеком.

Задачи урока:

Образовательные:

1. Повторить сведения о видимом излучении, его источниках и физических принципах их действия.

2. Познакомить учащихся с явлением люминесценции, привести примеры, дать его определение.

3. Познакомить учащихся с видами люминесцентного излучения, объяснить причины свечения в каждом случае.

4. Познакомить с применением люминесцентного излучения в быту, технике. Где в природе встречается люминесцентное излучение.

Воспитательные:

1. Воспитание мировоззренческих понятий: причинно-следственные связи в окружающем мире, его познаваемость.

2. Нравственное воспитание учащихся: товарищеская взаимовыручка, этика групповой работы.

Развивающие:

Продолжить развитие умений и навыков учащихся:

1. Классифицировать и обобщать, формулировать выводы;

2. Самостоятельно мыслить, анализировать текст;

3. Грамотной устной речи;

4. Навыки практической работы с учебной литературой.

Спектры испускания и поглощения атомов.

 Цель: показать практическую значимость спектрального анализа. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Ход урока

I.                   Организационный момент

II.                Проверка домашнего задания.

-     В чем заключается сущность модели Томсона?

-     Начертите и объясните схему опыта Резерфорда по рассеиванию а-частиц. Что наблюдаем в этом опыте?

-     Объясните причину рассеивания а-частиц атомами вещества?

-     В чем сущность планетарной модели атома?

III. Изучение нового материала

Слово «спектр» в физику ввел Ньютон, использовавший его в своих научных трудах. В переводе с классической латыни слово «спектр» означает «дух», «приведение», что довольно точно отражает суть явления - возникновение праздничной радуги при прохождении бесцветного солнечного света через прозрачную призму.

Все источники не дают свет строго определенной длины волны. Распределение излучения по частотам характеризуется спектральной плотностью интенсивности излучения.

Типы спектров

Спектры испускания

Совокупность частот (или длин волн), которые содержатся в излучении какого-либо вещества, называют спектром испускания. Они бывают трех видов.

Сплошной - это спектр, содержащий все длины волны определенного диапазона от красного с ук = 7,6 107   и до фиолетового

уф = 4-1011   м. Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением.

Линейчатый - это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии. Состоит из отдельных линий разного или одного цвета, имеющих разные расположения. Каждый атом излучает набор электромагнитных волн определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеет свой спектр.

Полосатый - это спектр, который испускается газом в молекулярном состоянии.

Линейчатые и полосатые спектры можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического тока.

Спектры поглощения

Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии.

Спектр поглощения - это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Согласно закону Кирхгофа, вещество поглощает те линии спектра, которые и испускает, являясь источником света.

Открытие спектрального анализа вызвало живой интерес даже у публики, далекой от науки, что по тем временам случалось весьма не часто. Как всегда в таких случаях, досужие любители отыскали множество других ученых, которые якобы все сделали задолго до Кирхгофа и Бунзена. В отличие от множества своих предшественников, Кирхгоф и Бунзен сразу же поняли значение своего открытия.

Они впервые отчетливо уяснили себе (и убедили в этом других), что спектральные линии - это характеристика атомов вещества.

После открытия Кирхгофа и Бунзена 18 августа 1868 г. французский астроном Пьер-Жюль-Сезар Жансен (1824-1907) во время солнечного затмения в Индии наблюдал в спектре солнечной короны желтую линию неизвестной природы. Два месяца спустя английский физик Джозеф Норманн Локьер (1836-1920) научился наблюдать корону Солнца не дожидаясь солнечных затмений и при этом обнаружил в ее спектре ту же желтую линию. Неизвестный элемент, который его испускал, он назвал гелием, т. е. солнечным элементом.

Оба ученых написали о своем открытии письма во Французскую академию наук, оба письма пришли одновременно и были зачитаны на заседании Академии 26 октября 1868 г. Такое совпадение поразило академиков, и они решили в честь этого события выбить памятную золотую медаль - с одной стороны профиль Жансена и Локьера, с другой - бог Апполон на колеснице и надпись: «Анализ солнечных протуберанцев».

На Земле гелий был открыт в 1895 г. Уильямом Рамзаем в минералах тория.

Исследования спектров испускания и поглощения позволяет установить качественный состав вещества. Количественное содержание элемента в соединении определяется путем измерения яркости спектральных линий.

Метод определения качественного и количественного состава вещества по его спектру называется спектральным анализом. Зная длины волн, испускаемых различными парами, можно установить наличие тех или иных элементов вещества. Этот метод очень чувствительный. Можно обнаружить элемент, масса которого не превышает 10~10 г. Спектральный анализ сыграл большую роль в науке. С его помощью был изучен состав звезд.

Благодаря сравнительной простоте и универсальности, спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов. Спектральный анализ можно проводить как по спектрам поглощения, так и по спектрам испускания. Состав сложных смесей анализируется по молекулярному спектру.

IV. Закрепление изученного материала

- Линейчатые спектры излучения дают возбужденные атомы, которые не взаимодействуют между собой. Какие тела имеют линейчатый спектр излучения? (Сильно разряженные газы и ненасыщенные пары.)

-     Какой спектр дают раскаленные добела металлы, расплавленный металл? (Сплошной.)

-     Какой спектр можно наблюдать с помощью спектроскопа от раскаленной спирали электрической лампы? (Сплошной.)

-     В какой агрегатном состоянии в лабораториях спектрального анализа исследуют любое вещество для определения его элементарного состава? (В газообразном.)

-     Почему в спектре поглощения одного и того же химического элемента темные линии точно расположены в местах цветных линий линейчатого спектра излучения? (Атомы каждого химического элемента поглощают только те лучи спектра, которые они сами излучают.)

-     Что определяется по линиям поглощения солнечного спектра? (Химический состав атмосферы Солнца.)

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§  54.  вопросы для самоконтроля из учебника