По мере развития науки и техники были обнаружены различные виды излучений: радиоволны, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма- излучение. Все эти излучения имеют одну и ту же природу. Они являются электромагнитными волнами . Разнообразие свойств этих излучений обусловлено их частотой (или длиной волны). Между отдельными видами излучений нет резкой границы, один вид излучения плавно переходит в другой. Различие свойств становится заметным только в том случае, когда длины волн различаются на несколько порядков.

Для систематизации всех видов излучений составлена единая шкала электромагнитных волн:

Шкала электромаг­нитных волн это непрерывная после­довательность частот (длин волн) электромагнитных излучений. Разбиение шкалы ЭМВ на диапазоны весьма условное.

Известные электромагнитные волны охватывают огромный диапазон длин волн от 10 4 до 10 -10 м . По способу получения можно выделить следующие области длин волн:

1. Низкочастотные волны более 100 км (10 5 м). Источник излучения - генераторы переменного тока

2. Радиоволны от 10 5 м до 1 мм. Источник излучения - открытый колебательный контур (антенна) Выделяются области радиоволн:

ДВ длинные волны - более 10 3 м,

СВ средние - от 10 3 до 100 м,

КВ короткие - от 100 м до 10 м,

УКВ ультракороткие - от 10 м до 1 мм;

3 Инфракрасное излучении (ИК) 10 –3 -10 –6 м. Область ультракоротких радиоволн смыкается с участком инфракрасных лучей. Граница между ними условная и определяется способом их получения: ультракороткие радиоволны получают с помощью генераторов (радиотехнические методы), а инфракрасные лучи излучаются нагретыми телами в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

4. Видимый свет 770-390 нм Источник излучения – электронные переходы в атомах. Порядок цветов в видимой части спектра, начиная с длинноволновой области КОЖЗГСФ. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

5 . Ультрафиолетовое излучение (УФ) от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

6 . Рентгеновские лучи от 1 нм до 0,01 нм . Излучаются в результате атомных переходов с одного внутреннего энергетического уровня на другой.

7. За рентгеновскими лучами идет область гамма-лучей (γ) с длинами волн менее 0,1 нм. Излучаются при ядерных реакциях.

Область рентгеновских и гамма-лучей частично перекрывается, и различать эти волны можно не по свойствам, а по методу получения: рентгеновские лучи возникают в специальных трубках, а гамма-лучи испускаются при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению веществом. Коэффициент отражения веществом электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Электромагнитные волны отражаются и преломляются согласно законам отражения и преломления.

Для электромагнитных волн можно наблюдать волновые явления - интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии.

Шкала электромагнитных излучений условно включает в себя семь диапазонов:

1. Низкочастотные колебания

2. Радиоволны

3. Инфракрасное излучение

4. Видимое излучение

5. Ультрафиолетовое излучение

6. Рентгеновское излучение

7. Гамма излучение

Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.

Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны с длиной волны от 8*10-6 см. до 10-10 см.

Различают два вида рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое.

Тормозное возникает при торможении быстрых электронов любым препятствием, в частности металлическими электронами.

Тормозное излучение электронов имеет непрерывный спектр, отличающийся от непрерывных спектров излучения, создаваемых твердыми телами или жидкостями.

Характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Характеристическое излучение возникает в результате того, что внешний быстрый электрон, тормозящийся в веществе, вырывает из атома вещества электрон, расположенный на одной из внутренних оболочек. При переходе на освободившееся место электрона более удаленного возникает рентгеновский фотон.

Устройство для получения рентгеновских лучей - рентгеновская трубка .

Схематическое изображение рентгеновской трубки.

X - рентгеновские лучи, K - катод, А - анод (иногда называемый антикатодом), С - теплоотвод, U h - напряжение накала катода, U a - ускоряющее напряжение, W in - впуск водяного охлаждения, W out - выпуск водяного охлаждения.

Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2. При этом появляются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10 _о мм рт. ст.

Электроны, испущенные раскалённым катодом, ускоряются (при этом рентгеновские лучи не испускаются, т. к. ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где они резко тормозятся (при этом испускаются рентгеновские лучи: т. н. тормозное излучение)

В то же время выбивают электроны из внутренних электронных оболочек атомов металла, из которого сделан анод. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с определённой, характерной для материала анода, энергией(характеристическое излучение)

Для рентгеновских лучей характерна малая длина волны, большая «жесткость».

Свойства:

высокая проникающая способность;

действие на фотопластинки;

способность вызывать ионизацию в веществах, сквозь которые эти лучи проходят.

Применение:

Рентгенодиагностика. При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов

Рентгенотерапия

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК.

В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

Хемилюминесценция При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света,причем источник света остается холодным. Светлячок Кусок дерева, пронизанный светящейся грибницей Рыба,обитающая на большой глубине

Электромагнитные излучения Радио излучение Радио излучение Инфракрасное излучение Инфракрасное излучение Видимое излучение Видимое излучение Ультрафиолетовое излучение Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение Рентгеновское излучение Гамма излучение Гамма излучение

Шкала электромагнитных излучений 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).

Все виды излучений имеют, по существу, одну и ту же физическую природу Луи де Бройль Самостоятельная работа по заполнению таблицы Виды излученийДиапазон длин волн ИсточникСвойстваПрименение Радио излучение Инфракрасное излучение Видимое излучение Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение -излучение

Виды излучений Диапазон длин волн Источник СвойстваПрименение Радиоволны 10 км (310^4 – 310 ^12 Гц) Транзисторные цепиОтражение, Преломление Дифракция Поляризация Связь и навигация Инфракрас- ное излучение 0,1 м – 770 нм (310^ 12 – 4 10 ^14 Гц) Электрический камин Отражение, Преломление Дифракция Поляризация Приготовление пищи Нагревание, сушка, Тепловое фотокопирование Видимый свет 770 – 380 нм (410^ 14 – 810 ^14 Гц) Лампа накаливания, Молнии, Пламя Отражение, Преломление Дифракция Поляризация Наблюдение за видимым миром, Преимущественно путем отражения Ультрафио летовое излучение 380 – 5 нм (810^ 14 – 610 ^16 Гц) Разрядная трубка, углеродная Дуга ФотохимическиеЛечение заболеваний кожи, уничтожение бактерий, сторожевые устройства Рентгеновс- кое излучение 5 нм– 10^ –2 нм (610^ 16 – 310 ^19 Гц) Рентгеновская трубка Проникающая способность Дифракция Рентгенография, радиология, обнаружение подделок произведений искусства - излучение 510^ ^-15 м Циклотрон Кобальт - 60 Порождаются космически ми объектами Стерилизация, Медицина, лечение рака Проверьте свои ответы

Цель урока : обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;

Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;

Развивающая : Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;

Воспитательная : Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;

Тип урока : урок повторения и коррекции знаний;

Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».

Ход урока:

1. Объяснение нового материала.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g -излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g -излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g -излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g -лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.

1. Низкочастотные колебания

	Низкочастотные колебания
Длина волны(м)	10 13 - 10 5
Частота(Гц)	3· 10 -3 - 3 ·10 3
Энергия(ЭВ)	1 – 1,24 ·10 -10
Источник	Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной (промышленной) частоты (200 Гц) Телефонные сети (5000Гц) Звуковые генераторы (микрофоны, громкоговорители)
Приемник	Электрические приборы и двигатели
История открытия	Лодж (1893 г.), Тесла (1983)
Применение	Кино, радиовещание(микрофоны, громкоговорители)

2. Радиоволны

	Радиоволны
Длина волны(м)	10 5 - 10 -3
Частота(Гц)	3 ·10 3 - 3 ·10 11
Энергия(ЭВ)	1,24 ·10-10 - 1,24 · 10 -2
Источник	Колебательный контур Макроскопические вибраторы
Приемник	Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия	Феддерсен (1862 г.), Герц (1887 г.), Попов, Лебедев, Риги
Применение	Сверхдлинные - Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние - Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие - радиолюбительская связь УКВ - космическая радио связь ДМВ - телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ - радиолокация

	Инфракрасное излучение
Длина волны(м)	2 ·10 -3 - 7,6· 10 -7
Частота(Гц)	3 ·10 11 - 3 ·10 14
Энергия(ЭВ)	1,24· 10 -2 – 1,65
Источник	Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м
Приемник	Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки
История открытия	Рубенс и Никольс (1896 г.),
Применение	В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма (в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,

4. Видимое излучение

5. Ультрафиолетовое излучение

	Ультрафиолетовое излучение
Длина волны(м)	3,8 10 -7 - 3 ·10 -9
Частота(Гц)	8 ·10 14 - 10 17
Энергия(ЭВ)	3,3 – 247,5 ЭВ
Источник	Входят в состав солнечного света Газоразрядные лампы с трубкой из кварца Излучаются всеми твердыми телами, у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся (кроме ртути)
Приемник	Фотоэлементы, Фотоумножители, Люминесцентные вещества
История открытия	Иоганн Риттер, Лаймен
Применение	Промышленная электроника и автоматика, Люминисценнтные лампы, Текстильное производство Стерилизация воздуха

6. Рентгеновское излучение

	Рентгеновское излучение
Длина волны(м)	10 -9 - 3 ·10 -12
Частота(Гц)	3 ·10 17 - 3 ·10 20
Энергия(ЭВ)	247,5 – 1,24 ·105 ЭВ
Источник	Электронная рентгеновская трубка (напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить. Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др. Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии) Солнечная корона
Приемник	Фотопленка, Свечение некоторых кристаллов
История открытия	В. Рентген, Милликен
Применение	Диагностика и лечение заболеваний (в медицине), Дефектоскопия (контроль внутренних структур, сварных швов)

7. Гамма - излучение

Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством 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 ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).

Литература:

1. « Физика- 11» Мякишев
2. Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»())) «Кирилл и Мефодий, 2006)
3. Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»((1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
4. Ресурсы Интернета

О чем рассказывает свет Суворов Сергей Георгиевич

Шкала электромагнитных излучений

Таким образом, шкала излучений, обнаруженных человеком в природе, оказалась очень широкой. Если идти от наиболее длинных волн к коротким, мы увидим следующую картину (рис. 27). Сначала идут радиоволны, они самые длинные. В их же число входят и излучения, открытые Лебедевым и Глаголевой-Аркадьевой; это - ультракороткие радиоволны. Далее последовательно идут инфракрасные излучения, видимый свет, ультрафиолетовые излучения, рентгеновские и, наконец, гамма-излучения.

Границы между различными излучениями весьма условны: излучения непрерывно следуют одно за другим и даже отчасти перекрывают друг друга.

Взглянув на шкалу электромагнитных волн, читатель может заключить, что видимые нами излучения составляют весьма небольшую часть известного нам общего спектра излучений.

Для обнаружения и изучения невидимых излучений физик должен был вооружиться дополнительными приборами. Невидимые излучения можно обнаружить по их действию. Так, например, радиоизлучения действуют на антенны, создавая в них электрические колебания: инфракрасные излучения сильнее всего действуют на тепловые приборы (термометры), а все остальные излучения наиболее сильно действуют на фотопластинки, вызывая в них химические изменения. Антенны, тепловые приборы, фотопластинки - это новые «глаза» физиков для различных участков шкалы электромагнитных волн.

Рис. 27. Шкала излучений. Заштрихованная сеткой область изображает часть спектра, видимую человеческим глазом

Открытие многообразных электромагнитных излучений- одна из самых блестящих страниц истории физики.

Из книги Курс истории физики автора Степанович Кудрявцев Павел

Открытие электромагнитных волн Вернемся, однако, к Герцу. Как мы видели, в своей первой работе Герц получил быстрые электрические колебания и исследовал действие вибратора на приемный контур, особенно сильное в случае резонанса. В работе «О действии тока» Герц перешел к

Из книги НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. автора Тесла Никола

ИНТЕРЕСНАЯ ОСОБЕННОСТЬ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ* Возможно, ценность изложенных здесь результатов, полученных с помощью ламп, испускающих рентгеновские излучения, в том, что они проливают дополнительный свет на природу излучений, а также лучше иллюстрируют уже известные

Из книги О чем рассказывает свет автора Суворов Сергей Георгиевич

Возбуждение электромагнитных волн Простейший способ возбудить электромагнитные волны - создать электрический разряд. Представим себе металлический стержень с шаром на конце, заряженный положительным электричеством, и другой такой же стержень, заряженный

Из книги История лазера автора Бертолотти Марио

Обнаружение электромагнитных волн Но электромагнитные волны в пространстве глазом не воспринимаются. Как же их обнаружить? И что, собственно, колеблется в этих волнах?Свойства водяных волн мы изучали, наблюдая за колебаниями пробки, па которую действовала водяная волна.

Из книги Атомная проблема автора Рэн Филипп

Длина волны электромагнитных волн Но там, где есть периодическое колебание, которое распространяется в пространстве, там можно говорить и о длине волны. У водяных волн мы называли длиной волны расстояние между двумя ближайшими гребнями. А что такое гребень водяной волны?

Из книги Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра автора Шустов Борис Михайлович

Поиски решетки для рентгеновских излучений Однако в работе с дифракционными решетками встретились свои трудности.Дело в том, что однотипной решетки для всех излучений подобрать нельзя. Для различных излучений нужны различные решетки. Ширина светлых штрихов решетки

Из книги автора

Нашлась решетка и для рентгеновских излучений Но нашлась дифракционная решетка и для рентгеновских излучений. Сама природа пришла здесь на помощь.В конце XIX и начале XX века физики усиленно изучали строение твердых тел. Известно, что многие твердые тела являются

Из книги автора

Серии рентгеновских излучений На рентгеновские спектры атомов внешние условия не оказывают столь большого влияния. Даже когда атомы вступают в химические соединения, их внутренние слои не перестраиваются. Поэтому рентгеновские спектры молекул те же, что и спектры

Из книги автора

Задача преобразования длинноволновых излучений в видимый свет В естественных преобразователях света - люминесцентных веществах - преобразуется свет с длиной волны более короткой, чем у видимого, в свет видимый. Однако практические потребности выдвигают задачу

Из книги автора

Экспериментальное открытие электромагнитных волн Параллельно с теоретическими изучениями уравнений Максвелла проводились экспериментальные исследования по генерации электрических колебаний, получаемых при разряде обычного конденсатора в электрической цепи, и

Из книги автора

Глава XI Проблемы защиты от радиоактивных излучений Проблемы защиты от радиоактивных излучений возникают на различных ступенях использования атомной энергии:- на низшей ступени, к которой относится, например, добыча урана, являющегося основным видом ядерного

Из книги автора

I. Защита от радиоактивных излучений на атомных заводах 1) Дозы радиоактивных излучений чаще всего выражаются в рентгенах.Различные международные комиссии установили, что для работающих на атомных заводах допустимая недельная доза облучения равна 0,3 рентгена. Эта доза,

Из книги автора

9.3. Туринская шкала Когда достаточно крупный объект только что открыт, заранее не известно, какую опасность он может представлять для Земли в ближайшем или более отдаленном будущем. Не исключено, хотя и маловероятно, что получение как можно большего числа наблюдений в

Из книги автора

9.4. Палермская техническая шкала для оценки угрозы столкновения Земли с астероидами и кометами Туринская шкала, рассмотренная в предыдущем разделе, была разработана прежде всего для описания и распространения сведений об астероиднокометной опасности средствами