Шкала электромагнитных волн краткий конспект
Обновлено: 06.07.2024
Электромагнитные волны различной частоты пронизывают всё пространство вокруг нас. Сейчас они разделены на диапазоны, границы которых условны и имеют общие частоты. Шкала электромагнитных волн демонстрирует распределение электромагнитных волн на диапазоны.
В зависимости от частоты электромагнитные волны имеют свою скорость распространения, проникающую способность, цветность, видимость, по-разному действуют на живые организмы.
Инфракрасное (тепловое) излучение — имеет большое значение для жизни человека, животных, растений, которые могут осуществлять свою деятельность только в определённом интервале температур.
Видимое излучение — видимый свет, который даёт возможность ориентироваться живым организмам в пространстве, видеть окружающие предметы, участвует в реакции фотосинтеза зелёных насаждений, обеспечивающей образование кислорода, обязательного для дыхания.
Ультрафиолетовое излучение — электромагнитное излучение длиной волны в интервале от \(10\) до \(400\) нм и частотой от \(7,5⋅10^<14>\) до \(3⋅10^\) Гц.
Основной источник УФ-излучения — Солнце. Защитой от ультрафиолета является озоновый слой в атмосфере Земли. В больших дозах вызывает ожог кожи, глаз и раковые заболевания кожи, мутации и старение.
- УФ-лампы с содержанием ртути;
- ртутно-кварцевые лампы;
- люминесцентные лампы дневного света;
- эксилампы;
- светодиоды;
- газовые разряды при электрической сварке;
- аргоновый, азотный, эксимерный лазеры.
- обеззараживания инструментов, поверхностей, воды и воздуха;
- лечения гнойных воспалений;
- облучения зубных пломб;
- сушки красок и лаков;
- выявления старения лаковой плёнки в реставрации;
- проверки подлинности денежных купюр и документов.
Рентгеновское излучение — электромагнитное излучение длиной волны в интервале от \(10^2\) до \(10^<-3>\) нм и частотой от \(2⋅10^\) до \(6⋅10^\) Гц.
- рентгенография;
- дозиметрия;
- выявление дефектов в изделиях;
- рентгеноструктурный анализ (химия, биология);
- электронные микроскопы
- рентгенотелевизионные интроскопы в аэропортах;
- криптография.
Гамма-излучение образуется при ядерных реакциях, обладает большой проникающей способностью, оказывает губительное действие на человека. Гамма-излучение, поступающее из космоса (ядерные реакции в недрах Солнца и звёзд), поглощается атмосферой Земли, благодаря чему сохраняется жизнь на Земле.
Вихревым электрическим полем называется поле, силовые линии которого нигде не начинаются и не заканчиваются, представляют собой замкнутые линии.
Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие.
Электромагнитные волны – это электромагнитные колебания, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.
Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.
Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2016. – С. 140-150
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2009.- С.20-22
Основное содержание урока
Вселенная-это океан электромагнитных излучений. Человек живет в нем, не замечая волн, проникающих в окружающее пространство. Включив лампочку или греясь у камина, человек заставляет источник этих волн работать, не задумываясь об их свойствах. Открытие природы электромагнитного излучения, позволило человечеству в течение XX века освоить и ввести в эксплуатацию различные его виды.
Сегодня мы поговорим об электромагнитных волнах, что это? Каковы его характеристики?
Когда мы слышим слово "волна", что вы себе представляете? Волны на море, на реке, волна в ванной комнате, и т.д. это механические волны. Механика переводится как движение. Мы их видим и способны определить его характеристики. Вспомним, какие величины характеризуют механические волны.
Период – это время, за которое совершается одно колебание. Период обозначается буквой Т, измеряется в секундах. Определяется по формуле:
Частота – это число колебаний в единицу времени. Частота - обозначается буквой ν (ню), измеряется в герцах Гц и определяется по формуле:
Амплитуда – это наибольшее отклонение от положения равновесия. Амплитуда – обозначается буквой А, измеряется в метрах.
Длина волны - это кратчайшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Обозначается буквой лямбда λ, измеряется в метрах м,
Механические волны имеют много общего с электромагнитными волнами, но есть и существенные различия. Они распространяются в твердой, жидкой, газообразной среде, можем ли мы обнаружить их нашими чувствами? Да, в твердых средах-это могут быть землетрясения, колебания струн музыкальных инструментов. В жидкости - волны в море, в газах-это распространение звуков. С электромагнитными волнами не все так просто. Мы не чувствуем и не осознаем, сколько электромагнитных волн пронизывает наше пространство. Радиоволны, телевизионные волны, солнечный свет, Wi-Fi, излучение мобильного телефона и многое другое являются примерами электромагнитного излучения. Если бы мы могли видеть их, мы не смогли бы видеть друг друга за столькими электромагнитными волнами. Электромагнитные волны играют огромную роль в жизни современного человека - с их помощью мы передаем информацию, общаемся, обмениваемся данными, изучаем окружающий мир и многое другое. Сегодня мы должны понять понятие электромагнитных волн, выяснить, как получить электромагнитные волны и какими свойствами они обладают.
Какова история открытия электромагнитных волн? В 1820 году Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции: переменное магнитное поле создает переменный электрический ток. В 1864 году Максвелл предположил, что при изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле. В 1887 году Герц экспериментально подтвердил гипотезу Максвелла о существовании электромагнитного поля.
Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментально открыть электромагнитные волны. Это сделал немецкий физик Генрих Герц, который использовал устройство, названное в его честь вибратором Герца-открытый колебательный контур.
Простейшая система, в которой возникают электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.
Для того, чтобы иметь колебания в цепи, необходимо зарядить конденсатор. В результате периодической перезарядки конденсатора в цепи возникают колебания. Между обкладками конденсатора возникает переменное электрическое поле. А вокруг него переменное магнитное поле, вихрь и вихрь переменного электрического поля и др. Таким образом, в пространстве электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитных волн. Генри Герц измерил частоту ν гармонических колебаний в цепи и длину λ электромагнитной волны и определил скорость электромагнитной волны:
Значение скорости электромагнитной волны, полученное в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла с = 299 792 458 м = 300 000 км/с. Чтобы сделать излучение более интенсивным, необходимо увеличить циклическую частоту. По формуле: ω=1/√(L∙C) частота зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Так, необходимо уменьшить индуктивность L и электрическую емкость C. для этого необходимо уменьшить количество витков катушки и раздвинуть обкладки конденсатора. Закрытый колебательный контур превращается в открытый – прямой проводник. Проводник был разрезан, оставляя зазор, чтобы поставить шары и зарядить до высокой разности потенциалов. В результате между шариками проскакивала искра. Возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения, серии импульсов быстроизменяющегося тока, Герц получал электромагнитные волны высокой частоты. Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора (резонатора), который является тем же устройством, что и излучающий вибратор
Итак, процесс взаимного порождения электрического поля переменным магнитным полем и изменение магнитного поля электрическое поле может продолжать распространяться, захватывая новые области пространства. Переменные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся в пространстве и генерирующие друг друга, называются электромагнитной волной.
Электромагнитное поле-особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие. И это поле имеет совершенно иную природу, чем электростатическое. Линии натяжения не имеют начала и конца, они замкнуты. Отсюда и название вихревого поля. Вихревое электрическое поле-это поле, силовые линии которого не начинаются и не заканчиваются нигде, а являются замкнутыми линиями.
Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. Сила, действующая на заряд со стороны вихревого электрического поля, равна:
Но, в отличие от электростатического поля, работа вихревого электрического поля на замкнутой линии не равна нулю. Так как при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, потому, что сила и перемещение совпадают по направлению.
Согласно теории Максвелла, электромагнитная волна переносит энергию. Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов и Электрическое и магнитное поля в электромагнитной волне перпендикулярны друг к другу, причем каждое из них перпендикулярно к направлению распространения волны:
Таким образом, электромагнитная волна является поперечной волной. Электромагнитная волна излучается колеблющимися зарядами, при этом важно, чтобы заряды двигались с ускорением. Электромагнитная волна, как и механическая, характеризуется периодом и частотой колебаний, длиной волны и скоростью распространения. Период Т – это время одного колебания. Частота ν – это число колебаний за одну секунду. Длина волны λ — это расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за время одного периода. В вакууме для электромагнитной волны период Т и частота ν и длина волны λ связаны соотношениями:
Герц не только открыл электромагнитные волны, но и показал, что они ведут себя подобно другим волнам. Они поглощаются, отражаются, преломляются, наблюдаются явления интерференции и дифракции волн. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.
Свойства электромагнитных волн:
Отражение электромагнитных волн: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения;
Поглощение волн: электромагнитные волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик;
Преломление волн: электромагнитные волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик;
Интерференция волн: сложение волн от когерентных источников;
Дифракция волн: отгибание волнами препятствий.
Фронтом волны называется геометрическое место точек, до которых дошли возмущения в данный момент времени. Поверхность равной фазы называется волновой поверхностью. Плоской волной называется волна, у которой волновая поверхность - плоскость. Линия, перпендикулярная волновой поверхности, называется лучом. Электромагнитная волна, как мы уже сказали, переносит энергию. Луч указывает направление, в котором волна переносит энергию. Тогда для плоской электромагнитной волны скорость, которой перпендикулярна поверхности площадью s, то можно ввести понятие плотность потока излучения. Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.
Иногда ее называют интенсивностью волны. Плотностью потока электромагнитного излучения пропорциональна четвертой степени циклической частоты.
Источники излучения электромагнитных волн разнообразны, но самым простым является точечный источник. Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью (например, звёзды).
Длина электромагнитных волн различна: от значений порядка 10 13 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (γ-лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, -излучение. Атомные ядра испускают самое коротковолновое -излучение. Особого различия между отдельными излучениями нет. 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. Электромагнитные волны обнаруживаются, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений.
Сегодня мы знаем, что к опасным видам излучения относятся: гамма-излучение, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение, остальные – безопасны. Распределение электромагнитных излучений по диапазонам условное и резкой границы между областями нет. Вся шкала электромагнитных волн является подтверждением того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами.
В зависимости от своей частоты или длины волны электромагнитные волны имеют различное применение. Они несут людям пользу и вред. Бытовые обогревательные приборы, приборы для приготовления еды, телефоны, компьютеры, вышки сотовой связи и телебашни, электропровода излучают электромагнитные волны. Больше других источников электромагнитные волны у нас дома излучают мобильные телефоны, микроволновые печи, холодильники, электрические кухонные плиты. Самым мощным источником излучения являются линии электропередач, и строить жилые дома под ними, воспрещено. Антенны радиопередатчиков нельзя устанавливать на сооружениях, в которых живут люди. Эмбрионы и ткани, находящиеся в стадии роста, больше всего подвержены влиянию волн, воздействуют электромагнитное поле на центральную нервную систему и мышцы тела. Это влияние становится причиной бессонницы и дисфункций в неврологической области, нарушения частоты биений сердца и скачков давления. Но есть, и полезные свойства электромагнитных волн. Их используют в физиотерапевтическом лечении некоторых болезней так как они способствуют быстрому заживлению тканей, останавливает развитие воспалительных процессов. Мы сегодня исключить полностью общение с электромагнитными волнами не можем, но чтобы обезопасить себя дома, надо грамотно устанавливать бытовые устройства в комнатах.
Итак, свойства электромагнитных волн:
1. Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.
2. Электромагнитные волны излучаются зарядами, которые движутся с ускорением, например, при колебаниях. Причем, чем больше ускорение колеблющихся зарядов, тем больше интенсивность излучения волны.
3. Векторы и в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны.
4.Электромагнитная волна является поперечной.
Разбор тренировочного задания
1. Определить, на какой частоте работает передатчик, если длина излучаемых им волн равна 200 м.
Частоту выражаем через длину волны и скорость.
Ответ:
2. Ёмкость конденсатора колебательного контура Какова индуктивность катушки контура, если идет прием станции, работающей на длине волны 1000 метров?
Формула Томсона для периода колебаний:
Период колебаний выражаем через длину волны и скорость:
Ответ:
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.
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.
Читайте также: