Урок на тему: "Шкала електромагнітних хвиль"

Тема . Шкала електромагнітних хвиль.

Мета: познайоми учнів із видами електромагнітного випромінювання, їх фізичними властивостями, розглянути шкалу електромагнітних хвиль як відображення всього спектру електромагнітних випромінювань, розвивати в учнів діелектичне мислення.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

     ПЛАН УРОКУ

І. Організація класу.

ІІ. Оголошення теми та мети уроку.

ІІІ. Виичення нового матеріалу.

1.     Що таке шкала електромагнітних хвиль

Електромагнітні випромінювання істотно відрізняються за своїми властивостями, хоча й мають єдину фізичну природу. Всі види електромагнітного випромінювання тією чи іншою мірою проявляють хвильові властивості (інтерференцію, дифракцію, поляризацію) і квантові (корпускулярні) властивості.

Шкала електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин хвиль електромагнітних випромінювань, що являють собою змінне електромагнітне поле, яке поширюється в просторі.

Оптичне випромінювання разом із γ- променями з боку коротких хвиль  оптичного діапазону та радіовипромінювання з боку довгих хвиль складають усю шкалу електромагнітних випромінювань.

  Виділяють:

--низькочастотне випромінювання й радіохвилі;

-- інфрачервоне випромінювання;

-- видиме світло;

-- ультрафіолетове випромінювання;

--рентгенівське випромінювання;

-- гамма-випромінювання.

   Межі за довжиною хвилі у вакуумі між різними видами електромагнітного випромінювання умовні. В дійсності нема різких переходів від одного виду до іншого, але якісно різні властивості. Ці властивості відіграють роль і в застосуванні електромагнітних випромінювань. Спільним для всіх видів електромагнітного випромінювання є механізм їх виникнення. Який? (електромагнітні хвилі з будь-якою довжиною можуть виникати при русі електричного заряду з прискоренням)

Здійснимо екскурсію по шкалі електромагнітних хвиль.

2.     Низькочастотне випромінювання й радіохвилі

Низькочастотні випромінювання (наддовгі радіохвилі) виникають біля провідників, по яких тече змінний струм, і поблизу генераторів електричного струму. Ці хвилі можуть поширюватися на незначні відстані й серйозно не впливають на живі організми.

Змінний електричний струм породжує радіохвилі довжиною хвилі від 10 км до ультракоротких і мікрохвиль (довжиною менше 0,1 мм).

Необхідно звернути увагу на вплив потужних електромагнітних хвиль на здоров’я людини. Медики стверджують, що стільниковий телефон — це небезпечне джерело електромагнітного випромінювання, тому що воно надто близько дотикається до голови людини. Поглинаючись тканинами головного мозку, хвилі передають їм енергію, що призводить до порушення нервової, ендокринної й серцево-судинної систем.

3.     Інфрачервоне випромінювання (готують учні)

Природними джерелами інфрачервоного випромінювання є: сонце, зірки, планети. Штучним джерелом інфрачервоного випромінювання є будь-яке тіло, температура якого вище за температури навколишнього його середовища.

Приймачами інфрачервоного випромінювання є болометри, термометри й фото-резистори, фотоелементи й т. ін.

 Механізм утворення інфрачервоного випромінювання такий. У нагрітому тілі енергія теплового руху перетворюється у внутрішню енергію. Це відбувається внаслідок зіткнення частинок між собою. При цьому збільшується енергія переважно коливального й обертового руху частинок, тобто частинки збуджуються. Збуджені атоми й молекули випускають енергію у вигляді електромагнітних хвиль і при цьому переходять зі збудженого стану в нормальний. Поглинувши енергію теплового руху, атоми знову переходять у збуджений стан, а потім повертаються в нормальний стан і т. ін. Описане випромінювання називається тепловим випромінюванням і за природою є електромагнітним. Воно існує за будь-якої температури, відмінної від абсолютного нуля.

Властивості інфрачервоного випромінювання: проходить через картон, чорний папір, тонкий шар ебоніту, через асфальт, через атмосферу Землі, його сильно поглинають пари води.

Застосування інфрачервоного випромінювання:

1)    фотографування земних об’єктів у тумані й темряві;

2)    прогрівання тканин живого організму;

3)    сушіння деревини, пофарбованих поверхонь, підігрівання матеріалів;

4)    сигналізація, яку використовують під час охорони приміщень;

5)    медицина, геодезія, криміналістика;

6)    військова справа (прилади нічного бачення й ін.).

4.     Видиме 

За високих температур атоми й молекули починають випромінювати видиме світло (довжина хвилі від 380 до 760 нм). Атоми випромінюють видиме світло тільки в збудженому стані.

5. Ультрафіолетове випромінювання(готують учні)

Випромінювання, що виявляється безпосередньо за фіолетовою частиною видимого спектра, називається ультрафіолетовим випромінюванням. Ультрафіолетове випромінювання входить до складу сонячного світла, світла електричної дуги. Воно випускається також спеціальними газорозрядними лампами. Ультрафіолетове випромінювання виявляють за допомогою фотоелементів, люмінесцентних речовин, за його хімічною і біологічною дією.

Властивості й застосування ультрафіолетового випромінювання:

1)              спричиняє люмінесценцію (використовують в люмінесцентних лампах; люмінесцентному аналізі й дефектоскопії);

2)              зумовлює фотоефект (застосовують у промисловій електроніці й автоматиці);

3)              спричиняє фотохімічні реакції (застосовують у текстильному виробництві, відіграє важливу роль у фізіології тварин і рослин);

4)              чинить бактерицидну дію (використовують для стерилізації повітря в промислових приміщеннях і в медичній практиці);

5)              впливає на центральну нервову систему, стимулюючи низку важливих життєвих функцій в організмі;

6)              різні дози ультрафіолетового випромінювання, діючи на тканині шкіри, сприяють утворенню захисного пігменту — засмаги (вітамін D2).

5.     Рентгенівське й гамма-випромінювання

Рентгенівське випромінювання виникає внаслідок зіткнення швидких електронів із перешкодою: зі склом стінки трубки, з анодом рентгенівської трубки. Це можна пояснити на підставі теорії Максвелла: під час зіткнення електрони рухаються з дуже значними прискореннями, внаслідок чого випромінюють електромагнітні хвилі високої частоти (гальмівне випромінювання). Квантова теорія теж пояснює цей процес: внаслідок зіткнення кінетична енергія електрона переходить в енергію народжуваних фотонів.

Мала довжина хвилі рентгенівських променів, їх значна «твердість» є причиною, що обумовлює основні властивості рентгенівського випромінювання:

1)    має високу проникну й іонізуючу здатність;

2)    не відхиляється електричним і магнітним полями;

3)    спричиняє люмінесценцію;

4)    має фотохімічну дію;

5)    чинить помітну біологічну дію на живі клітини, тканини й організм у цілому;

6)    поширення, відбиття, заломлення, інтерференція й дифракція відбуваються аналогічно до видимого випромінювання.

Деякі із цих властивостей здобули практичне застосування в медицині й рентгеноструктурному аналізі.

Гамма-випромінювання (довжина хвилі менше 0,05 нм) випромінюють збуджені атомні ядра під час ядерних реакцій, радіоактивних перетворень і перетворень елементарних частинок.

Гамма-випромінювання використовують у дефектоскопії; радіаційній хімії; сільському господарстві й харчовій промисловості; медицині.

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.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

        1)    Якісні питання

1.     Чому в ясний літній день найспекотніше буває не опівдні, а трохи пізніше?

2.     У якого випромінювання більше помітні хвильові властивості: у видимого світла чи в радіохвиль?

3.     У якого випромінювання більше помітні квантові властивості: в інфрачервоного чи в ультрафіолетового?

4.     Які властивості рентгенівських променів дозволяють застосовувати їх у медицині?

5.     Що вища напруга, прикладена до рентгенівської трубки, то «твердіші» (тобто з більш короткими хвилями) промені випускає вона. Чому? Чи зміниться «твердість» випромінювання, якщо, не міняючи анодної напруги, змінити розжарення нитки катода?

6.     Як уникнути негативного впливу деяких видів електромагнітного випромінювання на здоров’я людини?

2)    Навчаємося розв'язувати задачі

1.               Порівняйте енергії фотонів, які відповідають рентгенівському випромінюванню довжиною хвилі      3 · 10 ^{- 11} м й інфрачервоному довжиною хвилі 6 мкм.

2.               У двохелектродній трубці напруга між катодом і анодом 1000 В. Якої швидкості набуває електрон, пройшовши відстань між анодом і катодом?

Домашнє завдання