Содержание
Разделы: Физика
Цель урока: обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;
Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;
Развивающая: Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;
Воспитательная: Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;
Тип урока: урок повторения и коррекции знаний;
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 ).
- « Физика- 11» Мякишев
- Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
- Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
- Ресурсы Интернета
Шкала электромагнитных волн или излучений представляет собой ряд диапазонов электромагнитных волн, которые распределяются в соответствии с частотой. Распространяющиеся в пространстве периодически изменяющиеся вихревые электрическое и магнитное поля представляют собой электромагнитные колебания.
Общее понятие
Свойства электромагнитных колебаний открыты в начале XIX века английским ученым Д. К. Максвеллом. Физик считал, что электромагнитные волны перпендикулярны направлению распространения волны, ее скорости. Но электромагнитное поле существует отдельно от указанных выше двух. Магнитное и электрическое поля, взаимодействуя друг с другом, действуют на заряженные частицы поверхности волнового фронта, создают поле, существующее независимо, обладающее собственными свойствами.
Электромагнитные волны могут распространяться в разных средах, в том числе и в вакууме. Само поле — материя, которая распространяется в среде. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, т. е. 3*10 в 8 степени м/с. Значение не затухает, проходя через пространство, постоянно.
Шкала электромагнитных излучений показывает, как один качественный вид излучений переходит в другой по мере того, как изменяются взаимосвязанные количественные показатели частоты, длины волны. Один из видов диапазонов излучений — видимый свет.
Дополнительные цвета спектра
Спектр видимого света содержит как основные, так и дополнительные цвета. Каким образом можно получить дополнительные цвета? Их получение основано на опыте И. Ньютона, который в 1671 году, используя призму, разложил белый луч солнечного света на спектр: последовательно расположенные красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый цвета.
Дополнительные цвета спектра получаются разными способами:
- Если разделить спектр на две части (красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую), две смеси из трех первых и трех вторых дадут два цвета. Особенность последних такова, что если собрать их вместе линзой, снова получается белый.
- Если физически закрыть в спектре один цвет, затем собрать линзой оставшиеся цвета, полученный цвет будет дополнительным по отношению к закрытому. Например, если закрыть зеленый, соберется красный, закрывая желтый — фиолетовый. Красный цвет будет дополнительным к зеленому, а фиолетовый — к желтому.
Замкнув последовательность цветов спектра в круг, получим схему, называемую спектральным кругом.
Первичные дополнительные цвета:
- красный и зеленый;
- желтый и фиолетовый;
- синий и оранжевый.
Таблица 1. Дополнительные цвета.
| Выделенная часть | Красная | Оранжевая | Желтая | Желто-зеленая | Зеленая | Голубовато-зеленая |
| Цвет смеси оставшихся лучей | Голубовато-зеленый | Голубой | Синий | Фиолетовый | Пурпурный | Красный |
При смешении дополнительных цветов, что доказано опытным путем, чистый цвет получить уже невозможно — любая примесь дополнительного цвета к основному снижает насыщенность.
Спектр солнечного излучения
Солнце — источник жизни на планете, источник излучения, солнечного света, несущего энергию.
В электромагнитный спектр солнечного света включаются три разных вида волн:
- ультрафиолетовое излучение;
- видимый свет;
- инфракрасное излучение.
Первый последовательный вид обладает наиболее низкими частотами и относительно длинной волной, последний — высокими частотами и короткой волной.
Видимая часть спектра
Д. К. Максвелл сделал вывод, что видимый свет — один из видов электромагнитных излучений, спектр видимого солнечного света состоит из семи цветов. Человек может увидеть, как в призме, преломляясь, свет распадается на семь цветов, может любоваться преломленным в каплях дождя светом, глядя на радугу.
Цвета распределены на шкале в соответствии с частотой и на шкале занимают маленький отрезок, умещаются в сравнительно небольшом диапазоне, но это все, что можно увидеть глазами. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, с меньшими и большими значениями, уже недоступны человеческому зрению.
В радуге один цвет постепенно переходит в другой согласно определенной последовательности, отображающей распределение цветов при разделении луча видимого света белого цвета. Свойства цвета (красного, синего, желтого) определяются свойствами длины соответствующих волн.
Видимая часть солнечного спектра — часть спектра, которая при воздействии на орган зрения вызывает зрительные ощущения. Наиболее сильные отзывы в человеческом глазу вызывает желто-зеленый луч, остальные менее чувствительны. Лучи, видимые глазу, обладают длиной волны в пределах 400–760 нм. Глазу доступны некоторые более длинноволновые и более коротковолновые лучи при их достаточной интенсивности.
Свет важен для человека. Раздражая орган зрения, свет активизирует обмен веществ, улучшает самочувствие, вдохновляет, способствует повышению работоспособности. Можно заметить, что недостаточное освещение приводит к снижению активности, на предприятиях приводит к ошибкам, производственным травмам.
Шкала электромагнитных излучений
Отличаясь друг от друга количественно, электромагнитные волны определенным образом могут быть получены с использованием приборов. Существуют естественные и искусственные источники явления. Помимо приборов и источников волн на Земле, электромагнитные волны излучаются и космическими объектами.
Низкочастотные волны, радиоволны, инфракрасное световое излучение, оптическое излучение, рентгеновские спектры, невидимые излучения гамма — различные участки условной шкалы, показывающей области λ — области длин волн.
Таблица спектра электромагнитных излучений
| Название | Частота | Длина волн | Источники, | Космические источники |
| Низкочастотные излучения | более 10000м | 0-30 кГц | Генератор переменного тока, домашняя и офисная электротехника, ЛЭП и др. | Магнитное поле Земли |
| Радиоволны | 1мм-10000м | 30кГц-300ГГц | Переменный ток в колебательном контуре, полупроводниковые приборы | Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы, облака межзвездного газа, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, квазары |
| Инфракрасное световое излучение | 1мм-780нм | 300ГГц-429ТГц | Тепловые источники, лазер, ртутно-кварцевая лампа | Солнце, межзвездная и околозвездная пыль, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, планеты, малые тела Солнечной системы |
| Видимое излучение световое | 780-380нм | 429-750ТГц | Лампа накаливания, пламя, молния, лазер | Солнце, другие звезды (с температурой 10-100 тысяч градусов) |
| Ультрафиолетовое излучение | 380-10нм | 7,5*1000000000000000-3*100000000000000000Гц | Углеродная дуга | Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма |
| Рентгеновское излучение | 10-5*10в-3 степени нм | 3*100000000000000000-6*100000000000000000000Гц | Рентгеновская трубка | Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления. |
| Гамма-излучение | менее 5*10 в 3 степени нм | более 6*100000000000000000000 Гц | Атомные ядра, Кобальт-60 | Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров |
Чувствительность человеческого глаза
Одно из главных свойств электромагнитных волн является степень их поглощения веществом. Различие можно обнаружить между длинноволновыми и коротковолновыми излучениями. Первые поглощаются с гораздо большей интенсивностью, чем коротковолновые, однако обладают дополнительным свойством: при поглощении обнаруживают свойства частиц.
Преобразуя энергию, идущую от источника видимого светового диапазона, в зрительной системе человек получает сигналы из окружающей среды. Свет попадает на сетчатку глаза, возбуждает фоторецепторы, от которых сигнал передается в нейронные связи коры головного мозга, находящиеся в затылочной доле коры больших полушарий. В головном мозге в результате подобных преобразований формируется зрительный образ.
Развиваясь эволюционно, человеческий глаз сформировался наилучшим образом для восприятия солнечного света. В результате зрительный орган современного человека улавливает электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400–750 нм (видимое излучение). От более низковолновых излучений (ультрафиолета) глаз защищен областью хрусталика с низкой прозрачностью.
Определение спектральных границ чувствительности глаза
Зная законы преломления света, можно опытным путем определить спектральную чувствительность глаза. Основной инструмент — дифракционная решетка с определенным периодом.
Луч света, проходя через решетку, попадает на сетчатку. Глаз играет роль линзы, собирающей лучи в пучок, результат зависит от угла луча. Опыт доказывает, что чувствительность человеческого глаза совпадает с диапазоном видимого света по шкале.
Электромагнитная природа света
На заре изучения природы света до открытия электромагнитных световых волн существовали различные мнения. Так, история открытия гласит, что из рассуждений И. Ньютона развилась теория о свете как о потоке частиц, квантов, об электрических колебаниях, а из рассуждений Х. Гюйгенса — волновая теория света.
Согласно квантовой теории, от источников энергии атомов последняя передается веществу, то же происходит и с энергией квантов. Волны светового спектра излучений обладают квантовыми свойствами.
Электромагнитная природа света была доказана и описана при помощи формул Д. К. Максвеллом.
Теоретическое исследование природы электромагнитных излучений принесло несомненную пользу человечеству. Явление стало применяться в медицине, быту, радиовещании и многих других областях.
| Название диапазона | Длина волны (м) | Частота (Гц) | Источник | Индикатор | Основные свойства | Применение | Действие на человека |
| 1. Радиоволны | Переменные токи в проводниках и электронных потоках, генератор радиочастот (Солнце, звёзды, галактики, метагалактики) | Радиовещание, радиосвязь, телевидение, радиолокация, астрономия, радиоспектроскопия, радиометрология. | отсутствует | ||||
| 2. Инфракрасное излучение | Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях (Солнце, лампы накаливания, лазеры) | Фото и терморезисторы, специальные фотоэмульсии, фотокатоды на частотах ИК. | Для ИК прозрачны Ge, Si, бумага (черная), меньше рассеивается на мелких частицах, чем свет. | Медицина, исследования (УВЧ) атомных и молекулярных структур, приборы ночного видения, связь, сушка и нагревание. | Вызывает повышение температуры человеческого тела (может иметь, как положительный, так и отрицательный характер). | ||
| 3. Свет (видимое излучение) | Атомы и молекулы под воздействием электронов (Солнце, лампы, хим. источники, лазеры) | Глаз человека, фотоэмульсии, фоторезисторы, фотоэлементы, фотокатоды. | Отражение, преломление, действие на фотохимические реакции (разрушение родопсина –зрения) | Освещение различных объектов, реализация зрения, фотоэффект (важные биологические, социальные и другие функции). | Понижение выработки мелатонина (антидепрессивное действие). | ||
| 4. Ультрафиолетовое облучение | Излучение атомов при воздействии ускоренных электронов (излучение ионов, атомов) | Маложелатиновые фотослои, фотодиоды, ионизационные камеры (фотоумножители, счетчики фотонов). | Приводит к фотоэффекту и ионизации вещества, легко поглощается стеклом и взвесями (некоторых диапазонов – воздухом). | Исследования электронной структуры, физических термических процессов, электронная спектроскопия, фотохимические реакции, люминесцентные лампы, криминалистика. | |||
| 5. Рентгеновские лучи | Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц (Рентгеновские трубки) | Ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики, вторичноэлектрронные умножители, каналовые умножители, микроканальные пластины с повышением AgBr. | Фотоэффект. Комптон эффект. Мало преломляются, способны к полному внешнему отражению. | Медицина, астрономия, атомная физика и химия, микроскопия, спектроскопические исследования. Медицина – онкология. | Названные эффекты взаимодействия с веществом ведут в малых дозах к стимулированию жизненных процессов, но и в них опасны канцерогены (ионизационный источник). | ||
| 6.γ-излучение | Ядерные процессы, радиоактивный распад, космические процессы. | Ионизационные, пузырьковые камеры, специальные фотоэмульсии. | Проникающее излучение, действие резко отрицательное. |
Выполнил: Печура Иван, 11 «Б».
Похожие работы
. переходит в энергию вылетевших электронов. Остальная часть поглощенных световых квантов ведет к нагреванию металлов. Шкала электромагнитных волн Электромагнитные излучения с различными длинами волн имеют довольно много различий, но все они, от радиоволн и да гамма-излучения, одной физической природы. Все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей степени проявляют свойства .
. волн Герц пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р, имеющим такую же частоту собственных колебаний, что и излучающий вибратор, т. е. настроенным в резонанс с вибратором Когда электромагнитные волны достигали резонатора, то в его зазоре проскакивала электрическая искра. С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 МГц и получил волны, длина я7l которых составляла .
. друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации. 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 гамма- .
. , хотя изучение поведения бегущих волн в замкнутых системах представляет и чисто практический интерес. В настоящей работе проведено экспериментальное исследование поведения бегущих электромагнитных волн в волноводном тракте. Целью настоящей работы являлось исследование частотной зависимости амплитуды бегущей электромагнитной волны в кольцевом волноводном тракте. Для этого необходимо было решить .