Электромагниттік толқындардың қасиеттері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

№25 дәріс тақырыбы: Электромагниттік өрісті оқып үйрену әдістемесі.

Жоспары:

Мектеп курсындағы электромагниттік өріс.
Электромагниттік құбылыстарды оқыту.
Электромагниттік өрістің негізгі сипаттамалары.

1. Орта мектепте магниттік құбылыстарды оқытудың логикалық сипаттағы белгілі бір қиындықтары болады. Бір жағынан, магниттік өзара әсер туралы ұғым, тогы бар параллель өткізгіштердің өзара тартылуы немесе тебілуі байқалатын күрделі тәжірибені қарастыруға негізделген. Екінші жағынан, магнит өрісі мен магниттік өзара құбылысын тексеруге арналған тәжірибелердің көбі тұрақты магниттерді - таға тәрізді және жалпақ магниттерді, магнит тілдерді, болат үгінділерін пайдалану арқылы өткізіледі. Бұл жағдайда тогы бар екі өткізгіштің немесе тогы бар өткізгіштің тұрақты магнитпен өзара әсер құбылысының физикалық тепе-теңдігі дәлелденбейтін боғандықтан, магниттік өзара әсер және магнит өрісі ұғымдарының қалыптасу прорцесіндегі логикалық реті бұзылған болып табылады.

Магниттік құбылыстарды тереңірек оқып үйренудің логикалық қиындықтарға соқтырмайтын жолын таңдап алуға болады. Қозғалыстағы электр зарядтарының магниттік өзара әсерін анықтайтын тәжірибелерді жасаудан бұрын, қозғалмайтын электр зарядтарымен жасалған тәжірибелерді эксперимент жолымен анықталған Кулон заңын қлзғалыстағы электр зарядтарының өзара әсерін сипаттауға қолдануға бола ма деген сұрақ қойылады.

Бір-бірінен қандай да бір R ара қашықтықта орналасқан қозғалмайтын электр зарядының, сондай қашықтықтағы, бірақ бірдей жылдамдықпен параллель қозғалатын дәл сол зарядтардан айырмасы, біріншіге қарағанда жылдамдықпен қозғалатын, бір инерциалдық санақ системасын екінші бір инерциалдық санақ системасымен ауыстыруға ғана байланысты. Сондықтан зарядтардың өзара әсер күші өзгермей қалатыны анық байқалуы мүмкін. Алайда барлық физикалық құбылыстардың әр түрлі инерциялық санақ системаларында бірдей өтетіндігін дәлелдейтін салыстырмалық принциптен әр түрлі санақ системаларындағы зарядтардың өзара әсерін толық сипаттау үшін Кулон заңын қолдану эксперимент жолымен шешілетін проблема болып шықты.

2. Қозғалыстағы зарядтардың магниттік өзара әсер заңын дәлелдеген соң магнит өрісі ұғымы енгізіледі. Бұл ұғымды енгізу тәсілі электр өрісін енгізу тәсіліне ұқсас.

Қозғалыстағы зарядтардың магниттік өзара әсері электр заряды қозғалғанда оның айналасындағы кеңістікте үздіксіз магнит өрісі пайда болумен түсіндіріледі. Магнит өрісінің негізгі қасиеті - қозғалыстағы электр зарядына әсер ету қабілеті. Магнит өрісінің күштік сипаттамасы, электр өрісінің кернеулігі сияқты, магнит индукциясы болып табылады. Егер өрістің берілген нүктесіне орналастырылған зарядқа электр өрісі өрісі өрнегімен анықталатын күшпен әсер етсе, онда жылдамдықпен қозғалатын электр зарядына магнит өрісі әсер ете алатын күштің максимал мәні өрнегімен анықталады.

Бұл жерде магнит өрісінің электростатикалық өрістен өзгеше екі қасиетін атап өту керек. Біріншіден, мұндай қарапайым өрнекпен магниттік өзара әсер күші тек магнит индукциясы және зарядтың қозғалыс жылдамдығының векторлары өзара перпендикуляр орналасқан жағдайда ғана анықталады. Магнит индукциясы векторына α бұрыш жасап қозғалған зарядқа мынадай күш әсер етеді.

Магниттік өзара әсер күшінің магнит өрісінің берілген нүктесіндегі зарядтың қозғалыс жылдамдығы векторының бағытына тәуелділігін осциллографты тогы бар рамкаға қатысты, олардың ара қашықтығын өзгертпей, бұру арқылы демонстрациялауға болады.

Екіншіден, магниттік өзара әсер күші санақ системасын таңдап алуға байланысты, өйткені жылдамдықтың мәні санақ системасын таңдап алу арқылы анықталады.

Магнит индукциясы ұғымын енгізудің мұндай тәсілінде өрістің берілген нүктесіндегі магнит индукциясы векторының модулы мына қатынаспен анықталады:

мұндағы берілген нүктеден жылдамдықпен, индукция

1-сурет. векторына перпендикуляр бағытта, ұшып өтетін электр

зарядына әсер ететін күштің модулы.

Магнит индукциясының бірлігі - тесла - индукция векторына перпендикуляр бағытта 1м/с жылдамдықпен қозғалатын 1Кл электр зарядына 1Н күшпен әсер ететін өрістің магнит индукциясы ретінде анықталады. Магнит индукциясы векторының бағыты оңқай үштік вектор ережесімен анықталады. Егер қозғалыстағы электр заряды оң таңбалы болса, , және векторлары оңқай үштік векторларды құрайды, яғни векторы және векторлары жатқан жазықтыққа перпендикуляр және винттің басын кіші бұрышпен векторынан векторына қарайғы бағытта айналдырғанда, оңқай бұрандалы винттің қозғалатын жағына қарай бағытталады. (1-сурет)

Одан әрі магнит индукциясының сызығын әрбір нүктеде магнит индукциясы векторымен дәл келетін жанама сызық деп алып, электр өрісі кернеулік векторының ағыны ұғымын енгізуге болады.

3. жылдамдықпен қозғалатын зарядтың одан R қашықтықтатудыратын магнит индукциясын анықтайтын өрнекті былайша табуға болады. зарядына параллель заряды жылдамдықпен қозғалсын делік. Бұл зарядтардың магниттік өзара әсер күші мына өрнекпен анықталады

Эксперименттің көрсетуі бойынша және жылдамдық векторлары параллель орналасқан магниттік өзара әсер күші максимал мәнге ие болады. Сондықтан қозғалыстағы зарядтардың жылдамдық векторлары параллель орналасқанда, зарядтың магнит өрісінің индукция векторы зарядтың жылдамдық векторына перпендикуляр. Сонда

Мұндағы В - заряды тұрған жерде зарядын тудыратын магнит өрісінің индукциясы. Зарядтардың магниттік өзара әсер күшінің екі өрнегінен мынаны табуға болады:

Одан әрі жылдамдықпен қозғалатын зарядынан R қашықтықтағы А нүктесіндегі магнит өрісінің индукциясы жалпы түрде мына өрнекпен анықталатынан түсіндіру қажет

мұндағы α - қозғалыстағы зарядты А нүктесімен қосатын түзу мен жылдамдық векторының арасындағы бұрыш. (2-сурет)

2-сурет.

Вакуумдағы тоқтың магнит өрісі. Тогы бар өткізгіштің магнит өрісінің индукциясын табу үшін электр тогын туғызатын барлық зарядтардың индукция векторларын қосу операциясын жүргізу керек. 9 класта оқушылар интегралдау әдісімен таныс болмағандықтан, есепті бір жағдай үшін қарапайым тәсілмен, ал басқа бірнешеуі үшін нәтижелерді дәлелдеусіз беруге болады. Тогы бар шексіз түзу өткізгіштен R ара қашықтықтағы магнит өрісі индукциясын табуға арналған өрнекті

Оқушыларға арналған оқу құралының бірінщі басылымында жасалғандай қарапайым тәсілімен алуға болады. Немесе табу әдісін ғана түсіндіріп, дәлелдеусіз келтіруге болады.

Ампер заңы. Индукциясы болатын магнит өрісіндегі І тогы бар өткізгіштің Δl бөлігіне әсер ететін күшін электр тогын тудыратын қозғалыстағы жеке электр зарядтарына әсер ететін күштердің қосындысы ретінде табуға болады. Өткізгіштің өлшемдері кішкентай бөлігі үшін күш векторлары параллель бағытталған деп санауға болады, сондықтан

Мұндағы е - электрон заряды, электрондардың бірлескен қозғалыс жылдамдығының модулы, магнит индукцясы, α - индукция векторы мен жылдамдық векторы арасындағы бұрыш, өткізгіштегі электрондардың концентрациясы, -өткізгіштің көлденең қимасының ауданы.

болғандықтан,

Тогы бар өткізгіштің бөлігіне магнит өрісінің әсер ететін күшін анықтайтын соңғы өрнек Ампер заңы деп аталады.

Ампер күші деп аталатын күш векторының бағытын сол қол ережесімен анықтауға болады.

№27 дәріс тақырыбы: Электромагниттік толқындар және оны үйрену әдістемесі.

Жоспары:

Электромагниттік толқындар.
Электромагниттік толқындардың қасиеттері.

Дыбыс толқындарын оқудан электромагниттік толқындарды оқудан электромагниттік толқындарды оқуға көшудің бір принциптік қиындығы бар. Оқушылар дыбыс толқындарын және басқа механикалық толқындарды серпімді ортада тербелістердің таралу процессі \ретінде қарастырып, толқындардың пайда болуы мен таралуы үшін үздіксіз материалық орта сөзсіз керек екендігі туралы ойлауға дағдыланады.

Егер бұған дейін оқушыларда электр өрісі жөнінде материяның формасы деген түсінік қалыптасқан болса, онда электромагниттік толқындардың пайда болуы мен таралуы үшін қандай да бір үздіксіз ортаның қажет екендігі туралы сұрақ тумайды.

Электр заряды үдей қозғалғанда кеңістікте не нәрсе таралады және тербеледі деген сұрақтарға, яғни электромагниттік толқындардың пайда болу механизмі қандай және ол өзі не нәрсе деген сұрақтарға былай жауап беруге болады.

Нүктелік электр заряды MN түзудің (1-сурет) бойымен тұрақты жылдамдықпен қозғалады, ал содан соң О нүктесінде кедергіге кездесіп, тоқтайды делік. Егер электр өрісінің өзгеруі С жылдамдықпен таралатын болса, заряд тоқтағанннан кейін t -секундтан соң, оның айналасындағы электр өрісі қандай болатының анықтайық.

Заряд t -секунд бойы қозғалмайды, сондықтан r =ct қашықтықта t уақыт мезетінде оның айналасында симметрия центрі О нүктесінде болатын сфералық симметриялы электр өрісі пайда болады.

Ішінде t уақыт мезетінде қозғалмайтын зарядтың центрі О нүктесіндегі электр өрісі орнығатын радиусы r сфера мен сыртында әлі де болса қозғалатын және О ₁ нүктесінде тұрғандай болатын зарядтың электр өрісі бар, радиусы r сфераның арасындағы қашықтықта -өрнегінен анықтауға болады, мұндағы с-электр өрісіндегі өзгерістердің таралу жылдамдығы, ал - электр зарядының тежелуіне кеткен уақыт аралығы.

АВ кесіндісінің бойында электр өрісінің кернеулік сызығы бағытының өзгеруі заряд үдемелі қозғалғанда электр өрісі кернеулігінің нормаль құраушысы пайда болатындығын дәлелдейді. Электр өрісі кернеулігінің нормаль құраушысының мәні былай анықталған.

Мына қатынасты пайдаланып, мұндағы -зарядттың алғашқы жылдамдығы, -тежелу уақыты, ф-зарядтың үдеуі, мынаны аламыз.

Сонымен, көлденен электромагниттік толқындарды шығарып таратудың негізгі заңдылықтарын алдық. Бұл ұғымдардан шығатын салдарды анализдейтін электр өрісінің күш сызықтарының бар болуы туралы классикалық көз қарасы, өзінің шарттылығына және көнелігіне қарамастан, ол мектептік физика курсында ғана емес, сондай-ақ қазіргі кездегі жоғары оқу орындарына арналған. Физика курстарында кеңінен қолданылады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.