Конспект уроку з фізики для 9 класу на тему "Урок 44 Шкала електромагнітних хвиль"

9 клас

Урок 44

Шкала електромагнітних хвиль

Мета уроку:

навчальна:

• сформувати знання про єдину систему електромагнітних хвиль, нанесених на шкалу (спектр);
• розглянути шкалу електромагнітних хвиль як відображення всього спектру електромагнітних випромінювань.

розвивальна:

• розвивати в учнів уміння мислити;
• розвивати уяву, творчі здібності учнів, вдосконалювати вміння застосовувати набуті знання на практиці;
• проілюструвати перехід кількісних змін у якісні за допомогою шкали хвиль.

виховна:

• виховувати в учнів переконаність у безмежності пізнання;
• виховувати екологічну грамотність учнів, навички здорового життя,  розуміння   важливості фізичних знань для розвитку  потреб людства;
• виховувати інтерес до  вивчення фізики як науки.

Тип уроку: комбінований

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник, шкала електромагнітних хвиль

Очікувані результати:

• учні повинні називати послідовність розташування хвиль на шкалі електромагнітних хвиль,
• учні повинні розуміти, в чому спільні та відмінні риси електромагнітних хвиль, яка їхня природа, який вплив вони чинять на людину.

Хід уроку

 І. Організаційний момент

 II. Актуалізація опорних знань та вмінь.

Усне опитування

• У чому полягає гіпотеза Дж. Максвелла?
• Дайте означення електромагнітного поля, назвіть його складові.
• Наведіть приклади, що підтверджують відносність електричного та магнітного полів.
• Як утворюється електромагнітна хвиля? Які об’єкти можуть її випромінювати?
• Які фізичні величини характеризують електромагнітну хвилю? Як вони пов’язані?
• Які властивості електромагнітних хвиль було встановлено в ході дослідів Г. Герца?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

 Всесвіт – це величезний океан електромагнітного випромінювання, в якому ми постійно з вами живемо. Яскраве сонячне світло, тепло від запаленої свічки, тепло пічки, мобільний зв’язок, ультрафіолет,  рентгенівське опромінення та небезпечне радіоактивне випромінювання і т.д. – все це різні види електромагнітних хвиль, які використовує людство протягом багатьох століть.

• Як утворюються різні види електромагнітних  хвиль і де їх застосовують?
• Чому властивості їхні такі різні?
• Чи є між ними якась принципова різниця?
• Як впливають вони на живі організми?

 ІV. Вивчення нового матеріалу.

1. Шкала електромагнітних хвиль.

 Електромагнітні випромінювання мають єдину фізичну природу, але відрізняються частотою, а отже, й довжиною хвилі.

Довжина хвилі — це відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за час, що дорівнює періоду; або: відстань між двома найближчими точками в просторі, в яких коливання вектора напруженості (вектора магнітної індукції) відбуваються однаково.

Саме різницею частот  пояснюється той факт, що деякі властивості електромагнітних хвиль значно відрізняються.

Якщо розташувати всі відомі електромагнітні хвилі в порядку збільшення їхньої частоти, побачимо, що частоти можуть різнитися більш ніж у 10¹⁶ разів.

Шкала електромагнітних хвиль (або спектр) – це безперервна послідовність частот і довжин існуючих у природі електромагнітних хвиль.

Межі діапазонів умовні, тому сусідні ділянки дещо перекривають один одного.

Шкала електромагнітних хвиль поділена на ділянки, які відповідають різним діапазонам довжин і частот електромагнітних хвиль. Хвилі одного діапазону мають однаковий спосіб випромінювання та схожі властивості.

Розглянемо властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів шкали електромагнітних хвиль:

1. Радіохвилі – породжуються змінним електричним струмом; мають довжину від 10 км до ультракоротких і мікрохвиль із довжиною меншою 0,1 мм. Поширюються на незначні відстані та серйозно не впливають на живі організми

Застосування:

• телебачення та радіомовлення;
• радіолокація (виявлення, розпізнання та дослідження різноманітних об’єктів);
• GPS-навігація, GPS-моніторинг (визначення розташування транспортних засобів і людей);
• зв’язок із космічними апаратами;
• мобільний зв’язок.

2. Електромагнітні хвилі оптичного діапазону випромінюються збудженими атомами. У цьому діапазоні розрізняють:

• інфрачервоне (теплове) випромінювання (довжина хвилі становить від 780нм до 1–2 мм);
• видиме світло (довжина хвилі - 400–780нм);
• ультрафіолетове випромінювання (довжина хвилі - 10–400нм).

Природні джерела інфрачервоного випромінювання – це сонце, зірки, планети. Штучні джерела – будь-яке тіло з температурою вищою за температуру навколишнього середовища.

2.1. Інфрачервоне (теплове) випромінювання (довжина хвилі становить від 780нм до 1–2 мм) застосовують у :

• медицині, геодезії, криміналістиці, військовій справі;
• в промисловості для сушіння деревини, пофарбованих поверхонь, зерна;
• у тепловізорах, пультах дистанційного керування, системах автоматики, охоронних системах.

Тепловізори – прилади нічного бачення, які «відчувають» інфрачервоні хвилі довжиною 3–15 мкм.

Представників фауни мають своєрідні живі «прилади нічного бачення», які здатні сприймати інфрачервоні промені (глибоководні кальмари, американська гримуча змія).

2.2. Видиме світло – область електромагнітного випромінювання, що безпосередньо сприймається людським оком (довжина хвилі 400–780 нм).

2.3. Ультрафіолетове випромінювання виявляється безпосередньо за фіолетовою частиною видимого спектра (довжина хвилі 10–400нм), має високу хімічну активність.

Основним джерелом природного ультрафіолетового випромінювання – Сонце.

Застосовують для дезінфекції повітря в лікарнях і місцях великого скупчення людей.

Застосування:

• зумовлює фотоефект (електронна промисловість, автоматика);
• чинить бактерицидну дію (стерилізація);
• спричиняє фотохімічні реакції (фізіологія рослин, тварин);
• у невеликих кількостях ультрафіолет добре впливає на людину, адже сприяє виробленню вітаміну D, зміцнює імунну систему, стимулює низку важливих життєвих функцій в організмі;
• у великих дозах ультрафіолетове випромінювання є шкідливим для здоров’я людини.

3. Рентгенівське випромінювання (довжина хвилі - 0,01–10нм) виникає

внаслідок швидкого (ударного) гальмування електронів, а також у результаті

процесів усередині електронних оболонок атомів.

Застосування:

• медицина (кісткові тканини менш прозорі для рентгенівського випромінювання, ніж інші тканини організму людини, тому кістки чітко видно на рентгенограмі);

• промисловість ( виявлення дефектів);
• фізика (для дослідження структури кристалів);
• хімія (для аналізу сполук).

Рентгенівське випромінювання чинить руйнівну дію на клітини організму, тому застосовувати його потрібно надзвичайно обережно.

4. γ - випромінювання (довжина хвилі менша 0,05нм) випускається збудженими атомними ядрами під час ядерних реакцій, радіоактивних перетворень атомних ядер і перетворень елементарних частинок.

Застосування:

• дефектоскопія (для виявлення дефектів усередині деталей);
• сільське господарство та харчова промисловість (для стерилізації харчів);
• медицина ( для лікуванні онкологічних захворювань – для знищення ракових клітин (променева терапія)).

5. Радіохвилі.

Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі. Радіозв’язок здійснюють на довгих(10000−1000м), середніх(1000−100м),        коротких(100−10м) та ультракоротких (менш ніж 10м) хвилях.

Радіохвилі по-різному поширюються в просторі залежно від довжини їхньої хвилі.

Довгі (λ = 10000 - 1000 м) і середні (λ = 1000 - 100м) радіохвилі внаслідок заломлення і дифракції в атмосфері огинають земну поверхню.

Радіохвилі короткого діапазону (λ = 100 - 10 м) відбиваються від іоносфери і таким чином потрапляють у будь-яку точку земної кулі.

Ультракороткі радіохвилі (λ< 10 м), на яких зараз здійснюється трансляція телебачення, мобільний зв’язок, космічний радіозв'язок, не затримуються атмосферою, і тому в земних умовах поширюються методом ретрансляції в межах «прямої видимості», практично не заломлюючись.

Ультракороткі радіохвилі:

• поширюються в межах прямої видимості;
• можна посилати вузькими пучками (менш розсіюються, що дозволяє застосовувати менш потужні передавачі та простіше приймати).

Ультракороткі радіохвилі застосовують для радіолокації, бездротового зв’язку, супутникового телебачення.

Стільниковий зв’язок — один із видів мобільного радіозв’язку, в основі якого лежить стільникова мережа (частотою від 450 до 3000МГц).
Основні складові стільникової мережі: стільникові телефони, базові станції, центри комутації.

Радіохвилі застосовують найширше: сучасний мобільний зв’язок, радіомовлення, телебачення, виявлення, розпізнання та дослідження різноманітних об’єктів (радіолокація), визначення розташування транспортних засобів і людей (GPS-навігація, GPS-моніторинг та ін.), зв’язок  із космічними апаратами тощо.

6. Інфрачервоне випромінювання.

У короткохвильовій частині радіохвилі плавно переходять у діапазон інфрачервоного випромінювання, хоча чіткої межі між цими видами випромінювань не виявлено.

Інфрачервоне випромінювання лежить за межами сприйняття оком хвиль, довжина яких більше 760нм і простягається до 0,1 мм. їх випромінюють усі нагріті тіла, завдяки чому ми відчуваємо теплоту. З підвищенням температури довжина хвилі зміщується в бік коротших хвиль. Інфрачервоне випромінювання слабко поглинається повітрям і добре відбивається від поверхні твердих тіл. Цю їхню властивість використовують у системах так званого «нічного бачення».

7. Ультрафіолетове випромінювання.

Ультрафіолетове випромінювання , яке не сприймається оком людини, знаходиться збоку короткохвильової межі видимого світла. Водночас багато речовин випромінюють видиме світло, якщо на них потрапляє ультрафіолетове проміння. На цьому ґрунтується метод неруйнівного аналізу речовин, коли за кольором світіння, наприклад, визначають харчову якість продуктів. Відомий також метод виявлення фальшивих грошових купюр за допомогою ультрафіолетового опромінення. Ультрафіолетове випромінювання має сильну бактерицидну дію, тому його широко використовують для стерилізації різних медичних матеріалів та інструментів. Разом з тим воно може бути шкідливим для людського організму, наприклад руйнувати сітківку ока або викликати опіки шкіри.

8. Рентгенівське і γ-випромінювання.

Рентгенівське випромінювання відоме багатьом з нас при проходженні медичного обстеження. Уперше його отримав і дослідив властивості відомий фізик, українець за походженням І. Пулюй (1845-1918). Однак трапилося так, що першим повідомив про відкриття нового виду випромінювання німецький фізик В.К. Рентген (1845-1923), якому за це відкриття присуджено першу Нобелівську премію в галузі фізики.

Рентгенівське випромінювання має високу проникну здатність, завдяки якій воно може проникати крізь досить товсті шари речовини, навіть метали. Його використовують у медицині для обстеження внутрішніх органів, у промисловості для виявлення внутрішніх дефектів металевих деталей, у дослідженнях внутрішньої будови тіл.

Гамма-випромінення - належить до ядерних процесів. За своїми властивостями гамма-промені дуже нагадують рентгенівські, але їхня проникаюча здатність є набагато більшою, мають величезну проникаючу здатність, чинять сильну біологічну дію.

На організм людини γ-випромінювання чинить дуже шкідливий вплив, разом із тим чітко спрямоване та дозоване γ-випромінювання застосовують у лікуванні онкологічних захворювань - для знищення ракових клітин (променева терапія).

Вплив на живу природу

Безперервний індустріальний прогрес і стрімкий розвиток науки ведуть

до широкого використання різних домашніх електроприладів та електронного обладнання. Це створює людям величезні зручності в роботі, навчанні та повсякденному житті, і, одночасно, завдає прихований шкоди їх здоров’ю. 

           Наукою доведено, що вся побутова електроніка в процесі застосування

різною мірою генерує електромагнітні хвилі різної частоти. Електромагнітні хвилі не мають кольору, запаху, невидимі, невловимі, але при цьому володіють великою проникаючою силою, так, що людина беззахисна перед ними. Вони вже стали новим джерелом забруднення навколишнього середовища, поступово підточуючи людський організм, негативно впливають на здоров’я людини, викликаючи різні захворювання.  Електронне випромінювання вже стало новим екологічним лихом

загальносвітового масштабу.

Радіохвилі

Небезпечні тим, що часто перебувають близько від мозку та очей людини.

Поглинаючись тканинами, хвилі передають їм енергію, порушують регулюючі функції центральної нервової системи (підвищення втомленості, зниження працездатності виникнення роздратованості, періодичний головний біль, порушення сну, можливе послаблення пам’яті)

Інфрачервоне (теплове) випромінювання

Основна   властивість   інфрачервоного випромінювання — це його теплова дія. Довгохвильове випромінювання підвищує імунітет, запускає механізм регенерації та оздоровлення багатьох органів і систем. Короткохвильове

здатне проникнути на глибину декількох см і викликати нагрівання внутрішніх органів,  що може спровокувати утворення катаракти, порушення водно-сольового балансу, появу судом.

Видиме світло

Понад  90% інформації про світ і все що нас оточує, ми отримуємо  завдяки видимому світлу. Життя виникло та існує завдяки фотосинтезу…

Ультрафіолетове випромінювання

Основна   властивість   ультрафіолетового випромінювання — це його  

хімічна активність. Малі дози позитивно впливають на організм людини,  стимулюють   утворення  вітаміну Д,  нормалізують артеріальний тиск,   поліпшують імунобіологічні властивості організму, знижують захворюваність простудними хворобами, підвищує працездатність. Великі дози можуть викликати пошкодження очей, опіки шкіри і навіть викликати утворення злоякісних пухлин (меланома).

Рентгенівське випромінювання

Основна   небезпека — велика проникаюча  здатність - це призводить до

загибелі  клітин  живого  організму. Викликає  зміну в шкірному покрові, яка нагадує, сонячний опік, але з більш глибоким пошкодженням  шкіри.  Перевищення  дозування приводить до променевої хвороби, при якій  відбувається ураження імунної системи, крові, сполучної тканини, ендокринологічні  порушення.

γ–випромінювання

Досить серйозна небезпека :  взаємодія  з j-променями не відчувається

людиною, але при цьому відбувається іонізація молекул і атомів клітин організму людини, їх подальша зміна  та руйнування. У результаті відбувається утворення нових клітин, але вони вже з певним дефектом і тому не можуть повноцінно  працювати.

Загальна закономірність шкали електромагнітних хвиль така: у міру переходу від більш довгих хвиль (малих частот) до більш коротких (великих частотам) хвильові властивості електромагнітного випромінювання проявляються слабше, а квантові властивості — сильніше.

Необхідно мати на увазі, що межі між сусідніми діапазонами є умовними й не різкими, а зміни властивостей випромінювання залежно від довжини хвилі відбуваються поступово й плавно. Але відмінності, наприклад, між радіохвилями й рентгенівським випромінюванням гігантські. І тут немає нічого дивного — довжини хвиль відрізняються в 10 000 разів.

V. Закріплення нових знань та вмінь

1. Розташуйте електромагнітні хвилі в порядку збільшення їхньої довжини:

1) видиме світло;

2) ультрафіолетове випромінювання;

3) радіохвилі;

4) рентгенівське випромінювання.

Відповідь: 4, 2, 1, 3.

2. Установіть відповідність між випромінювачем та електромагнітними хвилями, які він здебільшого випромінює.

Відповідь: 1—Д, 2—В, 3—Г, 4—А.

3. Розмістіть види випромінювань згідно зменшенню їх частоти коливань:

1) ультрафіолетове випромінювання;

2) гамма-випромінення;

3) радіовипромінювання;

4) інфрачервоне випромінювання.

4. Визначте, чи вірні такі твердження:

1)  При будь-якій температурі тіл виникає інфрачервоне випромінювання.

2) Металізують (покривають міцним шаром фольги) спецодяг сталеварів, 

     мартенників, пожежників для відбивання ультрафіолетового світла.

3)  Викиди теплових двигунів (тобто викиди вуглекислого газу) не

     пропускають інфрачервоні промені, і тим самим сприяють парниковому

     ефекту.

4)  При просвічуванні грудної клітини рентгенівськими променями легені

     поглинають їх більшою мірою ніж кістки.

5)  Найменшої шкоди у радіохвильовому діапазоні чинять мікрохвильові

     печі та мобільні телефони.

Задача 1. Якою є довжина електромагнітної хвилі у вакуумі, якщо її частота дорівнює 3 · 10¹² Гц? До якого діапазону належить ця хвиля?

Задача 2.  Довжина хвилі світла зеленого кольору у вакуумі – 530нм. Визначте частоту цієї хвилі.

Задача 3. Світлова хвиля поширюється в повітрі і має частоту 410¹⁴ Гц і довжину 0,75 мкм. Яка швидкість поширення світла в повітрі?

Задача 4.  Обчисліть довжину хвилі, яка створюється радіостанцією, що працює на частоті 1,510⁵ кГц.

VІ. Підсумок уроку 

Сьогодні ми вивчили характеристики, застосування, вплив  електромагнітних хвиль. Навіть  з цієї інформації видно, як людина ставить фізичні закони, явища собі на службу, як необхідні їй ґрунтовні знання в різних галузях, зокрема в галузі фізики для збереження здоров’я.

Сучасні люди активно експлуатують різноманітні пристрої, що працюють

з використанням електромагнітних хвиль, які також негативно впливають на здоров’я людини. Для захисту від їхнього шкідливого впливу приймаються відповідні нормативи і стандарти, яких мають дотримуватися.

Але потрібно зазначити, що будь-які норми і стандарти, пов’язані із захистом людини від небезпечного впливу, завжди є компромісом між перевагами використання нових технологій і нової техніки та можливим ризиком, що спричинений цим використанням.

1. Які види електромагнітних хвиль ви знаєте ?

2. Що у них є спільним? У чому їх відмінність?

3. Чи змінюються властивості електромагнітних хвиль зі зменшенням їхньої

    довжини? Як?

4. Як змінюються властивості електромагнітних хвиль зі збільшенням їхньої

    частоти?

5. Наведіть приклади застосування електромагнітних хвиль у повсякденному

    житті.

6. Який вплив електромагнітних хвиль на живі організми?

7. Як уникнути негативного впливу деяких видів електромагнітного

    випромінювання на здоров’я людини?

VIІ. Домашнє завдання.

1. Опрацювати § 20,

2. Вправа № 20 (2, 4)

Класифікують електромагнітні хвилі так:

Для допитливих.

Рентгенівські промені відкрив в 1895 році німець Вільгельм Рентген.

В кінці 19 століття вчені займалися дослідженням газового розряду при малому тиску. При цьому в газорозрядної трубці створювалися потоки електронів, що рухаються з великою швидкістю. Дослідженням цих променів зайнявся і Рентген.

Він зауважив, що якщо помістити поряд з газорозрядної трубкою фотопластинку, то вона буде засвічена, навіть якщо її загорнути в чорний папір. Продовжуючи ставити досліди, Рентген обернув газорозрядну трубку папером змоченою в розчині платіносінеродістим барію. Папір почав світитися.

Рентген був цікавий, і між папером і трубкою помістив свою руку, в надії, напевно, на те, що і вона почне світитися, але цього не сталося. Зате на папері залишилися видно темні тіні кісток на тлі більш світлих обрисів кисті руки. Рентген припустив, що це якесь невідоме випромінювання, яке володіє дуже сильним проникаючим ефектом.

Перший знімок руки Вільгельма Рентгена,                Рентгенівська трубка подарована

зроблений ним самим 22 грудня 1895 р.             В. Рентгеном Німецькому музеї в Мюнхені..

Незвичайні рентгенівські знімки.

Наднова Кассіопея А:

Пральна машина:

Кінське копито:

Найдорожчий рентгенівський знімок - Джон Ленон: