Инфракрасное излучение

Тема: «Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Рентгеновские лучи».
Цель: сформировать у учащихся представления о природе, свойствах инфракрасного,
ультрафиолетового, рентгеновского излучениях.
Оборудование: мультимедийный проектор, экран, презентация к уроку.
Ход урока.
I.Организационный момент.
II. Повторение изученного материала.
 Какие источники света вы знаете?
 Что объединяет все виды излучений? (Скорость распространения: с= 3х108м/с)
 Перечислите виды излучений.
 Что представляет излучение с длиной волны от 4.10-7 до 8.10-7м? (Видимое излучение, свет).
 Можно ли осуществить радиосвязь с помощью радиоволн с подводной лодки, когда она
находится под водой?
 Почему радиолокационная установка должна посылать радиосигналы в виде коротких импульсов,
следующих друг за другом не непрерывно?
 В каких единицах в системе СИ измеряется частота колебаний?
 По какой формуле рассчитывается скорость распространения волны?
 Почему сразу не наступает темнота после того, как Солнце скрывается за горизонтом?
 Назовите основные свойства электромагнитных волн по шкале электромагнитных излучений.
III. Изучение нового материала.
Продолжим путешествие по шкале электромагнитных волн.
1. Инфракрасное излучение
Излучение занимают диапазон частот 3*1011- 3,85*1014 Гц. Им соответствует длина
волны 780нм –1мм. Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом
Уильямом Гершлем. Изучая повышение температуры термометра, нагреваемого
видимым светом, Гершель обнаружил наибольшее нагревание термометра вне области
видимого света (за красной областью). Невидимое излучение, учитывая его место
в спектре, было названо инфракрасным.
Источником инфракрасного излучения является излучение молекул и атомов при
тепловых и электрических воздействиях. Мощный источник инфракрасного излучения –
Солнце, около 50% его излучения лежит в инфракрасной области. На инфракрасное
излучение приходится значительная доля (от 70 до 80 %) энергии излучения ламп
накаливания с вольфрамовой нитью. Инфракрасное излучение испускает электрическая
дуга и различные газоразрядные лампы. Излучения некоторых лазеров лежит в
инфракрасной области спектра. Индикаторами инфракрасного излучения являются фото
и терморезисторы, специальные фотоэмульсии. Инфракрасное излучение используют
для сушки древесины, пищевых продуктов и различных лакокрасочных покрытий
(инфракрасный нагрев), для сигнализации при плохой видимости, дает возможность
применять оптические приборы, позволяющие видеть в темноте, а также при
дистанционном управлении. Инфракрасные лучи используются для наведения на цель
снарядов и ракет, для обнаружения замаскированного противника. Эти лучи
позволяют определить различие температур отдельных участков поверхности планет,
особенности строения молекул вещества (спектральный анализ). Инфракрасная
фотография применяется в биологии при изучении болезней растений, в медицине при
диагностике кожных и сосудистых заболеваний, в криминалистике при обнаружении
подделок. При воздействии на человека вызывает повышение температуры
человеческого тела.
2. Ультрафиолетовое излучение.
Излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную
область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн 10 – 380
нм(n=8*1014-3*1016 Гц). Ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 году немецким ученым
Иоганном Риттером. Изучая почернение хлористого серебра под действием видимого света, Риттер
обнаружил, что серебро чернеет еще более эффективно в области, находящейся за фиолетовым
краем спектра, где видимое излучение отсутствует. Невидимое излучение, вызвавшее это
почернение, было названо ультрафиолетовым. Источник ультрафиолетового излучения — валентные
электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды. Излучение накаленных
до температур - 3000 К твердых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения
непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощный
источник ультрафиолетового излучения - любая высокотемпературная плазма. Для различных
применений ультрафиолетового излучения используются ртутные, ксеноновые и др. газоразрядные
лампы. Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звезды,
туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть их излучения
(l>290 нм) достигает земной поверхности. Для регистрации ультрафиолетового излучения при
l= 230 нм используются обычные фотоматериалы, в более коротковолновой области к нему
чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические
приемники, использующие способность ультрафиолетового излучения, вызывать ионизацию и
фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счетчики фотонов, фотоумножители. В малых
дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на
человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза
ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования (в 80 %
излечимые). Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему
организма, способствуя развитию некоторых заболеваний. Ультрафиолетовое излучение оказывает
также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии.
Ультрафиолетовое излучение применяется в люминесцентных лампах, в криминалистике (по
снимкам обнаруживают подделки документов), в искусствоведении (спомощью
ультрафиолетовых лучей можно обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставрации).
Практически не пропускает ультрафиолетовое излучение оконное стекло, т.к. его поглощает оксид
железа, входящий в состав стекла. По этой причине даже в жаркий солнечный день нельзя загореть в
комнате при закрытом окне. Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т.к. роговая
оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение видят
некоторые животные. Например, голубь ориентируется по Солнцу даже в пасмурную погоду.
3.Рентгеновское излучение.
Девяностые годы девятнадцатого века. Многие физики мира в то время исследовали потоки
электронов, возникающих в откачанных стеклянных трубках, имевших различную форму. В
стеклянный сосуд впаивались два электрода, к ним подводилось высокое напряжение. То, что от
таких трубок распространяются какие-то лучи, подозревалось давно. В 1879 году опытным путем
Крукс доказал, что речь идет именно о лучах: крест, используемый в опытах, отбрасывал на стекло
отчетливую тень. В 1897 году Томсоном доказано, что лучи представляют собой поток электронов,
определив отношение заряда к массе частицы.
Рентген работал с различными трубками, меняя места впайки электродов, форму стеклянного
баллона. Но мельчайшие подробности событий вечера 8 ноября 1895 года хорошо известны.
Рентген: «Вечером 8 ноября 1895 года я, как обычно, работал в своей лаборатории, занимаясь
изучением катодных лучей. Около полуночи, почувствовав усталость, я собрался уходить. Окинув
взглядом лабораторию, погасил свет и хотел было закрыть дверь, как вдруг заметил в темноте какоето светящееся пятно. Оказывается, светился экран из синеродистого бария. Почему он светился?
Солнце давно зашло, электрический свет не мог вызвать свечения, катодная трубка выключена, да и
в добавок закрыта черным чехлом их картона. Я еще раз посмотрел на катодную трубку и упрекнул
себя: оказывается, я забыл ее выключить. Нащупав рубильник, я выключил трубку. Исчезло и
свечение экрана. Включил трубку вновь и вновь появилось свечение. Значит свечение вызывает
катодная трубка! Но каким образом? Ведь катодные лучи задерживаются чехлом, да и воздушный
метровый промежуток между трубкой и экраном для них является броней. Оправившись от
минутного изумления, я начал изучать обнаруженное явление и новые лучи, названные мной Х –
лучами. С экраном в руках я начал двигаться по лаборатории. Оказывается, полтора – два метра для
этих лучей не преграда. Они легко проникали через книгу, стекло, станиоль. Лучи, попавшие на
фотопластинку, засветили ее. Они не расходились вокруг трубки сферически, а имели определенное
направление».
Какими свойствами обладали обнаруженные Х – лучи?
«Пятьдесят суток - дней и ночей - были потрачены на исследования. Были забыты на это время
семья, здоровье, ученики, студенты. Он никого не посвящал в свою работу до тех пор, пока не
разобрался во всем сам. Первым человеком, кому он доверил свое открытие, была я, его жена Берта.
Он продемонстрировал свойства обнаруженных Х-лучей и попросил меня расположить кисть руки
на пути неизвестных лучей. То, что я увидела, было фантастично и жутковато! На экране я увидела
силуэт костей своей кисти.» -вспоминала жена Рентгена.
В 1901 году Рентген стал первым Нобелевским лауреатом. Х-лучи были названы рентгеновскими.
Исследование их свойств не прекратилось. Возникло предположение, что рентгеновские лучи –
электромагнитные волны, имеющие длину волны меньше, чем лучи видимого участка спектра и
ультрафиолетовые лучи. Волнам присуще явление дифракции. Возможно ли наблюдение данного
явления для рентгеновских лучей? Это было доказано спустя 15 лет после открытия Рентгена
немецким физиком М.Лауэ: «Сначала я пропускал рентгеновские лучи через очень узкие щели в
свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось. Я
предположил, что длина волны лучей мала, чтобы можно было обнаружить дифракцию на
искусственно созданных препятствиях. Ведь нельзя сделать щели размером 10-8 см, поскольку таков
размер самих атомов. А если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину? Нельзя ли
использовать кристаллы с их периодической структурой? Узкий пучок рентгеновских лучей я
направил на кристалл, за которым расположил фотопластинку. Результат полностью согласовывался
с самыми оптимистическими ожиданиями и его можно было объяснить только дифракцией
рентгеновских лучей».
Как вы думаете, какая дифракционная картина была получена в опыте Лауэ?
Обнаружение дифракции рентгеновских лучей позволило оценить длину волны: ≈10-8 см. В
современных условиях для получения рентгеновских лучей созданы специальные рентгеновские
трубки, на которые подается высокое напряжение, порядка 50-200 кВ. Электроны, испускаемые
накаленным катодом рентгеновской трубки, ускоряются сильным электрическим полем в
пространстве между анодом и катодом и с большой скоростью ударяются об анод.
Что является причиной возникновения рентгеновского излучения?
Вокруг летящих электронов существует магнитное поле, поскольку движение электронов
представляет собой электрический ток. При резком торможении электрона в момент удара о
препятствие магнитное поле электрона быстро изменяется и в пространство излучается
электромагнитная волна.
Что собой будет представлять спектр рентгеновского излучения?
Тормозное излучение рентгеновской трубки имеет сплошной спектр.
Где используется рентгеновское излучение?
Рентгеновское излучение относится к радиационному. Различные рентгеновские аппараты
используются в медицинских учреждениях.
Ученица. Я побывала в различных кабинетах медицинских учреждений и выяснила, что если
предстоит флюорография грудной клетки, то действие излучения приведет к одномоментной дозе
370 мбэр. Еще больше даст рентгенография зуба – 3бэр. Если задумали рентгеноскопию желудка, то
вас ждет 30 бэр местного облучения. Дозы эти очень небольшие, организм человека успевает за
короткий срок как бы залечить незначительные радиационные поражения и восстановить свое
первоначальное состояние. Источником излучения являются экран компьютера, телевизора. Если
смотреть передачи в течение года ежедневно по 3 часа, то это приведет к облучению дозой 0,1 мбэр.
IV. Закрепление изученного материала.
А). Беседа по вопросам.
- Как называются излучения, находящиеся по обе стороны от видимого излучения?(инфракрасное и
ультрафиолетовое).
- Где применяют эти излучения?
- Что представляет собой рентгеновское излучение?
- Почему возникает рентгеновское излучение?
- Какими свойствами оно обладает?
- Почему экран телевизора является источником рентгеновского излучения?
- Что дает густую тень на экране рентгеновской установки: алюминий или медь?
- Для чего врачи-рентгенологи при работе пользуются перчатками, фартуками, очками, в которые
введены соли свинца?
Б). Решение задач.
Сборник задач. Рымкевич № 987.
Сборник задач. Степанова № 1623, 1632, 1636.
V. Поведение итогов урока.
VI. Рефлексия «Незаконченное предложение».
Ученики дописывают продолжение предложений «На уроке я открыл(а) для себя..», «Данный урок
позволил мне…», «Такой урок интересен тем, что…».
VII. Домашнее задание: §84,85.
Дополнительные вопросы по теме урока.
Что собой представляет инфракрасное излучение?
В чем специфичность ультрафиолетового излучения?
Почему сушить окрашенные изделия лучше не в печах, а в инфракрасных сушилках?
Почему в облачную погоду на улице тепло?
Для чего спецодежду сталеваров покрывают прочным слоем фольги?
Почему в горах можно загореть значительно быстрее?
Осенью в садах белят стволы, а иногда и ветви деревьев. Для чего это делают?
Почему сварщики во время работы должны предохранять глаза темным стеклом?
Ртутные лампы ультрафиолетового излучения делают из кварцевого, а не из обычного стекла. Для
чего?
Почему глаз зрительно не воспринимает волн короче 0,4 мкм?