Низкочастотные колебания презентация по физике. Низкочастотные колебания
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:
- « Физика- 11» Мякишев
- Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»())) «Кирилл и Мефодий, 2006)
- Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»((1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
- Ресурсы Интернета
«Трансформатор напряжения» - Изобретатель трансформатора. Генератор переменного тока. Коэффициент трансформации. Напряжение. Трансформатор. Физический прибор. Условная схема высоковольтной линии передачи. Уравнение мгновенного значения силы тока. Передача электроэнергии. Принцип действия трансформатора. Устройство трансформатора. Период. Проверь себя.
«Сила Ампера» - Ориентирующее действие МП на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах. Ампер Андре Мари. Действие магнитного поля на проводники с током. Сила Ампера. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Определить положение полюсов магнита, создающего магнитное поле. Применение силы Ампера.
««Механические волны» физика 11 класс» - Физические характеристики волны. Звук. Виды волн. Эхо. Значение звука. Распространение волн в упругих средах. Волна - это колебания, распространяющиеся в пространстве. Звуковые волны в различных средах. Немного из истории. Механизм распространения звука. Что такое звук. Механические волны. Характеристики звуковых волн. Тип звуковых волн. Во время полёта летучие мыши поют песни. Это интересно. Приемники звуковых волн.
«Ультразвук в медицине» - Лечение ультразвуком. Рождение ультразвука. План. Вредно ли ультразвуковое исследование. Ультразвуковые процедуры. Ультразвуковое исследование. Ультразвук в медицине. Детская энциклопедия. Вредно ли ультразвуковое лечение. Ультразвук в помощь фармакологам.
«Световая интерференция» - Качественные задачи. Кольца Ньютона. Формулы. Интерференция света. Условия когерентности световых волн. Интерференция световых волн. Сложение волн. Интерференция механических волн. Сложение в пространстве двух (или нескольких) когерентных волн. Цели урока. Опыт Юнга. Как изменится радиус колец. Кольца Ньютона в отраженном свете.
««Световые волны» физика» - Расчёт увеличения линзы. Принцип Гюйгенса. Световые волны. Закон отражения света. Полное отражение. Основные свойства линзы. Закон преломления света. Интерференция света. Вопросы повторения. Дифракция света. Дисперсия света.
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Шкала электромагнитных волн. Виды, свойства и применение.
Из истории открытий… 1831 – Майкл Фарадей установил, что любое изменение магнитного поля вызывает появление в окружающем пространстве индукционного (вихревого) электрического поля.
1864 – Джеймс - Клерк Максвелл высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн, способных распространятся в вакууме и диэлектриках. Однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет непрерывно захватывать новые области пространства. Это и есть электромагнитная волна.
1887 - Генрих Герц опубликовал работу "О весьма быстрых электрических колебаниях", где описал свою экспериментальную установку - вибратор и резонатор, - и свои опыты. При электрических колебаниях в вибраторе в пространстве вокруг него возникает вихревое переменное электромагнитное поле, которое регистрируется резонатором.
Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. 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.
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)
Радиоволны Получаются 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. Длины волн охватывают область от 1 мкм до 50 км
Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение (тепловое) Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства: проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман; производит химическое действие (фототгластинки); поглощаясь веществом, нагревает его; невидимо; способно к явлениям интерференции и дифракции; регистрируется тепловыми методами.
Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, в промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов
Видимое излучение Свойства: отражение, преломление, воздействует на глаз, способно к явлению дисперсии, интерференции, дифракции. Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового). Диапазон длин волн занимает небольшой интервал приблизительно от 390 до750 нм.
Ультрафиолетовое излучение Источники: газоразрядные лампы с кварцевыми трубками. Излучается всеми твердыми телами, у которых t 0> 1 ООО°С, а также светящимися парами ртути. Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.
Применение: в медицине, в промышленности.
Рентгеновские лучи Излучаются при больших ускорениях электронов. Свойства: интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (р =3 атм) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01 нм)
Применение: В медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.
γ -излучение Источники: атомное ядро (ядерные реакции). Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие. Длина волны менее 0,01 нм. Самое высокоэнергетическое излучение
Применение: В медицине, производстве (γ -дефектоскопия).
Воздействие ЭМВ на организм человека
Спасибо за внимание!
«Волны в океане» - Разрушительные последствия Цунами. Движение земной коры. Изучение нового материала. Узнать объекты на контурной карте. Цунами. Длина в океане до 200 км, а высота 1 м. Высота Цунами у берега до 40 м. Г.Пролив. В.Залив. Ветровые волны. Приливы и отливы. Ветер. Закрепление изученного материала. Средняя скорость Цунами 700 – 800 км/час.
«Волны» - «Волны в океане». Распространяются со скоростью 700-800км\ч. Угадай, какой внеземной объект вызывает приливы и отливы? Наибольшие приливы в нашей стране – на Пенжинской губе в Охотском море. Приливы и отливы. Длинные пологие волны, без пенистых гребней, возникающие в безветренную погоду. Ветровые волны.
«Сейсмические волны» - Полное разрушение. Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Географическое распространение землетрясений. Регистрация землетрясений. На поверхности аллювия образуются просадочные котловины, заполняющиеся водой. Меняется уровень воды в колодцах. На земной поверхности видны волны. Общепринятого объяснения таких явлений пока нет.
«Волны в среде» - То же относится к газообразной среде. Процесс распространения колебаний в среде называется волной. Следовательно, среда должна обладать инертными и упругими свойствами. Волны на поверхности жидкости имеют как поперечную, так и продольную компоненты. Следовательно, поперечные волны не могут существовать в жидкой или газообразной средах.
«Звуковые волны» - Процесс распространения звуковых волн. Тембр является субъективной характеристикой восприятия, в целом отражающей особенность звука. Характеристики звука. Тон. Рояль. Громкость. Громкость – уровень энергии в звуке – измеряется в децибелах. Звуковая волна. На основной тон, как правило, накладываются дополнительные тоны (обертоны).
«Механические волны 9 класс» - 3.По природе волны бывают: А. Механическими или электромагнитными. Плоская волна. Объясните ситуацию: Всё описать не хватит слов, Весь город перекошенный. В тихую погоду - нет нас нигде, А ветер подует - бежим по воде. Природа. Что «движется» в волне? Параметры волны. В. Плоскими или сферическими. Источник совершает колебания вдоль оси OY перпендикулярно ОХ.
Открытие электромагнитных волн - замечательный пример взаимодействия эксперимента и теории. На нем видно, как физика объединила, казалось бы, абсолютно разнородные свойства - электричество и магнетизм, - обнаружив в них различные стороны одного и того же физического явления - электромагнитного взаимодействия. На сегодня это одно из четырех известных фундаментальных физических взаимодействий, к числу которых также относятся сильное и слабое ядерные взаимодействия и гравитация. Уже построена теория электрослабого взаимодействия, которая с единых позиций описывает электромагнитные и слабые ядерные силы. Имеется и следующая объединяющая теория - квантовая хромодинамика - которая охватывает электрослабое и сильное взаимодействия, но ее точность несколько ниже. Описать все фундаментальные взаимодействия с единых позиций пока не удается, хотя в этом направлении ведутся интенсивные исследования в рамках таких направлений физики, как теория струн и квантовая гравитация.
Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях», хотя подробное описание теории вышло в 1867 году). Он прилежно и с огромным уважением пытался перевести на строгий математический язык немного наивные картинки Майкла Фарадея, описывающие электрические и магнитные явления, а также результаты других ученых. Упорядочив одинаковым образом все электрические и магнитные явления, Максвелл обнаружил ряд противоречий и отсутствие симметрии. Согласно закону Фарадея переменные магнитные поля порождают электрические поля. Но не было известно, порождают ли переменные электрические поля - магнитные. Избавиться от противоречия и восстановить симметрию электрического и магнитного полей Максвеллу удалось, введя в уравнения дополнительный член, который описывал возникновение магнитного поля при изменении электрического. К тому времени благодаря опытам Эрстеда уже было известно, что постоянный ток создает вокруг проводника постоянное магнитное поле. Новый член описывал другой источник магнитного поля, но его можно было представить как некий воображаемый электрический ток, который Максвелл назвал током смещения , чтобы отличить от обычного тока в проводниках и электролитах - тока проводимости. В итоге получилось, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, а переменные электрические - магнитные. И тогда Максвелл понял, что в такой связке колеблющиеся электрическое и магнитное поля могут отрываться от порождающих их проводников и двигаться через вакуум с определенной, но очень большой скоростью. Он вычислил эту скорость, и она оказалась около трехсот тысяч километров в секунду.
Потрясенный полученным результатом, Максвелл пишет Уильяму Томсону (лорду Кельвину, который, в частности, ввел абсолютную шкалу температур): «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений ». И далее в письме: «Я получил свои уравнения, живя в провинции и не подозревая о близости найденной мной скорости распространения магнитных эффектов к скорости света, поэтому я думаю, что у меня есть все основания считать магнитную и светоносную среды как одну и ту же среду...»
Уравнения Максвелла далеко выходят за рамки школьного курса физики, но они так красивы и лаконичны, что их стоит разместить на видном месте в кабинете физики, ведь большинство значимых для человека явлений природы удается описать с помощью всего нескольких строчек этих уравнений. Так сжимается информация, когда объединяются ранее разнородные факты. Вот один из видов уравнений Максвелла в дифференциальном представлении. Полюбуйтесь.
Хочется подчеркнуть, что из расчетов Максвелла получалось обескураживающее следствие: колебания электрического и магнитного полей - поперечные (что он сам все время подчеркивал). А поперечные колебания распространяются только в твердых телах, но не в жидкостях и газах. К тому времени было надежно измерено, что скорость поперечных колебаний в твердых телах (попросту скорость звука) тем выше, чем, грубо говоря, тверже среда (чем больше модуль Юнга и меньше плотность) и может достигать нескольких километров в секунду. Скорость поперечной электромагнитной волны была почти в сто тысяч раз выше, чем скорость звука в твердых телах. А надо заметить, что характеристика жесткости входит в уравнение скорости звука в твердом теле под корнем. Получалось, что среда, через которую идут электромагнитные волны (и свет), имеет чудовищные характеристики упругости. Возник крайне тяжелый вопрос: «Как же через такую твердую среду движутся другие тела и не чувствуют ее?» Гипотетическую среду назвали - эфиром, приписав ему одновременно странные и, вообще говоря, взаимоисключающие свойства - огромную упругость и необычайную легкость.
Работы Максвелла вызвали шок среди ученых-современников. Сам Фарадей с удивлением писал: «Сначала я даже испугался, когда увидел такую математическую силу, примененную к вопросу, но потом удивился, видя, что вопрос выдерживает это столь хорошо». Несмотря на то, что взгляды Максвелла опрокидывали все известные на то время представления о распространении поперечных волн и о волнах вообще, прозорливые ученые понимали, что совпадение скорости света и электромагнитных волн - фундаментальный результат, который говорит, что именно здесь физику ожидает основной прорыв.
К сожалению, Максвелл умер рано и не дожил до надежного экспериментального подтверждения своих расчетов. Международное научное мнение изменилось в результате опытов Генриха Герца, который через 20 лет (1886–89) в серии экспериментов продемонстрировал генерацию и прием электромагнитных волн. Герц не только в тиши лаборатории получил правильный результат, но страстно и бескомпромиссно защищал взгляды Максвелла. Причем он не ограничился экспериментальным доказательством существование электромагнитных волн, но и исследовал их основные свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах, дифракцию, интерференцию и т. д.), показав полную тождественность электромагнитных волн со светом.
Любопытно, что за семь лет до Герца, в 1879 году английский физик Дэвид Эдвард Юз (Хьюз - D. E. Hughes) тоже продемонстрировал перед другими крупными учеными (среди них был также блестящий физик и математик Георг-Габриель Стокс) эффект распространения электромагнитных волн в воздухе. В результате обсуждений ученые пришли к выводу, что видят явление электромагнитной индукции Фарадея. Юз расстроился, не поверил самому себе и опубликовал результаты лишь в 1899 году, когда теория Максвелла-Герца стала общепринятой. Этот пример говорит, что в науке настойчивое распространение и пропаганда полученных результатов имеет часто не меньшее значение, чем сам научный результат.
Генрих Герц так подытожил результаты своих экспериментов: «Описанные эксперименты, как, по крайне мере, кажется мне, устраняют сомнения в тождественности света, теплового излучения и электродинамического волнового движения».