Раздел «Колебания и волны» в спецификации НЦТ

Электромагнитные волны

Главное по теме

Электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Среда ей не нужна: она идёт и в вакууме.
Скорость электромагнитных волн в вакууме c = 3·10⁸ м/с. В веществе скорость меньше: v = c / n, где n - показатель преломления.
Связь длины волны, частоты и периода: λ = c / ν = c·T. Чем выше частота, тем короче волна.
Волна поперечная: векторы E и B перпендикулярны друг другу и направлению распространения.
Шкала по возрастанию частоты: радиоволны, микроволны, инфракрасное, видимый свет, ультрафиолет, рентген, гамма-излучение.
Видимый свет - узкий участок шкалы, примерно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный).
Электромагнитные волны излучает заряд, движущийся с ускорением. Предсказал их Максвелл, получил на опыте Герц.
Радиосвязь: антенна излучает волну, сигнал (звук) накладывают на несущую частоту - это модуляция, а приёмник выделяет его детектированием.
Радиолокация: расстояние до цели s = c·t / 2, где t - время туда и обратно.
При переходе из одной среды в другую частота волны не меняется, меняются скорость и длина волны.

Задания с разбором

1.Радиостанция излучает волну длиной 30 м. Найди частоту (c = 3·10⁸ м/с).

1Формула: ν = c/λ.
2ν = 3·10⁸ / 30 = 10⁷ Гц = 10 МГц.

Ответ: 10 МГц

2.Радиолокатор принял отражённый сигнал через 100 мкс после посылки. Найди расстояние до цели.

1Время в секундах: 100 мкс = 10⁻⁴ с.
2Путь туда и обратно: c·t = 3·10⁸ · 10⁻⁴ = 3·10⁴ м.
3До цели вдвое меньше: 1,5·10⁴ м = 15 км.

Ответ: 15 км

3.Свет от Солнца идёт до Земли 500 с. Найди расстояние до Солнца (c = 3·10⁸ м/с).

1Свет идёт только в одну сторону, поэтому на 2 не делим.
2s = c·t = 3·10⁸ · 500 = 1,5·10¹¹ м.

Ответ: 1,5·10¹¹ м

Где теряют баллы

Электромагнитные волны: шкала излучений, радиосвязь
Ловушка: Порядок шкалы путают: у γ-излучения самая короткая волна, у радиоволн самая длинная.
Как решать: По росту длины волны: γ, рентген, ультрафиолет, видимый, инфракрасный, радио. c = λν = 3·10⁸ м/с.
Один или несколько ответов из шести (2 балла)
Ловушка: Отмечают один ответ, а верны два-три: то же число в других единицах (500 кГц = 5·10⁵ Гц = 0,5 МГц).
Как решать: Получил ответ, переведи его во все единицы, которые есть в вариантах. «Увеличится в 4 раза» и «увеличится на 300%» одно и то же.

Объяснение простыми словами

Включи радио, посмотри на экран телефона, согрей руки над батареей, сделай рентген зуба. Кажется, что это четыре разные вещи. На самом деле во всех случаях тебе что-то передаёт энергию в виде электромагнитных волн. Различаются они только длиной волны, а природа у них одна. Давай разберёмся, что это за волны и почему радио работает без проводов.

Начнём с идеи Максвелла. Из опытов Фарадея уже было известно: меняющееся магнитное поле создаёт электрическое. Максвелл предположил обратное: меняющееся электрическое поле создаёт магнитное. А теперь представь цепочку. Заряд дрожит, поле вокруг него меняется, меняющееся электрическое поле порождает магнитное, оно тоже меняется и порождает электрическое, и так далее. Возмущение уходит от заряда всё дальше, как круги по воде от брошенного камня. Это и есть электромагнитная волна. Максвелл предсказал её теоретически, а Герц позже получил такие волны на опыте и обнаружил их.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Электромагнитная волна: Распространяющееся в пространстве колебание электрического и магнитного полей, которые порождают друг друга.
Гипотеза Максвелла: Предположение, что переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, а переменное электрическое поле порождает магнитное, поэтому возможна волна.
Опыты Герца: Первое получение и обнаружение электромагнитных волн на опыте, которое подтвердило теорию Максвелла.
Скорость света c: Скорость электромагнитных волн в вакууме, примерно 3·10⁸ м/с, предельная скорость передачи взаимодействий.
Длина волны λ: Расстояние, на которое волна распространяется за один период, измеряется в метрах.
Частота ν: Число колебаний в секунду, измеряется в герцах (Гц).
Период T: Время одного полного колебания, T = 1 / ν.
Поперечная волна: Волна, в которой колебания происходят перпендикулярно направлению её распространения; электромагнитные волны именно такие.
Шкала электромагнитных волн: Расположение всех видов излучения по длине волны или частоте: от радиоволн до гамма-излучения.
Радиоволны: Самые длинные электромагнитные волны, их используют в радио, телевидении и связи.
Микроволновое излучение: Короткие радиоволны сантиметрового диапазона, применяются в радиолокации, сотовой связи и микроволновых печах.
Инфракрасное излучение: Невидимое тепловое излучение с длиной волны больше, чем у красного света; его испускают нагретые тела.
Видимый свет: Участок шкалы волн, который воспринимает глаз, примерно от 400 до 700 нм.
Ультрафиолетовое излучение: Невидимое излучение с длиной волны короче, чем у фиолетового света; вызывает загар и убивает бактерии.
Рентгеновское излучение: Коротковолновое излучение, проходящее через мягкие ткани; используется в медицине и дефектоскопии.
Гамма-излучение: Самое коротковолновое и энергичное электромагнитное излучение, возникает при ядерных процессах.
Антенна: Устройство, которое излучает электромагнитные волны или принимает их.
Модуляция: Изменение параметров высокочастотной несущей волны (амплитуды или частоты) по закону передаваемого сигнала.
Детектирование: Выделение низкочастотного сигнала (звука) из принятой модулированной высокочастотной волны.
Радиолокация: Определение положения и скорости объектов по отражённым от них радиоволнам.

Все темы: Физика