Методика формувань уявлень учнів старшої профільної школи про властивості електромагнітних хвиль

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВА РОБОТА

з методики навчання фізики на тему:

«Методика формувань уявлень учнів старшої профільної школи про властивості електромагнітних хвиль»



Зміст

Вступ

Розділ I. Науково-методичний аналіз змісту і структури навчального матеріалу теми «Електромагнітні хвилі»

Розділ II. Методика формування уявлень про властивості електромагнітних хвиль, їх науково-методичний аналіз

2.1 Основні поняття та їх науково-методичний аналіз

2.2 Методика вивчення властивостей електромагнітних хвиль

Розділ III. Вивчення властивостей електромагнітних хвиль у формі розв'язання проблемної

Висновок

Список використаної літератури



Вступ

У програмі загальноосвітньої школи при вивченні електромагнітних хвиль розглядається велике коло питань: електромагнітні хвилі та їх властивості, питання радіозв'язку, світлові хвилі і електромагнітні випромінювання різних довжин хвиль. Особливо треба підкреслити, що тепер у програмі немає розділу «Оптика», а матеріал цього розділу вивчається в різних частинах курсу: геометрична оптика і частково - хвильова в базовому курсі фізики, світлові хвилі як один з прикладів електромагнітних хвиль - в кінці розділу «Електродинаміка»; квантові властивості світла в розділі «Квантова фізика».

Ліквідація оптики як розділу - наслідок генералізації матеріалу курсу фізики загальноосвітньої школи, виділення в ній основних, провідних фізичних теорій та групування матеріалу навколо них. Тому це закономірний процес вдосконалення шкільного курсу фізики [2,с.220].

Темою даної курсової роботи є «Методика формувань уявлень учнів старшої профільної школи про властивості електромагнітних хвиль», яка вивчається в курсі фізики 11 класу профільної школи.

Вивчення теми «Електромагнітні хвилі » має велике пізнавальне значення, оскільки саме тут розкривається тісний взаємозв'язок між електричними і магнітними явищами. Тут закладаються основи для з'ясуванні електромагнітної природи світла. Велике також політехнічне значення цього матеріалу, що складає основи радіотехніки [7,с.104].

Метою написання курсової роботи є розгляд методики формування в учнів старшої профільної школи уявлень про властивості електромагнітних хвиль.

Завдання, які потрібно вирішити під час написання курсової роботи:

Окреслити зміст і структуру теми «Електромагнітні хвилі», що вивчається в старшій профільній школі.

Розглянути методику формування в учнів основних понять і уявлень про властивості електромагнітних хвиль.

Об'єктом дослідження є процес вивчення електромагнітних хвиль у старшій школі.

Предметом дослідження є методика вивчення властивостей електромагнітних хвиль у старшій профільній школі.

У першому розділі даної роботи розглядається науково-методичний аналіз змісту і структури «Електромагнітні хвилі», основні питання та завдання даної теми.

Другий розділ розкриває саме методику формувань уявлень учнів про властивості електромагнітних хвиль, розглядаються основні поняття, які використовують при вивченні даної теми.

Третій розділ розглядає саме вивчення властивостей електромагнітних хвиль при розв'язанні проблемної задачі.

електромагнітний хвиля фізика учень



Розділ I. Науково-методичний аналіз змісту і структури навчального матеріалу теми «електромагнітні хвилі»

Зміст теми «Електромагнітні хвилі» охоплює такі питання: електромагнітні хвилі та їх властивості, радіозв'язок, світлові хвилі та електромагнітні випромінювання різних довжин хвиль. Завданнями теми «Електромагнітні хвилі» є:

з'ясувати залежність енергії електромагнітної хвилі від частоти; сформувати в учнів поняття «поверхнева густина потоку випромінювання»;

показати практичне застосування модуляції й детектування;

формувати в учнів знання про основні напрями науково-технічного прогресу, пов'язані із застосуванням електромагнітних хвиль;

озброїти знаннями про основне положення хвильової теорії -- принцип Гюйгенса; на його основі пояснити закон відбивання та заломлення світла;

розкрити суть поляризації світла із позиції електромагнітної теорії світла, ознайомити із застосуванням поляроїдів;

узагальнити й систематизувати знання про різні види електромагнітного випромінювання, розглянути перехід кількісних змін у якісні, на їх прикладі розвивати мислення учнів;

ознайомити учнів з історією винайдення радіо і принципами радіотелефонного зв'язку, сприяти усвідомленню соціально-економічної значущості розвитку засобів зв'язку;

при вивченні світлових явищ ознайомити учнів із різними методами вимірювання швидкості світла, розкрити поняття про закони заломлення і відбивання, переконати учнів у пізнаваності світу і безмежності пізнання; формуючи поняття про дисперсію, дифракцію та інтерференцію, розвивати вміння спостерігати явища природи і давати їм наукове тлумачення; розказати про застосування вивчених явищ у різних галузях науки, техніки та народного господарства.

У процесі вивчення електромагнітних хвиль з'являється змога розкрити прогностичну роль теорії, здатність передбачати явища, невідомі до її створення. Це стосується насамперед узагальнення Максвеллом властивостей змінного електромагнітного поля у вигляді системи рівнянь для векторів електромагнітного поля й теоретичне передбачення існування електромагнітних хвиль із визначеними властивостями.

Зміст теми можна відобразити у вигляді структурно - логічної схеми (мал.1).

У темі «Електромагнітні хвилі» виокремлюють чотири відносно самостійні та логічно завершені частини: електромагнітні хвилі; передання інформації за допомогою електромагнітних хвиль; властивості електромагнітних хвиль, електромагнітні випромінювання різних діапазонів. Розгляд дослідів Герца дає змогу висвітлити роль експерименту як критерію істинності теорії. На прикладі діяльності російського ученого Олександра Попова (1859--1906) та італійського інженера Гульєльмо Марконі (1874--1937) й наступного розвитку радіотехніки (радіомовлення, космічний зв'язок, радіолокація, телебачення) з'ясовують роль науки в науково-технічному і соціальному прогресі. Це дає змогу розкрити питання пізнаваності природи, роль у цьому процесі теорії та експерименту, зарубіжних і вітчизняних учених у науково-технічному прогресі.

Важливе й політехнічне значення цієї теми, оскільки матеріал, що в ній вивчають, є теоретичною основою розвитку радіотехніки, сучасних телекомунікаційних засобів, оптичних приладів.

Використовувати рівняння Максвелла для з'ясування положень електромагнітної теорії через їх складність неможливо. Також не можна застосувати моделі, як це робили при вивченні механічних хвиль. Подолати ці труднощі можна шляхом детального якісного аналізу основ теорії Максвелла, а також застосовуючи демонстраційний експеримент з метою підтвердження справедливості висновків, отриманих шляхом теоретичного аналізу [1,с.241-244].

За навчальною програмою профільного рівня електромагнітні хвилі вивчається в розділі «Електромагнітні коливання і хвилі» в 11 класі. Уроки фізики - 6 годин на тиждень. Всього на вивчення розділу виділяють 25 годин (Електромагнітні коливання - 11 год., Електромагнітні хвилі -14 год.) . Розглядають такі теми:

Утворення й поширення електромагнітних хвиль. Гіпотеза Дж.Максвелла. Досліди Г.Герца.

Швидкість поширення, довжина і частота електромагнітної хвилі. Ефект Х.Доплера.

Шкала електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів частот.

Електромагнітні хвилі в природі і техніці.

Принцип дії радіотелефонного та стільникового зв'язку.

Радіомовлення і телебачення.

Стільниковий зв'язок. Супутникове телебачення.

При вивчені теми «Електромагнітні хвилі» лабораторні роботи не передбачені, але контрольна робота передбачена, яка забезпечить об'єктивну перевірку рівня теоретичних знань та практичних навичок.

Після вивчення даної теми учні розумітимуть природу і утворення електромагнітних хвиль, властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів частот; розуміють сутність радіомовлення і телебачення, радіолокації, стільникового зв'язку, супутникового телебачення, ефекту Доплера [6,с.31].

Вивчення електромагнітних хвиль--найважливіший етап у формуванні поняття про електромагнітне поле як вид матерії. Учні готуються до сприймання цих ідей ще коли вивчають основи електродинаміки в IX класі; поступово розкриваються властивості електромагнітного поля, що проявляються в різних умовах (властивості електростатичного і магнітного полів). У курсі X класу повніше розкривають суть електромагнітного поля. Показують, як учення про електромагнітне поле виникло й утвердилось у науці. На прикладі розвитку радіотехніки, яка є одночасно і блискучим підтвердженням правильності ідей Максвелла, і практичним застосуванням його теорії, учні впевнюються в силі наукового передбачення та у величезному значенні фізики як основи сучасної техніки [3,с.63].



Розділ II. Методика формування уявлень про властивості електромагнітних хвиль, їх науково-методичний аналіз

2.1 Основні поняття та їх науково-методичний аналіз

Перед вивченням електромагнітних хвиль учні вже мають уявлення про механічні хвилі як поширення коливань у пружному середовищі. Геометричне місце точок, до яких на певний момент часу дійшли коливання, називають фронтом хвилі. Напрям поширення хвилі називають променем. Довжина хвилі - це відстань, на яку поширюється хвиля протягом одного періоду коливань [5,с.179]. Також вони ознайомлені і з основними характеристиками механічних хвиль: амплітуда, довжина хвилі і її зв'язок зі швидкістю поширення хвилі й періодом (частотою). Ці поняття, сформовані при вивченні механічних хвиль, можуть слугувати основою для з'ясування аналогічних понять, які характеризують електромагнітні хвилі.

Електромагнітна хвиля -- змінне електромагнітне поле, яке поширюється в просторі зі швидкістю світла [1,с.244].

Розглядають також плоскополяризовану хвилю та формулу швидкості з якою має поширюватися хвиля: , де - магнітна і електрична сталі, - магнітна та діелектрична проникності речовини. Далі йде розмова про швидкість поширення хвилі у вакуумі та абсолютний показник заломлення . Нагадують, що під час переходу з одного середовища в інше частота коливань не змінюється, а довжина хвилі змінюється [5,с.179-180].

Як поширення одночасних взаємозумовлених змінних електричного і магнітного полів (складових електромагнітного поля) її можна аналітично описати двома рівняннями, що характеризують коливання векторів напруженості електричного та індукції магнітного полів:



Оскільки вектори і змінюються синфазно, то енергія електромагнітної хвилі Для учнів старшої школи доступне розуміння поняття «енергія електромагнітної хвилі» та її залежності від частоти.

Середньою потужністю випромінювання за час, більший від періоду коливань хвилі, називають потоком випромінювання. Він характеризує повну енергію, перенесену електромагнітною хвилею через яку-небудь поверхню за одиницю часу [1,с.245].

Відношення електромагнітної енергії , що проходить за час і через перпендикулярну до променів поверхню площею S, до добутку площі S на час називають густиною потоку електромагнітного випромінювання . Іноді цю величину називають інтенсивністю хвилі [5,с.182].

Від швидкості руху джерела чи приймача не залежить швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі, тобто вона інваріантна щодо системи відліку [1,с.245].

Ще одна важлива властивість електромагнітних хвиль: інтенсивність електромагнітної хвилі (густина потоку випромінювання) пропорційна частоті у четвертому степені [5,с.182].

Водночас швидкість поширення електромагнітних хвиль у речовині також залежить від властивостей речовини. Залежність показника заломлення від довжини хвилі називають дисперсією. Її наслідком є розкладання білого світла в спектр.

Модуляція -- повільна порівняно з періодом коливань зміна амплітуди, частоти чи фази коливань за певним законом, у якому закодована інформація.

Виділення низькочастотного модулюючого коливання з модульованого високочастотного коливання називають демодуляцією (детектуванням) [1,с.245].

2.2 Методика вивчення властивостей електромагнітних хвиль

Для електромагнітних хвиль характерні явища відбивання, заломлення, інтерференція, дифракція, поляризація. Усі вони можуть і повинні бути продемонстровані в середній школі. Це важливо для наступного вивчення цих явищ у випадку світлових хвиль [2,с.225].

Для демонстрацій відбиття, заломлення, інтерференції, дифракції і поляризації електромагнітних хвиль потрібно використовувати генератор надвисокої частоти (НВЧ), довжина хвилі якого л = 3 см.

Не пояснюючи учням внутрішню будову генератора, в якому використані невідомі для них спеціальні електронні пристрої (відбивні клістрони), обмежуються зауваженням про те, що цей генератор має пристрій, подібний випромінюваному коливальному контуру, а приймач аналогічний приймаючому коливальному контуру, що значно менший за розмірами, оскільки довжина хвилі генератора всього 3 см. [4,с.248].

Якщо між рупорами генератора та приймача, які налаштовані на чітке

передавання і прийом електромагнітного сигналу, помістити пластину

з діелектрика, спостерігатиметься зменшення інтенсивності прийнятого сигналу. Якщо замінити діелектрик металевою пластиною, то прийом

хвиль взагалі припиниться. Це свідчить про те, що хвилі відбиваються

провідником.

Мал.2

Кут відбивання електромагнітних хвиль, як і хвиль будь-якої іншої природи, дорівнює кутові падіння. У цьому легко переконатись, розмістивши антени під однаковими кутами до металевої пластини (мал. 2). Досліджуючи напрям відбитої хвилі за допомогою рупорної антени-приймача, можна переконатись, що електромагнітні хвилі відбиваються за тим самим законом, що й світло, а саме: кут відбивання в дорівнює куту падіння б, причому напрям падаючої і відбитої хвиль та перпендикуляр до поверхні відбиття, поставлений в точці падіння, лежать в одній площині.

Закон заломлення та закон відбивання доводять використовуючи принцип Гюйгенса.

АС - хвильова поверхня цієї хвилі. Різні ділянки хвильової поверхні АС досягають відбивної межі не одночасно. Коливання в точці А збуджуються раніше, ніж у точці В, на час (де - швидкість хвилі у середовищі). У момент часу, коли падаюча хвиля досягне точки В і в цій

точці почнуть збуджуватись коливання, вторинна хвиля з центром у

точці А вже буде півсферою радіусом . Площина DB є хвильовою поверхнею відбитої хвилі. AD = СВ і трикутники ADB й АСВ прямокутні, то DBA = CAB . Але CAB = б і DBA = ?в як кути із взаємно перпендикулярними сторонами. Отже, кут відбивання в дорівнює куту падіння б.



Якщо розмістити між рупорами антен прямокутну призму із діелектрика (наприклад, з парафіну), то прийом сигналу відбувається

Дослід доводить, що електромагнітні хвилі заломлюються на межі двох середовищ.

За принципом Гюйгенса: позначимо швидкість хвилі у першому середовищі v1, а у другому- v2. Спочатку поверхні поділу M N досягає промінь АА1. Промінь ВВ1 досягає поверхні через час . Тому в момент часу, коли вторинна хвиля в точці В тільки збуджуватиметься, хвиля від точки А вже має вигляд півсфери радіусом AD =v2. Врезультаті отримаємо або , n-показник заломлення.[5,8;с.184-185]

Інтерференцію електромагнітних хвиль показують спочатку на прикладі стоячих хвиль, зібравши установку, аналогічну тій, що застосовувалася для демонстрації стоячих звукових хвиль (див. мал.3).

Сантиметрові хвилі від генератора НВЧ направляють перпендикулярно металевого листа і з допомогою приймального диполя без рупора виявляють вузли і пучності електромагнітної хвилі, подібно до того як для стоячої звукової хвилі це робилося з допомогою мікрофона.

Потім використовують схему досліду Ллойда (рис.4), у якій застосований метод розщеплення одного пучка хвиль на два, що забезпечує їх когерентність. Переміщаючи металевий екран в напрямі, вказаному стрілкою, спостерігають то посилення, то полаблення прийому.Рис. 4

Досліди по дифракції електромагнітних хвиль також аналогічні дослідам по дифракції звуку. Для дослідів використовують щілину між металевими листами і металевий диск. Максимуми коливань в області геометричної тіні диска виявляють з допомогою дипольного приймача.

Рис.5

Також слід показати на дослідах поперечність електромагнітної хвилі. Спочатку, встановивши приймач проти генератора, обертають одну з антен навколо хвилеводу і спостерігають за поступовим зменшення гучності сигналу аж до його зникнення при куті повороту 90°. При подальшому обертанні приймального диполя гучність поступово збільшується аж до початкового, коли кут повороту досягає 180°. З дослідів роблять висновок, що випромінювання генератора є поляризованим.

Рис.6

Після цього між генератором і приймачем поміщають поляризаційну решітку і, обертаючи її, показують то посилення, то ослаблення прийнятого приймачем сигналу (рис. 6). Для пояснення явища вдаються до відомої аналогією з механічними поперечними коливаннями.

Але електромагнітна хвиля характеризується двома векторами: . і Який же з них паралельний щілинах поляризаційної решітки, коли через них проходить електромагнітна хвиля? Як показує теорія і досвід, це вектор .. Справа тут в тому, що якщо в поляризованої хвилі паралельним щілинах виявляється вектор , то в металевих прутах решітки виникають вимушені електромагнітні коливання і решітка перевипромінює (відображає) електромагнітну хвилю, яку легко виявити за допомогою приймача, поставленого з тієї ж сторони від решітки, що і генератор [4,с.248-250].

Для електромагнітних хвиль, як і для механічних хвиль, спостерігається ефект Доплера - зміна частоти коливань, що приймаються спостерігачем під час відносного руху джерела хвиль до нього або від нього, при цьому , де - величина зміни, частоти коливань, - відносна швидкість джерела або спостерігача, a -дійсна довжина хвиль.

Цей ефект більш виразно спостерігається в акустиці та оптиці. В акустиці він виявляється, наприклад, під час руху поїзда чи автомобіля, що подає сигнал: з наближенням автомобіля до спостерігача звук сприймається вищого тону, з віддаленням висота звуку стає нижчою [5,с.186].



Розділ III. Вивчення властивостей електромагнітних хвиль у формі розв'язання проблемної задачі

На прикладі дослідів Г. Герца з'ясовується роль експерименту як критерію істинності наукової теорії. Усе це в сукупності ілюструє пізнаваність світу, роль науки в розвитку техніки і, тим самим, розвитку суспільства.

Основна складність вивчення теми - неможливість використати рівняння Максвелла в середній школі через їх математичну складність. У той же час багато принципових положень теорії Максвелла не можуть бути описані якісно без математичного апарату. Зокрема, з цієї причини залишається нез'ясованим для учнів той факт, що у електромагнітної хвилі коливання векторів і відбуваються в одній фазі, хоча з аналізу явища електромагнітної індукції випливає, що повинен бути зсув по фазі на р/2. Цим же пояснюється і незначна кількість задач до теми, до того ж тематика їх обмежена лише визначенням параметрів коливального контура та принципами радіолокації.

Інша складність обумовлена обмеженими можливостями демонстраційного експерименту при використанні генератора НВЧ конструкції М.М. Шахмаєва. Суттєвим його недоліком є неможливість безпосередньо визначати площини коливань векторів і випромінювання, щоб експериментально підтвердити співпадання властивостей випромінювання генератора і моделі електромагнітних хвиль.

Виклад же матеріалу про досліди Г. Герца та досліди з генератором НВЧ у шкільних підручниках має описовий характер. Необхідність проведення і принципова сторона дослідів не мають обґрунтування. Таким чином, учні одержують інформацію про те, як проводити досліди без обґрунтування їх мети та принципової сторони, тобто без з'ясування, чому саме так слід проводити. Відповідно пізнавальна діяльність учнів зводиться до запам'ятовування та відтворення змісту відповідних повідомлень.

Значною мірою активізувати пізнавальну діяльність учнів при вивченні теми та реалізувати її виховні можливості дозволяє виклад матеріалу у вигляді проблемної задачі з експериментального виявлення випромінювання відкритого коливального контура (вібратора Герца) та ідентифікації властивостей цього випромінювання і властивостей образної моделі електромагнітних хвиль.

Із аналізу образної моделі електромагнітних хвиль випливає, що для ідентифікації необхідно експериментально підтвердити: 1) поперечність випромінювання вібратора Герца, тобто що вектори і перпендикулярні як до напрямку швидкості поширення, так і між собою; 2) коливання векторів і відбуваються в одній фазі (такі досліди авторам невідомі); 3) періодичність випромінювання у просторі та лінійні розміри цього періоду (довжину хвилі). Але спочатку треба виявити випромінювання вібратора Герца.

Напрям пошуків можливих шляхів розв'язання цієї проблеми випливає із сутності самого об'єкта пошуку: електромагнітні хвилі - це процес поширення електромагнітних коливань у просторі. Зустрічаючи на своєму шляху матеріальні об'єкти, вони взаємодіятимуть з ними. У результаті зазнаватимуть відповідних змін як стан самої хвилі (наприклад, інтенсивність чи напрям поширення) так і стан об'єкта. Характер цих змін визначається властивостями взаємодіючих об'єктів. Але будь-яка зміна стану об'єкта - це явище. А отже, задача виявлення електромагнітних хвиль зводиться до передбачення явищ, обумовлених їх взаємодіями з іншими об'єктами, та реєстрацією цих явищ.

Очевидно, що зміни стану об'єкта можуть бути обумовлені впливом періодичних змін векторів і на заряджені частинки речовини. Тобто, для реєстрації електромагнітних хвиль можливі два методи - по періодичних змінах векторів або хвилі.

Спосіб реалізації першого методу ґрунтується на тому, що під дією періодичних змій заряджені частинки речовини (електрони провідності в металах, йони електролітів чи газової плазми тощо) здійснюватимуть коливання з частотою падаючої хвилі. Тобто, виникне змінний струм. Для реєстрації цього струму можна використати одну з його дій - магнітну, теплову і т. ін. Зокрема Герц реєстрував наявність струму за допомогою іскри розмірами в кілька десятих міліметра, яка проскакувала в розрізі приймального контура. Для спостереження цих іскор використовувалась спеціальна зорова труба, а досліди проводились у затемненому приміщенні. Попов О.С. для реєстрації струмів використовував когерер, а П.М. Лебедєв -- чутливу термопару.

Звичайно, перевагу мають електрони провідності у металах, бо вони найменш інертні, а метал найбільш зручний як конструкційний матеріал.

Таким чином, для реєстрації електромагнітних хвиль достатньо взяти металевий стержень і розмістити його в площині коливань вектора перпендикулярно до напряму поширення електромагнітної хвилі. Із умови резонансу випливає, що довжина стержня повинна дорівнювати половині довжини хвилі ().

Реалізація другого методу реєстрації електромагнітних хвиль ґрунтується на тому, що коливання вектора здатні викликати змінний струм у замкненому витку, площина якого перпендикулярна до напряму коливань . Способи реєстрації цього cтруму аналогічні до попереднього.

Реєстрація випромінювання відкритого коливального контура обома методами дозволила Герцу одночасно встановити, що в цього випромінювання вектори і коливаються перпендикулярно один до одного і до напрямку поширення випромінювання. Тобто, випромінюванню вібратора Герца, як і електромагнітним хвилям, властива поляризація (слід мати на увазі, що згідно пропозицій комісії з фізичної термінового поляризація світла визначена як властивість світла, що характеризується просторово-часовою впорядкованістю орієнтації магнітного та електричного векторів. Там же зазначено, що під терміном «поляризація світла» розуміють також процес одержання поляризованого світла із неполяризованого) .

Подальша ідентифікація випромінювання вібратора Герца і моделі електромагнітні хвилі потребує встановлення його періодичності у просторі та числове значення періоду, тобто довжину хвилі. Для цього достатньо було б обмежитись дослідом з стоячими хвилями. Адже досліди з відтворення явищ відбивання, заломлення, дифракції поляризаційною граткою до задачі ідентифікації нічого не додають.

Проте їх слід детально розглянути, бо це сприятиме свідомому засвоєнню матеріалу як прикладні напрямки радіофізики, так і відповідного матеріалу оптики, а явище відбивання необхідно розглянути для розуміння принципової сторони досліду із стоячими хвилями. При цьому важливо в кожному конкретному випадку спочатку з'ясувати механізм явищ, а вже потім визначати план проведення досліду.

Так, перед проведенням досліду з відбиванням електромагнітних хвиль доцільно попередньо з'ясувати, що при падінні електромагнітної хвилі на плоску металеву поверхню, електрони провідності будуть коливатися. При цьому вони будуть випромінювати «вторинні» хвилі в усіх напрямах, перпендикулярних до напряму коливань. А отже, повинно мати місце поширення електромагнітних хвиль у зворотньому напрямі і зменшення інтенсивності у напрямі попереднього поширення. Але який характер матиме поширення цих вторинних хвиль? Це буде розсіяне чи дзеркальне відбивання?

При падінні електромагнітної хвилі на плоску поверхню діелектрика її електрична складова спричинить періодичні коливання поляризованих молекул. Тобто матиме місце коливальний рух заряджених частинок. Через те, що ці частинки «зв'язані», їх прискорення буде меншим, ніж у електронів провідності металів, а отже, і інтенсивність відбитої хвилі повинна бути меншою. Це вказує на можливість поширення електромагнітних хвиль у діелектриках.

Такий попередній аналіз дозволяє визначити послідовність проведення подальших дослідів. А саме, спочатку слід з'ясувати результати взаємодії в випадку, коли на шляху поширення випромінювання генератора почергово поставити металеву пластину і пластину із діелектрика.

Виявлені факти, що при вміщенні між випромінюючою та приймальною антенами металевої пластини прийом повністю припиняється, а при вміщенні пластини в діелектрика інтенсивність прийому дещо зменшується, ставлять питання про виявлення і дослідження явища відбивання та дослідження проходження випромінювання через діелектрик, збільшивши його товщину.

Для кращого розуміння учнями матеріалу про поширення радіохвиль в атмосфері та принципи радіолокації доцільно продемонструвати залежність відбивної здатності речовини та глибини проникнення в неї електромагнітних хвиль від провідності речовини. Для цього між випромінюючою та приймальною антенами вміщують спочатку сухий аркуш паперу (можна газетний), а потім змочений звичайною водою. У другому випадку інтенсивність прийому помітно зменшується внаслідок часткового відбивання (у воді існує значна кількість розчинених солей).

Поступове збільшення кількості складених один на одного змочених водою аркушів приводить до повного припинення прийому внаслідок повного відбивання, що і підтверджується на досліді.

Тепер наявної в учнів інформації про властивості випромінювання генератора НВЧ достатньо, щоб спланувати дослід для перевірки його періодичності у просторі та визначити значення цього періоду. Для цього достатньо утворити стоячу хвилю та виміряти відстань між двома сусідніми вузлами чи пучностями, що і було в свій час зроблено Г. Герцем.

Установку для досліду з інтерференції електромагнітних хвиль за X. Ллойдом доцільно використати і для демонстрації принципу суперпозиції, а саме, що в області перетину пучків електромагнітних хвиль відбувається перерозподіл енергії, але після цього вони поширюються без будь-яких змін.

Належної уваги заслуговує дослід з поляризаційними гратками. По-перше, він дозволяє, хоч і опосередковано, з'ясувати, що вектор випромінювання генератора НВЧ коливається у вертикальній площині. По-друге, підготувати учнів не лише до розуміння ролі поляризатора і аналізатора у відповідних дослідах оптики, а й наочно продемонструвати, що явище поляризації обумовлене анізотропією речовини, з якою взаємодіють електромагнітні хвилі. По-третє, дослід з відбивання електромагнітних хвиль від гратки є досить наочною ілюстрацією дії принципу Гюйгенса-Френеля. Роль джерел вторинного випромінювання в ньому виконують не якісь абстрактні точки фронту хвилі, а реальні стрижні ґратки.

Після з'ясування причини, внаслідок якої електромагнітні хвилі відбиваються від гратки знаходить пояснення і факт дзеркального, а не якогось іншого відбивання електромагнітних хвиль від поверхні металу чи діелектрика. На цьому також ґрунтується метод створення вузько спрямованого пучка електромагнітних хвиль метрового діапазону в радіолокації.[7,с.104-107]



Висновок

Одним з найбільш загадкових явищ в електродинаміці є випромінювання і поширення електромагнітних хвиль. Ніхто досі не розуміє як це відбувається, з цього приводу цитата з шостого тому Фейнмановских лекцій з фізики «Електродинаміка»: «Профессор, дайте мне, пожалуйста, приближенное описание электромагнитных волн, пусть даже слегка неточное, такое, чтобы я смог увидеть их и я видоизменю эту картину до нужной абстракции. Увы, я не могу это сделать для вас. Я просто не знаю как.»



Список використаної літератури

1. Методика навчання фізики у старшій школі: навч. посіб. / [ В.Ф. Савченко, М.П. Бойко, М.М. Дідович та ін.]; за ред. В.Ф.Савченка. - К. : ВЦ «Академія», 2011. - 296 с. - (Серія «Альма-матер»). (С. 241-253)

2. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы /Под ред. С.Е.Каменского, Л.А.Ивановой. - М.:Просвещение, 1987. - 336 с.

3. Ванєєв А.А. та ін. Викладання фізики в 10 класі середньої школи:Посібник для вчителів.-К.:Рад.школа, 1980.-160 с.

4. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Часть 2 /Под ред. В.П.Орехова и А.В.Усовой. - М.Просвещение, 1980. - 351 с.

5. Фізика.Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів (академічний рівень, профільний рівень)./ Засєкіна Т.М., Засєкін Д.О. -- Харків: Сиция, 2012. -- 336 с.

6. http://metodportal.net/node/16681

7. Острицький В.Г., Йовенко О.О. Вивчення властивостей електромагнітних хвиль у формі розв'язання проблемної задачі//ЧНПУ ім. Т. Г. Шевченка. Вісник - Чернігів, 2004, Вип.23 Серія. Педагогічні науки - С 104-107

8. http://mathus.ru/phys/huygens.pdf

9. Буриченкова Н.М. Електромагнітні хвилі та їхні властивості : урок в 11 класі// Фізика в школах України - 2010 -№23-24(грудень)

10. http://fmnauka.narod.ru/I.pdf ?

Размещено на Allbest.ru

...