Открытый урок по физике в 9 классе

Предмет: физика

Класс: 9

Тема урока: «Электромагнитные волны».

Цель урока: формирование знаний о характеристиках электромагнитных волн и их практическом применении.

Тип урока: урок изучения нового материала

Планируемые результаты обучения:

Личностные: формирование любознательности, трудолюбия, способности к организации своей деятельности и к преодолению трудностей, целеустремлённости и настойчивости в достижении цели, умения слушать и слышать собеседника, умения работать в группе, обосновывать свою позицию, высказывать свое мнение; ориентация на понимание причин успеха и неудачи в учебной деятельности;

Предметные: воспитание понимания причинно-следственных связей в окружающем мире и познаваемости окружающего мира; расширить кругозор учащихся на разборе шкалы эмв и их свойств; развивать самостоятельность учеников, использовать полученные знания в повседневной жизни;

Метапредметные: понимание учебной задачи урока, цели учебного задания; развитие умения понимать выделенные учителем ориентиры действия в учебном материале, самостоятельно их находить, удерживать цель деятельности; осознание обучающимися качества и уровня усвоения материала; развитие интереса к новому учебному материалу и способам решения новой частной задачи; осуществление анализа практических ситуаций; построение рассуждения в форме простых суждений о ситуациях; использование в общении правил вежливости; умение задавать вопросы; построение понятных для партнёра высказываний, сотрудничество.

Техники и технологии: системно-деятельностный подход, технология сотрудничества.

Ресурс (учебники, наглядные пособия, ИКТ): УМК «Физика 9 класс» Н.С.Пурышева и Н.Е.Важеевская, персональные компьютеры, интерактивная доска, электронная форма учебника.

Ход урока

I. Организационный момент приветствие обучающихся.

Перед вами лежат опорные конспекты, которые вы будете заполнять по ходу урока, без моего напоминания.

II. Основной этап

2.1. Актуализация знаний

Мы живем в век большого потока информации и стремительного развития технологий.

- Приведите примеры, без каких устройств мы не представляем себе современную жизнь? (телефон, компьютер, микроволновка и т.д.)

- Что излучают все эти приборы? (электромагнитные волны)

Вы догадались какая сегодня тема урока? (Тема занятия: ЭМ волны).

Вопросы для постановки цели.

- Для чего можно использовать ЭМ волны? (для передачи информации, разогрева пищи, навигации и т.д.).

- Применений много. Какое из них вам ближе? (мобильный телефон).

- Какими характеристиками обладают механические волны? (длина волны, частота, период, скорость распространения)

- Какие характеристики имеют электромагнитные волны? (такие же, как и механические)

- Почему эти волны имеют другое название? (затрудняются ответить)

Предлагаю познакомиться с характеристиками ЭМ волн.

Озвучивание цели.

2.2. Изучение нового материала

Формирование знаний о характеристиках электромагнитных волн и практическом их применении.

Подобно тому, как механические колебания распространяются в среде в виде механических волн, электромагнитные колебания распространятся в пространстве в виде электромагнитных волн. Как происходит распространение колебаний? Вспомните опыты, например, по возникновению тока в катушке при движении в ней полосового магнита. Этот эксперимент показывает, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства возникает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле, и т. д. Таким образом, можно говорить о едином поле — электромагнитном.

Процесс распространения электромагнитного поля представляет собой электромагнитные волны.

В процессе распространения электромагнитного поля происходит перенос энергии, которой обладает это поле.

 Рассмотрим образование электромагнитных волн. (РОЛИК) Электромагнитные колебания можно получить в колебательном контуре. Колебательный процесс сопровождается превращением энергии магнитного поля в энергию электрического поля и обратно. Вся энергия при этом остаётся в колебательном контуре, и лишь незначительная её часть излучается в пространство.

Если раздвигать пластины конденсатора, уменьшать число витков катушки, то получим открытый колебательный контур. Этот контур представляет собой по существу прямой провод, верхний конец которого соединён с горизонтальным проводом, располагающимся как можно выше над землёй, а нижний конец заземлён. Электромагнитное поле теперь охватывает всё пространство вокруг контура. Рассмотренное устройство представляет собой антенну.

- С помощью чего можно получить ЭМ волны? (Электромагнитные колебания можно получить в колебательном контуре)

- А если раздвигать пластины конденсатора и уменьшать число витков катушки, то что мы получим? (Открытый колебательный контур) Он представляет собой антенну.

Поскольку индуктивность и ёмкость открытого колебательного контура малы, то, учитывая, что , а , можно сделать вывод, что частота возбуждаемых в нём электромагнитных колебаний велика.

Как создать в открытом колебательном контуре электромагнитные колебания? Для этого немецкий физик Генрих Герц (1857—1894) предложил использовать устройство, называемое теперь вибратором Герца. (РОЛИК) Провод разрезали посередине, раздвинули его, оставив небольшой промежуток, и подали на него высокое напряжение. При некотором значении напряжения между концами проводов проскакивала искра (рис. 121), цепь замыкалась и в контуре возникали колебания.

- Что такое вибратор Герца? Из чего он состоит? (Провод разрезали посередине, раздвинули его, оставив небольшой промежуток, и подали на него высокое напряжение. При некотором значении напряжения между концами проводов проскакивала искра, цепь замыкалась и в контуре возникали колебания.)

Эти колебания быстро затухали, поскольку вибратор излучал электромагнитные волны и терял при этом энергию. Поэтому проводники необходимо было снова заряжать.

- А как можно получить незатухающие колебания?

В настоящее время для получения незатухающих колебаний в открытом колебательном контуре используют генератор незатухающих колебаний, с которым этот контур связан через катушку индуктивности.

Электромагнитные волны, в отличие от механических, могут распространяться в вакууме. Теория электромагнитного поля была создана английским учёным Джеймсом Клерком Максвеллом(1831—1879). Максвелл теоретически обосновал, что электрическое и магнитное поля тесно связаны между собой и образуют единое электромагнитное поле. Максвелл показал, что электромагнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью. Эта скорость является фундаментальной физической постоянной и равна c ≈ 300 000 км/с или .

 Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний T.

,

где ν — частота колебаний.

Диапазон электромагнитных волн очень широк: от 10¹⁵ до 10¹⁰ м. Радиовещание и телевизионное вещание осуществляются в диапазоне 10⁴ - 10¹³ Гц. В таблице 18 приведены характеристики радиоволн.

Давайте рассмотрим, как работает сотовая связь? (Приложение 2). Учащиеся предлагают ответы. Мы обобщаем и рассматриваем схему работы мобильной связи. (Записи в ОК- опорный конспект).

Мобильный телефон – это приёмно-передающее устройство, которое в своём корпусе имеет приёмник, передатчик и радиоантенну. Человек пользуется двумя частотами: одна частота предназначена для того, чтобы слышать человека, находящегося на другой стороне, другая – для того, чтобы говорить. Поэтому по мобильным телефонам можно разговаривать одновременно. Гениальность мобильной системы заключается в разделение города на несколько элементов («сот»). Это способствует многократному использованию частоты по всему городу, поэтому миллионы людей могут пользоваться мобильными телефонами одновременно. Радиовышки устанавливаются на максимально возвышенных местах. Эти радиовышки называются базовыми станциями (БС). Всеми пользователями мобильных телефонов в любом городе управляет один главный офис, который называют Центром коммутации для мобильных телефонов. Этот центр контролирует все телефонные звонки и базовые станции в данной местности.

Иногда на вызов абонента можно услышать: «Аппарат находится не в зоне действия сети?» Как вы понимаете эти слова? (вышел из зоны действия БС, на пути волны преграда – горы, вода, железобетон и т.д.). Правильность ваших предположений проверим на практической работе.

Проведение по группам практической работы по исследованию способности электромагнитных волн взаимодействовать с различными средами (Приложение 5)

После выполнения работы обучающиеся делают выводы и записи в ОК.

ІІІ. Закрепление материала

Предлагаю решить задачи по группам

Обучающиеся решают задачи в группах, итог записывает один из учащихся команды на доске. Затем проверяем правильность решения задач.

ІV. Подведение итогов. Рефлексия

Выставление оценок с комментарием.

А теперь вернемся к цели нашего занятия. Анализируем ее выполнение.

Для подведения итогов урока предлагаю воспользоваться приемом «незаконченного предложения».

Домашнее задание: параграф 39, задание 36 (4, 5). Изучить самостоятельно п. 40 и подготовить сообщение (презентацию) «Великое изобретение А. С. Попова».

Приложение 5

Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Г. Герца (1888 г.). Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи (А. С. Попов, 1895 г.).

Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами.

Электромагнитная волна — возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве со скоростью света. Радиосвязь — передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Основные характеристики волны:

Длина волны (λ - лямбда) — расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника или наименьшее расстояние между двумя точками, колеблющихся в одинаковой фазе. Размерность длины волны — метр (м). λ = υ×T = υ/ν = 2πυ/ω (здесь υ - скорость волны, Т - период колебаний, ν - частота колебаний точек среды, ω - циклическая частота).

Период (T) — время полного колебания T = t/N = 1/ν, где t — промежуток времени, в течение которого совершаются N колебаний, измеряется в секундах (с).

Частота (ν - ню) — число полных колебаний, совершаемых в данной точке в единицу времени ν = N/t = 1/Т. Частота волны определяется частотой колебаний источника, измеряется в герцах (Гц).

Скорость. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью.

Скорость электромагнитных волн в вакууме и в воздухе: с = 3 × 10⁸ м/с.

Так как скорость распространения волны зависит от свойств среды, то и длина волны λ при переходе из одной среды в другую изменяется, в то время как частота ν остается прежней.

– частота.

, где L – индуктивность, ; C – электроемкость.

- длина волны.

с = 3 × 10⁸ м/с.

1 мкГн = 10^-6 Гн

Приложение 6

Практическая работа № 1 «Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая коробка с крышкой.

Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика.

Порядок выполнения задания

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.

2. Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?

Практическая работа № 2 «Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, металлическая фольга.

Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из металла.

Порядок выполнения задания

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.

2. Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

Практическая работа № 3 «Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая коробка с водой, целлофановый пакет.

Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из воды.

Порядок выполнения задания

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.

2. Положите первый телефон в целлофановый пакет, удалите воздух и завяжите его. Затем опустите пакет с телефоном в пластмассовую коробку с водой и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из воды?

Приложение 7

Рефлексия: Приём «Закончи предложение»

- сегодня я узнал…

- было интересно…

- было трудно…

- я научился…

Приложение 2

Как работает сотовая связь

Мобильный телефон – это приёмно-передающее устройство, которое в своём корпусе имеет приёмник, передатчик и радиоантенну. Человек пользуется двумя частотами: одна частота предназначена для того, чтобы слышать человека, находящегося на другой стороне, другая – для того, чтобы говорить. Поэтому по мобильным телефонам можно разговаривать одновременно. Гениальность мобильной системы заключается в разделение города на несколько элементов («сот»). Это способствует многократному использованию частоты по всему городу, поэтому миллионы людей могут пользоваться мобильными телефонами одновременно. Радиовышки устанавливаются на максимально возвышенных местах. Эти радиовышки называются базовыми станциями (БС). Всеми пользователями мобильных телефонов в любом городе управляет один главный офис, который называют Центром коммутации для мобильных телефонов. Этот центр контролирует все телефонные звонки и базовые станции в данной местности. Ваш телефон имеет собственную идентификацию в виде мобильного номера вашей SIM карты. Во включённом состоянии, мобильный телефон постоянно сканирует пространство в поисках сети и автоматически выбирает ту Базовую станцию, которая обеспечивает лучшее качество сигнала. Одновременно он сообщает станции о своём местоположении и состоянии, таким образом, центральный компьютер оператора сотовой связи всегда знает, в зоне действия какой базовой станции находится телефон и готов ли он принять сигнал вызова. Как только другой абонент делает вызов вашего номера, компьютер определяет ваше местонахождение и посылает сигнал вызова на ваш телефон. Если телефон выключен или не находится в зоне действия ближайшей Базовой Станции, то компьютер сообщает вам что абонент находится вне зоны покрытия и не может принять звонок.

Рис.1. Принцип работы сотового телефона

Приложение 1

Опорный конспект

Тема урока: ______________________________________________________

Применение ЭМ волн: _____________________________________________

Преградами для распространения ЭМ волн являются __________________________________________________________________

Схема работы мобильной связи:

4

1. _______________________

2. _______________________

3

3. _______________________

4. _______________________

1

2

Характеристики ЭМ волн:

Задача.

Дано: Решение:

Вывод: ___________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Приложение 8

Задания для 1 группы

Работа с помощью электронного учебника.

Письменно ответить на вопросы:

1. Что называют электромагнитной волной?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Какие опыты свидетельствуют о взаимосвязи электрического и магнитного полей?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Чему равна скорость электромагнитных волн? Как она связана с длиной электромагнитной волны?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выполнить интерактивное задание на стр. 166 учебника и записать решение.

Дано: Решение:

Задания для 2 группы.

Письменно ответить на вопрос и решить задачу.

1. Почему волна, которая возникает в колебательном контуре и распространяется в пространстве, называется электромагнитной?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Каковы частота и период электромагнитных колебаний, если радиостанция излучает волны длиной 15 м?

Дано: Решение:

Задание для 3 группы.

Решить задачу.

1. Катушка приемного контура радиоприемника имеет индуктивность 1мкГн. Какова емкость конденсатора, если идет прием станции, работающей на длине волны 1000м.?

Дано: СИ Решение: