Обобщающий урок "Шкала электромагнитных излучений"
Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».
Ход урока:
1. Объяснение нового материала.
1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами. 2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра. 3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны. 4. 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. 5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой. 6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. 7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.
Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.
1. Низкочастотные колебания
Низкочастотные колебания Длина волны(м) 10 13 - 10 5 Частота(Гц) 3· 10 -3 - 3 ·10 3 Энергия(ЭВ) 1 – 1,24 ·10 -10 Источник Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц) Телефонные сети ( 5000Гц) Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители) Приемник Электрические приборы и двигатели История открытия Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 ) Применение Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители)
2. Радиоволны
Радиоволны Длина волны(м) 10 5 - 10 -3 Частота(Гц) 3 ·10 3 - 3 ·10 11 Энергия(ЭВ) 1,24 ·10-10 - 1,24 · 10 -2 Источник Колебательный контур Макроскопические вибраторы Приемник Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера История открытия Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги Применение Сверхдлинные- Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние- Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие- радиолюбительская связь УКВ- космическая радио связь ДМВ- телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ- радиолокация
Инфракрасное излучение Длина волны(м) 2 ·10 -3 - 7,6· 10 -7 Частота(Гц) 3 ·10 11 - 3 ·10 14 Энергия(ЭВ) 1,24· 10 -2 – 1,65 Источник Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м Приемник Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки История открытия Рубенс и Никольс ( 1896 г.), Применение В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,
4. Видимое излучение
Видимое излучение Длина волны(м) 6,7· 10 -7 - 3,8 ·10 -7 Частота(Гц) 4· 10 14 - 8· 10 14 Энергия(ЭВ) 1,65 – 3,3 ЭВ Источник Солнце, лампа накаливания, огонь Приемник Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы История открытия Меллони Применение Зрение Биологическая жизнь
5. Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение Длина волны(м) 3,8 10 -7 - 3 ·10 -9 Частота(Гц) 8 ·10 14 - 10 17 Энергия(ЭВ) 3,3 – 247,5 ЭВ Источник Входят в состав солнечного света Газоразрядные лампы с трубкой из кварца Излучаются всеми твердыми телами , у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся ( кроме ртути) Приемник Фотоэлементы, Фотоумножители, Люминесцентные вещества История открытия Иоганн Риттер, Лаймен Применение Промышленная электроника и автоматика, Люминисценнтные лампы, Текстильное производство Стерилизация воздуха
6. Рентгеновское излучение
Рентгеновское излучение Длина волны(м) 10 -9 - 3 ·10 -12 Частота(Гц) 3 ·10 17 - 3 ·10 20 Энергия(ЭВ) 247,5 – 1,24 ·105 ЭВ Источник Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др. Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии) Солнечная корона Приемник Фотопленка, Свечение некоторых кристаллов История открытия В. Рентген , Милликен Применение Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов)
7. Гамма - излучение
Гамма - излучение Длина волны(м) 3,8 ·10 -11 - меньше Частота(Гц) 8· 10 14 - больше Энергия(ЭВ) 9,03 ·10 3 – 1, 24 ·10 16 ЭВ Источник Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение Приемник счетчики История открытия Применение Дефектоскопия; Контроль технологических процессов; Терапия и диагностика в медицине
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 ).