Презентация по физике для 11 класса по теме Излучения и спектры(учебный проект)

г. Тверь 2015 год Изучить различные виды излучений, спектры и спектральные аппараты Рассмотреть виды излучений, спектры и спектральные аппаратыИзучить рентгеновские лучи, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения В нашей повседневной жизни мы постоянно встречаемся с различными источниками излучений, поэтому необходимо иметь представление на каких физических принципах основано их действие и какие виды излучения они создают. Свет – это электромагнитные волны с длиной волны4Ч10-7-8Ч10-7 м . Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых состоит вещество. Внутри атома нет света. Атомы рождают свет только после их возбуждения. Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать определенную энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию, и для непрерывного свечения вещества необходим приток энергии к его атомам извне. Тепловое излучение –излучение, при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов (или молекул) излучающего тела. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет. Энергия, необходимая атомам для излучения света, может заимствоваться и из нетепловых источников. При разряде в газах электрическое поле сообщает электронам большую кинетическую энергию. Быстрые электроны испытывают неупругие соударения с атомами. Часть кинетической энергии электронов идет на возбуждение атомов. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. Благодаря этому разряд в газе сопровождается свечением. Это и есть электролюминесценция. Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами, называют катодолюминесценцией. Благодаря катодолюминесценции светятся экраны электронно-лучевых трубок телевизоров. При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света. Источник света остается холодным (он имеет температуру окружающей среды). Это явление называется хемилюминесценцией. Почти каждый из вас, вероятно, знаком с ним. Падающий на вещество свет частично отражается, а частично поглощается. Энергия поглощаемого света в большинстве случаев вызывает лишь нагревание тел. Однако некоторые тела сами начинают светиться непосредственно под действием падающего на него излучения. Это и есть фотолюминесценция. Свет возбуждает атомы вещества (увеличивает их внутреннюю энергию), и после этого они высвечиваются сами. Например, светящиеся краски, которыми покрывают многие елочные игрушки, излучают свет после их облучения. Излучаемый при фотолюминесценции свет имеет, как правило, большую длину волны, чем свет, возбуждающий свечение. Это можно наблюдать экспериментально. Если направить на сосуд с флюоресцеином (органический краситель) световой пучок, пропущенный через фиолетовый светофильтр, то эта жидкость начинает светиться зелено-желтым светом, т. е. светом большей длины волны, чем у фиолетового света. Монохроматическое излучение — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной частотой (длиной волны). Монохроматический свет Полихроматический свет Т.к. имеется зависимость c=λv => энергия распределена по частотам.Поток излучения - физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин. Характеризует мощность, переносимую оптическим излучением через какую-либо поверхность. Равен отношению энергии излучения, переносимой излучением через поверхность, ко времени переноса. Подразумевается, что длительность переноса выбирается так, чтобы она значительно превышала период электромагнитных колебанийСпектральная плотность потока излучения представляет собой поток излучения, приходящийся на малый единичный интервал спектра Спектральная плотность мощности  — функция, описывающая распределение мощности сигнала в зависимости от частоты, то есть мощность, приходящаяся на единичный интервал частоты. Имеет размерность мощности, делённой на частоту, то есть энергии. Например в СИ: Вт/Гц = Вт/с−1 = Дж. Спектральные аппараты- оптические приборы, в которых осуществляется разложение электромагнитного излучения оптического диапазона на монохроматические составляющие. Такие приборы используются для качественного и количественного исследования спектрального состава света, излучаемого, поглощаемого, отражаемого или рассеиваемого веществом. Монохроматоры-предназначены для выделения излучения в пределах заданного спектрального интервала. Оптическая система монохроматора включает в себя входную щель, коллиматорный объектив, дифракционную решетку, фокусирующий объектив и выходную щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн. В монохроматорах всегда имеется возможность сканирования спектра путем поворота дифракционной решетки вручную либо с помощью специального механизма. Спектрографы- предназначены для одновременной регистрации относительно широкой области спектра. В отличие от монохроматоров, в фокальной плоскости фокусирующего объектива вместо выходной щели устанавливается многоэлементный приемник (фотодиодная линейка, ПЗС линейка, ПЗС матрица и др.), позволяющий регистрировать оптическое излучение в пределах определенного поля. Спектроскоп-прибор для визуального наблюдения спектров. Спектрометр- оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. рентгенофлуоресцентный спектрометр, искровой оптико-эмиссионный спектрометр, лазерный спектрометр, ИК-спектрометр, спектрометр индуктивно-связанной плазмы, атомно-абсорбционный спектрометр, масс-спектрометр спектрогониометр Солнечный спектр является непрерывным. Это значит, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Спектральная плотность интенсивности излучения для различных тел различна. Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом. Для наблюдения используют свечение паров пламени или свечение газового разряда. Линейчатые и полосатые спектры можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического тока. совокупность частот (или длин волн), которые содержатся в излучении какого-либо вещества совокупность частот, поглощаемых данным веществом Структура линейчатых спектров прямо связана со строением атомаЛинейчатые спектры создаются атомами, не испытывающими внешних воздействийИзучение линейчатых спектров – первый шаг к изучению строения атомовБлагодаря им ученым удалось «заглянуть» внутрь атома Длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждение свечения атомов Спектральный анализ - метод определения химического состава вещества по его спектру Спектральный анализ Количественный Качественный Основной метод контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрииС помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минераловСостав сложных, главным образом органических, смесей также анализируется по их молекулярным спектрамБыли открыты многие новые элементы: рубидий, цезий и др.Был узнан химический состав Солнца и звездВ астрофизике под спектральным анализом понимают не только определение химического состава небесных тел, но и нахождение по спектрам многих других физических характеристик этих объектов: температуры, давления, скорости движения, магнитной индукции Важно знать, из чего состоят окружающие нас тела. Изобретено множество способов определения их состава. Но состав звезд и галактик можно узнать только с помощью спектрального анализа. Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым излучением. коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм; Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Приборы ночного виденияПокраска (для сушки лакокрасочных поверхностей)Дистанционное управление (Пульты, системы автоматики, охранные системы, ИК-порт)Медицина (физиотерапия)Проверка денег на подлинность Ультрафиолетовое излучение - невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее область между нижней границей видимого спектра иверхней границей рентгеновского излучения. UV-A - длинноволновое (315 - 400 нм.)UV-B - средневолновое (280 - 315 нм.)UV-C - коротковолновое (100 - 280 нм.) Излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000 С, а также светящимися парами ртути;Звезды (Солнце);Лазерные установки;Газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы), ртутные;Ртутные выпрямители Положительное:УФ- лучи инициируют процесс образования витамина Dультрафиолет активно влияет на синтез гормоновбактерицидная функция Негативное:вызванные большой дозой облучения, полученной за короткое время (например, солнечный ожог)вызванные длительным облучением умеренными дозами Применение противосолнечных экрановСпециальная одежда (например, изготовленная из поплина).Светофильтры (очки, шлемы) из тёмно-зелёного стекла.Флинтглаз (стекло, содержащее окись свинца) МедицинаШоу-бизнес КосметологияПищевая промышленностьПолиграфия Рентгеновские лучи – электромагнитные волны, которые излучаются при резком торможении электроновИмеют гораздо меньшую длину волны, чем лучи видимого участка спектраЧем больше энергия электронов, тем меньше длина волны (эта гипотеза подтвердилась спустя 15 лет после смерти Рентгена) Пропускали рентгеновские лучи через узкие щели в свинцовых пластинках, но дифракция не наблюдалась, т.к. длина волны слишком малаСтали использовать кристаллы т.к. они представляют собой упорядоченные структуры, где расстояния между атомами равны размерам самих атомов, т.е. Результат полностью согласовался с самыми оптимистичными ожиданиями. Наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи распространявшиеся по прямой, возникали регулярно расположенные пятнышки вокруг центрального пятна По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается определить структуру кристалловПозволяет расшифровать строение сложнейших органических соединенийРентгеновская дефектоскопия – метод обнаружения изъянов при производстве (раковин в отливках, трещин в рельсах и т.д.) Рентгеновская трубка — электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения X — рентгеновские лучи, K — катод, А —анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод , Uh — напряжение накала катода, Ua— ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения. Вся информация от звезд, туманностей, галактик и других астрономических объектов поступает в виде электромагнитного излучения. Шкала электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу – длина волны в метрах, вверху – частота колебаний в герцах Шкала электромагнитных волн простирается от длинных радиоволн до гамма – лучей. Электромагнитные волны различной длины условно делят на диапазоны по различным признакам ( способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом). Всякое излучение можно рассматривать как поток квантов–фотонов, распространяющихся со скоростью света, равной c = 299 792 458 м/с. Скорость света связана с длиной и частотой волны соотношением c = λ ∙ ν Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — менее 2·10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.Гамма излучение является следствием явлений, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате ядерных реакций.  По мере уменьшения  длины волны проявляются и существенные качественные различия электромагнитных волн. Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способу  их получения и  методом регистрации, то есть по характеру взаимодействия с веществами. В результате выполнения проекта мы изучили различные виды излучений и спектров, а также познакомились с рентгеновскими лучами и спектральным анализом 1. Мякишев Г. Я. Физика: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. – Москва: Просвещение, 2006. – 381с.2. Спиваковский В.М. //Гипермаркет знаний: URL: http://schoolxvatit.com