Конспект уроку-конференції «Шкала електромагнітних випромінювань. Властивості та застосування різних видів випромінювання»

Конспект уроку-конференції

«Шкала електромагнітних випромінювань.

Властивості та застосування різних видів випромінювання»

Мета: повторити, узагальнити та систематизувати знання учнів з теми «Електромагнітні випромінювання». Довести єдність та пізнавальність світу. Показати, що матеріальні об'єкти мають безліч різних фізичних властивостей, для яких характерні кількісні та якісні зміни, пов'язані одне з одним. Розвивати логічне мислення учнів, вміння застосовувати знання в нових ситуаціях. Виховувати бережливе ставлення до природи і людини, бажання пізнавати довкілля.

Тип уроку: повторювально-узагальнюючий урок - конференція.

Організаційний момент.

Шестеро учнів займають місце за столами, на яких встановлено таблички: фізик - експериментатор, інженер, філософ, еколог, лікар-біолог, історик. Ще п'ятеро учнів сідають за столи з табличками: мистецтвознавець, лінгвіст, майстер спорту, астроном.

Учитель

Світ постає перед нами як суцільне володіння хвиль: великих та малих, довгих та коротких. Одні підіймаються вище щогл найбільших кораблів, інші і в мікроскоп не побачиш. Є такі, що на одному подиху пробігають навколо земної кулі і такі, для яких атоми стають нездоланними перепонами.

Бачити, як ллються на вас з неба хвилі у вигляді сонячного проміння, як тремтять у листі, наповнюють музикою, б'ються у кожній жилці?

На сьогодні ви накопичили чимало знань про хвилі, але ці знання необхідно систематизувати, розкласти в свідомості « по поличках», бо знання тільки тоді приносять користь, коли ними можна скористатися в будь-який момент для того, щоб пояснити якість явища природи, краще зрозуміти, як працюють складні механіки та прилади. Взагалі, освічена людина краще виконує будь-яку роботу.

І ось сьогодні ми проводимо наукову конференцію, на якій буде розглянуто два питання:

1.     Електромагнітні хвилі як одне з основних понять фізики.

2.     Електромагнітні хвилі як одно з форм існування матерії.

Учитель представляє учасників конференції.

Учитель. Учасники конференції проведуть дискусію про історію відкриття, походження, властивості та застосування електромагнітних хвиль різних частот. Конференція стане ще одним кроком у пізнанні світу, бо всі таємниці природи мабуть ніколи не будуть розгадані.

Якщо в ході конференції у присутніх виникнуть питання, будь ласка, запитуйте: добре поставлене питання - то вже половина відповіді.

Фізик-експериментатор.

Отже, електромагнітні хвилі. На відміну від хвиль звукових, які являють собою коливання часток і можуть розповсюджуватись тільки в речовині, електромагнітні хвилі - система електричних і магнітних полів, що періодично змінюються. Тому електромагнітні хвилі можуть розповсюджуватись у вакуумі, переносячи електромагнітну енергію.

Одна з основних характеристик хвиль - довжина хвилі - це відстань, яку хвиля проходить за один період коливань. Швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі становить 3 • 10⁸ м/с.

З одним із видів електромагнітних хвиль кожний знайомиться в дитинстві - це звичайне світло. Воно приходить до нас від Сонця, затративши на цей шлях вісім з половиною хвилин. Від зірок та найвіддаленіших галактик світло іде тисячі й навіть мільйони років. Але йому необхідні лише мільйонні частки секунди, щоб потрапити в наші очі від земних джерел: вогнища, блискавки, лампи, екрана телевізора.

Чи треба говорити, що означає для людей світло! Майже 90 % всієї інформації про світ і все, що нас оточує, ми отримуємо завдяки видимому світлу. Довжина його хвилі знаходиться в межах від 4 • 10^-7 м до 7,6 • 10^-7 м. Кольори предметів визначаються тим, котрі з падаючих на них променів відбиваються, тобто, тим, яка довжина хвилі відбитих променів.

Історик.

Зупинити мить вдалося у 1838 році французькому художнику Жаку Дагеру, який зумів записати зображення за допомогою світлової енергії на світлочутливій пластині.

Лінгвіст.

Вибачте. Я - лінгвіст. Я поясню походження та значення слів. Грецькою мовою світло - фотос, а запис - графос. Як, на вашу думку, називається запис зображення за допомогою світла? Правильно, фотографія.

Історик.

Англійський фізик Джеймс Максвелл в 1861 році створив першу в історії кольорову фотографію на склі. Він використав для цього розроблену ним теорію додавання та віднімання кольорів.

Інженер (репліка).

Цей же принцип додавання та віднімання кольорів покладено в основу кольорового телебачення та сучасного друкування.

Історик.

Значення фотографії важко переоцінити особливо, якщо врахувати, що з фотографії виросли кіно і телебачення. Фотографія відтворює образи видатних людей.

Біолог.

Тільки в XX столітті завдяки розвиткові біології та створенню потужних мікроскопів вдалося з'ясувати механізм кольорового сприйняття світу.

Клітини сітківки ока - колбочки - поділяються на три типи: червоний, зелений чи синій. При складанні кольорів різної інтенсивності в зорових центрах головного мозку формується повно колірний образ.

В 1794 році англійський фізик Дальтон описав порушення кольорового зору. Воно полягає в нездатності розрізняти деякі кольори, частіше червоний та зелений і називається дальтонізмом.

Питання до аудиторії. Чому люди, що страждають дальтонізмом, не допускаються до керування транспортними засобами?

Учитель.

В давнину вчених називали філософами, тобто любителями мудрості. Сучасна філософія - наука про найбільш загальні закони розвитку природи пізнання. Отже, слово філософу.

Філософ.

Людей давно хвилювало питання про кольори. Чи існують кольори в природі, чи це лише здатність нашої свідомості сприймати світло з різною довжиною хвиль як різні кольори? Чи реальний світ фарб, чи це - ілюзія? Але ж ми самі й наша свідомість - частина матерії. З матеріальними колбочками зору взаємодіють матеріальні хвилі різної довжини. Що повинно викликати ілюзію? Світ кольорів реальний.

Історик.

Вчені давно відчували: видимі промені оточені океаном невидимих випромінювань. Знаменитий Тит Лукерцій Кар ще в першому столітті нашої ери висловлював припущення, що у Сонця «є багато жарких, сильних, невидимих променів».

В кінці XVIII ст. англійський астроном Вільям Гершель розмістив за червоною частиною спектра чутливий термометр і виявив, що термометр нагрівається. Це було так незвичайно, що Гершель 20 років зберігав мовчання і тільки в 1800 році надрукував свої роботи. І зробив це вчасно, бо вже в наступному 1801-році два вчених - німецький Ріхтер та англійський Волластон незалежно один від одного виявили поруч з фіолетовою смугою спектра невидимі промені, що заломлювались сильніше за фіолетові.

Лінгвіст.

Були відкриті два нових випромінювання. Це два молодших брати видимого світла, їм необхідно дати імена. Інфра.(латинською) - нижче.

Інфрачервоне випромінювання - випромінювання нижче червоного за частотою. Ультра - те, що знаходиться за межами.

Ультрафіолетове випромінювання знаходиться за межами фіолетового. Виявити ультрафіолетове випромінювання можна за допомогою люмінесценції.

(Люмен (латинська) - світло). Люмінесценція - холодне свічення під дією ультрафіолетових променів.

Фізик.

Інфрачервоне випромінювання виникає від усіх тіл, температура яких вище абсолютного нуля. Інтенсивність та частота випромінювання зростають при збільшенні температури.

Ультрафіолетове випромінювання Сонцем, зірками. 50% енергії Сонця, що доходить до нас - інфрачервоне випромінювання, а 10 % - ультрафіолетове.

Біолог.

Те, що ультрафіолетові промені проникають через кварцове скло, використовують в так званих кварцових лампах, які широко застосовуються в медицині. Виходячи з того, що ультрафіолетові промені вбивають мікроорганізми, їх використовують для стерилізації операційних та «квартування» лікарняних палат.

Малі дози ультрафіолетових променів благотворно впливають на організм людини, стимулюють утворення вітамінів групи «Д», поліпшують імунобіологічні властивості організму. Великі дози можуть викликати утворення злоякісних пухлин.

Еколог.

Ультрафіолетове випромінювання Сонця сильно поглинається атмосферою Землі, утворюючи на висоті приблизно 25 км в ній озон. Викиди двигунів автомобілів, літаків, ракет, теплових електростанцій руйнують озоновий шар. Сюди ж свій негативний вплив додають фреони, що використовуються при роботі холодильників та різних аерозольних пристроїв. В результаті цих впливів в деяких місцях атмосфери виникають озонові дірки, в які буквально вривається ультрафіолет з космосу. Наслідки - шкода для живих організмів.

З іншого боку викиди теплових двигунів мають великий вміст вуглекислого газу. Він прозорий для видимого світла, не пропускає інфрачервоні промені. В результаті відбувається штучне нагрівання повітря - парниковий ефект, який може привести до глобального потепління клімату, танення льодовиків, підвищення рівня світового океану. Будемо сподіватися, що колективний розум людства, здатний прогнозувати результати своєї діяльності, попередить виникнення екологічної катастрофи.

Учитель (висновок).

Бачите, що виходить: позитивне і негативне, корисне і шкідливе поєднуються в одних і тих же явищах - інфрачервоному та ультрафіолетовому випромінюванні. В цьому полягає один з фундаментальних законів природи: закон єдності та боротьби протилежностей, справедливий і для інших явищ природи та суспільного життя, в чому ви ще не раз переконаєтесь.

Отож, наш давній приятель - видиме світло - отримав двох молодших братів: інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання.

Радіохвилі - наступне питання.

Філософ.

Найважливішими категоріями філософії є простір та час. Давайте здійснимо подорож у просторі й часі.

Англійський фізик Майкл Фарадей в 1831р. пов'язав електричні та магнітні явища, відкривши електромагнітну індукцію. Там же в Англії Джеймс Максвелл створив теорію електромагнітного поля і теоретично обґрунтував можливість випромінювання електромагнітних хвиль зарядженими частками, що рухаються прискорено. (1862 рік).

В Німеччині 30-річний Генріх Герц в 1888 році повідомив про одержані ним електромагнітні хвилі. Властивості цих хвиль точно збігалися з властивостями світла, як і передбачав Максвелл.

В 1895 році О. С. Попов продемонстрував всьому світові новий вид зв'язку - радіо та застосував його для обміну інформацією між кораблями Чорноморського флоту. Хіба це не тріумф?!

Ось він шлях пізнання: від спостереження до теорії; від теорії до експериментального підтвердження, потім до технічної розробки принципово нового виду зв'язку. Все це ще раз доводить, що електромагнітні хвилі - один з видів матерії.

Інженер.

Життя сучасного суспільства, розвиток виробництва та культури неможливі без постійного обміну інформацією. Радіо і телебачення відіграють в цьому найважливішу роль.

В промисловості телебачення дозволяє контролювати процеси в зонах, недосяжних для самого спостереження: під водою, в землі і шкідливих для людей виробництва.

В 1939 році в місті Харкові було створено перший в світі радіолокатор. Тепер радіолокація використовується у військовій справі, цивільний авіації, метеорології, астрономії, на транспорті.

Питання до аудиторії. З якою метою на транспорті використовуються радіолокатори (радари)?

Астроном.

В 1997 році радіолокаційним методом на Місяці було виявлено воду в твердому стані, яка заповнює кратер, що утворився, вірогідно, при падінні на Місяць комети, а комета, як відомо, майже повністю складається з льоду, тобто кристалічної води.

Учитель.

А що нам може сказати гість, який серйозно займається спортом та цікавиться новинами спортивного життя в своїй країні і в цілому світі?

Спортсмен.

Так, я займаюсь спортом і можу сказати, що електромагнітні хвилі мені зажди допомагають. Видиме світло - бачити противника і точно фіксувати момент старту та фінішу, відтворювати свої дії під час тренувань по записах на відеоплівці. Уболівальники, не потрапивши на стадіон, можуть бачити змагання по телевізору завдяки радіохвилям. Хіба могли про це мріяти наші дідусі та бабусі багато років тому назад?

Але хвилі допомагають не тільки в цьому. Якщо трапиться травма, лазерне випромінювання допоможе зростанню кісток та відновленню м'язових тканин.

До речі, що і акселерація - прискорений ріст людей - відбувається не тільки за рахунок збалансованого харчування, але і під впливом електромагнітного випромінювання від радіо та телевізійних антен.

Учитель.

Дев'ятнадцяте століття виявилося щасливим для фізиків. В перші роки століття опубліковані роботи при відкриття інфрачервоних і ультрафіолетових променів, а в останні роки одержані радіохвилі та рентгенівське випромінювання.

Рентгенівське випромінювання - ще одне з питань нашої конференції.

Історик.

Відкриття Вільгельма Рентгена ні в разі не було випадковістю, бо з появою флуоресцентних екранів (1878 рік) та вакуумних трубок основні вузли рентгенівського апарату були в наявності. Та, як відомо, випадок обирає підготовлений розум. Відкриття було нагородою за працелюбність, спостережливість Рентгена, його вміння дивуватися та аналізувати те, що він спостерігав.

Сталося це відкриття 8 листопада 1895 року. Рентген працював майже цілодобово сім тижнів, за ці дні і ночі він встиг дуже багато: він встановив всі властивості та можливості застосування відкритих ним X - променів, які скоро весь світ став називати рентгенівськими.

В1901 році Рентгену була присуджена перша в історії Нобелівська премія з фізики - заслужена нагорода за відкриття, що за словами Резерфорда поклало початок «нової плідної епохи в фізиці, де відкриття фундаментальної значимості відбувались майже безперервно одне за одним».

Інженер.

Вільгельм Рентген не оформив юридично свій пріоритет, подарувавши своє відкриття всьому людству. Це дало можливість конструкторам розробити нові типи рентгенівських трубок.

Матеріалознавці за допомогою цих трубок можуть виявити бульбашки повітря в зварювальних швах, раковини та тріщини у відливках: рейках, поршнях, циліндрах двигунів.

Що ж таке - рентгенівське проміння?

Джерелом рентгенівського випромінювання виявився анод вакуумної трубки. Випромінювання виникає при гальмуванні електронів, які прискорюються сильним електричним полем. При гальмуванні кінетична енергія електронів перетворюється на енергію електромагнітного випромінювання. Тому випромінювання називають гальмівним.

Рентгенівські промені іонізують повітря, викликають свічення деяких речовин, діють на фотоемульсію, проникають через непрозорі тіла.

Біолог.

Я впевнений, що з рентгенівськими променями всі ми вперше познайомилися в поліклініці. Але зображення людини при просвічуванні її рентгенівськими променями суттєво відрізняється від зображення, створеного видимим світлом.

В медичному діагностуванні рентгенівські промені - незмінний помічник, їх перетворюють в видиме зображення на спеціальному екрані, фотоплівці або в електронно-променевій трубці.

Питання до аудиторії.

Чому не можна часто робити рентгенівське обстеження? Які засоби захисту використовують люди, які постійно працюють з рентгенівським випромінюванням?

Мистецтвознавець.

Реставратори картин та знавці живопису користуються ультрафіолетовими, інфрачервоним та рентгенівськими променями для того, щоб визначити час створення полотна, техніку його виконання. Цей спосіб ґрунтується на тому, що різні фарби по різному пропускають і поглинають випромінювання.

Охорона картин та скульптур за допомогою невидимих променів застосовується в багатьох музеях світу. Якщо чиясь постать перетинає невидимі промені, спрацьовує сигналізація.

Гамма - випромінювання.

Учитель. Ми розглянули природу та використання рентгенівських променів, які були відкриті наприкінці 1895 року. А через кілька місяців, в лютому 1896 року, були відкриті промені, яким пізніше присвоїли назву - гамма - випромінювання. Виникає воно під час перетворення ядер одних елементів в ядра інших. Крім того, властивості гамма-променів дуже схожі на властивості рентгенівських променів, які наче піднесли до вищого степеня:

ü більша іонізуюча здатність;

ü більша проникливість;

ü більша хімічна активність;

ü більша частота коливань,

ü більша небезпека для живих організмів.

Треба сказати, що у всіх розглянутих нами електромагнітних хвиль є ще один родич - низькочастотне випромінювання, яке виникає при роботі електричних генераторів, поблизу ліній електропередач і поширюється лише на кілька метрів, тому практичного застосування не має.

Такими ж властивостями, як і видиме світло, характеризуються всі види електромагнітних хвиль. Це відбивання, заломлення, дисперсія, інтерференція, дифракція та нарешті, однакова для всіх електромагнітних хвиль швидкість у вакуумі 3 • 10⁸ м/с. Електромагнітні хвилі випромінюються зарядженими частками, що рухаються прискорено.

Астроном.

Ще необхідно сказати, електромагнітні хвилі всіх видів випромінюються космічними об'єктами. Виявляється, що водень в міжзоряному просторі Галактики випромінює радіохвилі на довжину точно 21 см., ці хвилі приймаються за допомогою радіотелескопів. Хвилі вивчаються і дозволяють визначати як розподіляється нейтральний водень в галактиках. Туманності Рибацький невід та Кінська голова можна бачити завдяки явищу люмінесценції: речовина туманностей поглинає короткохвильове випромінювання і дає видиме світло. Хвіст комети, що тягнеться на десятки і сотні мільйонів кілометрів, має густину меншу, ніж густина повітря, але може спостерігатися завдяки люмінесценції.

Підсумок уроку: Ми розглянули різні види електромагнітних випромінювань.

1.     Скільки їх? Так, їх сім ,тобто виходить сім'я.

2.     Де ми зустрічаємось з цією сімейкою? А що об'єднує цих родичів?

3.     При яких умовах виникає електромагнітне випромінювання?

Електромагнітне випромінювання виникає в результаті прискореного руху заряджених часток. А сім'ї можна дати ім'я - шкала електромагнітних випромінювань. У вивчені хвиль ми пройшли тим же шляхом, котрим йшло людство: від повної темряви незнання до яскравого світла знань. Тільки знання дозволяють відчути всю красу природи і повноту життя.

Домашнє завдання: Підготувати доповідь на тему - «Використання рентгенівського випромінювання».

Література

1.     Коршак Є. В., Ляшенко О. І., Савченко В. Ф. Фізика 11 кл.. Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів. - К.: Генеза, 2011р.

2.     Біда Д. Д. Інтерактивні уроки фізики. Х. ВГ «Основа», 2006.

3.     Шарко В. Д. Сучасний урок фізики. - К., 2005.

4.     Кирик Л. А. Уроки фізики / Л. А. Кирик. - Х.: Ранок-НТ, 2004.