 |
Лекция 66. Виды излучений. Спектры и спектральные аппараты. Спектральный анализ. Шкала электромагнитных излучений.
|
|
|
|
Цель занятия: ознакомить студентов с видами электромагнитных излучений, их физическими свойствами.
Тип занятия: комбинированный занятие.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | Самостоятельная работа № 9 «Электромагнитные колебания и волны»/ |
| Изучение нового материала | 1. Что такое шкала электромагнитных волн. 2. Низкочастотное излучение и радиоволны. 3. Инфракрасное излучение. 4. Видимое и ультрафиолетовое излучения. 5. Рентгеновское и гамма-излучения/ |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Что такое шкала электромагнитных волн
Электромагнитные излучения существенно отличаются по своим свойствам, хотя и имеют единую физическую природу. Все виды электромагнитного излучения в той или иной степени проявляют волновые свойства (интерференцию, дифракцию, поляризацию) и квантовые (корпускулярные) свойства.
Ø Шкала электромагнитных волн - непрерывная последовательность частот и длин волн электромагнитных излучений, представляют собой переменное электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве.
По способу излучения волн различают: низкочастотное излучение и радиоволны; инфракрасное излучение; видимый свет и ультрафиолетовое излучение; рентгеновское излучение; гамма-излучение.
Все эти виды излучений представляют собой электромагнитные волны, имеющие одинаковую скорость распространения, равную скорости света, а порождают их заряженные частицы, движущиеся с ускорением.
2. Низкочастотное излучение и радиоволны
Низкочастотные излучения (сверхдлинные радиоволны) возникают у проводников, по которым течет переменный ток, и вблизи генераторов электрического тока. Эти волны могут распространяться на незначительные расстояния и серьезно не влияют на живые организмы.
|
|
|
Переменный электрический ток порождает радиоволны с длиной волны от 10 км до ультракоротких и микроволн (длиной менее 0,1 мм).
Необходимо обратить внимание на воздействие мощных электромагнитных волн на здоровье человека. Медики утверждают, что сотовый телефон - это опасный источник электромагнитного излучения, потому что оно слишком близко примыкает к голове человека. Поглощаясь тканями головного мозга, волны передают им энергию, что приводит к нарушению нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем.
3. Инфракрасное излучение
Естественными источниками инфракрасного излучения являются: солнце, звезды, планеты. Искусственным источником инфракрасного излучения является любое тело, температура которого выше температуры окружающей его среды.
Приемниками инфракрасного излучения является болометри, термометры и фото-резисторы, фотоэлементы и др.
Механизм образования инфракрасного излучения такой. В нагретом теле энергия теплового движения превращается во внутреннюю энергию. Это происходит в результате столкновения частиц между собой. При этом увеличивается энергия преимущественно колебательного и вращательного движения частиц, т.е. частицы возбуждаются. Возбужденные атомы и молекулы испускают энергию в виде электромагнитных волн и при этом переходят из возбужденного состояния в нормальное. Поглотив энергию теплового движения, атомы снова переходят в возбужденное состояние, а затем возвращаются в нормальное состояние и др. Описанное излучение называется тепловым излучением и по природе является электромагнитным. Оно существует при любой температуре, отличной от абсолютного нуля.
Свойства инфракрасного излучения: проходит через картон, черная бумага, тонкий слой эбонита, через асфальт, через атмосферу Земли, его сильно поглощают пары воды.
|
|
|
Применение инфракрасного излучения:
1) фотографирование земных объектов в тумане и темноте;
2) прогревание тканей живого организма;
3) сушки древесины, окрашенных поверхностей, подогрева материалов;
4) сигнализация, которую используют во время охраны помещений;
5) медицина, геодезия, криминалистика;
6) военное дело (приборы ночного видения и др.).
4. Видимое и ультрафиолетовое излучения
При высоких температурах атомы и молекулы начинают излучать видимый свет (длина волны от 380 до 760 нм). Атомы излучают видимый свет только в возбужденном состоянии.
Излучения, что проявляется непосредственно за фиолетовой частью видимого спектра, называется ультрафиолетовым излучением. Ультрафиолетовое излучение входит в состав солнечного света, света электрической дуги. Оно выпускается также специальными газоразрядными лампами. Ультрафиолетовое излучение обнаруживают с помощью фотоэлементов, люминесцентных веществ, по его химическим и биологическим действием.
Свойства и применение ультрафиолетового излучения:
1) вызывает люминесценцию (используют в люминесцентных лампах; люминесцентном анализе и дефектоскопии);
2) вызывает фотоэффект (применяют в промышленной электронике и автоматике);
3) вызывает фотохимические реакции (применяют в текстильном производстве, играет важную роль в физиологии животных и растений);
4) оказывает бактерицидное действие (используют для стерилизации воздуха в промышленных помещениях и в медицинской практике);
5) влияет на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме;
6) разные дозы ультрафиолетового излучения, действуя на ткани кожи, способствуют образованию защитного пигмента - загара (витамин D2).
5. Рентгеновское и гамма-излучения
Рентгеновское излучение возникает в результате столкновения быстрых электронов с препятствием: со стеклом стенки трубки с анодом рентгеновской трубки. Это можно объяснить на основании теории Максвелла: во время столкновения электроны движутся с очень значительными ускорениями, в результате чего излучают электромагнитные волны высокой частоты (тормозное излучение). Квантовая теория тоже объясняет этот процесс: в результате столкновения кинетическая энергия электрона переходит в энергию рожденных фотонов.
|
|
|
Малая длина волны рентгеновских лучей, их значительная «твердость» является причиной, которая обусловливает основные свойства рентгеновского излучения:
1) обладает высокой проникающей и ионизирующую способность;
2) не отклоняется электрическим и магнитным полями;
3) вызывает люминесценцию;
4) имеет фотохимическую действие;
5) оказывает заметное биологическое действие на живые клетки, ткани и организм в целом;
6) распространение, отражение, преломление, интерференция и дифракция происходят аналогично видимого излучения.
Некоторые из этих свойств получили практическое применение в медицине и рентгеноструктурному анализу.
Гамма-излучение (длина волны менее 0,05 нм) излучают возбужденные атомные ядра при ядерных реакциях, радиоактивных преобразований и превращений элементарных частиц.
Гамма-излучение используют в дефектоскопии; радиационной химии; сельском хозяйстве и пищевой промышленности; медицине.
Общая закономерность шкалы электромагнитных волн такова:
Ø по мере перехода от более длинных волн (малых частот) до более коротких (больших частотам) волновые свойства электромагнитного излучения проявляются слабее, а квантовые свойства - сильнее.
Необходимо иметь в виду, что границы между соседними диапазонами являются условными и не резкими, а изменения свойств излучения в зависимости от длины волны происходят постепенно и плавно. Но различия, например, между радиоволнами и рентгеновским излучением гигантские. И здесь нет ничего удивительного - длины волн отличаются в 10 000 раз.
Решение задач
1. Сравните энергии фотонов, соответствующих рентгеновскому излучению длиной волны 3 · 10-11 м и инфракрасном длиной волны 6 мкм.
2. В двухэлектродной трубке напряжение между катодом и анодом 1000 В. Какой скорости приобретает электрон, пройдя расстояние между анодом и катодом?
Контрольные вопросы
Первый уровень
1. Что понимают под электромагнитными волнами?
|
|
|
2. Что является источником электромагнитных волн?
3. Какие явления свидетельствуют о том, что свет представляет собой электромагнитные волны?
4. Как можно обнаружить инфракрасные лучи? ультрафиолетовые лучи? рентгеновские лучи?
5. Как изменяются свойства электромагнитного излучения соответственно к увеличению его частоты?
Второй уровень
1. Какие вы знаете методы возбуждения электромагнитных волн и способы их регистрации?
2. Зависят ли свойства электромагнитных волн от способа их нарушения? Приведите примеры, подтверждающие ваш ответ.
3. Что общего между всеми видами электромагнитных излучений? В чем отличие?
4. Почему в ясный летний день жарко бывает не в полдень, а чуть позже?
5. У которого излучение более заметны волновые свойства: у видимого света или радиоволн?
6. У которого излучение более заметны квантовые свойства: в инфракрасного или ультрафиолетового?
7. Какие свойства рентгеновских лучей позволяют применять их в медицине?
8. Чем выше напряжение, приложенное к рентгеновской трубки, то «твердые» (т.е. с более короткими волнами) лучи испускает она. Почему? Изменится ли «жесткость» излучения, если, не меняя анодного напряжения, изменить накал нити катода?
9. Как избежать негативного влияния некоторых видов электромагнитного излучения на здоровье человека?
Домашнее задание
Учебник-1: § 37; Учебник-2: § 24 (п. 1, 2, 3).
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
