Урок по физике в 11 классе «Путешествие по шкале электромагнитных волн» с использованием проектной технологии и ИКТ»

Урок по физике в 11 классе

«Путешествие по шкале электромагнитных волн»

с использованием проектной технологии и ИКТ»

Учитель физики МОУ «Гатчинская СОШ №9 с углубленным изучением предметов»

Титова Татьяна Викторовна

Данный урок проводится в 11-м классе и является завершающим в разделах "Электромагнитные волны", "Оптика". Время проведения урока - 2 часа. 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.

Цели урока:

1. Показать значимость темы "Спектр электромагнитных волн" в формировании представлений учащихся о физической картине мира; уточнить представление о строении вещества;

2. Показать возможности компьютера в организации учебного процесса.

Задачи урока:

1. Образовательные:

   1. обобщить, систематизировать изученный ранее материал обо всем диапазоне электромагнитных излучений;

   2. углубить знания по данной теме;

2. Развивающие:

   1. совершенствовать интеллектуальные способности и развитие речи учащихся, формировать умения выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы;

   2. стимулировать интерес к предмету путем привлечения дополнительного материала;

   3. формировать потребность к углублению и расширению знаний.

3. Воспитательные:

   1. развивать познавательный интерес.

Тип урока - повторение и закрепление ранее полученных знаний, контроль знаний и умений учащихся.

Общий план урока:

1. Организационный момент.

2. Мотивация.

3. Сообщение плана урока:

   1. Электромагнитные волны;

   2. История открытия электромагнитных волн;

   3. Свойства электромагнитных волн;

   4. Характеристика и основные свойства электромагнитных волн (общий обзор шкалы электромагнитных волн).

4. Заключение. Выводы.

5. Тест.

6. Домашнее задание.

7. Повторение формул по теме «Квантовая теория»;

8. Самостоятельная работа.

9. Подведение итогов урока.

План урока

время

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

2 мин

организационный

Приветствие. Сообщение цели, задач, плана урока

Принять цели познавательной деятельности, подготовка к работе на уроке

5 мин

Организация восприятия информации. Проверка ранее изученного материала

Фронтальный опрос, показ слайдов

Отвечают с места, работают в тетради

45 мин

Повторение материала

Просмотр слайдов, комментарии к презентациям учеников

Оформление в тетради таблицы

15 мин

Закрепление темы. Тестовое задание.

Просмотр слайдов, фронтальный опрос

Решение задач у доски, повторение формул

13 мин

Подведение итогов урока. Самостоятельная работа. Рекомендации по домашнему заданию

Выполнение тестовых заданий, комментарии учителя при оформлении работы.

Выполнение задания.

Ответы на вопросы рефлексии. Запись домашнего задания.

Содержание и ход урока:

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

2. Мотивация.

Учитель.

В 1862 году Максвелл* на основе своей теории электромагнетизма предсказал существование электромагнитных волн. Из его расчетов следовало, что скорость их распространения равна ранее измеренной скорости света в воздухе. Этот факт однозначно свидетельствовал об электромагнитной природе света.

Полный электромагнитный спектр занимает бесконечно большой диапазон длин волн. Он начинается от самых длинных: с длиной волны 1,5· 10¹³ см и заканчивается на 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).

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.

* Обратить внимание учащихся на портрет ученого на стенде.

3. Сообщение плана урока (слайд №4)

1. Фронтальный опрос (актуализация знаний).

Учитель:

1. Какую волну называют электромагнитной? (слайд №5,6)

2. Какова история электромагнитных волн? (слайд №7,8)

3. 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.

• Электромагнитные волны имеют свойства: интерференции, дифракции, поляризации.

2. Обзор шкалы электромагнитных излучений (слайд №10)

Учитель:

Различные диапазоны электромагнитных волн получили разные названия, но не следует забывать об общих свойствах таких волн: все виды излучения имеют одинаковую природу и отличаются друг от друга только своими частотами. Если эти частоты отложить в определенном масштабе на оси, то получим диаграмму или шкалу волн*.

Путешествуя по шкале электромагнитных волн, вы будете вести записи в специальном дневнике - таблице (слайд №11). (Приложение №1).

ПРИЛОЖЕНИЕ №1.

ТАБЛИЦА.

Шкала электромагнитных волн.

Название спектра

Длина волны

Физические характеристики

Источники

Свойства

Применение

* Обратить внимание учащихся на шкалу электромагнитных волн на стенде.

Учащиеся представляют подготовленные презентации и мини - спектакли по диапазонам волн.

Содержание выступлений учащихся.

(низкочастотные колебания)

Ведущий №1.

Электромагнитные волны распространяются на огромные расстояния, поэтому с их помощью передают информацию, в том числе звук и изображение.

Показ презентации учащимися (слайды № 12-19)*

* После каждого слайда дать по учащимся 1 мин. на запись в таблицу.

3. Решение задачи на применение соотношения волнового движения (слайд №20)

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 слайде №21).

(Инфракрасное излучение)

Учитель.

Что же ждет нас дальше? (Маршрут переходит в диапазон инфракрасного излучения).

Ведущий №2.

Однажды в тридевятом царстве случилась страшная беда. Проливные дожди залили урожай. Грозил людям страшный голод. Подумал царь и поручил трем богатырям спасти людей от несчастья, да и себе славу приумножить. Собрались богатыри в путь. Ехали они, ехали, а вокруг леса да болота, рвы да обрывы. Чего только не видели на своем пути. И вот выехали они в чистое поле на распутье трех дорог, где камень лежал. А на камне том надпись была: «направо пойдешь - в инфракрасное королевство попадешь; прямо пойдешь - в ультрафиолетовое княжество попадешь; налево пойдешь - в царство видимого света попадешь». И разошлись добры молодцы по трем дорожкам: Алеша Попович - в царство видимого света, Добрыня Никитич - в ультрафиолетовое княжество, а Илья Муромец - в инфракрасное королевство.

Учитель:

За кем мы с вами проследуем? Нам надо попасть в ИК - королевство.

Учащиеся:

За Ильей Муромцем в инфракрасное королевство!

Ведущий №2:

Идет Илья Муромец по дорожке и не видит ничего примечательного, но чувствует, что жара стоит невыносимая в этой части спектра, а явных и видимых причин этому нет!

Илья Муромец:

Наверное, я попал в зону невидимого излучения!

Ведущий №2:

Вдруг налетел сильный ветер, завертел богатыря и раздался голос.

Голос:

Зачем ты пришел в мое королевство? Живым не уйдешь и костей не соберешь, пока не отгадаешь три мои загадки. Первый вопрос: «Кто я? Откуда мои родственники?»

Илья Муромец:

Большинство источников видимого света излучает, кроме видимых лучей, еще и невидимые нашему глазу лучи. Это инфракрасные лучи. Они имеют ту же природу, что и видимые. Они представляют собой электромагнитные волны, длина которых 3·10^-5 м. их источником может быть любое тело, даже человеческое. Излучателями являются атомы и молекулы, а точнее, электроны и ионы (слайд №22).

Голос:

Хорошо! Второй вопрос: «Каковы свойства моего поведения?»

Илья Муромец: (одновременно с ответом появляются слайды со свойствами)

Инфракрасное излучение обладает многими свойствами: отражаются от предметов; тела, прозрачные для видимых лучей могут быть непрозрачными для невидимого света и наоборот; слабо рассеиваются средой, так как имеют большие чем у видимого света длины волн; химически неактивны и используются для проявки фотопленок; оказывают сильное тепловое действие (слайд №23).

Голос:

Где находят применение мои свойства?

Илья Муромец: (одновременно с ответом появляются слайды областями применения)

Инфракрасное излучение находит применение в медицине для прогревания тканей живого организма; сушки различных изделий; при пастеризации продукции; для охраны помещений от пожаров; в приборах ночного видения (слайд №24).

Голос:

Хорошо! Отпускаю тебя!

(видимое излучение)

Ведущий №2.

А что же произошло с Алешей Поповичем? Какие приключения попались на его пути? А пришел богатырь в царство видимого света. Идет богатырь и видит свет неземной красоты (гирлянда).

Алеша Попович:

Вот это да! Красный! Оранжевый! Желтый! Зеленый! Голубой! Синий! Фиолетовый! О, святой спектр! О, магическая цифра семь! (слайд № 25) (встречает девушку).

Девушка:

Добрый день тебе, богатырь! Куда путь держишь?

Алеша Попович:

Пришел я туда, куда дорога меня привела. В царство видимого света. Путь был не близкий, не дай мне погибнуть от жажды, напои меня водицей чистой да прохладной.

Девушка:

Попробуйте соки, выпускаемые нашим предприятием. Витаминизированные соки - верный путь к здоровью! (выносят 7 стаканов с водой, подкрашенной в цвета спектра*)

* Соки поставить в порядке спектра.

Алеша Попович:

Ох, хозяйка, вкусен сок! Расскажи, хозяйка, как дела у вас в царстве?

Девушка: (одновременно с ответом появляются слайды с законами света) (слайды №26-28). А где же применение находит свет этот волшебный, ты знаешь?

Алеша Попович:

Окрашивание различных материалов и предметов; светомузыка, телевидение; фотосинтез в природе; фотография (слайд №29).

Можно провести несложный и очень красивый опыт - опыт с кристаллами турмалина.

1. Возьмем прямоугольную пластину турмалина и направим нормально на неё пучок света от электрической лампы. Вращение пластины вокруг пучка никого изменения интенсивности света не вызовет, свет лишь приобрел зеленоватую окраску. Но световая волна прибрела новые свойства.

2. Эти свойства обнаруживаются, если пучок света заставить пройти через второй такой же кристалл турмалина, расположенный параллельно первому.

3. При одинаково направленных осях кристаллов световой пучок еще более ослабевает. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным, то свет будет гаситься.

4. Это можно объяснить тем, что свет - поперечная волна и в падающем от обычного источника пучке волн присутствуют колебания всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения волн. Кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, лежащими в одной определенной плоскости. Кристалл турмалина преобразует естественный свет в плоскополяризованный.

(ультрафиолетовое излучение)

Ведущий №2.

А тем временем Добрыня Никитич попал в ультрафиолетовое княжество. Долго шел он, искал княжество это волшебное, чтобы просить князя великого, правителя главного о помощи в беде страшной, что на его земле приключилась. Чтобы помог ему правитель ультрафиолетового княжества вернуть солнышко на небо ясное, да высушить все поля и луга на земле русской, чтоб народ беды - горя не знал, да жил в сытости. И встречает он солнышко ясное на своем пути (встречает солнце).

Солнце.

Зачем пришел ты в мое княжество? Что за беда привела тебя сюда?

Добрыня Никитич.

Беда в государстве моем приключилась, страшные проливные дожди залили весь урожай! Голод нам грозит небывалый. Великий правитель, помоги вернуть солнышко ясное, да обсушить и обогреть землю русскую.

Солнце.

Хорошо! Только должен ты мне поведать, что ты знаешь об ультрафиолетом излучении.

Добрыня Никитич (слайды №30-36).

Солнце.

Доволен я! Возвращайся на родину и не печалься! В скором времени вновь засияет солнце на небе!

(рентгеновское излучение)

Ведущий №2.

Начинаем передачу «Новости». Cводка происшествий. В связи с гололедицей увеличилось число травм, связанных с костным аппаратом человека. Попавшим в такое положение советуем обратиться в наш центр, где вас ждут опытные врачи - рентгенологи. У меня есть некоторые характеристики излучения, используемого в новом центре (показ слайдов №37-42).

(Гамма - излучение)

Ведущий №2.

Созданный центр никоим образом не влияет на общий радиационный фон в городе, который сегодня составляет 15 мкР/ч. Обратимся за комментарием к нашим специалистам (показ слайдов №43-48).

Учитель.

Вот и закончилось наше путешествие по шкале электромагнитных волн. Надеюсь, вам понравилась наша небольшая прогулка. Таблицу, которую вы заполняли в течение нашего путешествия, закрываем. Проверим, как вы поняли и запомнили спектры электромагнитных волн.

4. Заключение. Выводы.

Учитель.

Раньше всю информацию о Вселенной получали в видимом диапазоне с помощью оптических телескопов (слайд №49). В XX веке появилась возможность анализировать данные, поступающие в радиодиапазоне, для этого используют радиотелескопы. В настоящее время исследование галактик и других объектов Вселенной проводят в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском диапазонах с помощью детекторов, установленных на космических кораблях и спутниках.

Космические аппараты позволили проводить исследования космических объектов во всех диапазонах длин волн электромагнитных излучений. На слайде (слайд№50) представлена фотография растущей луны, сделанная в гамма-лучах; солнце в рентгеновских лучах; млечный путь в различных диапазонах.

Выводы: (слайд №51)

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.

Анализ информации, полученной во всем спектре электромагнитных волн позволяет составить более полную картину структуры объектов во Вселенной, тем самым расширить границы познания природы.

4. Тест (слайд №52) (приложение №2).

   1 вариант.

   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. только 1

   Б. только 2

   В. только 3

   Г. 1, 2, 3

   Д. 2 и 3

   2. Возникает ли электромагнитное излучение при торможении электронов?

   Ответы: А. нет

   Б. да

   
   

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

   Ответы: А. Радиоволны

   Б. Видимое излучение В. Рентгеновское

   Г. Все кроме рентгеновского излучения

   Д. Все выше перечисленные излучения

   
   

   4. Какие свойства будут обнаруживать электромагнитные волны следующих диапазонов, падая на тело человека? Проведите соответствие.

   1. Радиоволны

   2. Рентгеновского диапазона

   3. Инфракрасного диапазона

   4.Ультрафиолетого диапазона.

   Ответы: А. Вызывают покраснение кожи.

   Б. Нагревают ткани.

   В. Почти полностью отражаются

   Г. Проходят через мягкие ткани

   
   

   5. Какой вид электромагнитных волн имеет наименьшую частоту?

   Ответы: А. Рентгеновское

   Б. Ультрафиолетовое

   В. Видимый свет

   Г. Инфракрасные

   Д. Радиоволны

   2 вариант.

   1. Какой вид электромагнитных волн имеет наибольшую длину волны?

   Ответы: А. Рентгеновское

   Б. Ультрафиолетовое

   В. Видимый свет

   Г. Инфракрасные

   Д. Радиоволны

   
   

   2. С какой скоростью распространяется электромагнитная волна в вакууме?

   Ответы: А. 300 км/с

   Б. 300 000 км/с

   В. 30 000 км/с

   Г. 3 000 км/с

   
   

   3. Какие свойства будут обнаруживать электромагнитные волны следующих диапазонов, падая на тело человека? Проведите соответствие.

   1. Рентгеновского диапазона

   2. Радиоволны

   3. Ультрафиолетового диапазона

   4. Инфракрасного диапазона.

   Ответы: А. Вызывают покраснение кожи.

   Б. Нагревают ткани.

   В. Почти полностью отражаются

   Г. Проходят через мягкие ткани

   
   

   4. Какие из перечисленных ниже излучений обладают способностью к интерференции?

   Ответы: А. Радиоволны

   Б. Видимое излучение

   В. Рентгеновское

   Г. Все кроме рентгеновского излучения

   Д. Все выше перечисленные излучения

   
   

   5. Возникает ли электромагнитное излучение при движении заряда с ускорением?

   Ответы: А. Да

   Б. Нет

5. Домашнее задание (слайд №53).

§23, Рымкевич -1137,1139.

4. Повторение формул по теме «Квантовая теория» (вызвать ученика к доске).

1. Как рассчитать энергию кванта света (фотона)?

2. Как связаны между собой длина волны и частота излучения?

3. Как рассчитать красную границу фотоэффекта?

4. Записать уравнение Эйнштейна.

4. Самостоятельная работа (по задачнику Г. Степановой 10-11 кл.) (приложение №3).

1 вариант.

1. Чему равна энергия фотона красного света, имеющего длину волны 0,72 мкм.

2. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из калия при его освещении лучами с длиной волны 345 нм. Работа выхода электронов из калия 2,26 эВ.

2 вариант.

1. Излучение состоит из фотонов с энергией 6,4 ·10^-19 Дж. Определить частоту и длину волны этого излучения.

2. Работа выхода электронов из золота равна 4,76 эВ. Найти красную границу фотоэффекта для золота.

4. Подведение итогов (вопросы к учащимся).

1. Интересен ли был урок? Чем?

2. Узнали ли вы что-то новое?

3. Хотели бы вы проводить уроки в такой форме?