Сабақ жоспарлары / Физика
Электромагниттік толқындар энергиясы - Физика, 11 сынып, 18 - сабақ
Сабақтың тақырыбы: Электромагниттік толқындар энергиясы. Электромагниттік толқындар қасиеттері.
Сабақтың мақсаты:
Сабақтың әдіс-тәсілдері: Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер,
Сабақтың барысы:
І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:
1. Сәлемдесу;
2. Оқушыларды түгендеу;
3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;
4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);
5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.
ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.
ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша Электромагниттік толқындар энергиясымен және электромагниттік толқындар қасиеттерімен танысамыз.
Шығарылған электромагниттік толқын өзімен энергия тасиды. Толқын шығарып таратудың энергетикалық сипаттамасының маңызы зор, өйткені толқын шығаратын көздердің оның қабылдағыштарына тигізер әсерін айқындайды. Біз енді толқын шығарып тарату сипаттамаларынын ең бастыларының бірімен танысамыз.
Сәулелер ағынының тығыздығы. Ауданы S бетті қарастырайық, электромагниттік толқындар бұдан өткенде энергия тасымалдайды. 1-суретте сондай бір кішкене аудан кескінделген, ондағы түзу сызықтар электромагниттік толқындардың таралу бағытын көрсетеді. Бұл сәулелер - толқындық бетке перпендикуляр сызықтар,S беттің барлық нүктесінде тербелістер бірдей фазада өтеді. Мұндай беттер толқындық беттер деп аталады.
Электромагниттік сәулелер ағынының I тығыздығы деп сәулелерге перпендикуляр, ауданы ішінде өтетін DW электромагниттік энергияның S ауданы мен Dt уақыттың көбейтіндісіне қатынасын айтады:
Шындығында мұның өзі беттің бірлік ауданынан өтетін электромагниттік толқын шығарудың қуаты (бірлік уақыттағы энергия). Толқын ағынының тығыздығы СИ жүйесінде, ватт бөлінген квадрат метр (Вт/м2) есебімен өрнектеледі. Бұл шаманы кейде толқынның интенсивтігі деп те атайды. І шамасын электромагниттік энергияның тығыздығы мен оның таралу жылдамдығы с арқылы өрнектейік. Сәулелерге перпендикуляр орналасқан ауданы S бет таңдап алып, оған табан ретінде, жасаушысы с Dt цилиндрді құрайық (2-сурет). Цилиндрдің көлемі . Цилиндр ішіндегі электромагниттік өрістің энергиясы тығыздығы мен көлемінің көбейтіндісіне тең: DW= wсDtS. Осы бүкіл энергия Dt уақыт ішінде цилиндрдің оң жақ табанынан өтіп үлгереді. Сондықтан (1) формуладан табатынымыз: (2) яғни толқын шығару ағынының тығыздығы электромагниттік энергияның тығыздығы мен оның таралу жылдамдығының көбейтіндісіне тең.
Толқын шығару ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі қашықтыққа қаншалықты тәуелді екенін табайық. Ол үшін тағы бір жаңа үғым енгізу қажет болады.
Нүктелік толқын көзі. Электромагниттік толқындарды шығару көздері алуан түрлі болуы мүмкін. Солардың ең қарапайымы нүктелік толқын көзі болып табылады.
Егер жарық шығаратын көздің өлшемдері оның әсері бағаланатын ара қашықтықтан көп кіші болса, ол нүктелік көз деп саналады. Бұған қоса, ондай жарық көзі электромагниттік толқындарды барлық бағытта да бірдей интенсивлілікпен таратады деп есептеледі. Нүктелік көз — физикада қабыдданған басқа үлгілер: материалдық нүкте, идеал газ, тағы басқалар сияқты реал көздердің идеалдануы. Жұлдыздар жарық шығарады, яғни электрмагниттік толқын шығарады. Жұлдыздарға дейінгі қашықтықтар олардың өлшемдерінен көп есе үлкен болатындықтан, нақ осы жұлдыздар нүктелік көздің жақсы үлгісі болып табылады. Электромагниттік толқындардың бойындағы энергия таралатын беттің аумағы уақыт бойынша барған сайын артып отырады. Сондықтан бірлік уақыт ішінде бірлік ауданнан өтетін энергия, яғни толқын ағынының тығыздығы жарық көзінен қашықтаған сайын кеми түседі.
Толкын ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі ара қашықтыққа қалай тәуелді екенін анықтауға болады. Ол үшін нүктелік көзді радиусы R, бетінің ауданы S = 4pR2 сфераның центріне қояйық. Егер Dt уақыт ішінде барлық бағытта толқын көзі DW энергия шығарады десек, онда
(3)
Нүктелік көзден шығатын толқын ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі қашықтықтың квадратына кері пропорционал кемиді .
Зарядталған бөлшектер үдемелі қозғалғанда ғана электромагниттік толқын шығып таралады. Электр өрісінің кернеулігі мен электромагниттік толқындардың магнит иңдукциясы шығарылатьш бөлшектердің үдеуіне пропорционал болады. Гармоникалық тербелісте үдеу жиіліктің квадратына пропорционал. Сондықтан электр өрісінің кернеулігі мен магниттік индукция жиіліктің квадратына пропорционал: (4)
Электр өрісі энергиясының тығыздығы өріс кернеулігінің квадратына пропорционал. Магнит өрісінің энергиясы магнит индукциясының квадратына пропорционал екенін көрсетуге болады. Электромагниттік өріс энергиясының толық тығыздығы электр және магнит өрістерінің энергиялары тығыздықтарының қосындысына тең. Сондықтан толқын ағынының І тығыздығы, мынадай пропорционалдықта болады: Ал (4) бойынша Е ~w2 және В ~w2 , ендеше І~w4
Толқын ағынының тығыздығы жиіліктің төртінші дәрежесіне пропорционал болады.
Зарядталған бөлшектердің тербеліс жиілігін екі есе арттырғанда шығарылған энергия 16 есе артады. Радиостанция антенналарында осы себепті жиілігі жоғары: ондаған мыңнан ондаған миллион герцке дейін тербелістерді қоздырады. Жиілігі 50 Гц болатын өндірістік айнымалы токтар толқын шығармайды деуге болады.
Электромагниттік толқындар энергия тасымалдамайды. Толқын ағыны тығыздығы (толқынның интенсивтігі) энергия тығыздығының оның таралу жылдамдығына көбейтіндісіне тең болады. Толқынның интенсивтігі жиіліктің төртінші дәрежесіне пропорционал және көзден қашықтықтың квадратына кері пропорционал кемиді.
VІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§3.4, 3.5 дайындық сұрақтарын талдау.
- Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау. Электромагниттік толқындар энергиясымен және электромагниттік толқындар қасиеттерімен таныстырып солар жайлы түсінік қалыптастыру.
- Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.
- Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.
Сабақтың әдіс-тәсілдері: Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер,
Сабақтың барысы:
І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:
1. Сәлемдесу;
2. Оқушыларды түгендеу;
3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;
4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);
5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.
ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.
ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша Электромагниттік толқындар энергиясымен және электромагниттік толқындар қасиеттерімен танысамыз.
- Неліктен жабық тербелмелі контур электромагнитті толқынды шығарып тарата алмайды?
- Неге ашық вибраторда эм тербеліс кезінде толқын шығарылады?
- Герцтің эм толқынды қоздыру және тіркеу тәжірибелерін түсіндіріңдер?
- Таратқыш және қабылдағыш вибраторларда ұшқындық аралық қандай рөл атқарады?
- Қандай физикалық процестер эм толқын көзі болып табылады?
Шығарылған электромагниттік толқын өзімен энергия тасиды. Толқын шығарып таратудың энергетикалық сипаттамасының маңызы зор, өйткені толқын шығаратын көздердің оның қабылдағыштарына тигізер әсерін айқындайды. Біз енді толқын шығарып тарату сипаттамаларынын ең бастыларының бірімен танысамыз.
Сәулелер ағынының тығыздығы. Ауданы S бетті қарастырайық, электромагниттік толқындар бұдан өткенде энергия тасымалдайды. 1-суретте сондай бір кішкене аудан кескінделген, ондағы түзу сызықтар электромагниттік толқындардың таралу бағытын көрсетеді. Бұл сәулелер - толқындық бетке перпендикуляр сызықтар,S беттің барлық нүктесінде тербелістер бірдей фазада өтеді. Мұндай беттер толқындық беттер деп аталады.
Электромагниттік сәулелер ағынының I тығыздығы деп сәулелерге перпендикуляр, ауданы ішінде өтетін DW электромагниттік энергияның S ауданы мен Dt уақыттың көбейтіндісіне қатынасын айтады:
Шындығында мұның өзі беттің бірлік ауданынан өтетін электромагниттік толқын шығарудың қуаты (бірлік уақыттағы энергия). Толқын ағынының тығыздығы СИ жүйесінде, ватт бөлінген квадрат метр (Вт/м2) есебімен өрнектеледі. Бұл шаманы кейде толқынның интенсивтігі деп те атайды. І шамасын электромагниттік энергияның тығыздығы мен оның таралу жылдамдығы с арқылы өрнектейік. Сәулелерге перпендикуляр орналасқан ауданы S бет таңдап алып, оған табан ретінде, жасаушысы с Dt цилиндрді құрайық (2-сурет). Цилиндрдің көлемі . Цилиндр ішіндегі электромагниттік өрістің энергиясы тығыздығы мен көлемінің көбейтіндісіне тең: DW= wсDtS. Осы бүкіл энергия Dt уақыт ішінде цилиндрдің оң жақ табанынан өтіп үлгереді. Сондықтан (1) формуладан табатынымыз: (2) яғни толқын шығару ағынының тығыздығы электромагниттік энергияның тығыздығы мен оның таралу жылдамдығының көбейтіндісіне тең.
Толқын шығару ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі қашықтыққа қаншалықты тәуелді екенін табайық. Ол үшін тағы бір жаңа үғым енгізу қажет болады.
Нүктелік толқын көзі. Электромагниттік толқындарды шығару көздері алуан түрлі болуы мүмкін. Солардың ең қарапайымы нүктелік толқын көзі болып табылады.
Егер жарық шығаратын көздің өлшемдері оның әсері бағаланатын ара қашықтықтан көп кіші болса, ол нүктелік көз деп саналады. Бұған қоса, ондай жарық көзі электромагниттік толқындарды барлық бағытта да бірдей интенсивлілікпен таратады деп есептеледі. Нүктелік көз — физикада қабыдданған басқа үлгілер: материалдық нүкте, идеал газ, тағы басқалар сияқты реал көздердің идеалдануы. Жұлдыздар жарық шығарады, яғни электрмагниттік толқын шығарады. Жұлдыздарға дейінгі қашықтықтар олардың өлшемдерінен көп есе үлкен болатындықтан, нақ осы жұлдыздар нүктелік көздің жақсы үлгісі болып табылады. Электромагниттік толқындардың бойындағы энергия таралатын беттің аумағы уақыт бойынша барған сайын артып отырады. Сондықтан бірлік уақыт ішінде бірлік ауданнан өтетін энергия, яғни толқын ағынының тығыздығы жарық көзінен қашықтаған сайын кеми түседі.
Толкын ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі ара қашықтыққа қалай тәуелді екенін анықтауға болады. Ол үшін нүктелік көзді радиусы R, бетінің ауданы S = 4pR2 сфераның центріне қояйық. Егер Dt уақыт ішінде барлық бағытта толқын көзі DW энергия шығарады десек, онда
(3)
Нүктелік көзден шығатын толқын ағынының тығыздығы жарық көзіне дейінгі қашықтықтың квадратына кері пропорционал кемиді .
Зарядталған бөлшектер үдемелі қозғалғанда ғана электромагниттік толқын шығып таралады. Электр өрісінің кернеулігі мен электромагниттік толқындардың магнит иңдукциясы шығарылатьш бөлшектердің үдеуіне пропорционал болады. Гармоникалық тербелісте үдеу жиіліктің квадратына пропорционал. Сондықтан электр өрісінің кернеулігі мен магниттік индукция жиіліктің квадратына пропорционал: (4)
Электр өрісі энергиясының тығыздығы өріс кернеулігінің квадратына пропорционал. Магнит өрісінің энергиясы магнит индукциясының квадратына пропорционал екенін көрсетуге болады. Электромагниттік өріс энергиясының толық тығыздығы электр және магнит өрістерінің энергиялары тығыздықтарының қосындысына тең. Сондықтан толқын ағынының І тығыздығы, мынадай пропорционалдықта болады: Ал (4) бойынша Е ~w2 және В ~w2 , ендеше І~w4
Толқын ағынының тығыздығы жиіліктің төртінші дәрежесіне пропорционал болады.
Зарядталған бөлшектердің тербеліс жиілігін екі есе арттырғанда шығарылған энергия 16 есе артады. Радиостанция антенналарында осы себепті жиілігі жоғары: ондаған мыңнан ондаған миллион герцке дейін тербелістерді қоздырады. Жиілігі 50 Гц болатын өндірістік айнымалы токтар толқын шығармайды деуге болады.
Электромагниттік толқындар энергия тасымалдамайды. Толқын ағыны тығыздығы (толқынның интенсивтігі) энергия тығыздығының оның таралу жылдамдығына көбейтіндісіне тең болады. Толқынның интенсивтігі жиіліктің төртінші дәрежесіне пропорционал және көзден қашықтықтың квадратына кері пропорционал кемиді.
VІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§3.4, 3.5 дайындық сұрақтарын талдау.
- ЭМ толқын ағынының тығыздығы толқынның қандай сипаттамасы болып табылады?
- Толқынның энергиясының ЭМ тербеліс жиілігіне тәуелділігі қандай?
- Не себепті ЭМ толқындар металл бетінен жақсы шағылады?
- Толқындардың интерференциясы дегеніміз не?
- Толқындардың поляризациясы дегеніміз не?
- Есептер шығарту: (3.4.1-3.4.7.),
Пікір қалдыру (0)
Пікірлер:
Ұқсас жаңалықтар:
