Шкала електромагнітних хвиль конспект
Обновлено: 07.07.2024
Раздел ОГЭ по физике: 3.14. Переменный электрический ток. Электромагнитные колебания и волны. Шкала электромагнитных волн
Электромагнитные колебания
☑ Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряжённости E и индукции B. Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи.
Обратие внимание! Существует близкий термин — электрические колебания. Это периодические ограниченные изменения величин заряда, тока или напряжения. Переменный электрический ток является одним из видов электрических колебаний.
Максвеллом было теоретически показано, а Герцем экспериментально доказано, что изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, в свою очередь переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т.е. в пространстве происходят изменения (колебания) характеристик электромагнитного поля.
Электромагнитные колебания происходят в колебательной системе, называемой колебательным контуром. Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности.
Если зарядить конденсатор и затем замкнуть его на катушку, то по цепи пойдёт электрический ток. При этом конденсатор начнёт разряжаться. Сначала сила тока в цепи будет увеличиваться, и появится ток самоиндукции, препятствующий увеличению основного тока и направленный против него. Через 1/2 часть периода конденсатор полностью разрядится, а сила тока в катушке станет максимальной. Затем сила тока начнет уменьшаться. Ток самоиндукции, который при этом возникнет, будет стремиться поддержать основной ток и будет направлен так же, как и он. Через 1/4 часть периода ток прекратится, и конденсатор перезарядится. Затем пойдет обратный процесс.
Таким образом, в колебательном контуре происходят электромагнитные колебания, т.е. периодические изменения заряда, силы тока, электрического и магнитного полей. Колебания, происходящие в колебательном контуре, благодаря начальному запасу энергии в конденсаторе называются свободными. В процессе колебаний энергия извне в контур не поступает.
Минимальный промежуток времени, через который процесс в колебательном контуре полностью повторяется, называется периодом (Т) электромагнитных колебаний. За период колебаний заряд на обкладках конденсатора изменяется от максимального значения до следующего максимального значения того же знака, или сила тока изменяется от максимального значения до следующего максимального значения при том же направлении тока.
Характеризуя электромагнитные колебания, часто говорят об их частоте. Частотой (v) колебаний называют число полных колебаний в одну секунду. Частота обратна периоду колебаний. Единицей частоты является 1 Гц. Частоту электромагнитных колебаний часто измеряют в килогерцах (1 кГц = = 1000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).
Электромагнитные волны
Подобно тому как механические колебания распространяются в пространстве в виде механических волн, электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Многочисленные эксперименты показывают, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства возникает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле и т.д. Таким образом, можно говорить об электромагнитном поле. Это поле и распространяется в пространстве.
☑ Процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного поля представляет собой электромагнитные волны.
Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Они характеризуются определённой длиной волны λ. Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний (Т). λ = сТ или λ = c/v, где с — скорость распространения электромагнитной волны, v — частота колебаний.
Электрически заряженные частицы могут колебаться с различной частотой. Соответственно, излучаемые при этом электромагнитные волны имеют разную длину волны. Поэтому диапазон частот электромагнитных волн очень широк: он лежит в пределах от 0 до 10 22 Гц, а длина волны — в пределах от 10 –14 м до бесконечности. По длине волны или по частоте электромагнитные волны можно разделить на восемь диапазонов. Обладая рядом общих свойств (интерференция, дифракция), волны разной частоты имеют и специфические свойства.
Переменный электрический ток
Любой ток, изменяющийся по времени, называют переменным. Чаще всего под переменным электрическим током понимают ток, изменяющийся по гармоническому закону.
Переменный электрический ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.
Хотя переменный ток часто переводят на английский как alternating current, эти термины не являются эквивалентными. Термин alternating current (AC) в узком смысле означает синусоидальный ток, в широком смысле — периодический знакопеременный ток (то есть периодический двунаправленный ток). Условное обозначение на электроприборах: ≈ (знак синусоиды), или латинскими буквами AC.
Переменное напряжение, необходимое для возникновения переменного тока, получается с помощью генератора переменного тока. В простейшей модели генератора переменное напряжение возбуждается в замкнутой рамке сопротивлением R, которая равномерно вращается в однородном магнитном поле.
В этом случае сила переменного тока, текущего в рамке, определяется в соответствии с законом Ома:
Колебания напряжения на активном сопротивлении рамок совпадают по фазе с колебаниями силы тока.
Для характеристики действия переменного тока вводятся понятия действующей силы тока I и действующего напряжения U.
Действующей силой переменного тока I называют силу такого постоянного тока, который в том же проводнике и за то же время выделяет такое же количество тепла, что и данный переменный ток.
Действующим напряжением переменного тока U называют напряжение такого постоянного тока, который в том же проводнике и за то же время выделяет такое же количество тепла, что и данный переменный ток.
Действующие значения силы тока I и напряжения U определяются формулами:
где I, U — действующие значения тока и напряжения;
Im , Um — амплитудные значения тока и напряжения.
Амперметры и вольтметры, включенные в электрическую цепь переменного тока, измеряют действующие значения силы тока и напряжения.
Образовательная: Повторить, обобщить и систематизировать знания учащихся по теме "Шкала электромагнитных волн". Доказать единство материального мира. Показать, что материальные объекты имеют множество различных физических свойств, которые имеют количественные и качественные изменения, связанные друг с другом;
Воспитательная : Воспитание бережного отношения к природе человеку, желание познавать окружающий мир. Перевести усвоение физики как науки из средства образования в средство такого развития ученика, которое обеспечит переход от обучения к самообразованию.
Развивающая : Развивать логическое мышление, интерес к предмету, умение слушать и слышать собеседника, умение использовать знания в новых ситуациях.
Сегодня наш урок пройдет необычно, а в форме путешествия по шкале ЭМВ.
Вселенная – океан ЭМ излучений, а мы живем в этом океане. И каждый день, включая различные приборы, не замечаем, что пространство окружающее нас пронизывают разные виды волн.
На данный момент вы накопили достаточно знаний о разных видах электромагнитных излучений. И сегодня на уроке наша задача систематизировать и обобщить эти знания.
На прошлом уроке я разбила вас на мини группы, каждая из которых получила отдельное задание: найти и обработать материал по данному вопросу.
- Кем и когда было открыто и изучено это излучение?
- Что является источниками этого излучения?
- Какими свойствами обладает это излучение.
- Влияние на здоровье человека. И каждая группа представит защиту своего мини проекта. Путешествуя по шкале ЭМВ, мы должны заполнить таблицу, которую подготовили на предыдущем уроке, обобщив знания по данной теме.
Учащиеся рассаживаются по группам.
Более ста лет, фактически с начала XIX в., продолжалось открытие все новых и новых волн. Единство волн было доказано теорией Максвелла.
Рассмотрим шкалу электромагнитных волн, которая разделена на диапазоны по частоте, но и по способу излучения.
Строгих границ между отдельными диапазонами электромагнитных волн нет. Принято выделять семь видов излучения:
- низкочастотное излучение,
- радиоизлучение,
- инфракрасные лучи,
- видимый свет,
- ультрафиолетовые лучи,
- рентгеновские лучи,
- γ-излучение.
Влияние на организм человека
- АКТУАЛИЗАЦИЯ И МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.
1. Кто теоретически предвидел существование электромагнитных волн:
а) Максвелл; б) Герц; в) Ньютон.
2. Кто впервые доказал реальность существования электромагнитных волн: а) Максвелл; б) Герц; в) Ньютон.
3. Что такое электромагнитная волна? (Распространение в пространстве электромагнитного поля, в котором напряженность электрического поля и магнитная индукция магнитного поля изменяется периодически)
4. Какими свойствами обладают электромагнитные волны? (интерференция, дифракция, отражение, преломление, поглощение)
5. Кто впервые определил скорость света? (Олаф Ремер 1676г.)
6. Чему равна скорость света?
7. Где и как используются рентгеновские лучи? (в медицине - рентгенодиагностика, в технике - рентгенодефектоскопия)
8. Кто впервые доказал, что белый свет разлагается на спектр? (Ньютон)
9. Какое излучение используют для обеззараживания воды? (ультрафиолет)
10. Какие волны влияют на организм человека, наиболее сильно? (короткие и ультракороткие)
11. Чем обусловлена большая проникающая способность рентгеновских лучей? (малая длина волны)
12. С помощью какого излучения врачи выявляют воспалительные процессы, тромбы и т.д. в организме человека? (инфракрасное)
13. Почему люди загорают под солнцем? (ультрафиолетовое)
14. Почему ртутные лампы ультрафиолетового излучения изготавливают из кварца?
15. С помощью какого излучения в сельском хозяйстве в зерне уничтожают вредных насекомых? (инфракрасное)
16. Почему человек плохо видит в воде, но хорошо видит в маске? (показатель преломления воды и глаза одинаков, поэтому нет фокусировки на сетчатке)
17. Что может служить защитой от гамма-излучения? ( Свинец)
18. Изобретатель радио. (Тесла)
19. Ученый, открывший гамма излучение? (Виллар)
20. Перечислите ученых открывших различные диапазоны электромагнитных волн?
(Ньютон, Гершель, Риттер, Тесла, Рентген, Максвелл, Герц)
Работа в группах.
В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.
Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.
В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической физики, строго оформив её математически, что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.
В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём.
1. Начинаем с низкочастотных колебаний. Ребята приготовьтесь записать характеристики для данного излучения.
Отмечу, что они создаются в окружающем пространстве проводами, по которым протекает переменный ток частотой 50 Гц, открытые распределительные устройства, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Излучением таких, сравнительно малых частот, можно пренебречь. Но при длительном воздействии наблюдается головная боль в височной области, вялость, расстройства сна, снижение памяти, раздражительность, апатия и боли в области сердца.
Защита человека от опасного воздействия электромагнитного облучения осуществляется рядом способов, основными из которых являются: уменьшение излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии, применение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты.
Для реализации этих способов применяются: экраны, поглотительные материалы, индивидуальные средства.
Большая частота радиоволн, по сравнению с низкочастотным излучением приводит к заметному излучению радиоволн в пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на различные расстояния. Передаются речь, музыка, телеграфные сигналы (радиосвязь), изображения различных объектов (радиолокация).
Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн считается итальянский инженер Маркони (1895). Маркони запатентовал свое изобретение в 1897г.
В России изобретателем радио традиционно считают А. С. Попова
В США изобретателем радио считается Никола Тесла, запатентовавший в 1893 году радиопередатчик, а в 1895 г. приёмник; его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке в 1943, т.к. его прибор позволял, и передать сигнал и принять, в отличие от приборов Маркони и Попова, которые только передавали сигнал. Что не помешало Маркони в 1909 году получить Нобелевскую премию в области физики за развитие радиотелеграфии.
Микроволновое излучение - электромагнитное излучение, включающее в себя диапазон радиоволн (от 1 см — частота 30 ГГц до 1 мм — 300 ГГц). Границы между инфракрасным, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному.
Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах для термообработки металлов), основным элементом в которых служит магнетрон, а также для радиолокации.
Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, Wi-Fi.
Сверхвысокочастотное излучение используют для космической связи.
Мифы о вреде СВЧ для здоровья сильно преувеличены. Дополнительное свободное время посвящается телевизору, а не занятиям спортом. И это единственный вред, который микроволновая печь способна причинить человеческому организму.
3. Инфракрасное излучение.
Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится.
Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в некоторых областях инфракрасного излучения и наоборот.
Источники: любое нагретое тело, большая часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50% энергии.
Группа ученых из Глазго (Великобритания) разработала технологию для получения трехмерного изображения участка зуба, пораженного кариесом.
В Британии сенсация - ученые университета Сандерленда утверждают, что они создали прибор, который разглаживает морщины за 30 минут.
Мощный телескоп, установленный на Гавайях, оснащен инфракрасной камерой, которая позволяет вести съемку на трех разных длинах волн для получения цветных изображений.
Свет - источник жизни на Земле и одновременно источник наших представлении об окружающем мире.
Видимое излучение может влиять па протекание химических реакций в растениях (фотосинтез) и в организмах животных и человека.
В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.
5. Ультрафиолетовое излучение.
Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т.к. роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. 1801 год – немецкий ученый Иоганн Риттер (1776-1810) открыл, что за фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами.
1) Излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000°С, а также светящимися парами ртути.
2) Газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы), ртутные.
3) Ртутные выпрямители.
5) Лазерные установки.
Высокая химическая активность.
Большая проникающая способность.
В небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар).
В больших дозах приводит к изменению в развитии клеток и обмене веществ, действует на глаза.
Медицина: Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным) действием. Дезинфекция; лазерная биомедицина.
(Компания Solectron представила купальник с измерителем интенсивности ультрафиолетового излучения)
Косметология: Ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для получения ровного красивого загара.
Пищевая промышленность: Обеззараживание воды, воздуха, помещений, тары и упаковки.
Криминалистика: Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы взрывчатых веществ.
Сельское хозяйство и животноводство.
Шоу-бизнес: Освещение, световые эффекты.
Датская фирма "Лего" стала добавлять в свою продукцию сульфат бария, хорошо заметный в рентгеновских лучах, для того, чтобы обнаружить игрушку, проглоченную малышом.
6. Рентгеновское излучение.
Время открытия: ноябрь 1895г. Вильгельм Рентген (1845-1923) Провел опыт с электрическим разрядом в газах. Открытие рентгеновских лучей оказало огромное влияние на всё последующее развитие физики, в частности привело к открытию радиоактивности.
Первая премия по физике была присуждена немецкому физику Вильгельму Рентгену.
- врачи и дантисты делают снимки сломанных костей и зубов;
- врачи используют для уничтожения раковых опухолей
- сотрудники аэропорта проверяют багаж пассажиров;
- солнце и другие звёзды испускают негативные рентгеновские лучи;
- астрономия (приборы на ракетах и спутниках зафиксировали рентгеновское излучение солнца и звёзд; рентгеновские маяки);
- кристаллы (создание на фотоплёнках внутренней структуры скелета вещества).
7. Гамма излучение.
Гамма- излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом в 1900 году. Гамма излучение обладает ещё большей проникающей способностью, чем рентгеновское. Оно проходит сквозь метровый слой бетона и слой свинца толщиной несколько сантиметров.
Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами.
Консервирование пищевых продуктов.
Стерилизация медицинских материалов и оборудования.
Гамма-каротаж в геологии.
Гамма-высотомер, измерение расстояния до поверхности при приземлении спускаемых космических аппаратов.
Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения.
Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма - кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама).
Наиболее совершенный прибор для определения электромагнитных полей человека – энцефалограф. Он позволяет точно измерить поле в разных точках вокруг головы и по этим данным восстановить распределение электрической активности в коре мозга. С помощью энцефалографа врачи диагностируют многие заболевания.
4. ОТЧЕТЫ-ПРЕЗЕНТАЦИИ УЧЕНИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ.
Обобщение свойств и характеристик всех видов электромагнитных волн.
На прошлом уроке каждая группа выбрала тему для самостоятельного изучения. Данный материал необходимо было взять из Интернета систематизировать и обобщить. На этом уроке каждая группа в течение 7 минут выступает по своему вопросу. При этом каждая группа использует при своей защите свою презентацию.
В ходе выступлений учащиеся должны заполнить таблицу. В целях экономии времени таблицы распечатаны и розданы учащимся в начале урока. Заполненную таблицу учащиеся вклеивают в тетрадь.
А) Виды радиоволн и их применение (презентация «ЭМ излучение).
В) Видимый свет, применение.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Цели урока для учителя:
Актуализация личностного смысла учащихся к изучению темы; развитие умений самостоятельно в комплексе применять полученные знания, умения, навыки, осуществлять их перенос в новые условия; создание условий для развития навыков общения и совместной деятельности.
Цели урока для учащихся
Познакомиться видами и свойствами электромагнитных излучений.
Рассмотреть вопросы использования ЭМ излучений на практике и их влияние на организм человека.
Предметный компонент:
Закрепить знания учащихся об электромагнитном поле и электромагнитной волне
Сформировать представление о различных видах электромагнитных излучений, об источниках электромагнитных волн, их свойствах и применении ;
Выяснить и сформулировать закономерность шкалы электромагнитных волн;
Ознакомить с проблемами электромагнитного загрязнения пространства и влияния ЭМ волн на организм человека;
Надпредметный компонент:
Стимулировать познавательную деятельность постановкой учебных проблем, выдвижением гипотез и предположений, организацией самостоятельной работы;
Формировать умения устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала;
Создать условия для развития у учащихся способностей к анализу, систематизации и рефлексии;
Помочь учащимся осмыслить практическую значимость, полезность знаний о различных видах электромагнитных волн и важности применять эти знания в повседневной жизни .
Развивать коммуникативные навыки общения, нравственные и мировоззренческие устои личности.
Знания, умения, навыки и качества, которые актуализируют/приобретут/закрепят/др. ученики/коллектив в ходе урока
Знания: виды электромагнитных излучений, их источники и свойства, практическое применение различных излучений.
Умения: обобщения свойств объекта, анализа и синтеза изучаемого объекта и его свойств.
Навыки: общения и совместной деятельности, моделирования.
Универсальные учебные действия , на формирование которых направлен образовательный процесс.
использование знаково-символьной записи физического понятия;
выведение следствий из определения понятия;
совершенствование навыков работы в группе (расширение опыта совместной деятельности);
формирование ценностных ориентаций;
формирование физической компетентности;
овладение приемами контроля и самоконтроля усвоения изученного;
Формирование навыков ЗОЖ.
Содержание урока.
Организационный этап
2.Проверить готовность обучающихся к уроку
3. Создать условия для благоприятного психологического климата и плодотворной рабочей обстановки
Добрый день! Я рада нашей встрече. Надеюсь, что наш урок пройдет интересно и увлекательно, с большой пользой для вас и для меня..
1. Учитель контролирует наличие учебных принадлежностей
Всем желаю успешно и плодотворно потрудиться!
Ученики слушают учителя, выполняют упражнение и настраиваются на изучение и восприятие нового материала
Актуализация ранее усвоенных знаний и действий
Определить важность изучаемой темы
«Ответьте вашему собеседнику, если он утверждает:
Электромагнитное поле не существует.
Основной характеристикой электромагнитного поля является напряжённость.
Для распространения ЭМ волн необходима вещественная среда.
Основным свойством ЭМ поля является его действие на незаряженные частицы.
Электромагнитное поле никак нельзя представить графически.
Отвечая на вопросы учителя, демонстрируют умения пользоваться понятиями.
Инициация и мотивация учащихся
Создание условий для постановки познавательной задачи, через создание проблемной ситуации.
Работа с интерактивным заданием.
На слайде расположены объекты (солнце, телефон, дерево, радио, айсберг, атом, монитор, колокольчик, корова, карандаш, человек и др.). Предметы могут быть реальными и располагаться на демонстрационном столе.
Задание: распределить объекты на две группы - излучающие и не излучающие электромагнитные волны.
Вероятнее всего учащиеся определят, что излучают ЭМ волны технические устройства. В случае ошибочного выбора учитель исправлений не делает, слайд демонтируется в конце урока.
Вот такая картина у вас получилась. А теперь вопрос.
«Какими свойствами должен обладать объект, чтобы он излучал?
Одинаковы ли свойства ЭМ волн, излучаемые различными объектами?"
Работают с интерактивной моделью.
Высказывают предположения, отвечая на вопросы.
Целеполагание
Сформулировать цели и задачи урока.
Учитель, подводя итоги эвристической беседы, делает обобщение: для того, чтобы определить, излучает объект ЭМ волны или нет, необходимо знать их виды и свойства.
Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами различных частот. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов и представлены в виде шкалы электромагнитных излучений. Каждый из вас внесёт вклад в общее дело изучения определенного вида излучения, которое характеризуется диапазоном длин волн и частот, источником излучения, свойствами и областью применения и влиянием на организм человека. Но прежде, нам необходимо немного передохнуть.
Определяют тему урока.
Запись темы урока в тетрадь.
На основании информации, данной учителем, учащиеся определяют главную цель урока, составляют план работы.
Динамическая пауза
Организовать физическую разрядку учащихся
Я буду называть утверждения, касающиеся здорового образа жизни каждого из вас, которые могут быть истинными или ложными. Если утверждение верно, вы встаёте со стула, а, затем, вновь садитесь. Если утверждение неверное, вы присаживаетесь, а затем снова садитесь. Итак, начнём.
Домашнее задание лучше всего выполнять поздним вечером. (неверно)
Совсем не важно, сколько человек спит, всё равно он будет хорошо себя чувствовать.(неверно)
Выполнение физических упражнений укрепляет здоровье человека. (верно)
Необходимо употреблять только полезную пищу. (верно)
Нельзя умываться и чистить зубы каждый день. (неверно)
Чтобы быть здоровым, необходимо отказаться от всех вредных привычек.(верно)
Если правильно распределить своё время в течение дня, то работоспособность повысится. (верно)
Вы молодцы! А теперь притупим к исследованию.
Выполняют предложенные упражнения
Изучение новых знаний и способов деятельности
Организовать работу в группах.
Работа в группах.
В зависимости от наполняемости класса формируют 6 групп из 3-5 человек. У каждой группы задание, работая с материалом учебника § 53, заполнить часть таблицы. Таким образом, у каждой группы одно задание, но для разных видов излучений.
Посмотрев данный видеоурок, учащиеся познакомятся с основными видами электромагнитных излучений. Узнают, на какие участки подразделяется шкала электромагнитных волн. Изучат природу, свойства и применение электромагнитных волн различных диапазонов. А также узнают, как изменяются основные свойства электромагнитных излучений с изменением длины волны.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Шкала электромагнитных волн"
Мы уже с вами знаем, что в 1864 году английский физик Джеймс Клерк Максвелл впервые высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме с предельно возможной скоростью — скоростью света. Этот факт дал возможность Максвеллу предположить, что свет имеет электромагнитную природу. Благодаря этому произошло объединение в одно учение оптики и электромагнетизма.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем и их последующего изучения было установлено, что свойства волн сильно зависят от их частоты. А так как все электромагнитные волны имеют одну и ту же природу, то было решено свести их в единую шкалу электромагнитных волн. Вдоль шкалы слева направо непрерывно возрастает одна величина — частота (или уменьшается длина волны). Ввиду огромного различия длин волн эта шкала построена в логарифмическом масштабе: метки на шкале соответствуют длинам, каждая из которых отличается в 10 раз от соседней. На шкале указаны участки длин волн (или частоты), занимаемые различными типами электромагнитных волн. А распределение электромагнитных волн по типам сделано в соответствии со способами их генерации и их взаимодействия с веществом. Несмотря на то, что границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны, всё же принято выделять семь (иногда восемь) типов электромагнитных волн.
Итак, первый участок шкалы содержит волны, которые возбуждаются низкочастотными электромагнитными колебаниями. Их генерируют устройства, обладающие большой индуктивностью и ёмкостью, например, генераторы переменного тока. Такие волны очень быстро затухают и практически не излучаются в пространство.
Далее следуют радиоволны. Их, в свою очередь, принято делить на две части. К первой части относятся волны, которые излучаются открытыми колебательными контурами. По длине волны их делят на длинные (или километровые) (3 ∙ 10 3 м 4 м), средние (или гектометровые) (2 ∙ 10 2 м 3 м) и короткие (декаметровые) волны (10 м 2 м).
Длинные волны распространяются на расстояния 1—2 тысяч километров за счёт дифракции на сферической поверхности Земли (то есть они могут огибать земную поверхность). Средние волны способны распространяться на сотни и тысячи километров благодаря огибанию земной поверхности, а также (преимущественно в ночное время) отражаясь от ионосферы Земли. А короткие волны распространяются, поочерёдно отражаясь от ионосферы и поверхности Земли с малыми потерями мощности.
Ко второй части данного участка шкалы относят ультракороткие волны — это диапазон радиоволн, объединяющий метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Ультракороткие волны излучаются специальными электромагнитными вибраторами и регистрируются радиотехническими устройствами. Такие волны распространяются прямолинейно. Они способны проходить через ионосферу Земли и уходить в космос. Поэтому их используют для космической связи. А на Земле (в условиях прямой видимости) — в телевидении и радиолокации.
С третьего участка шкалы электромагнитных волн начинаются волны, которые излучаются атомами и молекулами вещества. Участки три, четыре и пять шкалы относятся к оптическому излучению.
Четвёртый участок — это видимое излучение, то есть электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Ранее мы с вами показали, что чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны излучения, при этом максимум чувствительности приходится на зелёную часть спектра.
Изучая опыты Ньютона по дисперсии света, мы с вами показали, что белый свет является сложным цветом, так как он состоит из простых монохроматических цветов. Как мы помним, Ньютон выделил из белого света семь основных цветов. Число семь он выбрал из убеждения, что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели.
Из-за повышенной способности этих невидимых лучей нагревать тела, они были названы тепловыми, а затем (уже учитывая их расположение в спектре) — инфракрасными.
В настоящее время к инфракрасному излучению относят электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.
Исследования инфракрасного излучения показали, что оно испускается любыми телами, температура которых выше абсолютного нуля. При этом чем выше температура излучающего тела, тем больше интенсивность инфракрасного излучения и тем больше его частота.
На регистрации инфракрасных лучей основана тепловизионная техника, позволяющая вести наблюдение в полной темноте: это тепловизоры, приборы ночного видения, оптические прицелы ночного видения и так далее. Общее у всех этих приборов то, что все они преобразуют инфракрасное излучение в видимый нами свет.
Свойства инфракрасного излучения позволяют широко применять его в бытовой технике. Наиболее известный пример применения такого излучения — пульт дистанционного управления электронным устройством. Световой сигнал, исходящий от такого пульта, невидим для человека, что делает его применение удобным.
В настоящее время под ультрафиолетовым излучением понимают электромагнитное излучение с длиной волны 10—380 нм.
Ультрафиолетовое излучение химически и биологически активно. Оно вызывает явление фотоэффекта, флуоресценцию и фосфоресценцию ряда веществ. Однако сами по себе ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов, так как они невидимы. Но их действие на биологические объекты очень велико и разрушительно. Например, ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы. Вот почему высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и тёмных очков, так как это может привести не только к ожогам, но и к развитию рака кожи. По этой же причине не рекомендуется загорать на пляже под полуденным Солнцем, когда ультрафиолетовое излучение наиболее интенсивно. А для защиты глаз следует применять стеклянные очки, прозрачные только для видимого спектра, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Достаточно широко ультрафиолетовое излучение применяется для обеззараживания воды, воздуха и различных поверхностей. Используют его и для защиты денежных купюр и банковских карт.
Шестой участок шкалы электромагнитных волн образует рентгеновское излучение. Открыто оно было в конце XIX века совершенно случайно. В то время многие учёные изучали газовый разряд, происходящий при очень малом давлении. В этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов. Но так как об электроне, как о частице, тогда ничего не знали, то их потоки называли катодными лучами, так как они рождались на катоде трубки. Так вот, изучая катодные лучи немецкий физик Вильгельм Конрад Рёнтген скоро заметил, что фотопластинка, помещённая вблизи разрядной трубки, оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завёрнута в чёрную бумагу.
Что интересно, открытые Рёнтгеном лучи вызывали ионизацию воздуха, не отражались от веществ и не испытывали преломления. Поэтому было высказано предположение, что рентгеновские лучи, возникающие при резком торможении быстрых электронов атомами твёрдых тел, являются электромагнитными волнами с очень малой длиной волны.
Что бы доказать (или опровергнуть) это предположение в тысяча девятьсот двенадцатом (1912) году немецкий физик Макс фон Лауэ совместно с двумя студентами (они-то и проводили опыт) направили узкий пучок рентгеновских лучей на кристалл, за которым расположили фотопластинку.
После проявления пластинки оказалось, что вокруг большого центрального пятна, которые давали лучи, распространяющиеся по прямой, были обнаружены регулярно расположенные небольшие пятнышки. Их появление можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла. Дальнейшее исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей. Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения, и по порядку величины была равна размерам атома.
Таким образом было доказано, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны с очень малой длиной волны.
Для генерации рентгеновского излучения разработаны электровакуумные приборы, называемые рентгеновскими трубками. Их основными конструктивными элементами являются металлические катод, в виде вольфрамовой спирали, и анод. Катод при нагревании испускает электроны (происходит термоэлектронная эмиссия). Далее из-за большой разности потенциалов между катодом и анодом (десятки — сотни киловольт) поток электронов ускоряется и приобретает большую энергию. Полученный ускоренный пучок электронов попадает на положительно заряженный анод, где электроны испытывают резкое торможение, моментально теряя бо́льшую часть приобретённой энергии.
Большая её часть (около 99 %) превращается в тепло, вызывая нагревание анода. И лишь около 1 %энергии превращается в тормозное излучение рентгеновского диапазона.
При изучении рентгеновских лучей было также установлено, что их поглощение веществом пропорционально плотности вещества: они легко могут пройти через алюминиевую пластинку толщиной до десяти сантиметров, но легко задерживаются сантиметровым слоем свинца.
Свойство рентгеновских лучей проходить через вещество используется на практике уже со времени их открытия. В частности, в медицине просвечивание человеческого тела рентгеновскими лучами даёт возможность получать фотографии скелета и внутренних органов человека. По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удаётся установить порядок расположения атомов в пространстве — то есть структуру кристаллов. А с помощью рентгеноструктурного анализа можно расшифровать строение сложнейших органических соединений, в том числе и белков.
Седьмой (и последний) участок шкалы электромагнитных волн занимают гамма-лучи, которые возникает в результате процессов, происходящих в атомных ядрах, и сопровождают ядерные реакции. Гамма-излучение характеризуется чрезвычайно малой длиной волны (менее 0,2 нм). Вследствие этого оно обладает громадной проникающей способностью. Например, в воздухе длина свободного пробега гамма-лучей достигает нескольких сот метров, и около 5 см в свинце.
Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых (при локальном воздействии на них) и других быстро делящихся клеток.
Обобщение и систематизация знаний по теме "Электромагнитные волны".
Шкала электромагнитных волн.
Задачи урока:
Образовательная:
Повторить, обобщить и систематизировать знания по теме "Электромагнитные волны ".
Доказать единство материального мира. Показать, что материальные объекты имеют множество различных физических свойств, которые имеют количественные и качественные изменения, связанные друг с другом. На примере различных диапазонов длин волн показать справедливость законов диалектики.
Воспитательная:
Перевести усвоение физики как науки из средства образования в средство такого эмоционального, социального и интеллектуального развития ученика, которое обеспечит переход от обучения к самообразованию.
Развивающая:
Развивать интерес к предмету, коммуникативные навыки, умение слушать и слышать собеседника, уважать его точку зрения, умение грамотно, обосновано высказываться.
Законы диалектики: 1. Борьба, а также единство противоположностей. 2. Переход количества в качество.
3. Отрицание отрицания. (Суть в том, что новое существует лишь до тех пор, пока не станет старым и его не заменит нечто более новое, которое будет существовать до тех пор, пока само не превратится в старое.)
Оборудование: документ-камера, проектор, таблички, бумага, карандаши, фломастеры, маркеры.
Организационный момент. Приветствие деление учащихся на группы. (можно сделать любым способом, возможны варианты: 6 групп- 6 сортов карамелек, 6 видов геометрических фигур, 6 цветов карточек и т.д. Количество предметов соответствует числу учащихся. Каждой группе на стол выдать бумагу, карандаши, фломастеры, табличку с видом электромагнитного излучения.)
1.Учащиеся могут использовать любой источник информации: учебник, тетрадь, интернет.
2. Самостоятельно распределяют функции в группе: поиск информации, ее обработку, составляют карту памяти, т.е. графическое представление информации в виде рисунков, схем, графиков, позволяющих запомнить эту информацию, обдумывают презентацию своей работы.
3. При выступлении группы все учащиеся фиксируют информацию в таблицу в своей тетради.
Работа в группах.
Представление информации.
Подведение итогов урока. Подумайте, как проявляют себя законы диалектики при переходе от одного вида электромагнитного излучения к другому.
Запись домашнего задания. Уточнить информацию в таблице, знать получение, свойства и применение.
Читайте также: