4.2. Механические и электромагнитные волны++

1.

Учебная дисциплина ОУП.11 Физика
Тема: 4.2 Механические и электромагнитные волны
Специальность: 34.02.01 Сестринское дело
Преподаватель: Зенкина О.Н.

2.

Тема
Цель изучения
Задачи
Объекты оценивания
Кол-во
ак.
часов
Раздел 4. Колебания и волны
4.2
Создать
условия 1. Изучить понятия:
Механические и для
личностной
а)механическая волна; звуковая
электромагнитны самореализации
волна; электромагнитная волна;
е волны
каждого
период; частота; скорость
обучающегося
в
распространения и длина волны;
процессе
б) скорость звука;
актуализации
в) громкость звука;
ранее изученного
г) высота звука; тембр звука;
материала
и
д) интерференция и дифракция для
освоения
новой
механических волн;
темы,
е) скорость ЭМ волн и их свойства;
способствовать
ж) шкала электромагнитных волн;
развитию
з) применение ЭМ волн
личностных,
2.Ознакомиться с устройством:
учебноа) открытого колебательного контура;
познавательных,
коммуникативных в) применением ЭМ волн в технике и
быту.
компетенций.
Аргументированные
ответы
на
вопросы
преподавателя
Аргументированные
ответы
на вопросы
преподавателя
в
ходе
дискуссии
Аргументированные
ответы
на вопросы
преподавателя
в
ходе
дискуссии
3. Сформировать навыки решения задач Решение задач по теме
по теме: «Механические и
урока
электромагнитные волны».
Решение тестовых заданий
2 ак.
часа

3.

План занятия
№
Этап занятия / содержание занятия
Время * (указываем
время исходя из
содержания занятия)
1.
Организационный момент
3-5 минут
2.
Целеполагание
3-5 минут
3.
Актуализация опорных знаний (входной
контроль, проверка домашнего задания)
10 минут
4.
Мотивация учебной деятельности
5 минут
5.
Изучение нового материала
30- 40 минут
6.
Обобщение и систематизация
знаний/Освоение и закрепление
практических умений).
15-20 минут
7.
Подведение итогов занятия
5 минут
8.
Рефлексия.
5 минут
9
Домашнее задание (решение теста)
15 минут

4.

Содержание темы
№
Содержание темы
1.
Механические волны. Условия их распространения. Основные
характеристики волнового движения: период, скорость
распространения и длина волны. Поперечные и продольные волны.
Интерференция и дифракция механических волн.
2.
Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука. Высота тона.
Тембр звука. Звуковые методы исследования в медицине
3.
Электромагнитные (ЭМ) волны. Условия
излучения ЭМ волн.
Взаимная ориентация векторов E и B , скорость ЭМ волны.
Свойства ЭМ волн. Шкала ЭМ волн. Применение ЭМ волн.

5.

4.2 Механические и электромагнитные волны
1. Механические волны, условия их распространения.
Период, скорость распространения и длина волны.
Поперечные и продольные волны. Интерференция
и дифракция механических волн
Отдельные частицы любого тела
взаимодействуют друг с другом. Поэтому, когда какая
либо частица начинает совершать колебательное
движение, то в результате взаимодействия между
частицами это движение с некоторой скоростью
начинает распространяться во все стороны.
Процесс распространения колебаний в пространстве
с течением времени называется волновым процессом.
Последовательное возникновение колебаний в точках,
удалённых от источника называется волной.
Основное свойство волны: При возбуждении
волны происходит процесс распространения
колебаний, но не перенос вещества!

6.

Наиболее отчётливо главные особенности волнового
движения можно увидеть, если рассматривать волны
на поверхности воды.

7.

• Поперечные волны и продольные волны
Волны, у которых колебания частиц совершаются
в направлении перпендикулярном распространению
волны, называются поперечными.
Рис. 1. Распространение поперечного волнового импульса
по натянутому резиновому жгуту.

8.

Если за один конец шнура закрепить и, слегка
натянув рукой, привести в колебательное движение,
то по шнуру побежит волна. Каждый участок шнура
обладает массой и упругостью. При деформации
сдвига в любом сечении шнура возникают силы
упругости, стремящиеся вернуть шнур в исходное
положение. За счёт инертности участок
колеблющегося шнура не остаётся в положении
равновесия.
Волны у которых колебания частиц среды
совершаются вдоль направления распространения
волны, называются продольными.
Продольную волну можно увидеть, если
использовать длинную мягкую пружину большого
диаметра.

9.

Механические волны
Продольные
Смещение частиц среды
происходит вдоль
направления
распространения волны
Поперечные
Частицы среды
испытывают смещение в
направлении,
перпендикулярном
направлению
распространения

10.

Механические волны
Продольные
Направление
колебаний частицы
Поперечные
Направление
распространения
Направление
распространения
волны
волны
Направление
колебаний частицы

11.

Продольные
Поперечные
Вид деформации
Деформация
растяжения или
сжатия
в направлении
распространения волны
Деформация
сдвига в
направлении
перпендикулярном
направлению
распространения волны
Среда распространения
Распространяются в любых
средах – твердых, жидких и
газообразных.
Не могут распространяться в
жидкой или газообразной
средах.

12.

• Основные характеристики волнового движения
• Период – это время, за которое совершается одно
колебание
t
T
N
(1)
СИ : T 1 c
• Частота – число колебаний в единицу времени
1
T
(2)
1
СИ : 1 Гц
c
• Амплитуда – наибольшее отклонение
от положения равновесия
СИ: [А] = 1 м

13.

• Длина волны – расстояние между точками,
в которых фаза колебаний отличается на 2
За один период T волна распространяется
со скоростью v на расстояние v T (3)
Длина волны – это расстояние, на которое
распространяется волна за время, равное одному
периоду колебаний.
v
1 то
Т.к.
v - скорость
T
v
(4)
волны (м/с)
• Скорость волны
Волны любой природы распространяются
в пространстве не мгновенно. Скорость волны
конечна.
Скорость распространения колебаний
в пространстве называется скоростью волны.

14.

Рис. 2. Мгновенный снимок волны: профиль шнура в момент
времени t (чёрный профиль). С течением времени это профиль
перемещается.
При распространении волны вдоль шнура
мы наблюдаем две периодичности:
1) Каждая частица совершает периодические
колебания во времени по закону синуса или
косинуса, частота амплитуда и фаза колебаний
частиц одинаковы во всех точках шнура.
2) В каждый момент времени форма волны
повторяется через отрезки длиной .

15.

• Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука.
Высота тона. Тембр звука
В прозрачной среде - воздухе или жидкости
звуковые волны невидимы, но при определённых
условиях их можно услышать.
С помощью линейки, зажатой в тисках можно возбудить
звуковую волну. Если линейка длинная – звука не будет,
если её укоротить – линейка начнёт звучать.
Рис. 3. Линейка зажатая
в тисках: а) звука нет;
б) звук есть
Из-за того, что в ходе колебаний
пластина сжимает прилегающий
к ней слой воздуха с одной стороны
и одновременно создаёт разрежение
с другой стороны, то эти разрежения
и сжатия чередуются во времени
и распространяются
в пространстве в виде упругих
продольных волн. Когда одна из волн
достигает нашего уха, в нём
возникают периодические колебания
давления и мы слышим звук.

16.

Колебания, воспринимаемые ухом человека в виде
звука называются акустическими. Частота звуковых
колебаний от 16 Гц до 20000 Гц.
Колебания, частота которых меньше 16 Гц называются
инфразвуком, а колебания, частота которых больше
20000 Гц называются ультразвуком.
Акустика – учение о звуке.
Чем короче конец линейки, тем выше частота,
поэтому мы и слышим звук, когда выступающий конец
достаточно короткий.
Для возникновения и распространения звуковых
колебаний необходим источник колебаний и упругая
среда.
Звук распространяется в воздухе, воде и твёрдых телах.
Плохо проводят звук войлок, пористые панели, пробка –
их используют для звукоизоляции. Физиологическим
характеристикам звука (громкости, высоте тона)
соответствуют физические характеристики.

17.

Звуковые волны
Акустика - раздел физики,
изучающий звук и законы его
распространения.

18.

Звук - продольные механические волны
с частотой от 16 до 20 кГц.
Звук - колебания среды,
воспринимаемые органом слуха.
Необходимые условия для передачи звука:
1. Источник звука.
2. Среда.
3. Приёмник.

19.

Частотные диапазоны
И
Н
Ф
Р
А
З
В
У
К
меньше 16Гц
от 16Гц до 20кГц
СЛЫШИМЫЙ
ЗВУК
от 17 м до 17 мм
У
Л
Ь
Т
Р
А
З
В
У
К
Частота больше 20кГц

20.

Характеристики звуковых волн
Высота звука
Громкость звука
зависит от частоты
колебаний
зависит от амплитуды
колебаний
определяется наличием и
интенсивностью обертонов
Чем больше частота
колебаний, тем выше
звук.
Чем больше амплитуда
колебаний, тем громче
звук.
Основной тон – звук,
соответствующий колебаниям с
самой низкой частотой.
Обертон – тоны звука с более
высокой частотой.
+ зависит от индивидуальных
особенностей восприятия.
х
х
низкий тон
громко
t
х
t
высокий тон
х
t
тихо
t
Тембр звука

21.

Вверху — звук «без тембра», или. как его называют, чистый тон. В середине —
звук скрипки (упрощенно). Внизу — звук кларнета. Как видно на рисунке,
частота во всех примерах одинакова, следовательно, все три звука имеют одну
и ту же высоту.

22.

Уровень громкости звука —
относительная величина.
Выражается в фонах и численно равен
уровню звукового давления (в белах(Б)
или децибелах — дБ), создаваемого
синусоидальным тоном частотой 1 кГц
такой же громкости, как и измеряемый
звук.
Бел (сокращение: Б) — безразмерная единица измерения отношения
(разности уровней) некоторых величин по логарифмической шкале.

23.

Скорость звука в воздухе при 00 C равна 331 м/с.
Первые измерения скорости звука были
проведены немецким естествоиспытателем,
географом и путешественником Александром
Гумбольдтом в 1822 году. Время распространения
звука определялось им как время между
вспышкой при выстреле из пушки и моментом
прихода звука.
Чем больше масса молекул газа, тем меньше
скорость звука в нем. Так, при 00 C скорость
звука в водороде равна 1270 м/с, а в
углекислом газе - 258 м/с.

24.

Рис. 4. Опыт по измерению скорости звука в воде
В воде скорость звука больше, чем в воздухе.
Впервые она была измерена на Женевском озере
в Швейцарии физиками Штурмом и Колладоном.
На одной лодке поджигали порох и одновременно
ударяли в подводный колокол. Другая лодка
находилась на расстоянии 14 км от первой. Звук
улавливался с помощью рупора, опущенного в воду.
По разности времени между вспышкой света
и приходом звукового сигнала определялась
скорость звука. При температуре 8 0C скорость звука
в воде равна 1435 м/с.

25.

В 1832 году Жан Батист Био определил
скорость звука в чугуне, используя чугунную
водопроводную трубу.
В твердых телах скорость звука еще больше,
чем в жидкостях. В чугуне скорость звука
приблизительно равна 5000 м/с. В стали скорость
звука при 15 0C равна 4980 м/с.

26.

«Шум» - это беспорядочное смешение звуков.
Шкала шумов (уровни звука, децибел)
Деци
бел,
дБ
Характеристика
0
Ничего не слышно
5
Почти не слышно
10
Почти не слышно
тихий шелест листьев
15
Едва слышно
шелест листвы
20
Едва слышно
шепот человека (1м).
25
Тихо
шепот человека (1м)
30
Тихо
шепот, тиканье настенных часов.
Норма для жилых помещений ночью, с 23
до 7 ч.
35
Довольно слышно
приглушенный разговор
40
Довольно слышно
обычная речь.
Норма для жилых помещений, с 7 до 23 ч.
Источники звука

27.

Шкала шумов (уровни звука, децибел)
100
Крайне
шумно
оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома
Максимально допустимое звуковое давление для
наушников плеера (по европейским нормам)
105
Крайне шумно
в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110
Крайне шумно
вертолёт
115
Крайне шумно
пескоструйный аппарат (1м)
120
Почти
невыносимо
отбойный молоток (1м)
125
Почти
невыносимо
130
Болевой
порог
135
Контузия
140
Контузия
звук взлетающего реактивного самолета
145
Контузия
старт ракеты
150
Контузия,
травмы
155
Контузия,
травмы
160
Шок, травмы
самолёт на старте
ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях звука свыше 160 дБ возможен разрыв барабанных перепонок и
лёгких, больше 200 - смерть

28.

СЛЫШИМЫЙ ЗВУК
ИНФРАЗВУК
УЛЬТРАЗВУК

29.

Летучие мыши способны издавать и воспринимать звуки от
25-50 до 210000 Гц – это самое большое, на что способны
животные.
29

30.

Ученые установили, что летучие мыши как бы
«видят ушами»: они ориентируются и охотятся,
испуская ультразвук и ловя его отражение своими
огромными ушами.

31.

Ультразвук
Если частота колебаний тела больше 20 000 Гц,
оно излучает ультразвук.
Человек не слышит
ультразвук, но его
прекрасно слышат
некоторые животные.
Например, собаки
слышат звуковые
колебания с частотой до
60 000 Гц, а дельфины —
даже до 200 000 Гц.

32.

С помощью ультразвука
«просвечивают»
металлические изделия: это
позволяет обнаружить в них
трещины и пустоты.
Интересно, что ультразвуком можно
«просветить» и огромные толщи
металла – в 1 м и более, что
совершенно недоступно для рентгена.
Ультразвук сейчас широко
используется в технике и быту.
Например, ультразвуковые
стиральные машинки - «таблетки» или
«шарики» – они бережно стирают
ткани, расходуя крайне мало энергии.

33.

Ультразвук губительно действует на бактерии и даже на
холоднокровных животных – мелкие рыбы и лягушки погибают
при облучении ультразвуком за 1–2 минуты. Но для человека
он неопасен.
Сейчас ультразвук делят на три диапазона:
• низкие частоты – до 105 Гц;
• средние – до 105–107 Гц;
• высокие – до 109 Гц.
Упругие волны с частотами 109–1013 Гц называют
уже гиперзвуком. А чаще – просто не бывает,
потому что эти волны по длине соответствуют уже
межатомному расстоянию в твердых телах.

34.

Инфразвук
Колебания, у которых частота звука меньше 16(17) Гц
называются инфразвуком. Прекрасно распространяясь
в воде, инфразвуки помогают китам и другим морским
животным ориентироваться в толще воды. Сотни
километров – для инфразвука не помеха.

35.

Своеобразно воздействие инфразвука на человека. Инфразвук с
частотою 8 Гц, а это вдвое ниже нижнего предела слышимости
по высоте, близко подходит к так называемому альфа – ритму
человеческого мозга (5–7 Гц) и вызывает у людей чувство страха
и паники. Эти частоты опасны для человека.
Существует мнение, что ветер,
отражаясь от длинных волн в
океане, может породить инфразвук,
губительно действующий на психику
людей. Таким образом иногда
объясняют таинственное
исчезновение людей с кораблей в
океане, в частности в Бермудском
треугольнике. Впали, дескать, в
панику и повыкидывались с
кораблей...

36.

• Значение звука в медицине. Звуковые методы
исследования
1) Аускультация - непосредственное выслушивание
звуков, возникающих внутри организма.
По характеру таких звуков можно определить,
какие именно процессы протекают в данной
области тела и в некоторых случаях установить
диагноз. Приборы применяемые
для выслушивания: стетоскоп, фонендоскоп.

37.

В клинике используются установки, в которых
выслушивание осуществляется с помощью
микрофона и динамика. Широко применяется запись
звуков с помощью электронных средств, что даёт
возможность их воспроизведения.
2) Фонокардиография – графическая регистрация
тонов и шумов сердца и их диагностическая
интерпретация. Запись осуществляется с помощью
фонокардиографа, который состоит из микрофона,
усилителя и регистрирующего устройства.
Рис.5. Кривая записи тонов
сердца регистрируется
совместно
с электрокардиограммой
и называется
фонокардиограммой

38.

3) Перкуссия – исследование внутренних органов
посредством постукивания по поверхности тела и
анализа возникающих при этом звуков. Постукивание
осуществляется либо при помощи специальных
молоточков, либо с помощью пальцев. По тону
перкуторных звуков определяют состояние
и топографию органа.

39.

• Свойства механических волн: интерференция и
дифракция
Механические волны обладают всеми свойствами,
присущими волновому движению. Они подчиняются
закону отражения (угол падения = углу отражения).
Типичными свойствами являются интерференция и
дифракция.
Интерференция – сложение волн, в результате
которого наблюдается устойчивая по времени картина
усиления или ослабления амплитуды колебаний
частиц волны (интенсивности волны) в различных
точках пространства.
Устойчивая
Рис. 7. Два шарика совершают
гармонические колебания в результате
получаем сложение волн на поверхности
интерференционная картина
получается если волны
когерентны (излучаются
когерентными источниками),
т.е. имеют одинаковую
частоту и неизменную во
времени разность фаз.

40.

Рис. 8. В любой точке M будут
складываться колебания,
вызванные двумя волнами
Рис. 9. Разность фаз колебаний
равна нулю. В результате сложения
колебаний возникают колебания
с удвоенной амплитудой
Результат сложения волн, приходящих в точку М
зависит от разности фаз колебаний, возбуждённых
этими волнами в данной точке. Пройдя различные
расстояния d1 и d 2 волны имеют разность хода.
d d1 d 2 Если разность хода равна длине волны,
то вторая волна запаздывает по сравнению с первой
на 1 период→гребни как и впадины совпадают.

41.

• Условие максимумов
d k
где k 0, 1, 2...
(5)
• Условие минимумов
d 2k 1
2
где k 0, 1, 2...
(6)
• Дифракция
Нередко волна встречает на своём пути
небольшие (по сравнению с длиной волны)
препятствия, которые она способна огибать.
Когда размеры препятствия малы, то волны,
огибая препятствие смыкаются за ним. И дальше
распространяются так, как будто его не было совсем.
Только за препятствием большого размера образуется
тень: волны за него не проникают.
Способностью огибать препятствие обладают
и звуковые волны. Мы можем слышать сигнал машины
за углом дома, когда самой машины не видно.

42.

Рис. 10. Явление дифракции
можно увидеть с помощью
экрана с узкой щелью. За
экраном распространяется
круговая волна, как если бы в
отверстии экрана находилось
колеблющееся тело - источник
волн
Рис. 11. Каждая точка волнового
фронта является источником
вторичных волн. Огибающая фронт
волн от вторичных источников
поверхность даёт положение
нового фронта волны
Необходимым условием дифракции является
соизмеримость препятствия с длиной волны.

43.

Вынужденные колебания – это колебания
происходящие под действием внешней, периодически
изменяющейся силы. Частота вынужденных
колебаний равна частоте изменения действующей
на тело силы.
• Резонанс
Если подвесить к верёвке несколько маятников
разной длины, и привести в колебание один из них,
то и другие маятники начнут колебаться. Частота их
колебаний будет равна частоте колебаний маятника
возбудившего колебания. При этом с наибольшей
амплитудой будет колебаться маятник, длина
которого равна длине этого маятника→наибольшую
амплитуду колебаний имеет маятник, собственная
частота колебаний которого совпадает с частотой
вынуждающей силы. Явление, которое при этом
наблюдается называется резонансом.

44.

Если же размеры щели велики, то волна проходит
сквозь щель, почти не меняя своей формы.
Рис. 12. Размеры щели велики по сравнению с длиной волны и волна
проходит не меняя своей формы
• Электромагнитное поле
Электрические и магнитные поля – проявление
единого целого – электромагнитного поля.
Электромагнитное поле – особая форма материи,
осуществляющая электромагнитное
взаимодействие.

45.

3. Электромагнитные (ЭМ) волны. Условия
излучения
ЭМ волн. Взаимная ориентация векторов E
и B , скорость ЭМ волны. Свойства ЭМ волн. Шкала
ЭМ волн. Применение ЭМ волн в технике и быту.
Представьте себе, что электрический заряд был
приведён в быстрые колебания вдоль некоторой
прямой. Тогда электрическое поле
в непосредственной близости от заряда будет
изменяться. Период этих изменений будет равен
периоду колебаний заряда. Переменное
электрическое поле будет порождать периодически
меняющееся магнитное поле, а оно в свою очередь
вызовет появление переменного магнитного поля
уже на большем расстоянии и т.д.
В окружающем пространстве возникнет система
взаимно перпендикулярных, периодически
меняющихся электрических и магнитных полей:

46.

Рис. 13. Мгновенный снимок электромагнитной волны:
электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям
от колеблющегося заряда. Колебания векторов E и B
в любой точке происходят в одинаковых фазах.
Электромагнитная волна является поперечной

47.

Расстояние между двумя ближайшими точками,
в которых колебания вектора или происходят
в одинаковых фазах называют длиной волны:
с T или
с
(7)
T период электромагнитных колебаний в контуре
частота электромагнитных колебаний
с скорость распространения электромагнитной волны
км
с 300 000
с

48.

Электромагнитные волны
Процесс распространения переменных
магнитного и электрического полей
и есть электромагнитная волна.
Электромагнитные волны
могут существовать и
распространятся в вакууме.
Условие возникновения
электромагнитных волн:
для образования интенсивных
электромагнитных волн необходимо
создать электромагнитные колебания
достаточно высокой частоты.
Изменения электромагнитного поля
происходят при изменении силы тока
в проводнике, а сила тока в проводнике
изменяется при изменении скорости
движения электрических зарядов в нём,
т.е. при движении зарядов
с ускорением. Следовательно,
электромагнитные волны должны
возникать при ускоренном движении
электромагнитных зарядов.

49.

Длина волны
Термин
Диапазон частот
Коротковолновый диапазон
(КВ)
2–30 МГц
«Си-Би»
25.6–30.1 МГц
Гражданский диапазон, в котором
могут пользоваться связью
частные лица. В разных
странах на этом участке
выделено от 40 до 80
фиксированных частот
(каналов).
«Low Band»
33–50 МГц
Диапазон подвижной наземной
связи. Непонятно почему, но в
русском языке не нашлось
термина, определяющего
данный диапазон.
УКВ
136–174 МГц
Наиболее распространенный
диапазон подвижной наземной
связи.
ДЦВ
400–512 МГц
Диапазон подвижной наземной
связи. Иногда не выделяют
этот участок в отдельный
диапазон, а говорят УКВ,
подразумевая полосу частот от
136 до 512 МГц.
«800 МГц»
806–825 и 851–870 МГц
Традиционный «американский»
диапазон; широко
используется подвижной
связью в США. У нас не
получил особого
распространения.
Пояснения
Из-за особенностей
распространения в основном
применяется для дальней
связи.

50.

Джеймс Клерк Максвелл
Существование
электромагнитных волн
было теоретически
предсказано великим
английским физиком
Дж. Максвеллом в 1864 году.
Максвелл проанализировал
все известные к тому
времени законы
электродинамики и сделал
попытку применить их к
изменяющимся во времени
электрическому и
магнитному полям.
Он обратил внимание
на ассиметрию взаимосвязи
между электрическими
и магнитными явлениями.

51.

Теория Максвелла
Максвелл ввел в физику понятие
вихревого электрического поля
и предложил новую трактовку
закона электромагнитной
индукции, открытой Фарадеем
в 1831 г.:
Всякое изменение магнитного
поля порождает в окружающем
пространстве вихревое
электрическое поле, силовые
линии которого замкнуты.
Максвелл высказал гипотезу
о существовании и обратного
процесса:
Изменяющееся во времени
электрическое поле порождает
в окружающем пространстве
магнитное поле.

52.

Выводы из теории Максвелла
Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:
1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в
пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны
поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости,
перпендикулярной направлению распространения волны

53.

Электромагнитные волны были впервые
экспериментально получены Генрихом
Герцем в 1887г. .
Обычный закрытый колебательный контур
практически не излучает
электромагнитных волн. Для создания
электромагнитных волн используют
открытый колебательный контур,
который получают из закрытого,
одновременно уменьшая число витков
в катушке, а также площадь обкладок
конденсатора и раздвигая их. В конце концов
получат просто прямой провод. Ёмкость
и индуктивность малы, поэтому частота
колебаний велика:
1
0
LC
Заряды распределены по всему проводнику.
Электромагнитное поле охватывает всё
пространство вокруг контура. Для
возбуждения колебаний провод разрезали
пополам с таким расчётом, чтоб оставался
небольшой воздушный промежуток,
называемый искровым.
Генрих Герц
(1857-1894)
Рис. 14. Открытый
колебательный
контур

54.

Рис. 15. Разрезанный
провод
Рис. 16. Получение
искры
в разряднике
На разрезанные концы надевали
небольшие шарики. Обе части контура
заряжали до высокой разности
потенциалов и когда разность
потенциалов превышала некоторое
предельное значение, между шариками
проскакивала искра, цепь замыкалась и в
открытом контуре возникали колебания.
Колебания в открытом контуре
затухают вследствие наличия у контура
активного сопротивления и за счёт того,
что контур излучает электромагнитные
волны, а значит теряет энергию. После
того, как колебания прекращались. Оба
проводника вновь заряжали от источника
до наступления пробоя искрового
промежутка и всё начиналось сначала.
Герц получал электромагнитные
волны, возбуждая в контуре с помощью
источника высокого напряжения серию
импульсов быстро переменного тока.

55.

Рис. 17. Открытый колебательный
контур:
В опытах Герца длина волны
составляла несколько десятков
сантиметров.
Вычислив собственную частоту
электромагнитных колебаний
устройства, Герц смог определить
скорость электромагнитной волны .
Она оказалась приближенно равна
скорости света: с=300000 км/с. Опыт
Герца блестяще подтвердил
предсказания Максвелла

56.

В России одним из первых занялся изучением
электромагнитных волн преподаватель
офицерских курсов в Кронштадте Александр
Степанович Попов.
Попов Александр Степанович (1859-1905),
русский физик и электротехник, изобретатель
электрической связи без проводов
(радиосвязи). В1895 году продемонстрировал
изобретённый им первый в мире
радиоприёмник. Весной
1897 года достиг дальности радиосвязи 600м,
летом
1897 – 5 километров, в 1901 – около 150
километров.
Создал (1895) прибор для регистрации
грозовых разрядов(«грозоотметчик»).
Получил золотую медаль на
Всемирной выставке 1900 года в Париже.
Возможность практического применения
электромагнитных волн для установления
связи без проводов была впервые
продемонстрирована 7 мая 1895 года. Этот
день считается днём рождения радио.
Александр Степанович
Попов
(1859-1906)

57.

За границей усовершенствованием подобных
приборов занималась фирма, организованная
итальянским учёным Маркони. Опыты,
поставленные в широком масштабе, позволили
осуществить радиотелеграфную передачу
через атлантический океан.
Важнейшим этапом развития
радиосвязи было создание в 1913 году
генератора незатухающих электромагнитных
колебаний.
Кроме передачи телеграфных сигналов,
состоящих из коротких и более
продолжительных импульсов
электромагнитных волн, стала возможной
надёжная и высококачественная
радиотелефонная связь – передача речи и
музыки с помощью электромагнитных волн.
При радиотелефонной связи колебания
давления воздуха в звуковой волне
превращаются с помощью микрофона
в электрические колебания той же формы. Для
осуществления радиотелефонной связи
используют высокочастотные колебания,
излучаемые антенной.
Гульемо
Джованни Мария
Маркони
(1874-1937)

58.

Принцип радиосвязи:
Переменный электрический ток
высокой частоты, созданный в
передающей антенне, вызывает в
окружающем пространстве быстро
меняющееся электромагнитное поле,
которое распространяется в виде
электромагнитной волны. Достигая
приёмной антенны, электромагнитная
волна вызывает в ней переменный ток
той же частоты, на которой работает
передатчик.

59.

• Свойства электромагнитных волн

60.

61.

62.

• Распространение радиоволн. Радиолокация.
Понятие о телевидении

63.

1 U1
2 U 2

64.

65.

66.

Распространение радиоволн
Радиоволны излучаются через антенну в пространство
и распространяются в виде энергии электромагнитного
поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их
способность к распространению сильно зависит от
длины волны.
Земля для радиоволн представляет проводник
электричества (хотя и не очень хороший). Проходя над
поверхностью
земли,
радиоволны
постепенно
ослабевают. Это связано с тем, что электромагнитные
волны возбуждают в поверхности земли электротоки,
на что и тратится часть энергии. Т.е. энергия
поглощается землей, причем тем больше, чем короче
длина волны (выше частота).
Кроме того, энергия волны ослабевает еще и потому,
что излучение распространяется во все стороны
пространства и, следовательно, чем дальше от
передатчика находится приемник, тем меньшее
количество энергии приходится на единицу площади и
тем меньше ее попадает в антенну.
Передачи длинноволновых вещательных станций
можно принимать на расстоянии до нескольких тысяч
километров, причем уровень сигнала уменьшается
плавно, без скачков. Средневолновые станции
слышны в пределах тысячи километров. Что же
касается коротких волн, то их энергия резко убывает
по мере удаления от передатчика. Этим объясняется
тот факт, что на заре развития радио для связи в
основном применялись волны от 1 до 30 км. Волны
короче 100 метров вообще считались непригодными
для дальней связи.

67.

68.

69.

70.

71.

Спектр электромагнитных волн – по длине волны
(частоте) спектр электромагнитных волн делят
на 8 диапазонов:

72.

73.

74.

Видео из МЭШ:
1. Механические волны: https://uchebnik.mos.ru/material/atomic_object7460022?menuReferrer=catalogue
2. Электромагнитные волны:
https://uchebnik.mos.ru/material/atomic_object7410920?menuReferrer=catalogue
3. Применение электромагнитного излучения. Принципы радиосвязи и
телевидения: https://uchebnik.mos.ru/material/atomic_object7410952?menuReferrer=catalogue

75.

Ссылка из МЭШ на учебник Мякишев Г.Я.,
Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика-11:
https://uchebnik.mos.ru/player3/books/00000504.0.1/art
icles/0.1.0.0
Примеры задач из учебника, стр.58,
§31 «Звуковые волны» :
1. На расстоянии 400 м от наблюдателя рабочие
вбивают сваи с помощью копра. Чему равен
промежуток времени между видимым ударом
молота о сваю и звуком удара, услышанным
наблюдателем?
1) 1,4 с
2) 1,2 с
3) 0,9 с
4) 0,6 с

76.

2. На рисунке показан график
зависимости давления воздуха
в некоторый момент времени
от расстояния до источника звука
при распространении звуковой
волны. Из этого графика следует,
что длина звуковой волны равна
1) 0,2 м
3) 0,8 м
2) 0,4 м
4) 1,6 м
3. Динамик подключён к выходу генератора
электрических колебаний звуковой частоты.
Частота колебаний 6800 Гц. Определите длину
звуковой волны, зная, что скорость звука в воздухе
340 м/с.

77.

4. Провод массой 1,5 кг и длиной 30 м натянут между
двумя опорами. Скорость распространения волны
в проводе определяется формулой,
FН
v
m l
где
FН - сила натяжения провода,
m l - масса на единицу длины.
Определите время, за которое волна дойдёт от одной
опоры до другой.

78.

Примеры задач из учебника, стр.145,
§35 «Электромагнитное поле. Электромагнитная
волна» :
1. Какое из природных явлений НЕ МОЖЕТ служить
примером излучения электромагнитных волн?
1) молния
2) полярное сияние
3) излучение звёзд
4) гром
2. Согласно теории Максвелла заряженная частица
излучает электромагнитные волны в вакууме
1) только при равномерном движении по прямой
в инерциальной системе отсчёта (ИСО)
2) только при гармонических колебаниях в ИСО
3) только при равномерном движении по окружности
в ИСО
4) при любом ускоренном движении в ИСО

79.

3. В электромагнитной волне,
распространяющейся
в вакууме со скоростью v происходят колебания
векторов напряжённости электрического
поля E и
индукции магнитного поля B .
При этих колебаниях векторы E , B и v
имеют
ориентацию
взаимную
1) E B, E v , B v
2) E B, E v , B v
3) E B, E v , B v
4) E B, E v , B v

80.

Вопросы для повторения:
1) Какой процесс называется волновым? Что такое
волна?
2) Какие волны называются продольными?
3) Какие волны называются поперечными?
4) Энергия волны. Происходит ли при
распространении волны перенос вещества?
5) Характеристики волнового процесса: период,
частота, длина волны, скорость волны.
6) Какие колебания называются акустическими?
7) Какие среды проводят звук?
8) Значение звука в жизни человека, в медицине.
9) Какое явление называется интерференцией?
Какие волны называются когерентными
10) Какое явление называется дифракцией?
11) Что такое электромагнитное поле?
12) Как происходит распространение
электромагнитной волны в пространстве?

81.

13. Открытый колебательный контур. Опыт Герца
по получению электромагнитных волн. Скорость
электромагнитной волны.
14. Изобретение радио А.С.Поповым. Принцип
радиосвязи.
15. Свойства электромагнитных волн.
Распространение радиоволн. Радиолокация.
16. Понятие о телевидении.

82.

Подведение итогов учебного занятия
Вопросы для рефлексии:
1. Как Вы можете оценить свою работу на учебном занятии?
2. Что нового Вы узнали на учебном занятии? Изменилось ли что-то в
Вашем понимании темы?
3. Какие разделы изученной темы требуют дополнительного разъяснения?
Сформулируйте вопрос, направленный на углубление Вашего понимания
материала.
4. Каким образом учебное занятие повлияло на Вашу мотивацию к
дальнейшему изучению данной дополнительной программы? Какие
новые образовательные задачи Вы определили для себя?
82

83.

Домашнее
литература
задание
и
рекомендуемая
1. Федорова В.Н. Физика: учебник для студентов учреждений сред.
проф. образования / В.Н.Федорова, Е.В. Фаустов. – М: ГЭОТАРМедиа, 2015:
С.290-298, §10.6-10.8: прочитать, выучить основные определения и
формулы
2. Библиотека МЭШ: Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин
Физика-11, с.116-167: §29-42: прочитать, выучить основные
определения и формулы:
Ссылка на учебник Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., В.М.
Чаругин: Физика 11 из Библиотеки МЭШ :
https://uchebnik.mos.ru/material/book23204?menuReferrer=catalogue
2. Перейти по ссылке, решить тест:
83

84.

Учебная дисциплина ОУП.11 Физика
Тема: 4.2 Механические и электромагнитные волны
Специальность: 34.02.01 Сестринское дело
Преподаватель: Зенкина О.Н.