Електромагнітні випромінювання різних діапазонів довжин хвиль: радіохвилі, інфрачервоне, видиме, ультрафіолетове та рентгенівське проміння
| Вид материала | Урок |
- Випромінювання І спектри. План, 52.32kb.
- Вплив ультрафіолетового проміння на шкіру людини, 56.08kb.
- Андрущак Назарій Анатолійович Національний університет „Львівська політехніка” Автоматизація, 112.04kb.
- Загальноосвітня школа №5 І-ІІІ ступенів, 136.67kb.
- Формули для спектральної густини енергії випромінювання абсолютно чорного тіла, отриманого, 358.27kb.
- Маркін М. О., Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут",, 11.4kb.
- “Закономірності хвиле-вихрових процесів у суцільному середовищі, 149.9kb.
- «Розробка керамічних матеріалів, що захищають від дії електромагнітного випромінювання», 243.96kb.
- Тема уроку: Біологічний вплив радіоактивного випромінювання. Мета уроку, 81.45kb.
- Контрольні запитання по дисципліні “безпека життєдіяльності”, 34.58kb.
Електромагнітні випромінювання різних діапазонів довжин хвиль: радіохвилі, інфрачервоне, видиме, ультрафіолетове та рентгенівське проміння.
Мета уроку: познайомити учнів із видами електромагнітних випромінювань, їх фізичними властивостями, методами одержання те реєстрації; розвивати логічне мислення учнів; виховувати творчі здібності і бажання отримувати знання.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Хід уроку.
І. Організаційний момент.
Оголошення теми і мети уроку.
ІІ. Актуалізація опорних знань.
В залежності від частоти чи довжини хвилі (ці величини пов'язані між собою), електромагнітні хвилі відносять до різних діапазонів. Хвилі в різних діапазонах різним чином взаємодіють із фізичними тілами.
Електромагнітні хвилі з найменшою частотою (або найбільшою довжиною хвилі) належать до радіодіапазону. Радіодіапазон використовується для передачі сигналів на віддаль за допомогою радіо, телебачення, мобільних телефонів. У радіодіапазоні працює радіолокація. Радіодіапазон розділяється на метровий, дицеметровий, сантиметровий, міліметровий, в залежності від довжини електромагнітної хвилі.
Електромагнітні хвилі з вищою частотою належать до інфрачервоного діапазону. В інфрачервоному діапазоні лежить теплове випромінювання тіла. Реєстрація цього випромінювання лежить в основі роботи приладів нічного бачення. Інфрачервоні хвилі застосовуються також для вивчення теплових коливань у тілах і допомагають встановити атомну структуру твердих тіл, газів та рідин.
Електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 400 нм до 800 нм належать до діапазону видимого світла. В залежності від частоти й довжини хвилі видиме світло розрізняється за кольорами.
Хвилі з довжиною меншою за 400 нм називаються ультрафіолетовими. Людське око їх не розрізняє, хоча їхні властивості не дуже відрізняються від властивостей хвиль видимого діапазону. Більша частота, а, отже, й енергія квантів такого світла призводить до більш руйнівної дії ультрафіолетових хвиль на біологічні об'єкти. Земна поверхня захищена від шкідливої дії ультрафіолетових хвиль озоновим шаром. Для додаткового захисту природа наділила людей темною шкірою. Проте ультрафіолетові промені потрібні людині для продукування вітаміну D. Саме тому люди в північних широтах, де інтенсивність ультрафіолетових хвиль менша, втратили темне забарвлення шкіри.
Електомагнітні хвилі ще вищої частоти належать до рентгенівського діапазону. Вони називають так тому, що їх відкрив Рентген, вивчаючи випромінювання, яке утворюється при гальмуванні електронів. В закордонній літературі такі хвилі заведено називати X-променями, поважаючи бажання Рентгена, щоб промені не називали його іменем. Рентгенівські хвилі слабо взаємодіють із речовиною, сильніше поглинаючись там, де густина більша. Цей факт використовується в медицині для рентгенівської флюорографії. Рентгенівські хвилі застосовуються також для елементного аналізу та вивчення структури кристалічних тіл.
Найвищу частоту й найменшу довжину мають γ-промені. Такі промені утворюються внаслідок ядерних реакцій і реакцій між елементарними частинками. γ-промені мають велику руйнівну дію на біологічні об'єкти. Проте вони використовуються у фізиці для вивчення різних характеристик атомного ядра.
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
Шкала електромагнітних хвиль являє собою безперервну послідовність частот і довжин електромагнітних випромінювань, що представляють собою що розповсюджується в просторі змінне магнітне поле. Теорія електромагнітних явищ Джеймса Максвелла дозволила встановити, що в природі існують електромагнітні хвилі різних довжин.
Експериментальні роботи німецького вченого Г. Герца та російського вченого П. Н. Лєбєдєва підтвердили теорію Максвелла і довели, що світлове випромінювання являє собою дуже короткі електромагнітні хвилі, створювані природними вібраторами - атомами і молекулами.
Залежно від способу отримання електромагнітних хвиль їх поділяють на кілька діапазонів частот(або довжин хвиль). Між сусідніми діапазонами шкали немає чітких меж. Діапазони хвиль різних типів перекривають один одного, отже, хвилі таких довжин можна одержати двома способами.
Принципової різниці між окремими випромінюваннями немає, оскільки всі вони представляють електромагнітні хвилі, що породжуються зарядженими частинками. Але в залежності від довжини хвилі вони володіють різними властивостями: наприклад, проникаючої здатністю, видимістю,коефіцієнтом відображення і т.д.
Ці відмінності визначаються загальною закономірністю шкали електромагнітних хвиль: у міру зменшення довжини хвилі хвильові властивості світла, такі як інтерференція, дифракція і поляризація, проявляються слабше, а квантові властивості світла, пов'язані з властивостями частинок,проявляються сильніше.
У вакуумі електромагнітні хвилі досягають найбільшої швидкості - швидкості світла (c = 3·108 м/с). Властивості електромагнітних хвиль найлегше вивчати, використовуючи передавач і приймач, які працюють на сантиметровому діапазоні. Випромінювання і приймання таких хвиль можна зробити спрямованими. Досліди Герца і пізніше проведені експерименти показали, що електромагнітні хвилі мають такі властивості:
1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно;
2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль;
3) заломлюються;
4) фокусуються;
5) дають явища дифракції і інтерференції;
6) поляризуються.
Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.
Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль. Весь діапазон поділяють на декілька вузьких ділянок, для яких установлено конкретні межі.
Радіохвилі поділяють на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усіх їх переважно використовують у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метрові, дециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті - у радіолокації. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери, фокусування променів яких дозволяє краще обробляти матеріали.
Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій, утворення потрібних генних мутацій та ін. Поверхня Землі захищена від шкідливих складових ультрафіолетових променів Сонця озоновим шаром (О3). Його збереження - це одна з важливих екологічних проблем.
Рентгенівське проміння отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольтів. На відміну від світлового проміння видимого спектра й ультрафіолетового проміння, воно має значно меншу довжину хвиль. Причому довжина хвилі рентгенівського проміння є тим меншою, чим більша енергія електронів, які бомбардують перешкоду.
У встановленні природи цього випромінювання визначальними були дослідження українського вченого Івана Пулюя (1845 - 1918 рр.) на електронних вакуумних трубках власної конструкції, проведені задовго до відкриття В. Рентгена. Однак, В. Рентген першим запатентував відкриття Х-променів і тому їх називають рентгенівськими.
На сучасному етапі для добування рентгенівського проміння розроблені досить досконалі пристрої, які називають рентгенівськими трубками (рис.5.2.17). Катод 1 - вольфрамова спіраль, яка випромінює електрони внаслідок термоелектронної емісії. Циліндр 2 фокусує потік електронів, які потім падають на металевий електрод (анод) 3. При цьому виникає рентгенівське проміння. Напруга між анодом і катодом досягає кількох десятків кіловольтів. У трубці створюється глибокий вакуум; тиск газу в ній не перевищує 10-5 мм. рт. ст.
У потужних рентгенівських трубках анод охолоджують проточною водою, оскільки внаслідок гальмування електронів виділяється велика кількість теплоти. На корисне випромінювання йде лише близько 3 % енергії електронів.
Рентгенівські промені майже одразу знайшли застосування в медицині. Ці промені за довжиною перекриваються із g-промінням, яке утворюється під час розпаду нестійких ядер. Вони проходять через товстий шар металу, тому їх використовують для перевірки якості великих злитків, зон зварювання товстого металу та іншого. g-проміння використовують у медицині, геології та інших галузях.
ЗАПИТАННЯ:
1. Чому електромагнітні хвилі мають різні довжини?
2. Чи існують у природі закони, які обмежують довжину електромагнітної хвилі?
3. Як побудована логарифмічна шкала електромагнітних хвиль?
4. На які діапазони поділяють шкалу електромагнітних хвиль?
5. За якими ознаками виділяють діапазони електромагнітних хвиль?
6. На які частини поділяють радіодіапазон хвиль?
7. Чому в разі використання коротких хвиль досягають значних відстаней зв'язку?
8. У чому полягає причина відмінності у процесі поширення коротких хвиль: удень і вночі; влітку і взимку?
9. Які властивості ультракоротких хвиль?
10. Чому ультракороткі хвилі в наш час набули широкого застосування?
11. Які основні властивості інфрачервоних променів?
12. Що є джерелом інфрачервоного випромінювання?
13. Яке практичне застосування мають інфрачервоні промені?
14. Яке електромагнітне випромінювання називають інфрачервоним?
15. Яке електромагнітне випромінювання називають ультрафіолетовим?
16. Які основні властивості ультрафіолетового випромінювання?
17. Де застосовують ультрафіолетове випромінювання?
18. Як ультрафіолетове випромінювання взаємодіє з речовиною?
19. Яке електромагнітне випромінювання називають рентгенівським?
20. Як одержують рентгенівське випромінювання?
21. Які основні властивості рентгенівського випромінювання?
22. Хто з учених відкрив рентгенівські промені?
23. Де застосовують рентгенівські промені на практиці?
24. Чи можна змінювати довжину хвилі рентгенівського випромінювання і як?
ІV. Підсумок уроку.
Домашнє завдання: §