Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета: Физика.
Класс 11
УМК: Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений: \ Мякишев Г.Я., Б.Б. Буховцев, В.М.Чаругин; М: Просвещение,2010г
Уровень обучения – базовый 68 часов (2 часа в неделю).
Тема урока: « Инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения.
Шкала электромагнитных излучений».
Место урока в системе уроков по теме: заключительный урок из главы 10 «Излучение и спектры», изучается с использованием знаний из предыдущих уроков и главы «Световые кванты»
Цель урока: расширить знания об электромагнитных волнах, познакомить учащихся с инфракрасными, ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, показать их практическое применение.
Задача урока: расширить знания об электромагнитных волнах, показать значение шкалы электромагнитных излучений в жизни человека.
Планируемые результаты: объяснять свойства различных видов электромагнитных
излучений в зависимости от длины волны и частоты;
знать практическое применение электромагнитных волн, применять знания в конкретных ситуациях, обобщить и систематизировать изученный материал.
Техническое обеспечение урока: 1.компьютер, экран
2. оборудование по физике: источник ультрафиолетового излучения, люминесцирующий экран; теплоприемник, нагретое тело, водяной термометр.
3.Интерактивная модель - плакат http://elementy.ru/posters/spectrum/light
4.Таблица «Шкала ЭМ волн».
Демонстрации: эксперимент1
эксперимент №2
презентация к уроку
анимация и иллюстрация (диск ф-11 приложение к учебнику).
Содержание урока
1.Организационный момент (1 мин) мобилизующее начало, позитив.
Вводный инструктаж (ТБ при выполнении демонстраций и лабораторных работ-3мин.)
2. Актуализация знаний (5 мин). Цель: воспроизвести ранее полученные знания и подготовить почву для активного усвоения нового материала.
Повторение изученного материала: 1.Какие источники света вы знаете?
2.Что объединяет все виды излучений? (Скорость распространения: с= 3х108м/с)
3.Перечислите виды излучений.
4.Что представляет излучение с длиной волны от 4.10-7 до 8.10-7м? (Видимое излучение, свет).
5.Можно ли осуществить радиосвязь с помощью радиоволн с подводной лодки, когда она находится под водой?
6.Почему радиолокационная установка должна посылать радиосигналы в виде коротких импульсов, следующих друг за другом не непрерывно?
7.В каких единицах в системе СИ измеряется частота колебаний?
8.По какой формуле рассчитывается скорость распространения волны?
9.Почему сразу не наступает темнота после того, как Солнце скрывается за
горизонтом?
Постановка учебной проблемы. Сообщение темы и цели урока.
2. Изучение нового материала-30 мин.
Некоторые электромагнитные волны ранее не изучались. Но эти волны окружают человека и имеют для него важное значение.
Инфракрасное излучение или тепловое
Эксперимент№1
1. Будем изменять расстояние от источника излучения до приемника.
Вопрос: Изменяется ли интенсивность излучения по мере удаления от источника?
2. Пометите между приемником излучения и источником излучения лист бумаги.
Вопрос: Пропускает ли бумага инфракрасное излучение?
3. Поочередно поместите лист станиоля и лист бумаги между источником излучения и приемником.
Вопрос: Какой предмет лучше пропускает инфракрасное излучение?
Излучение занимают диапазон частот 3*1011- 3,85*1014 Гц. Им соответствует длина волны 780нм 1мм.. Источником инфракрасного излучения является излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Мощный источник инфракрасного излучения –Солнце, около 50% его излучения лежит в инфракрасной области. На инфракрасное излучение приходится значительная доля (от 70 до 80 %) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью. Инфракрасное излучение испускает электрическая дуга и различные газоразрядные лампы. Излучения некоторых лазеров лежит в инфракрасной области спектра. Индикаторами инфракрасного излучения являются фото и терморезисторы, специальные фотоэмульсии.
Ультрафиолетовое излучение.
1. Осветим люминесцентный экран. Экран будет светиться.
2. Поместим между экраном и источником ультрафиолетового излучения стекло.
Стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение. Кроме этого, ультрафиолетовое излучение ионизирует воздух, отражается металлами, имеет высокую химическую активность (фотобумага). Излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимает спектральную область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн 10 – 380 нм(n=8*1014-3*1016 Гц).. Источник ультрафиолетового излучения — валентные электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды. Излучение накаленных до температур - 3000 К твердых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощный источник ультрафиолетового излучения - любая высокотемпературная плазма. Слой озона в атмосфере задерживает ультрафиолетовое излучение
Рентгеновское излучение.
В 1901 году Рентген стал первым Нобелевским лауреатом.Рентгеновские лучи – электромагнитные волны, имеющие длину волны меньше, чем лучи видимого участка спектра и ультрафиолетовые лучи. Волнам присуще явление дифракции. Обнаружение дифракции рентгеновских лучей позволило оценить длину волны: ≈10-8 см. В современных условиях для получения рентгеновских лучей созданы специальные рентгеновские трубки, на которые подается высокое напряжение, порядка 50-200 кВ. Электроны, испускаемые накаленным катодом рентгеновской трубки, ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом и с большой скоростью ударяются об анод.
Что является причиной возникновения рентгеновского излучения?
Вокруг летящих электронов существует магнитное поле, поскольку движение электронов представляет собой электрический ток. При резком торможении электрона в момент удара о препятствие магнитное поле электрона быстро изменяется и в пространство излучается электромагнитная волна.
Что собой будет представлять спектр рентгеновского излучения?
Тормозное излучение рентгеновской трубки имеет сплошной спектр.
Где используется рентгеновское излучение?
Рентгеновское излучение относится к радиационному. Различные рентгеновские аппараты используются в медицинских учреждениях. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов металлическими электродами. Оно вызывает ионизацию воздуха и имеет большую проникающую способность. Применяется как в медицине, так и в науке и промышленности.
Шкала электромагнитных волн (от 103 до 10–10 м): низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучения.
Количественные изменения длины волны излучения приводят к существенным качественным различиям взаимодействия этой волны с веществами.
Общие свойства и характеристики электромагнитных волн
Свойства
Характеристики
1. Распространение в пространстве с течением времени
Скорость электромагнитных волн в вакууме постоянная и равна приблизительно 300000 км/с
2. Все волны поглощаются веществом
Различные коэффициенты поглощения
3. Все волны на границе раздела двух сред частично отражаются, частично преломляются
Законы отражения и преломления. Коэффициенты отражения для различных сред и различных волн
4. Все электромагнитные излучения проявляют свойства волн: складываются, огибают препятствие. Несколько волн одновременно могут существовать в одной области пространства
Принцип суперпозиции. Для когерентных источников правила определения максимумов. Принцип Гюйгенса - Френеля. Волны между собой не взаимодействуют
5. Сложные электромагнитные волны при взаимодействии с веществом раскладываются в спектр - дисперсия
Зависимость показателя преломления среды от частоты волны. Скорость волны в веществе зависит от преломления среды
6. Волны разной интенсивности
Плотность потока излучения I
Радиоволны
Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства. Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по- разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.
Применение. Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение Тепловое
Излучаются атомами и молекулами вещества.Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Человек излучает электромагнитные волны:
Свойства. Проходит через некоторые непрозрачные тела, производит химическое действие на фотопластинки, поглощаясь веществом, нагревает его, вызывает внутренний фотоэффект у германия, невидимо, способно к явлениям интерференции и дифракции. Регистрируется тепловыми методами, фотоэлектрическими и фотографическими.
Применение. Получают изображения предметов в теплоте, приборы ночного видения, системы самонаведения. Используют в криминалистике, физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.
Видимое излучение
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):
Свойства. Отражается, преломляется, воздействует на глаза, способно к дисперсии, интерференции, дифракции.
Ультрафиолетовое излучение
(меньше, чем у фиолетового света).
Источники: газоразрядные машины с трубками из кварца (кварцевые лампы).
Излучается всеми твердыми телами, у которых t >1000 °С, а также светящимися парами ртути.
Свойства. Высокая химическая активность (разложение хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка), невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменение в развитии клеток и обмене веществ, действует на глаза.
Применение. В медицине, промышленности.
Рентгеновские лучи
Излучаются при большом ускорении электронов, например, их торможении в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (р = 10-3 - 105 Па) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозят. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной от 100нм до 0,01нм.
Свойства. Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь.
Применение. В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов), в промышленности (контроль за внутренней структурой различных изделий, сварных швов).
γ-измерение
Источники: ядерные реакции.
Свойства. Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.
Применение
В медицине, промышленности (γ-дефектоскопия).
Вывод Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко - при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко - при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).
3. Закрепление изученного материала (6 мин).
а)Как называются излучения, находящиеся по обе стороны от видимого излучения? (инфракрасное и ультрафиолетовое).
- Где применяют эти излучения?
- Что представляет собой рентгеновское излучение?
- Почему возникает рентгеновское излучение?
- Какими свойствами оно обладает?
- Почему экран телевизора является источником рентгеновского излучения?
- Что дает густую тень на экране рентгеновской установки: алюминий или медь?
- Для чего врачи-рентгенологи при работе пользуются перчатками, фартуками, очками, в которые введены соли свинца?
б). Решение задач.
Сборник задач. Рымкевич№ 987.
Сборник задач. Степанова № 1623, 1632, 1636.
4. Итоги урока. Оценки.
5. Домашнее задание: §84,85,86
Литература и интернет источники.
1«Физика.11 класс». Учебник для общеобразовательных учреждений: \ Мякишев Г.Я., Б.Б. Буховцев, В.М.Чаругин; М.: Просвещение,20010 г
2. В.А. Волков. Поурочнные разработки по физике:11 класс.М: ВАКО, 20013.3.Сборник задач по физике. 10-11классы/ М.Н.Рымкевич- 2-е изд.-М: Просвещение,1999.
4.В.Ф. Шилов. Пособие для учителей общеобразовательных организаций.Ф-10,11класс. М: Просвещение,2013.
infourok.ru/konspekt_uroka_fiziki_11_klass_po_teme_izluchenie_i_spektry._shkala_elektromagnitnyh_izlucheniy-320911.htm
Дополнительные вопросы по теме урока.
Что собой представляет инфракрасное излучение?
В чем специфичность ультрафиолетового излучения?
Почему сушить окрашенные изделия лучше не в печах, а в инфракрасных сушилках?
Почему в облачную погоду на улице тепло?
Для чего спецодежду сталеваров покрывают прочным слоем фольги?
Почему в горах можно загореть значительно быстрее?
Осенью в садах белят стволы, а иногда и ветви деревьев. Для чего это делают?
Почему сварщики во время работы должны предохранять глаза темным стеклом?
Ртутные лампы ультрафиолетового излучения делают из кварцевого, а не из обычного стекла. Для чего?
Почему глаз зрительно не воспринимает волн короче 0,4 мкм?
Дополнительный материал.
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом Уильямом Гершлем. Изучая повышение температуры термометра, нагреваемого видимым светом, Гершель обнаружил наибольшее нагревание термометра вне области видимого света (за красной областью). Невидимое излучение, учитывая его место в спектре, было названо инфракрасным. Инфракрасное излучение используют для сушки древесины, пищевых продуктов и различных лакокрасочных покрытий (инфракрасный нагрев), для сигнализации при плохой видимости, дает возможность применять оптические приборы, позволяющие видеть в темноте, а также при дистанционном управлении. Инфракрасные лучи используются для наведения на цель снарядов и ракет, для обнаружения замаскированного противника. Эти лучи позволяют определить различие температур отдельных участков поверхности планет, особенности строения молекул вещества (спектральный анализ). Инфракрасная фотография применяется в биологии при изучении болезней растений, в медицине при диагностике кожных и сосудистых заболеваний, в криминалистике при обнаружении подделок. При воздействии на человека вызывает повышение температуры человеческого тела.
Ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 году немецким ученым Иоганном Риттером. Изучая почернение хлористого серебра под действием видимого света, Риттер обнаружил, что серебро чернеет еще более эффективно в области, находящейся за фиолетовым краем спектра, где видимое излучение отсутствует. Невидимое излучение, вызвавшее это почернение, было названо ультрафиолетовым.
Для различных применений ультрафиолетового излучения используются ртутные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы. Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звезды, туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть их излучения (l>290 нм) достигает земной поверхности. Для регистрации ультрафиолетового излучения при l= 230 нм используются обычные фотоматериалы, в более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приемники, использующие способность ультрафиолетового излучения, вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счетчики фотонов, фотоумножители. В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования (в 80 % излечимые). Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний. Ультрафиолетовое излучение оказывает также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии. Ультрафиолетовое излучение применяется в люминесцентных лампах, в криминалистике (по снимкам обнаруживают подделки документов), в искусствоведении (с помощью ультрафиолетовых лучей можно обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставрации). Практически не пропускает ультрафиолетовое излучение оконное стекло, т.к. его поглощает оксид железа, входящий в состав стекла. По этой причине даже в жаркий солнечный день нельзя загореть в комнате при закрытом окне. Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т.к. роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение видят некоторые животные. Например, голубь ориентируется по Солнцу даже в пасмурную погоду.
Девяностые годы девятнадцатого века. Многие физики мира в то время исследовали потоки электронов, возникающих в откачанных стеклянных трубках, имевших различную форму. В стеклянный сосуд впаивались два электрода, к ним подводилось высокое напряжение. То, что от таких трубок распространяются какие-то лучи, подозревалось давно. В 1879 году опытным путем Крукс доказал, что речь идет именно о лучах: крест, используемый в опытах, отбрасывал на стекло отчетливую тень. В 1897 году Томсоном доказано, что лучи представляют собой поток электронов, определив отношение заряда к массе частицы.
Рентген работал с различными трубками, меняя места впайки электродов, форму стеклянного баллона. Но мельчайшие подробности событий вечера 8 ноября 1895 года хорошо известны.Рентген: «Вечером 8 ноября 1895 года я, как обычно, работал в своей лаборатории, занимаясь изучением катодных лучей. Около полуночи, почувствовав усталость, я собрался уходить. Окинув взглядом лабораторию, погасил свет и хотел было закрыть дверь, как вдруг заметил в темноте какое-то светящееся пятно. Оказывается, светился экран из синеродистого бария. Почему он светился? Солнце давно зашло, электрический свет не мог вызвать свечения, катодная трубка выключена, да и в добавок закрыта черным чехлом их картона. Я еще раз посмотрел на катодную трубку и упрекнул себя: оказывается, я забыл ее выключить. Нащупав рубильник, я выключил трубку. Исчезло и свечение экрана. Включил трубку вновь и вновь появилось свечение. Значит свечение вызывает катодная трубка! Но каким образом? Ведь катодные лучи задерживаются чехлом, да и воздушный метровый промежуток между трубкой и экраном для них является броней. Оправившись от минутного изумления, я начал изучать обнаруженное явление и новые лучи, названные мной Х – лучами. С экраном в руках я начал двигаться по лаборатории. Оказывается, полтора – два метра для этих лучей не преграда. Они легко проникали через книгу, стекло, станиоль. Лучи, попавшие на фотопластинку, засветили ее. Они не расходились вокруг трубки сферически, а имели определенное направление». «Пятьдесят суток - дней и ночей - были потрачены на исследования. Были забыты на это время семья, здоровье, ученики, студенты. Он никого не посвящал в свою работу до тех пор, пока не разобрался во всем сам. Первым человеком, кому он доверил свое открытие, была я, его жена Берта. Он продемонстрировал свойства обнаруженных Х-лучей и попросил меня расположить кисть руки на пути неизвестных лучей. То, что я увидела, было фантастично и жутковато! На экране я увидела силуэт костей своей кисти.» -вспоминала жена Рентгена.Х-лучи были названы рентгеновскими. Исследование их свойств не прекратилось. Возникло предположение, что рентгеновские лучи – электромагнитные волны, имеющие длину волны меньше, чем лучи видимого участка спектра и ультрафиолетовые лучи. Волнам присуще явление дифракции. Возможно ли наблюдение данного явления для рентгеновских лучей? Это было доказано спустя 15 лет после открытия Рентгена немецким физиком М.Лауэ: «Сначала я пропускал рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось. Я предположил, что длина волны лучей мала, чтобы можно было обнаружить дифракцию на искусственно созданных препятствиях. Ведь нельзя сделать щели размером 10-8 см, поскольку таков размер самих атомов. А если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину? Нельзя ли использовать кристаллы с их периодической структурой? Узкий пучок рентгеновских лучей я направил на кристалл, за которым расположил фотопластинку. Результат полностью согласовывался с самыми оптимистическими ожиданиями и его можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей».Если предстоит флюорография грудной клетки, то действие излучения приведет к одномоментной дозе 370 мбэр. Еще больше даст рентгенография зуба – 3бэр. Если задумали рентгеноскопию желудка, то вас ждет 30 бэр местного облучения. Дозы эти очень небольшие, организм человека успевает за короткий срок как бы залечить незначительные радиационные поражения и восстановить свое первоначальное состояние. Источником излучения являются экран компьютера, телевизора. Если смотреть передачи в течение года ежедневно по 3 часа, то это приведет к облучению дозой 0,1мбэр.
.
Автор(ы): Манакова А. Ж.
Скачать: Физика 11кл - Конспект.docx
