Методическая разработка урока на тему: "Опыты Герца в современных условиях — экспериментальное доказательство гипотезы Максвелла"

Черепанова Вера Васильевна

Разделы: Физика

Пояснительная записка

Форма урока: эксперимент

Цель обучения: усвоить роль эксперимента и измерения в научном познании в теории электромагнитных волн

Цель воспитания: воспитание мотивов учения, положительного отношения к знаниям

Цель развития: формирование умения выдвигать гипотезу и решать её, проводить опыты, делать обобщающие выводы; развитие коммуникативно-технических умений, умений действовать самостоятельно.

“Опыт – отец всякой достоверности.
Мудрость – дочь опыта”

Леонардо да Винчи

В сегодняшней школе в учебном познании по физике приоритетным является эмпирическое познание, в соответствии с этим экспериментальная проверка гипотез и теории– основной этап в схеме физического научного познания.

Для возбуждения электрических колебаний в открытом колебательном контуре (вибраторе) и их обнаружении (в резонаторе) в 1887-1891 гг. Г.Герц использовал слабые искровые разряды, при наблюдении которых учёный ослеп в 37 лет.

С ребятами нашей школы № 3 11 кл. г. Искитима мы повторяем существенную часть опытов Герца на основе опыта [1].

Для возбуждения электрических колебаний в передающей антенне используем генератор высокой частоты. В приёмной антенне – неоновая лампочка.

Схема установки:

Эпиграфом к сегодняшнему уроку взяла слова (записываю на доске):

“Опыт – отец всякой достоверности.
Мудрость – дочь опыта”

Леонардо да Винчи

ХОД УРОКА

Мотивационно-целевой компонент

• Уже знаем (на доске). Метод научного познания в теории электромагнитных волн.

Ответ 1-ого учащегося с места

I. Исходные факты (я записываю)

2-ой учащийся проговаривает с места

II. Гипотеза (я записываю)

IV. Теория (я записываю)

• Что дальше?

“Дорога нас томит как ровный путь без цели”

М.Ю. Лермонтов

Учащийся: Изучить III – эксперимент по схеме научного познания

Учитель: Цель урока: усвоить роль эксперимента и измерения в научном познании.

Учащийся: Экспериментально проверить гипотезу Максвелла.

Учитель: это задача урока

В тетради учащийся: III Эксперимент

• Учитель на доску: Тема урока: Экспериментальная проверка гипотезы Максвелла – Опыты Герца…

Для этого вспомним из IV вопросы, которые нам сегодня пригодятся.

Актуализация знаний к проведению эксперимента

1. Фронтальный опрос с мячом (бросаю мяч, формулирую вопрос, кому брошен мяч, отвечает с места, фиксирую в своей тетради ответы, затем называю имя, фамилию, если необходимо, следующего учащегося, учащиеся перебрасывают мяч).

Электромагнитное поле;
Электромагнитная волна (в процессе ответа показываем распространение переменного электромагнитного поля, все учащиеся класса на местах);
Источник электромагнитной волны:

теоретически

практически

Характер электромагнитной волны;
Энергия электромагнитной волны (записываю W ~ ).

2. Домашним заданием вам было “Как создать интенсивную электромагнитную волну?” (на 5)

Ответ желающего ученика у доски.

Учитель – в журнал большую пятёрку (таковые ставлю за оригинальность мышления) и дописываю в тему урока (где …) опыты Герца-Журовича (фамилию ученика, предложившего идею).

Учитель: Зарядив вибратор так, чтобы заряд располагался по его длине неравномерно, мы создадим между отдельными его участками электромагнитное поле, под действием которого начинается движение зарядов, и возникнут электромагнитные колебания.

Историческая справка

3. Учитель: Как создавал колебания Герц в 1886 г.?

Генератор ВК изобретён в 1913 г. Поможет понять колебательный контур (он на демонстративном столе) и как в нём создавали колебания?

Как принимал электромагнитную волну?

(Обычно в классе находится хотя бы один ученик, готовый ответить на эти вопросы). Если нет, то ответ ученика, увлекающегося техникой, которому было дано индивидуальное домашнее задание ответить на вопросы самому или, если возникнут затруднения, с помощью учебника стр. 134 Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. – Физика 11.

На доске в ответе ученика появляется рисунок, учащиеся не пишут

Учитель:

Герц вёл приём волн, наблюдая слабые искровые разряды между небольшими шариками в проволочном контуре. Эти разряды были настолько слабы, что от напряжения глаз учёный к концу жизни (а прожил он всего 37 лет) потерял зрение.

Исследование гипотезы с помощью эксперимента и измерения

• Проведём опыт Герца в современном варианте.

Дописываем в тему урока (где …) “в современных условиях”.

Показываю генератор УВЧ, тот самый, который вас лечит в физиокабинете.

В тетрадь схему установки, учитель стирает и подрисовывает

В электр. вибраторе В электр. вибраторе – колебания высокой (передающая антенна)

В электр. вибраторе – вынужденные колебания

Записи в тетради учащегося, которые появляются в процессе:

Опыт___ Вывод

1. … ___ …

2. … ___ …

и т.д.

Проведение опыта
(учащиеся под руководством
учителя)

Анализ
(совместная познавательная
деятельность)

Вывод – подтверждение
гипотезы
(совместная познавательная
деятельность)

1. Включаем цепь передающей
антенны, подносим
параллельно приёмную антенну, лампочка загорается.

2. Удаляем приёмную антенну, свечение неоновой лампочки ослабевает.

3. Располагаем приёмную антенну перпендикулярно, вдоль приёмной оси, лампа не горит

4. Меняем размер “усов” передающей или приёмной антенны, лампочка не горит.

5. Снова добиваемся выполнения условия резонанса, ярко вспыхивает лампочка. Ставлю задачу: “Определить скорость электромагнитных волн в прямом измерении”. (Г.Герц определил косвенным измерением).

В электр. вибраторе колебания
высокой частоты. В пространстве – электромагнитная волна. Она вызывает в приёмной антенне вынужденные электр. колебания.

С увеличением расстояния уменьшается энергия электромагнитной волны.

Лампочка – индикатор изменения напряжённости эл. поля.

Используем правило правой руки для указания направленности колебаний Е (показываем тройку взаимноперпендикулярных векторов Е, В, С) и их изменения в пространстве.

Меняя параметры L и C, меняем собственные частоты открытых колебательных контуров.

, добиваемся выполнения условия явления резонанса:

_{0передающ.}=_{0приёмн.}

Размер антенны

Частоту берём из (1), она равна 150 МГц.

V=2L, L-измеряем метром.

V=2 • 1м • 1,5 • 10⁸Гц =
= 3 • 10⁸ м/с

Изменяющееся эл. поле порождает вихревое магнитное поле; переменное электромагнитное поле распространяется самостоятельно в виде электромагнитных волн – электромагнитная волна существует.

Электромагнитная волна - материя; свойство – обладает энергией.

Электромагнитная волна поперечна.

Резонанс – принцип передачи электромагнитных волн.

V электромагнитных волн, предсказанная Максвеллом, равна V нашего эксперимента.

Теория Максвелла справедлива!

Подведение итогов

Итак, внимание!

1. Сегодня изучили (учащиеся с места говорят хором по моему приглашению кивком головы и громким голос “изучили”)

- эксперимент по схеме научного познания (и показываю записи на доске) при этом пользовались экспериментальными методами изучения физики (ответ учащегося с места);
- эксперимент;
-измерение.

2. Каких результатов вместе достигли?

(формулируют учащиеся, учитель при необходимости корректирует)

Проверили:

а) гипотезу Максвелла о существовании электромагнитных волн;
б) свойства электромагнитных волн (называют учащиеся);

Сосчитали скорость электромагнитных волн (V=3•10⁸ м/с);
Узнали о применение метода резонанса.

Контроль, рефлексия

Повернулись друг к другу спинками, на “четвертушках” отвечаем на вопросы:

1) Как физики, химики, биологи … познают окружающий мир? (Эксперимент, измерение)
2) Какие психические состояния, эмоции вызвал урок? (Из ответов учащихся радость, восторг, удовлетворение)

Учитель во время написания, подходит к учащимся и выставляет оценки на четвертушках, показывая свои “+” и “-” в тетради, как всегда (учащиеся знают об этом) общая оценка за устную и письменную работу – в журнал.

Домашняя работа

§49, долгосрочное домашнее задание – подготовка к конференции “Электромагнитные колебания и волны в природе и технике”. (Предлагаю, как всегда, лист, где указаны темы: учащиеся по интересам записывают свою фамилию. Рекомендую литературу)

Литература

1. А.А. Покровский. “Учебное оборудование по физике в средней школе” М.Просвещение1973 г. Стр. 263

22.02.2005