Обобщающий урок «Шкала электромагнитных излучений»
Цель урока: обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;
Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;
Развивающая: Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;
Воспитательная: Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;
Тип урока: урок повторения и коррекции знаний;
Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».
1. Объяснение нового материала.
1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.
Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.
1. Низкочастотные колебания
| Низкочастотные колебания | |
| Длина волны(м) | 10 13 — 10 5 |
| Частота(Гц) | 3· 10 -3 — 3 ·10 3 |
| Энергия(ЭВ) | 1 – 1,24 ·10 -10 |
| Источник | Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц) Телефонные сети ( 5000Гц) Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители) |
| Приемник | Электрические приборы и двигатели |
| История открытия | Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 ) |
| Применение | Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители) |
2. Радиоволны
| Радиоволны | |
| Длина волны(м) | 10 5 — 10 -3 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 3 — 3 ·10 11 |
| Энергия(ЭВ) | 1,24 ·10-10 — 1,24 · 10 -2 |
| Источник | Колебательный контур Макроскопические вибраторы |
| Приемник | Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера |
| История открытия | Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги |
| Применение | Сверхдлинные— Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние— Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие— радиолюбительская связь УКВ— космическая радио связь ДМВ— телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ— радиолокация |
| Инфракрасное излучение | |
| Длина волны(м) | 2 ·10 -3 — 7,6· 10 -7 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 11 — 3 ·10 14 |
| Энергия(ЭВ) | 1,24· 10 -2 – 1,65 |
| Источник | Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м |
| Приемник | Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки |
| История открытия | Рубенс и Никольс ( 1896 г.), |
| Применение | В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп, |
4. Видимое излучение
| Видимое излучение | |
| Длина волны(м) | 6,7· 10 -7 — 3,8 ·10 -7 |
| Частота(Гц) | 4· 10 14 — 8· 10 14 |
| Энергия(ЭВ) | 1,65 – 3,3 ЭВ |
| Источник | Солнце, лампа накаливания, огонь |
| Приемник | Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы |
| История открытия | Меллони |
| Применение | Зрение Биологическая жизнь |
5. Ультрафиолетовое излучение
| Ультрафиолетовое излучение | |
| Длина волны(м) | 3,8 10 -7 — 3 ·10 -9 |
| Частота(Гц) | 8 ·10 14 — 10 17 |
| Энергия(ЭВ) | 3,3 – 247,5 ЭВ |
| Источник | Входят в состав солнечного света Газоразрядные лампы с трубкой из кварца Излучаются всеми твердыми телами , у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся ( кроме ртути) |
| Приемник | Фотоэлементы, Фотоумножители, Люминесцентные вещества |
| История открытия | Иоганн Риттер, Лаймен |
| Применение | Промышленная электроника и автоматика, Люминисценнтные лампы, Текстильное производство Стерилизация воздуха |
6. Рентгеновское излучение
| Рентгеновское излучение | |
| Длина волны(м) | 10 -9 — 3 ·10 -12 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 17 — 3 ·10 20 |
| Энергия(ЭВ) | 247,5 – 1,24 ·105 ЭВ |
| Источник | Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др. Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии) Солнечная корона |
| Приемник | Фотопленка, Свечение некоторых кристаллов |
| История открытия | В. Рентген , Милликен |
| Применение | Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов) |
7. Гамма — излучение
| Гамма — излучение | |
| Длина волны(м) | 3,8 ·10 -11 — меньше |
| Частота(Гц) | 8· 10 14 — больше |
| Энергия(ЭВ) | 9,03 ·10 3 – 1, 24 ·10 16 ЭВ |
| Источник | Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение |
| Приемник | счетчики |
| История открытия | |
| Применение | Дефектоскопия; Контроль технологических процессов; Терапия и диагностика в медицине |
Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные ).
- « Физика- 11» Мякишев
- Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
- Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
- Ресурсы Интернета
Источник
Урок-семинар по теме «Спектр электромагнитных излучений»
Презентация к уроку
«Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны… Лик Земли ими меняется, ими в значительной мере лепится»
В.И.Вернадский
Обучающие цели урока:
- Усвоить следующие элементы неполного опыта учащихся в рамках отдельного урока: низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-лучи; их применение в жизнедеятельности человека.
- Систематизировать и обобщить знания об электромагнитных волнах.
Развивающие цели урока:
- продолжить формирование научного мировоззрения на основе знаний об электромагнитных волнах.
- показать комплексное решение проблем на основе знаний физики и информатики.
- способствовать развитию аналитико-синтетического и образного мышления, для чего побуждать учащихся к осмыслению и нахождению причинно-следственных связей.
- формировать и развивать ключевые компетенции: информационную, организационную, самоорганизационную, коммуникационную.
- При работе в паре и в группе сформировать такие важные качества и умения школьника, как:
желание участвовать в совместной деятельности, уверенность в успехе, ощущение положительных эмоций от совместной деятельности;
умение презентовать себя и свою работу;
умение строить деловые отношения в совместной деятельности на уроке (принимать цель совместной деятельности и сопроводительные указания к ней, разделять обязанности, согласовывать способы достижения результата предложенной цели);
анализировать и оценивать полученный опыт взаимодействия.
Воспитательные цели урока:
- развивать вкус, акцентируя внимание на оригинальном дизайне презентации с эффектами анимации.
- воспитывать культуру восприятия теоретического материала с помощью компьютера для получения знаний об истории открытия, свойствах и применении электромагнитных волн
- воспитание чувства гордости за свою Родину, за отечественных ученых, которые работали в области электромагнитных волн, применили их в жизнедеятельности человека.
Оборудование:
Ноутбук, проектор, электронная библиотека «Просвещение» диск 1 (10-11класс), материалы из интернета.
1. Вступительное слово учителя.
2. Изучение нового материала.
- Низкочастотное электромагнитное излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Радиоволны: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Инфракрасное электромагнитное излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Видимое электромагнитное излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Ультрафиолетовое электромагнитное излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Рентгеновское излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
- Гамма — излучение: история открытия, источники и приемники, свойства и применение.
Каждая группа дома готовила таблицу:
| λ | История открытия | Источники и приемники | Свойства | Применение |
Историк изучал и записывал в свою таблицу историю открытия излучения,
Конструктор изучал источники и приемники различных типов излучений,
Теоретик-эрудит изучал характерные свойстваэлектромагнитных волн,
Практик изучал практическое применение электромагнитных излучений в различных сферах деятельности человека.
Каждый учащийся к уроку чертил 7 таблиц, одна из которых дома заполнялась им.
Учитель: Шкала ЭМ излучений имеет два раздела:
- 1 раздел – излучение вибраторов;
- 2 раздел – излучение молекул, атомов, ядер.
1 раздел делится на 2 части (диапазона): низкочастотное излучение и радиоволны.
2 раздел содержит 5 диапазонов: инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-лучи.
Мы начинаем изучение с низкочастотных электромагнитных волн, координатору группы 1 предоставляется слово.
Координатор 1:
Низкочастотное электромагнитное излучение — это электромагнитные волны с длиной волны 107 — 105 м
,,
История открытия:
Впервые обратил внимание на низкочастотные
электромагнитные волны советский физик Вологдин В.П., создатель современной высокочастотной электротехники. Он обнаружил, что при работе индукционных генераторов повышенной частоты возникали электромагнитные волны длиной от 500 метров до 30 км.
Вологдин В.П.
Источники и приемники
Электрические колебания низкой частоты создаются генераторами в электрических сетях частотой 50 Гц, магнитными генераторами повышенной частоты до 200 Гц, а также в телефонных сетях частотой 5000 Гц.
Электромагнитные волны более 10 км называют низкочастотными волнами. С помощью колебательного контура можно получить электромагнитные волны (радиоволны). Это доказывает, что резкой границы между НЧ и РВ нет. НЧ волны генерируются электрическими машинами и колебательными контурами.
Отражение, преломление, поглощение, интерференция, дифракция, поперечность ( волны с определённым направлением колебаний Е и В называются поляризованными ),
В веществе, которое пронизывает НЧ волны, индуцируются вихревые токи, вызывая глубокое прогревание этого вещества.
Низкочастотное электромагнитное поле индуцирует вихревые токи, вызывая глубокое нагревание – это индуктотермия. НЧ используется на электростанциях, в двигателях, в медицине.
Учитель: Расскажите о низкочастотном электромагнитном излучении.
Учитель: Следующий диапазон – радиоволны, слово предоставляется координатору 2.
Координатор 2:
Радиоволны — это электромагнитные волны с длиной волны от нескольких км до нескольких мм и частотой от 105 -1012 Гц.
История открытия
О радиоволнах впервые в своих работах в 1868 году рассказал Джеймс Максвелл. Он предложил уравнение, которое описывает световые и радиоволны, как волны электромагнетизма.
В 1896 году Генрих Герц экспериментально подтвердил
теорию Максвелла, получив в своей лаборатории радиоволны длиной в несколько десятков сантиметров.
В 1895году 7 мая А.С.Попов доложил Русскому физико-химическому обществу об изобретении прибора, могущего улавливать и регистрировать электрические разряды.
24 марта 1896года, используя эти волны, он передал на расстояние 250м первую в мире радиограмму из двух слов «Генрих Герц».
В 1924г. А.А. Глаголева-Аркадьева с помощью созданного ею массового излучателя получила еще более короткие ЭМ волны, заходящие в область ИКИ излучения.
М.А.Левитская, профессор Воронежского Государственного Университета в качестве излучающих вибраторов брала металлические шарики и маленькие проволочки, наклеенные на стекла. Ею получены ЭМ волны с длиной волны 30мкм.
М.В. Шулейкин разработал математический анализ процессов радиосвязи.
Б.А.Введенский разработал теорию огибания радиоволнами земли.
О.В.Лосев открыл свойство кристаллического детектора генерировать незатухающие колебания.
Источники и приёмники
РВ излучаются вибраторами (антеннами, соединёнными с ламповыми или полупроводниковыми генераторами. В зависимости от назначения генераторы и вибраторы могут иметь разную конструкцию, но всегда антенна преобразует подводимые к ней ЭМ волны.
В природе существуют естественные источники РВ во всех частотных диапазонах. Это звёзды, Солнце, галактики, метагалактики.
РВ генерируются и при некоторых процессах, происходящих в земной атмосфере, например при разряде молний.
Принимаются РВ также антеннами, которые преобразуют падающие на них ЭМ волны, в электромагнитные колебания, воздействующие затем на приёмник (телевизор, радиоприёмник, ЭВМ и др.)
Свойства радиоволн:
Отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация, поглощение, короткие волны хорошо отражаются от ионосферы, ультракороткие проникают через ионосферу.
Влияние на здоровье человека
Как отмечают медики, наиболее чувствительными системами организма человека к электромагнитным излучениям являются: нервная, иммунная, эндокринная и половая.
Исследование воздействия радиоизлучения от мобильных телефонов на людей дает первые неутешительные результаты.
Еще в начале 90-х годов американский ученый Кларк обратила внимание, что здоровье улучшают …. радиоволны!
В медицине существует даже направление — магнитотерапия, а некоторые ученые, например, доктор медицинских наук, профессор В.А. Иванченко, использует работающие на этом принципе свои медицинские приборы в лечебных целях.
Кажется невероятным, но найдены частоты, губительные для сотен микроорганизмов и простейших, а на определенных частотах идет восстановление организма стоит на несколько минут включить прибор и, в зависимости от определенной частоты, органы, отмеченные как больные, восстанавливают свои функции, приходят в диапазон нормы.
Защита от негативного воздействия
Далеко не последнюю роль могут играть средства индивидуальной защиты на основе текстильных материалов.
Многие зарубежные фирмы создали ткани, позволяющие эффективно защищать организм человека от большинства видов электромагнитного излучения
Применение радиоволн
Телескоп – гигант позволяет вести радиоизмерения.
Комплекс «Спектр-М» позволяет анализировать в какой угодно области спектра любые образцы: твердые, жидкие, газообразные.
Уникальный микроэндоскоп повышает точность диагноза.
Радиотелескоп субмиллиметрового диапазона регистрирует излучение из части Вселенной, которая закрыта слоем космической пыли.
Компактная камера. Преимущество: возможность стирать снимки.
Радиотехнические методы и устройства применяются в автоматике, вычислительной технике, астрономии, физике, химии, биологии, медицине и т. д.
Микроволновое излучение используют для быстрого приготовления пищи в СВЧ-печах.
Воронеж – город радиоэлектроники. Магнитофоны и телевизоры, радиоприемники и радиостанции, телефон и телеграф, радио и телевидение.
Учитель: Расскажите о радиоволнах. Сравните свойства низкочастотного излучения со свойствами радиоволн.
Ученики рассказывают. Короткие волны хорошо отражаются от ионосферы. Ультракороткие проникают через ионосферу.
Полностью с уроком можно ознакомиться в Приложении 1
Источник
