по теме «Различные виды электромагнитных излучений»

Дисциплина: Физика
Методическая разработка для проведения занятия по теме
«Различные виды электромагнитных излучений»
Автор работы
Евстропова Надежда Афанасьевна, преподаватель
ГБОУ СПО Тольяттинский машиностроительный колледж
г. Тольятти

Раздел программы: «Электродинамика», тема “Оптика”
Тема занятия: «Различные виды электромагнитных излучений» (слайд 1)
Место занятия в учебной программе: занятие проводится в конце изучения раздела “Электродинамика”. Продолжительность занятия 1 час 20 мин
Дидактическая цель  Обеспечить обучающимся возможность овладеть навыками и умениями использования теоретических знаний о видах электромагнитных излучений и их свойствах применительно к практическому использованию и качественным изменениям свойств излучений по мере увеличения их частоты
Образовательная цель
(слайд 2)
Способствовать созданию условий для обобщения и расширения знаний обучающихся о различных видах электромагнитных излучений и понимания их практической значимости, формирование общих компетенций
Развивающая цель Способствовать обучению обучающихся умению сравнения и обобщения изучаемых явлений и объектов, переноса знаний в новую ситуацию, продолжать развивать логическое мышление, физический кругозор, речь и память, умение анализировать результаты эксперимента
Воспитательная цель Содействовать воспитанию интереса к физике и ее приложениям, активности, мобильности, умению общаться; убедить обучающихся в познаваемости мира и объективности наших знаний о нем
Тип занятия Обобщающее занятие
Форма занятия Семинар с элементами проектной деятельности
Междисциплинарные связи Химия, математика, биология.
Оборудование Программное обеспечение: презентация по теме, выполненная на основе программы MS PowerPoint, компьютер Pentium IV, мультимедийный проектор, экран, таблица «Шкала электромагнитных волн», музыкальная композиция «Ave Maria» Ф. Шуберта, высказывание В. Вернадского о волнах, портреты Д. Максвелла, Г. Герца, А. Попова, В. Вернадского.
Задачи (слайд 3)
Предполагаемый результат (слайд 4)
Подготовительный этап работы (слайд 5)
План занятия (слайд 6)
№ Содержа -
ниеДеятельность
преподавателя Деятельность
обучающихся Здоровьесберегаю-
щий аспект Время
1 Организа-ционный этап Формулирует тему занятия, основные этапы работы Внимательно слушают Обучающиеся вели подготовку к занятию по группам и на занятии сидят по командам 10 мин
2 Мотивация,
активиза-
циязнаний Предоставляет слово каждой команде «Капитан» говорит название команды, произносит слоган и показывает эмблему, представляет своих «сотрудников» Представление команд происходит с долей юмора, что способствует снятию эмоционального напряжения в начале занятия 10 мин
3 Погруже-ние в учебную тему занятия,
актуализа-ция знаний Организует устную работу по вопросам слайда Отвечают на поставленные вопросы. Обучающиеся в команде сами решают, кто будет отвечать 10 мин
4 Обобщение учебногоматериала Предоставляет слово для презентации каждой команде, делает комментарии по окончанию выступлений. Делают сообщения с презентацией по своей теме Смена деятельности обучающихся, релаксационные паузы, реализация авторской позиции, личная значимость 25 мин
5 Рефлексия Слушает рецензии, делает комментарии Дают рецензию на выступление других групп Осмысление результатов деятельности 10 мин
6 Подведение итогов Задаёт вопросы обобщающего характера Отвечают, делают выводы. Смена деятельности преподавателя и обучающихся10 мин
7 Домашнее задание Комментирует Записывают Задают вопросы по оценке 5 мин
Ход занятия.
Звучит музыкальная композиция «Ave Maria» Ф. Шуберта (слайд 7)
Преподаватель
«Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны... Лик Земли ими меняется, ими в значительной мере лепится», это слова В.И. Вернадского.
Вселенная - это океан электромагнитных излучений. Люди живут в нем, по большей части, не замечая пронизывающих окружающее пространство волн. Греясь у камина или зажигая свечу, человек заставляет работать источник этих волн, не задумываясь об их свойствах (слайд 8).
Д. Максвелл – теоретическая возможность существования электромагнитных волн (слайд 9);
Г. Герц - экспериментальное доказательство и исследование электромагнитных волн (слайд 10);
А. Попов – практическое применение электромагнитных волн (слайд 11).
Но знание - сила: открыв природу электромагнитного излучения, человечество в течение XX столетия освоило и поставило к себе на службу самые различные его виды.Сегодня здесь собрались представители нескольких команд, которые выступят с презентацией о различных видах излучений, а также, группа экспертов, которая даст оценку самостоятельной работе команд и дополнит информацию в случае необходимости.
Работа будет проходить по следующему плану:
1. Представление команды.
2. Каждая команда, прежде чем представить своё излучение, должна показать свою компетентность по теме электромагнитные волны, ответив на несколько вопросов.
3. Презентация команды (не более 5минут).
4. Каждая команда (после 2-минутного обсуждения) выставит баллы другим командам в лист экспертной оценки и даст рецензию на одну из команд - конкурентов.
5. Подведение итогов работы и выступление экспертов.
В рецензии команды, а также в оценке экспертов, должны быть отмечены следующие моменты: (слайд № 12 на экране, см. приложение 1)
- оригинальность эмблемы;
- компетентность;
- научность и доступность;
- полнота освещения вопроса;
- компьютерная презентация.
Все оценивается по 5-бальной системе, максимальная сумма баллов может быть - 25.
На таких презентациях команды не только представляют себя, но и внимательно слушают своих коллег из других команд. Чтобы вести записи по ходу выступлений, каждому члену команды предлагается таблица, которую надо заполнить (слайд №13 на экране см. приложение 2).
Таким образом, каждая команда получила пакет документов для работы (лист экспертной оценки (один на команду) и таблицы для ведения записей (для каждого).В завершении работы каждая команда должна сдать эти документы для подведения итогов. На нашей следующей встрече будут подведены окончательные итоги работы после дополнительного изучения компетентности в форме тестирования.
Итак, переходим к работе.
Обучающиеся. Представление «команд»: название, эмблема, слоган
(по 1 мин.)
Преподаватель.
Предлагаю командам ответить на несколько вопросов:
1. Что называется электромагнитной волной? (слайд 14)
2.Электромагнитные волны – продольные или поперечные? Почему?
3. Что является источником электромагнитных волн?
4. Создаст ли электромагнитные волны заряд, движущийся равномерно по окружности?
5. В чем отличие механических волн от электромагнитных?
6. Назовите физические величины и их наименование в системе СИ
(слайд 15).
7. Какова связь скорости электромагнитной волны с длиной и частотой (слайд 16)?
8. На обратной стороне таблички вашего названия команды есть слово – перевертыш, расшифруйте его и скажите, какие свойства проявляют в большей или меньшей мере электромагнитные волны (слайд 17).
9. Игровой момент. Соревнование капитанов. Приложение № 3
Переходим к презентации.
Обучающиеся. Команды по очереди представляют презентации.
Радиоволны (слайд 18 - 22)
Радиоволны – это электромагнитные волны с длиной λ=10-3—103м., а частотный диапазон их ν = 105—1011 Гц.
Получают радиоволны с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.
Применение: радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение (слайд 23 - 27)
Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее на шкале электромагнитных волн область между красными лучами и радиоизлучением, чему соответствует диапазон длин волн от λ ~ 760 нм до ~ 2 мм. Солнечное излучение включает в себя также волны, частоты которых ниже или выше видимого диапазона.
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 г. английским физиком и астрономом Вильямом Гершелем. Частота этого излучения меньше частоты красного света. Диапазон инфракрасного излучения ν = 3*1011—4*1014 Гц.
Источники инфракрасного излучения: Солнце (50% его полного излучения), лампы накаливания с вольфрамовой нитью (70–80% их излучения), угольная электрическая дуга, и, вообще, любое нагретое тело; излучается атомами и молекулами вещества.
Человек излучает электромагнитные волны с длиной λ = 9*10-6 м.
Свойства:
1) проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь, дымку, снег;
2) производит химическое действие на фотопластинки;
3) поглощаясь веществом, нагревает его;
4) вызывает внутренний фотоэффект у германия;
5) невидимо;
6) способно к явлениям интерференции и дифракции.
Применение:
получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане;
используют в криминалистике, в физиотерапии;
в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.
Свет (видимое излучение) (слайд 28 - 32)
Видимое излучение - часть электромагнитного излучения, воспринимаемая человеческим глазом (от красного до фиолетового); излучаются при ускоренном движении заряженных частиц.Диапазон длин волн: λ=8*10-7—4*10-7 м.
Частотный диапазон: ν=4*1014—8*1014 Гц.
Источники: естественные и искусственные.
Свойства: все свойства электромагнитных волн, дисперсия.
Применение: во всей повседневной жизни, оптические приборы, фотоэлементы вакуумные и полупроводниковые для автоматизации технических процессов и накопления энергии (солнечные батареи), фотосинтез, фотография.
Ультрафиолетовое излучение (слайд 33-39)
Ультрафиолетовое излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между фиолетовыми лучами и рентгеновским излучением, чему соответствует диапазон длин волн λ = 10-8—4*10-7 м.
Ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 г. при влиянии волн различной длины на активность химических веществ. Хлорид серебра распадается не только под действием видимого излучения (это явление используется в фотографии), но также под действием ультрафиолета.
Частота ультрафиолетового излучения гораздо выше, чем у видимого, она находится в пределах от ν = 8*1014—3*1016 Гц.
Естественный источник – Солнце.
Распространённым искусственным источником ультрафиолетового излучения является кварцевая лампа. Благодаря бактерицидным свойствам излучение нашло применение в медицине.
Заметную долю ультрафиолетового излучения содержит излучение накалённых до 3000 К твёрдых тел. Мощным источником этого излучения является также любая высокотемпературная плазма. Для различных применений ультрафиолетового излучения используются специальные ртутные и другие газоразрядные лампы.
Озоновый слой, окружающий Землю, защищает нас от избытка ультрафиолетового света.
Основные свойства ультрафиолетового излучения:
1) невидимо;
2) высокая химическая активность;
3) большая проникающая способность
4) убивает микроорганизмы;
5) в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар);
6) в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на сетчатку глаза.
Применение: в медицине, в промышленности.
Рентгеновское излучение (слайд 40 - 45)
В 1895 г. В. Рентген открыл коротковолновое электромагнитное излучение, которое он назвал икс-лучами. За открытие рентгеновских лучей Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия.
Первое опубликованное сообщение Рентгена об его исследованиях в конце 1895 года вызвало огромный интерес и в научных кругах, и у широкой публики. «Вскоре мы обнаружили, – писал Рентген, – что все тела прозрачны для этих лучей, хотя и в весьма различной степени».
Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки его жены, которую он опубликовал в своей статье.
Естественным источником рентгеновского излучения являются некоторые радиоактивные изотопы, Солнце и другие космические объекты
Наиболее распространённым искусственным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой это излучение возникает при торможении испускаемых катодом (в виде вольфрамовой нити) электронов, приобретающих при подлёте к аноду, представляющем собой пластинку, установленную под определённым углом к нити, большую скорость. Бомбардировка анода электронами и вызывает появление электромагнитных волн. При торможении электронов возникают рентгеновские лучи, состоящие из набора разных длин волн.
Длина рентгеновских лучей зависит от скорости движения электронов, а скорость - от величины анодного электрического напряжения:
λ = 10-9 – 10-11 м. Частота, с которой излучаются рентгеновские волны, достигает ν : от 3•1016 Гц до 1020 Гц.
Свойства: невидимы; интерференция, дифракция на кристаллической решётке; вызывают определённое свечение некоторых кристаллов (эффект люминесценции); рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию), этот эффект и используется в медицине при рентгеновской съёмке; большая проникающая способность (рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают), облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь (рентгеновское излучение является ионизирующим, оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни и рака; при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты).
Применение:
в медицине (диагностика заболеваний внутренних органов);
в промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов);
в научных исследованиях (определение структуры кристаллов, молекул белка и длины волны рентгеновских лучей, которое осуществляется на основе свойства рентгеновских лучей дифрагировать на кристаллической решётке).
Преподаватель.
Вы увидели в презентации интересный прибор – тепловизор. Потрите ладони рук. Что вы чувствуете? Как вы думаете, что показал бы тепловизор, если бы руки находились перед ним?
А теперь ещё раз потрите руки и приложите их к глазам. Что вы чувствуете? Почему? Тепло от рук снимает напряжение глаз, усталость.
Продолжаем работу и слушаем команду «Эксперты».
Электромагнитное загрязнение (слайд 46)
Масштабы электромагнитного загрязнения среды стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества. За несколько последних десятилетий сформировался новый фактор окружающей среды - электромагнитные поля антропогенного происхождения. Особенно резко напряжённость полей возросла вблизи ЛЭП, радио-, телестанций, средств радиолокации и радиосвязи (в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических энергоёмких установок, городского электротранспорта.
В последнее время появились данные, свидетельствующие, что низкочастотные поля доставляют человеку не меньше неприятностей, чем их высокочастотные "собратья". Эти поля генерируются при работе многочисленных силовых электроустановок производственных предприятий и городского транспорта, в вагонах метро, трамваев и электричек.
При работе за персональным компьютером рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные излучения, как правило, не превышают биологическую опасность. Главную опасность представляют электромагнитные поля. Чувства человека не воспринимают электромагнитные поля рассеянного диапазона и пользователь не может оценивать опасность.
Вывод делает преподаватель
Вся шкала электромагнитных волн является свидетелем 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 больше проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).
Преподаватель. А сейчас командам даётся 2 минуты для обсуждения рецензии и экспертной оценки. (Обучающиеся дают рецензию команде, которая выступала после них).
Обучающиеся. Выступают с рецензиями.
Преподаватель.
Давайте подведём итоги. Действительно, каждый диапазон длин волн имеет важное значение для жизни на Земле. Что вы заметили общего и какие различия в электромагнитных волнах? (Ответы обучающихся, после которых делаем вывод) (слайд 47, см. приложение № 4).
Рефлексия.
Преподаватель. Мы сегодня представляли ЭМВ в виде шкалы, обобщали в виде таблицы, а давайте попробуем изобразить ЭМВ в виде дерева. У дерева есть корни, ствол, ветви и листья. Какую аналогию можно провести между частями дерева и ЭМВ? (Ответы обучающихся).
Преподаватель на предварительно нарисованном дереве подписывает:
- корни – ускоренно движущийся заряд;
- ствол – электромагнитные волны;
- ветви – диапазоны (радиоволны, инфракрасное излучение, видимое, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское)
- листья – применения.
Я прошу каждую команду по очереди прикрепить листочки к своей ветви.
Все команды должны сдать свой пакет документов для окончательного подведения итогов деятельности команд.
Домашнее задание:
В.Ф. Дмитриева «Физика, М 2010» параграфы 19.15 – 19.16. Страница 371, вопросы для самоконтроля и повторения (19 - 23).
Приложение № 5. Разноуровневая домашняя работа
ЛИТЕРАТУРА.
Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Ландсберга.
Физическая энциклопедия. А.М. Прохоров.
Методические материалы "Физика -11". Л.А. Кирик, Л.Э. Гильденштейн, Ю.И. Дик
"Физика – 11". В.А. Касьянов.
"Качественные задачи по физике в средней школе". М.Е. Тульчинский.
Большая советская энциклопедия.
"Физика в 11 классе модели уроков" Ю. А. Сауров"Физика для профессий и специальностей технического профиля" В.Ф. Дмитриева
Приложение 1 (слайд )Экспертная оценка «команды» (каждый пункт оценивается по 5-бальной системе)
Эмблема Проверка компетентности Научность и
доступность содержания Полнота освещения вопроса Компьютерная
презентация Максимальное количество баллов
баллов
Радиоволны 5
Инфракрасное 5
Видимое5
Ультрафиолетовое 5
Рентгеновское 5
Эксперт:

Приложение 2 (слайд)
Шкала электромагнитных волн
Название
диапазона Длина волны,
частота Источники Характерные
свойства Применение Действие начеловека
Радиоволны Инфракрасное
излучение Видимое излучение Ультрафиолетовое
излучение Рентгеновское
излучение Экспертная оценка выставляется по принципу:
заполнена таблица на 95% - 100% -5 баллов;
на 85% - 95% - 4 балла;
на 75% - 65% - 3 балла;
на 60% – 50% - 2 балла;
менее 50% - 1 балл.

Приложение 4 (слайд)
Общие свойства Различия
•Все ЭМВ одной физической природы
•Возникают при ускоренном движении электрических зарядов
•Всем ЭМВ присущи свойства: интерференция, дифракция, поляризация, отражение, преломление, поглощение.
•Распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/сС увеличением частоты происходит:
• уменьшение длины волны;
• увеличение энергии излучения;
• более слабое поглощение веществом;
• увеличение проникающей способности;
• более сильное проявление квантовых свойств;
• усиление вредного влияния на живые организмы.
Приложение №5 Разноуровневая домашняя работа
1. В пределах каких частот может осуществляться радиоприём, если шкала радиоприёмника размечена от 25 до 1200м? (1 балл)
2. Определите частоту и длину волны радиопередатчика, если период его колебаний равен 10-6 с. (1 балл)
3. Колебательный контур радиоприёмника настроен на частоту 545 кГц. Определите, на какой длине волны работает радиоприёмник. (1 балл)
4. Радиоприёмник может настраиваться на приём радиоволн различной длины. Что нужно для перехода к приёму более длинных волн: сближать или раздвигать пластины конденсатора, включённого в колебательный контур приёмника? (1 балл)
5. Колебательный контур состоит из плоского конденсатора ёмкостью 9 нФ и катушки, индуктивность которой равна 2 мГн. Определите, на какую длину волны настроен контур. Как изменится длина волны, если пространство между пластинами конденсатора заполнить парафином (ɛ=2)? (2 балла)
6. Колебательный контур антенны содержит конденсатор ёмкостью 1нФ. Определите индуктивность контура, необходимую для обеспечения приёма радиоволн длиной 300 м. (2 балла)
7. При резонансе длина антенны должна быть в четыре раза меньше длины принимаемой электромагнитной волны. Почему же на практике пользуются антеннами значительно меньшей длины? (1 балл)
8. Почему металлы отражают и поглощают электромагнитные волны? (1 балл)
Приложение №3
С целью формирования интереса и внимания у обучающихся, развития дискуссии на занятии, а также для последующей возможности оценки их знаний были предложены следующие задания в форме " Стенка на стенку".
Команде " Инфракрасные лучи "
Что покажет термометр, который космонавт возьмёт с собой, выходя в открытый космос?
Какая звезда имеет более высокую температуру: красная или жёлтая?
Почему углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Земли парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию планеты?
Какое излучение улавливает змея?
Команде " Ультрафиолетовые лучи "
Почему находясь высоко в горах надо обязательно надевать тёмные очки?
Почему нельзя загорать в комнате при закрытом окне?
Под действием какого излучения в организме образуется витамин D?
Как проверить достоверность денежных купюр?
Команде " Рентгеновские лучи "
Почему рентгеновское излучение называют тормозным?
Какое излучение называли Х- лучи?
Почему рентгеновское излучение называют "жёстким"?
Что такое дефектоскопия и можно ли ёё применить в твоей будущей профессии ?