Урок по физике и астрономии "Спектр электромагнитных волн"

Разделы: Физика, Астрономия

Пояснительная записка к уроку

Данный урок в 11-м классе – завершающий в разделах “Электромагнитные волны”, “Оптика”. Учащиеся уже знают основные свойства электромагнитных волн, причины их возникновения, способы их получения и регистрации, основные характеристики электромагнитных излучений, знают формулы, описывающие волновые процессы, могут приводить примеры практического применения электромагнитных излучений.

Материал урока имеет важное значение в формировании мировоззрении учащихся, расширения и уточнения представлений о строении вещества и структуры объекта во Вселенной.

Это интегрированный урок, позволяющий обобщить знания , полученные при изучении основ естественных наук. В уроке реализована связь физики и астрономии, и отражено единство законов природы. А применение компьютерных информационных технологий делает урок современным, интересным, запоминающимся.

Данный урок построен на основе мультимедийного проекта, разработанного в программе презентаций MS PowerPoint.

Тема урока представлена на слайдах, в которых кратко изложены ключевые моменты разбираемого вопроса. Обсуждение сопровождается видеорядом, который представлен анимацией, рисунками, фотографиями, видеоматериалами. Для улучшения восприятия в презентации используется музыкальное оформление. Это повышает заинтересованность учащихся и повышает мотивацию к обучению. Урок, построенный в такой форме, дает возможность повторить и обобщить большой объем изученного материала по данной теме, углубить и закрепить знания и проконтролировать его усвоение.

Такой урок отличается высокой организованностью и слаженностью. Материалы урока могут быть использованы неоднократно в других классах, ими могут воспользоваться другие учителя школы. При необходимости они легко корректируются.

Мультимедийный проект разрабатывался учителем физики и астрономии Ткаченко Натальей Николаевной, заместителем директора по Информационным технологиям Вагеник Ириной Юрьевной.

Цели проектной деятельности:

  • показать значение электромагнитного излучения для уточнения представлений о строении вещества и составлении более полной картины структуры объектов во Вселенной.
  • создать наглядный учебный демонстрационный материал для проведения урока по данной теме.

Задачи проекта:

  • подобрать, обобщить, систематизировать материал об электромагнитных волнах;
  • углубить и расширить знания учащихся по данной теме;
  • оформить работу с использованием ИКТ;
  • презентация проекта на уроке по данной теме.

При подготовке проекта была обработана информация из различных источников: учебников по физике и астрономии, справочников, энциклопедий (использовался метод сканирования), материал в цифровом виде (CD “Открытая физика”, “Открытая астрономия”, “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, “Репетитор по физике”). Для создания слайдов использовались различные программы и приложения интегрированного пакета MsOffice (текстовый редактор MsWord, редактор формул MsEquation, графический редактор Adobe Photoshop). Для улучшения восприятия было подобрано музыкальное сопровождение на космическую тему.

Раздел программы: “Электромагнитные волны”, “Оптика”.

Тема урока: “Спектр электромагнитных волн”.

Тип урока: интегрированный, обобщающий урок.

Место урока в учебной программе: урок проводится после изучения разделов “Электромагнитные волны”, “Оптика”. Продолжительность урока 45 мин.

Аудитория

учащиеся 11 класса.

Оборудование: компьютер Pentium IV, мультимедийный проектор, экран.

Программное обеспечение:

презентация по теме, выполненная на основе программы MS PowerPoint, обучающая программа “Открытая физика”, “Открытая астрономия”, “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, “Репетитор по физике”.

Цели урока

  1. Показать значимость темы “Спектр электромагнитных волн” в формировании представлений учащихся о физической картине мира; уточнить представление о строении вещества; составить более полную картину структуры объектов во Вселенной.
  2. Показать возможности компьютера в организации учебного процесса.

Задачи урока

Образовательные:

  • обобщить, систематизировать изученный раннее материал о всем диапазоне электромагнитных излучений;
  • углубить знания по данной теме;

Развивающие:

  • совершенствование интеллектуальных способностей и развитие речи учащихся, формирование умений выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы;
  • стимулирование интереса к предмету путем привлечения дополнительного материала;
  • формирование потребности к углублению и расширению знаний.

Воспитательные:

  • развитие познавательного интереса.

Общий план урока

  1. Организационный момент.
  2. Мотивация.
  3. Сообщение плана урока:
  • Электромагнитные волны, их характеристика и основные свойства.
  • Общий обзор шкалы электромагнитных волн.
  • Деление электромагнитного спектра на диапазоны по способу генерации.
  • Всеволновая астрономия.
  1. Решение задачи на применение соотношения волнового движения.
  2. Выполнение тестовых заданий.
  3. Заключение. Выводы.
  4. Подведение итогов урока.

    5. Содержание и ход урока

I. Организационный момент

1. Сообщение темы и цели урока (слайд №1и №2)

2. Мотивация

Полный электромагнитный спектр занимает бесконечно большой диапазон длин волн, начиная от самых длинных, неопределенно большой длины, например большей, чем расстояние Земли от Солнца, равное приблизительно 150000000 км.

С длиной волны 1,5· 1013 см. До самых коротких гамма-лучей радия с длиной волны 4,7·10-11 см.

Самые длинные волны длиннее самых коротких в 3·1023 раз. (слайд №3)

Пространство нашей Вселенной пронизано электромагнитным излучением всех диапазонов с длинами волн от километров до миллиардной части сантиметра, несущую разнообразную информацию о далеких небесных объектах. На слайде №4 представлено распределение только рентгеновских источников по небу в галактических координатах. Размер кружка на рисунке пропорционален интенсивности источника. Видно, что самые яркие источники концентрируются к галактическому центру.

На слайде №5 показано распределение гамма-излучение на небесной сфере. Излучения распределены изотропно, то есть практически приходят с любого направления.

В нашей повседневной жизни мы имеем дело с разными видами электромагнитных излучений, которые используются в науке, медицине, т.е. роль электромагнитных излучений велика, и информации об электромагнитных волнах очень много.

3. Сообщение плана урока (слайд №6)

II. Актуализация знаний

1. Фронтальный опрос

Учитель:

Какую волну называют электромагнитной? (слайд №7)

Какова история электромагнитных волн? (слайд №8)

Перечислите общие характеристики и свойства, позволяющие объединить все виды электромагнитных излучений в шкалу электромагнитных волн. (слайд №9)

Учащиеся.

  • Скорость электромагнитной волны является конечной и в вакууме равна скорости света.
  • Любой движущийся с ускорением или колеблющийся заряд излучает электромагнитные волны.
  • Вокруг источника электромагнитных волн происходит периодическое изменение характеристик электрического и магнитного полей (векторов напряженности и магнитной индукции).
  • Направления колебаний векторов напряженности магнитной индукции взаимно перпендикулярны, а также перпендикулярно направлению распространения волны, это значит, что электромагнитные волны поперечны.
  • уравнения бегущей гармонической волны напряженности электрического поля и индукции магнитного поля представлены на слайде №9.
  • Электромагнитные волны имеют свойства: интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии.

2. Решение задачи на применение соотношения волнового движения (слайд №10)

В 1897 г. русский физик П.Н. Лебедев получил электромагнитное излучение с длиной волны 6 мм. Вычислить частоту и период таких волн.

Решение задачи для самопроверки дано на слайдах №29,30.

3.Обзор шкалы электромагнитных излучений (слайд №11)

Учащиеся дают характеристику каждому виду электромагнитному излучения (слайды №22 - 27, 31, 32).

4. Анализ источников электромагнитного излучения различных диапазонов частот и выводы учащихся.

Учащиеся. Волны относящиеся к I и II участкам шкалы электромагнитных волн представляют собой искусственно возбуждаемое электромагнитное излучение, получаемое с помощью колебательных контуров. С III участка школы начинаются волны, которые излучаются атомами и молекулами вещества.

5. Выполнение тестового задания.

Учитель. На данном слайде (слайд №15) приведен рисунок, иллюстрирующий прозрачность земной атмосферы для электромагнитных волн различных длин. Посмотрите внимательно и дайте комментарии к рисунку.

Учащиеся. На рисунке видно два окна прозрачности земной атмосферы для электромагнитных излучений. Оптическое окно прозрачности – лежит в области видимого излучения. Другое окно прозрачности – более широкое, лежит в радиодиапазоне.

Атмосфера Земли совершенно непрозрачна для излучения, длина волны которого меньше 2,9·10-5 см (это диапазон УФ излучения). Другой край оптического окна прозрачности атмосферы расположен в области с длиной волны около 10-4 см. Инфракрасные лучи с большой длиной волны сильно поглощаются парами атмосферной воды. А в радиодиапазоне через атмосферу Земли проникают радиоволны с длиной волны от 1 до 4 мм и от 8 до 20 м.

Учитель. Проводя неатмосферные наблюдения, получают информацию, которую несут излучения, поглощаемые или сильно изменяемые земной атмосферой. В настоящее время в астрономии используются практически все диапазоны от радиоволн до гамма-излучений. Поэтому современную астрономию называют Всеволновой (слайд №16).

Превращение астрономии во всеволновую позволило зарегистрировать излучения из таких областей, где материя (то есть вещество и излучение) находятся в так называемых экстремальных (предельных) условиях, таких которые невозможно реализовать в лабораториях на Земле. Мы рассмотрим только несколько источников электромагнитного излучения: солнце, пульсары и квазары.

Учащиеся. Сообщения учащихся по данным источникам излучения. (слайды №33-35)

Тест

1. В каких случаях происходит излучение электромагнитных волн?

  1. Электрон движется равномерно и прямолинейно.
  2. Электрон движется равноускоренно и прямолинейно.
  3. Электрон движется равномерно по окружности.
    Ответы:
    А. 2 и 3.
    Б. Только 2.
    В. Только 3.
    Г. Только 1.
    Д. 1,2,3.

2. Возникает ли электромагнитное излучение при торможении протонов?

Ответы: А. Да. Б. Нет.

3. Какие из перечисленных ниже излучений обладают способностью к дифракции на краю препятствия?

Ответы:
А. Все перечисленные ниже излучения.
Б. Радиоволны.
В. Видимое излучение (свет).
Г. Рентгеновское излучение.

4. Какие свойства будут обнаруживать электромагнитные волны следующих диапазонов, падая на тело человека:

1. Радиоволны.

2. Рентгеновского диапазона.

3. Инфракрасного диапазона.

4. Ультрафиолетового.

Ответы:

А. Нагревают ткани.
Б. Вызывают покраснение кожи.
В. Почти полностью отражаются.
Г. Проходят через мягкие ткани.

5. Как изменится плотность потока излучения электромагнитных волн при одинаковой амплитуде их колебаний в вибраторе, если частоту колебаний уменьшить в 2 раза?

Ответы:
А. Уменьшится в 16 раз.
Б. Уменьшится в 4 раза.
В. Уменьшится в 2 раза.
Г. Не изменится.

Учитель. Каким образом регистрируют электромагнитные излучения и получают информацию о небесных объектах?

Учащиеся. Регистрируют электромагнитные излучения и получают информацию о небесных объектах с помощью телескопов (слайды 17).

Учитель. Раньше всю информацию о Вселенной получали в видимом диапазоне с помощью оптических телескопов (слайд 36). В XX веке появилась возможность анализировать данные, поступающие в радиодиапазоне, для этого используют радиотелескопы (слайд 37). В настоящее время исследование галактик и других объектов Вселенной проводят в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском диапазонах с помощью детекторов, установленных на космических кораблях и спутниках(слайд №38).

Космические аппараты позволили проводить исследования космических объектов во всех диапазонах длин волн электромагнитных излучений. На слайде (слайд№17) представлена фотография растущей луны, сделанная в гамма-лучах; солнце в рентгеновских лучах (слайд №39); млечный путь в различных диапазонах (слайд №19).

Выводы (слайд №20)

  1. Исследования электромагнитного излучения имеют огромное значение для уточнения наших представлений о строении вещества. Исследования инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений помогли выяснить строение молекул и внешних электронных оболочек атомов; изучение рентгеновского излучения позволило установить строение внутренних электронных оболочек атомов и структуру кристаллов, а излучение гамма-лучей дает много ценных сведений о строении атомных ядер.
  2. Анализ информации, полученной во всем спектре электромагнитных волн позволяет составить более полную картину структуры объектов во Вселенной, тем самым расширить границы познания природы.

Презентация

Видеозапись