Урок-семинар:"Шкала электромагнитных волн"
план-конспект урока по физике (11 класс)

«ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН»

Свойства и использование разных видов излучения»

Урок-семинар  проводится в 11 классе.  Целью урока является повторение и закрепление знаний по теме «Шкала электромагнитных волн»

Цели урока:

Образовательная: Повторить, обобщить и систематизировать знания учащихся по теме "Шкала электромагнитных волн". Доказать единство материального мира. Показать, что материальные объекты имеют множество различных физических свойств, которые имеют количественные и качественные изменения, связанные друг с другом;

Воспитательная: Воспитание бережного отношения к природе человеку, желание познавать окружающий мир. Перевести усвоение физики как науки из средства образования в средство такого развития ученика, которое обеспечит переход от обучения к самообразованию.

Развивающая: Развивать логическое мышление, интерес к предмету, умение слушать и слышать собеседника,  умение использовать знания в новых ситуациях.

Структура урока: 

1. Организационный момент.
2. Актуализация  и мотивация учебной деятельности (метод «Мозговой  штурм»)
3. Изучение нового материала. Работа в группах.
4. Отчеты-презентации ученических проектов. Обобщение свойств и характеристик всех видов электромагнитных волн.
5. Подведение итогов урока-семинара.

Ход урока

1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

        Сегодня наш урок пройдет необычно, а в форме путешествия по шкале ЭМВ.

Вселенная – океан ЭМ излучений, а мы живем в этом океане. И каждый день, включая различные приборы, не замечаем, что пространство окружающее нас пронизывают разные виды волн.

На данный момент  вы накопили достаточно знаний о разных видах электромагнитных  излучений. И сегодня  на уроке наша задача систематизировать и обобщить эти знания.

      Поэтому девизом нашего урока нужно выбрать слова  Игоря Васильевича  Курчатова: “Хороша физика, но жизнь коротка!»  Цель нашего урока, не только хорошо разобраться в физических вопросах, но и знать, как влияет излучение на здоровье человека.

    На прошлом уроке я разбила вас на мини группы, каждая из которых получила отдельное задание: найти и обработать материал по данному вопросу.

- Кем и когда было открыто и изучено это излучение?

- Что является источниками этого излучения?

- Какими свойствами обладает это излучение.

- Применение.

- Влияние на здоровье человека. И каждая группа представит защиту своего мини проекта. Путешествуя по шкале ЭМВ, мы должны  заполнить таблицу, которую подготовили на предыдущем уроке, обобщив знания по данной теме.

Учащиеся рассаживаются по группам.

Но прежде чем мы начнем путешествие, пройдем  тест, на доске перед вами  цветной спектр. Используем мнемонику для цветов спектра, которую вы знаете с начальной школы: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».  Каждый из вас должен выбрать в начале и конце урока цвет, который будет соответствовать вашему рабочему настроению. Имейте в виду: яркие цвета (красный, оранжевый) означают вашу активность, добрый настрой. Холодные (синий, фиолетовый) — пассивность, мрачность.

Более ста лет, фактически с начала XIX в., продолжалось открытие все новых и новых волн. Единство волн было доказано теорией Максвелла.

Рассмотрим шкалу электромагнитных волн, которая разделена на диапазоны по частоте, но и по способу излучения.

Строгих границ между отдельными диапазонами электромагнитных волн нет. Принято выделять семь видов излучения:

• низкочастотное излучение,
•  радиоизлучение,
• инфракрасные лучи,
• видимый свет,
• ультрафиолетовые лучи,
•  рентгеновские лучи,
•  γ-излучение.

2. АКТУАЛИЗАЦИЯ И МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Метод «Мозговой штурм»

1.        Кто теоретически предвидел существование  электромагнитных волн:

а) Максвелл; б) Герц; в) Ньютон.

2.        Кто впервые доказал реальность существования электромагнитных волн: а) Максвелл; б) Герц; в) Ньютон.

3.        Что такое электромагнитная волна? (Распространение в пространстве электромагнитного поля, в котором напряженность электрического поля и магнитная индукция магнитного поля изменяется периодически)

4.        Какими свойствами обладают электромагнитные волны? (интерференция, дифракция, отражение, преломление, поглощение)

5.        Кто впервые определил скорость света? (Олаф Ремер 1676г.)

6.        Чему равна скорость света?

7.        Где  и как используются рентгеновские лучи? (в медицине - рентгенодиагностика, в технике - рентгенодефектоскопия)

8.        Кто впервые доказал, что белый свет разлагается на спектр? (Ньютон)

9.        Какое излучение используют для обеззараживания воды? (ультрафиолет)

10.        Какие волны влияют на организм человека,  наиболее сильно? (короткие и ультракороткие)

11.        Чем обусловлена большая проникающая способность рентгеновских лучей? (малая длина волны)

12.        С помощью какого излучения врачи выявляют воспалительные процессы, тромбы и т.д. в организме человека? (инфракрасное)

13.        Почему люди загорают под солнцем? (ультрафиолетовое)

14.        Почему ртутные лампы ультрафиолетового излучения  изготавливают из кварца?

15.        С помощью какого излучения  в  сельском хозяйстве в зерне уничтожают вредных насекомых? (инфракрасное)

16.        Почему человек плохо видит в воде, но хорошо видит в маске? (показатель преломления воды и глаза одинаков, поэтому нет фокусировки на сетчатке)

17.        Что может служить защитой от гамма-излучения? ( Свинец)

18.        Изобретатель радио. (Тесла)

19.        Ученый, открывший гамма излучение? (Виллар)

20.         Перечислите ученых открывших различные  диапазоны электромагнитных волн?

(Ньютон, Гершель, Риттер, Тесла, Рентген, Максвелл, Герц)

3. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

Работа в группах.

Первые волновые теории света 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света.

В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.

Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.

В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической физики, строго оформив её математически, что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.

В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём.

1.        Начинаем с низкочастотных колебаний.  Ребята приготовьтесь записать характеристики для данного излучения.

Отмечу, что они создаются в окружающем пространстве проводами, по которым протекает переменный ток частотой 50 Гц, открытые распределительные устройства, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Излучением таких, сравнительно малых частот, можно пренебречь. Но при длительном воздействии наблюдается головная боль в височной  области, вялость, расстройства сна, снижение памяти, раздражительность, апатия и боли в области сердца.

Защита человека от опасного воздействия электромагнитного облучения осуществляется рядом способов, основными из которых являются: уменьшение излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии, применение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты.

Для реализации этих способов применяются: экраны, поглотительные материалы, индивидуальные средства.

2.        Радиоволны.

Большая частота радиоволн, по сравнению с  низкочастотным излучением приводит к заметному излучению радиоволн в пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на различные расстояния. Передаются речь, музыка, телеграфные сигналы (радиосвязь), изображения различных объектов (радиолокация).

Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн  считается итальянский инженер Маркони (1895).  Маркони запатентовал свое изобретение в 1897г.

В России изобретателем радио традиционно считают А. С. Попова

В США изобретателем радио считается Никола Тесла, запатентовавший в 1893 году радиопередатчик, а в 1895 г. приёмник; его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке в 1943, т.к. его прибор позволял, и передать сигнал и принять, в отличие от приборов Маркони и Попова, которые только передавали  сигнал. Что не помешало Маркони в 1909 году получить Нобелевскую премию в области физики за развитие радиотелеграфии.

Микроволновое излучение - электромагнитное излучение, включающее в себя диапазон радиоволн (от 1 см — частота 30 ГГц до 1 мм — 300 ГГц).  Границы между инфракрасным, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному.

Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах для термообработки металлов), основным элементом в которых служит магнетрон, а также для радиолокации.

Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, Wi-Fi.

Сверхвысокочастотное излучение используют для космической связи.

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.

3.        Инфракрасное излучение.

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.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла.

Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится.

Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в некоторых областях инфракрасного излучения и наоборот.

Источники: любое нагретое тело, большая часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50% энергии.

Группа ученых из Глазго (Великобритания) разработала технологию для получения трехмерного изображения участка зуба, пораженного кариесом.

В Британии сенсация - ученые университета Сандерленда утверждают, что они создали прибор, который разглаживает морщины за 30 минут.

Мощный телескоп, установленный на Гавайях, оснащен инфракрасной камерой, которая позволяет вести съемку на трех разных длинах волн для получения цветных изображений.

4. Видимый свет.

Свет -  источник жизни на Земле и одновременно источник наших представлении об окружающем мире.

«Каждый охотник, желает  знать, где, сидит фазан».

«Как однажды Жак - звонарь, головою сшиб, фонарь».

«Кот ослу, жирафу, зайке голубые сшил фуфайки».

 Видимое излучение может влиять па протекание химических реакций в растениях (фотосинтез) и в организмах животных и человека.

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

5.        Ультрафиолетовое излучение.

Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т.к. роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. 1801 год – немецкий ученый Иоганн Риттер (1776-1810) открыл, что за фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами.

1) Излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000°С, а также    светящимися парами ртути.

2) Газоразрядные лампы с трубками из   кварца (кварцевые лампы), ртутные.

 3) Ртутные выпрямители.

4)  Солнце.

5) Лазерные установки.

Свойства:

 Высокая химическая активность.

 Невидимо.

 Большая проникающая способность.

 Убивает микроорганизмы.

 В небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар).

В больших дозах приводит к изменению в развитии клеток и обмене веществ, действует на глаза.

Применение:

Медицина: Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным)  действием.   Дезинфекция; лазерная биомедицина.

(Компания Solectron представила купальник с измерителем интенсивности ультрафиолетового излучения)

Косметология: Ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для получения ровного красивого загара.

Пищевая промышленность: Обеззараживание воды, воздуха, помещений, тары и упаковки.

Криминалистика: Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы взрывчатых веществ.

Сельское хозяйство и животноводство.

Шоу-бизнес: Освещение, световые эффекты.

Датская фирма "Лего" стала добавлять в свою продукцию сульфат бария, хорошо заметный в рентгеновских лучах, для того, чтобы  обнаружить игрушку, проглоченную малышом.

6.        Рентгеновское излучение. 

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.

Польза:

- врачи и дантисты  делают снимки сломанных костей и зубов;

- врачи используют  для уничтожения раковых опухолей

- сотрудники аэропорта проверяют  багаж пассажиров;

промышленность, лаборатории;

Вред:

- солнце и другие звёзды испускают негативные рентгеновские лучи;

- воздействие на организм человека «развитие разного рода болезней»

Применение:

- рентгеноструктурный анализ;

- рентгенодиагностика;

- рентгенотерапия;

- рентген топография;

- астрономия (приборы на ракетах и спутниках зафиксировали рентгеновское излучение солнца и звёзд; рентгеновские маяки);

- кристаллы (создание на фотоплёнках внутренней структуры скелета вещества).

7.        Гамма излучение.

Гамма- излучение 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.

Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами.

Консервирование пищевых продуктов.

Стерилизация медицинских материалов и оборудования.

Лучевая терапия.

Уровнемеры.

Гамма-каротаж в геологии.

Гамма-высотомер, измерение расстояния до поверхности при приземлении спускаемых космических аппаратов.

Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения.

Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма - кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама).

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.

4. ОТЧЕТЫ-ПРЕЗЕНТАЦИИ УЧЕНИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ.

Обобщение свойств и характеристик всех видов электромагнитных волн.

На прошлом уроке каждая группа выбрала тему для самостоятельного изучения. Данный материал необходимо было взять из Интернета систематизировать и обобщить. На этом уроке каждая группа в течение 7 минут  выступает по своему вопросу. При этом каждая группа использует при своей защите свою презентацию.  

В ходе выступлений учащиеся должны заполнить таблицу. В целях экономии времени таблицы распечатаны и розданы учащимся в начале урока. Заполненную таблицу учащиеся вклеивают в тетрадь.

Вопросы:

А) Виды радиоволн и их применение (презентация «ЭМ излучение).

Б) Инфракрасное излучение, открытие и его применение (презентация «Инфракрасное излучение»).

В) Видимый свет, применение.

Г) Ультрафиолетовое излучение, открытие и его применение (презентация «УФ»).

Д) Рентгеновское излучение, открытие и его применение (презентация «Рентген»).

Г) Гамма - излучение, открытие и его применение.

Сходства выявлены такие:        

- все виды волн имеют общую электромагнитную природу;

- источником их являются периодические изменения электрических и магнитных полей.

- распространяются, в том числе в вакууме, с одинаковой скоростью и прямолинейно,

с=3×108 м/с.        

- обнаруживают способности отражаться, преломляться и огибать волнами препятствий.

Различия установлены такие:

- разная частота;

- разное биологическое действие и воздействие на человека        

- разная способность взаимодействовать с веществом.

5.        ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА-СЕМИНАРА.

Итак, Низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, g-излучение представляют собой различные  виды электромагнитного излучения.

Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений

Сделаны в ходе обсуждений выводы о сходстве и различии электромагнитных волн разных диапазонов.

Мы заполнили таблицу-это итоговый документ нашего проекта. Но, заполняя таблицу, мы прошли по тому же пути, что и все человечество. От полной темноты до яркого света знаний, которые позволят нам ощутить красоту и природы и полноту жизни.

Изучение  электромагнитного излучения имеют огромное значение для уточнения наших представлений о строении вещества,  позволяет составить более полную картину структуры объектов во Вселенной, тем самым расширить границы познания природы.

Еще Максвелл сказал, что: наука начинает захватывать нас тогда, когда мы начинаем следить за историей открытий.

      Выставление оценок, анализ домашнего задания.

Читать § 51-52.

Найти в Интернете или в литературе ответ на вопрос:

А. Положительное влияние электромагнитных волн на организм человека.

В. Отрицательное влияние электромагнитных волн на организм человека.