При использовании материалов этого сайта - АКТИВНАЯ ССЫЛКА и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Разработка урока по физике в 9 классе по теме: "Шкала электромагнитных волн"

Цели урока:

• Показать значимость темы "Шкала электромагнитных волн" в формировании представлений учащихся о физической картине мира;
• Уточнить представление о строении вещества;
• Составить более полную картину структуры объектов во Вселенной.

Задачи урока:

Образовательные:

• обобщить, систематизировать изученный раннее материал о всем диапазоне электромагнитных излучений;
• углубить знания по данной теме;

Развивающие:

• совершенствование интеллектуальных способностей и развитие речи учащихся, формирование умений выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы;
• стимулирование интереса к предмету путем привлечения дополнительного материала;
• формирование потребности к углублению и расширению знаний.

Воспитательные:

• развитие познавательного интереса.

Содержание и ход урока

1. Организационный момент. Сообщение темы и цели урока
2. Видеофильм.
3. Свойства э/м волн
4. Знакомство со шкалой э/м волн.

Виды э/м волн:

• низкочастотные;
• радиоволны;
• инфракрасное излучение;
• видимое излучение (свет);
• ультрафиолетовое излучение;
• рентгеновское излучение;
• гамма-излучение.

Ребята, в 8 классе вы узнали, что электрический ток порождает магнитное поле: в 1820 году Эрстед провел следующий опыт (опыт Эрстеда, магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током). А в этом году вы познакомились с явлением электромагнитной индукции, открытое 29 августа 1831года Фарадеем, выяснили, что магнитное поле само способно порождать электрический ток (показываю опыт Фарадея, рис. 125, 126 [1]).

Давайте вспомним, что такое электрический ток? (Ребята отвечают) Правильно – это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля..

В 1865 году Максвелл теоретически доказал, что Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Источниками электромагнитного поля могут быть:

• движущийся магнит;
• электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся.

Электромагнитное поле может распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн. Обнаружить их удалось лишь в 1886 году, спустя 22 года после открытия Максвелла, уже после его смерти (1879), немецкому физику Генриху Герцу. Опыты Герца блестяще подтвердили предсказания Максвелла, что Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Пространство нашей Вселенной пронизано электромагнитным излучением всех диапазонов с длинами волн от километров до миллиардной части сантиметра, несущую разнообразную информацию о далеких небесных объектах.

Шкала электромагнитных волн представляет собой непрерывную последовательность частот и длин электромагнитных излучений, представляющих собой распространяющееся в пространстве переменное магнитное поле. Теория электромагнитных явлений Джеймса Максвелла позволила установить, что в природе существуют электромагнитные волны разных длин.

Экспериментальные работы немецкого ученого Г. Герца и русского ученого П. Н. Лебедева подтвердили теорию Максвелла и доказали, что световое излучение представляет собой очень короткие электромагнитные волны, создаваемые естественными вибраторами – атомами и молекулами. В зависимости от способа получения электромагнитных волн их разделяют на несколько диапазонов частот (или длин волн). Между соседними диапазонами шкалы нет четких границ. Принципиального различия между отдельными излучениями нет, так как все они представляют электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Но в зависимости от длины волны они обладают различными свойствами: например, проникающей способностью, видимостью, коэффициентом отражения и т.д.

Рассмотрим какими же свойствами обладают э/м волны? (демонстрационный опыт «Свойства э/м волн»)

В каждом кабинете физики над доской висит вот такая шкала э/м волн.

Волны звуковых частот или низкочастотные волны возникают в диапазоне от 0 до 20000 Гц.

Радиоволны — это электромагнитные волны (c длиной волны от более чем 10000м до 0,005м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов.В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.Радиоволны различной длины распространяются по-разному. Радиоволны впервые были открыты Герцем в 1886 г.. Источником радиоволн, так же как и волн звуковых частот, является переменный ток. Однако большая частота радиоволн по сравнению с волнами звуковых частот приводит к заметному излучению радиоволн в окружающее пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на значительное расстояние (радиовещание, телевещание).

Сверхвысокочастотное излучение используют для космической связи. Кроме того, это излучение используют в бытовых микроволновых СВЧ-печах.

Дело было в США в далеком 1945 году. Инженер компании Raytheon, специализировавшейся на производстве военной техники, Перси Спенсер (Percy Lebaron Spencer, 1894–1970) испытывал сконструированный им излучатель сверхвысокочастотных волн, предназначавшийся для радара ПВО. Опустив руку в карман, он с изумлением обнаружил вместо шоколадного батончика некую пастообразную массу. Выходило, что волны разогрели батончик. Кукурузные зерна, расположенные исследователем перед излучающей антенной, мгновенно превратились в попкорн. А яйцо, подвергнутое облучению мощностью 10 кВт, так и вовсе взорвалось. Правда, его содержимое не забрызгало Спенсера, поскольку он ловко спрятался за спины коллег, которых он пригласил на демонстрацию чудесных свойств микроволн. Меняющееся электромагнитное поле индуцирует внутри готовящейся еды вихревые токи, их называют ещё токами Фуко. А поскольку пища по большей части хотя и проводит ток, но обладает большим электрическим сопротивлением, то и токи Фуко внутри нее быстро превращаются в тепло.

В частности, именно из-за этого металлические предметы помещать в камеру микроволновки категорически запрещается. Токи Фуко в них будут порождать сильно вторичное электромагнитное поле, вследствие чего в камере начнется искрение, и мы сможем наблюдать миниатюрную грозу. Это, конечно, красивое зрелище, но электрические разряды способны вывести из строя не только электронику, но и силовой агрегат.

«Сердцем» микроволновки является магнетрон — устройство, генерирующее электромагнитные волны частотой 2450 МГц. Данная частота в 1945 году была выделена компании Raytheon Федеральной комиссией по связи США для использования в бытовых приборах из таких соображений, чтобы она, с одной стороны, не пересекалась с частотами, применяющимися в радиолокации, с другой, — не залезала на «территорию» телевещания и FM-радио.Но с технической точки зрения, в микроволновой печи точно так же работали бы любые электромагнитные волны, находящиеся в диапазоне от инфракрасного излучения до верхней границы частот длинноволновых радиостанций. В принципе, обед можно разогреть и несущим сигналом мобильного телефона, работающего в стандарте GSM, частота которого равна 1800 МГц. Если, конечно, он будет иметь значительно большую мощность.

Магнетрон представляет собой герметичную металлическую камеру, в которой размещается катод — тонкая нить, испускающая при нагревании электроны. Анодом, положительным электродом, являются стенки магнетрона. Внутри магнетрона формируется сильное магнитное поле, которое закручивает электроны, движущиеся от катода к аноду. Есть и специальные полости, являющиеся резонансными камерами. Их размер и форма задают частоту генерируемых волн.

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.

Инфракрасные излучения

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей чем 0,005м, но большей чем 770 нм, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением (ИК).Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания.С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1880 году английским астрономом Вильямом Гершелем (1738-1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагревался излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным.

Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится. Инфракрасные волны также тепловые волны, т.к. многие источники этих волн вызывают заметное нагревание окружающих тел.

Инфракрасное излучение называется тепловым. Около 50 % энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне. Максимальная интенсивность излучения человеческого тела приходится на длину волны 10 мкм. Отметим, что эту длину волны улавливают змеи, имеющие приёмник теплового излучения и охотящиеся по ночам. Своими тепловыми глазами змей пользуются, когда ночью охотятся и когда нормальные глаза бесполезны.

1. Да и не глаза это у них вовсе, а две ямки, находящиеся между носом и глазами, покрытые тончайшей мембраной. Мембрана пронизана многочисленными нервными окончаниями, отвечающими за малейшие изменения окружающей температуры нервными импульсами. Тела, температура которых выше температуры окружающей среды излучают электромагнитные волны. Гремучие змеи - постоянная угроза белкам, которые часто охотятся на молодых бельчат. Эта угроза вызывает агрессивный ответ со стороны взрослых белок, которые будучи не в состоянии физически одолеть змею, вводят ее в заблуждение, нейтрализуя основное оружие наведения змеи – инфракрасные рецепторы. Белки, в присутствии змеи начинали быстро хлестать своим хвостом назад и вперед, в результате чего он насыщался кровью и становился более теплым.
2. Что бы бабочка взлетела, ей надо завести свой «мотор»-летательные мышцы. А стартером для этого служит передняя часть нижней стороны крыльев, воспринимающая инфракрасные лучи ( вот! Почему бабочка часто сидит с поднятыми крылышками). Есть предположения, что в нервно-мышечной системе энергия инфракрасного излучения, минуя тепловую стадию, сразу же превращается в двигательную.
3. Где же использует инфракрасное излучение человек?

Промышленности: сушка овощей, обогрев зданий и т.д., в медицине, в научных исследованиях, в военной технике: приборы ночного видения, тепловизоры, тепловые локаторы.

Зависимость интенсивности ИК излучения от температуры позволяет измерять температуру различных объектов, что используется в биноклях ночного видения; ИСЗ, прогнозирующих урожай, а также при обнаружении инородных образований в медицине. Дистанционное управление телевизором и видеомагнитофоном осуществляется с помощью ИК порта. Передача информации между сотовыми телефонами осуществляется также в диапазоне инфракрасного излучении.

Видимый свет

(от красного до фиолетового света волны)

Видимое излучение-единственный диапазон э/м волн, воспринимаемых человеческим глазом. Излучение имеющее разную длину волны в диапазоне видимого света оказывает различное физиологическое воздействие на сетчатку человеческого глаза, вызывая психологическое ощущение цвета. Цвет- это не свойство э/м волны, а проявление электрохимического действия физиологической системы человека: глаз, нервов, мозга. Запоминание последовательности основных цветов спектра облегчает фраза, каждое слово которой начинается с первой буквы названия основного цвета «К О Ж З Г С Ф». Возможно, кому то больше придется по душе поэтическая форма, известная многим поколениям физиков: «Как Однажды Жак Звонарь Головой Сломал Фонарь».

Свет - обязательное условие для развития зеленых растений; необходимое условие для существования жизни на Земле.

Ультрафиолетовое излучение

Э/М волны с длиной волны меньшей, чем у фиолетового света.Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиннной волны меньше, чем у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением (УФ)..

1801 год – немецкий ученый Иоганн Риттер (1776-1810) открыл, что за фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами.

Ультрафиолетовое излучение не вызывает зрительных образов, оно не видимо. В малых дозах ультрафиолетовые лучи целебны. Ультрафиолет способствует росту и укреплению организма. Образует в коже защитные пигменты (загар, витамин Д), обладает бактерицидным действием, оказывает влияние на Ц.Н.С. В больших количествах эти лучи вредны: разрушается сетчатка глаза, поэтому нужно носить защитные очки (солнечные очки). Разрушается также кожа. В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине используются газоразрядные лампы. Трубки таких ламп изготовляют из кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампы называют кварцевыми лампами.

Ультрафиолет попадает на Землю, так как недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.

Продукты под действием ультрафиолетовых лучей люминесцируют в затемнённом помещении разным цветом, и это используют для определения характеристики годности продукта.

Таким же образом, в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн, просвечивая деньги, определяют фальшивые купюры.

Hа дискотеках используют лампы yльтpафиолета, под ними светлый материал начинает светиться. Это излучение сравнительно безопасно для животных и растений.

Рентгеновское излучение

Рентгеновские лучи невидимы глазом. Они проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света. Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку. Способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои вещества используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека. В технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры различных изделий, сварных швов.

Рентгеновское излучение обладает сильным биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний.

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. Интересный эпизод их жизни ученого. Вильгельм Конрад Рентген получил письмо с просьбой прислать… несколько Х- лучей (так самим Рентгеном были названы открытые им невидимые лучи) с указанием, как ими пользоваться. Оказалось, что у автора письма в грудной клетке застряла револьверная пуля, а для поездки к Рентгену у него не нашлось времени. Рентген ответил так « К сожалению, в настоящее время у меня нет Х – лучей тому же пересылка их – дело очень сложное. Считаю, что мы можем поступить проще: пришлите мне вашу грудную клетку».

Не так давно датская фирма «Лего» стала добавлять в свою продукцию сульфат бария, хорошо заметную в рентгеновских лучах. Для чего? (Что бы обнаружить игрушку, проглоченную малышом)

Гамма-излучение

Гамма- излучение- самое коротковолновое э/м излучение, занимающее весь диапазон частот больше 3*10 в двадцатой степени герц, оно 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.

Ядерный реактор - это установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер. При этом высвобождается огромное количество ядерной энергии.

Организм человека также является источником электрических и магнитных полей. Каждому органу присущи свои электромагнитные поля. В течение жизни поле человека постоянно меняется.

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

I. Решение задачи на применение соотношения волнового движения

В 1897 г. русский физик П.Н. Лебедев получил электромагнитное излучение с длиной волны 6 мм. Вычислить частоту и период таких волн.

II. На слайде приведен рисунок, иллюстрирующий прозрачность земной атмосферы для электромагнитных волн различных длин. Посмотрите внимательно и дайте комментарии к рисунку.

Учащиеся. На рисунке видно два окна прозрачности земной атмосферы для электромагнитных излучений. Оптическое окно прозрачности – лежит в области видимого излучения. Другое окно прозрачности – более широкое, лежит в радиодиапазоне.

Атмосфера Земли совершенно непрозрачна для излучения, длина волны которого меньше 2,9•10-5 см (это диапазон УФ излучения). Другой край оптического окна прозрачности атмосферы расположен в области с длиной волны около 10-4 см. Инфракрасные лучи с большой длиной волны сильно поглощаются парами атмосферной воды. А в радиодиапазоне через атмосферу Земли проникают радиоволны с длиной волны от 1 до 4 мм и от 8 до 20 м.

Учитель. Проводя неатмосферные наблюдения, получают информацию, которую несут излучения, поглощаемые или сильно изменяемые земной атмосферой. В настоящее время в астрономии используются практически все диапазоны от радиоволн до гамма-излучений. Поэтому современную астрономию называют Всеволновой .

Превращение астрономии во всеволновую позволило зарегистрировать излучения из таких областей, где материя (то есть вещество и излучение) находятся в так называемых экстремальных (предельных) условиях, таких которые невозможно реализовать в лабораториях на Земле. Мы рассмотрим только несколько источников электромагнитного излучения: солнце, пульсары и квазары.

III. Тест на слайдах.

Учитель. Раньше всю информацию о Вселенной получали в видимом диапазоне с помощью оптических телескопов. В XX веке появилась возможность анализировать данные, поступающие в радиодиапазоне, для этого используют радиотелескопы. В настоящее время исследование галактик и других объектов Вселенной проводят в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском диапазонах с помощью детекторов, установленных на космических кораблях и спутниках.

Космические аппараты позволили проводить исследования космических объектов во всех диапазонах длин волн электромагнитных излучений. На слайде представлена фотография растущей луны, сделанная в гамма-лучах; солнце в рентгеновских лучах; млечный путь в различных диапазонах .

Выводы

Исследования электромагнитного излучения имеют огромное значение для уточнения наших представлений о строении вещества. Исследования инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений помогли выяснить строение молекул и внешних электронных оболочек атомов; изучение рентгеновского излучения позволило установить строение внутренних электронных оболочек атомов и структуру кристаллов, а излучение гамма-лучей дает много ценных сведений о строении атомных ядер. Анализ информации, полученной во всем спектре электромагнитных волн позволяет составить более полную картину структуры объектов во Вселенной, тем самым расширить границы познания природы

Подведем итоги урока:

Что мы узнали нового на уроке?

Познакомились со шкалой э/м волн.

Анализ источников электромагнитного излучения различных диапазонов частот и выводы учащихся.

Домашнее задание:

Параграф 51, 52. Подготовить сообщение на темы ( по выбору):

Электромагнитная природа света. Телевидение. Радиолокация. Лазер. Способы переработки радиоактивных отходов. Сфотографировать различные оптические явления и сделать к фото описание.

Оценки за урок.

Урок окончен, до свидания!

Разработка урока по физике в 9 классе по теме: "Шкала электромагнитных волн"

Опубликовано 23.02.2014 г.