Temat

Podział fal elektromagnetycznych oraz ich zastosowanie

Etap edukacyjny

Trzeci

Podstawa programowa

IX. Fale i optyka. Uczeń:

6) rozróżnia fale poprzeczne i podłużne; opisuje światło jako falę elektromagnetyczną; opisuje polaryzację światła wynikającą z poprzecznego charakteru fali;

7) opisuje widmo światła białego jako mieszaniny fal o różnych częstotliwościach.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnia, czym są fale elektromagnetyczne.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Oblicza częstotliwości i długości fali światła.

2. Opisuje różne rodzaje fal elektromagnetycznych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia, czym są fale elektromagnetyczne,

- opisuje różne rodzaje fal elektromagnetycznych.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Nauczyciel rozpoczyna dyskusję, w jaki sposób informacje mogą być przekazywane za pomocą telefonów komórkowych.

W jaki sposób przekazywane są informacje za pomocą telefonów komórkowych?

Realizacja lekcji

Nauczyciel wprowadza pojęcie fal elektromagnetycznych.

Fale elektromagnetyczne:
Fale elektromagnetyczne są wynikiem drgań pól elektrycznych i magnetycznych. Nazywa się je również promieniowaniem elektromagnetycznym, światłem lub fotonami.

Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzi się w próżni ze stałą prędkością około 3 ∙ 10Indeks górny 8⁸$\frac{m}{s}$. Rozchodzi się ono jako fala. Pole elektryczne oscyluje w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny drgań pola magnetycznego. Obie płaszczyzny oscylacji są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali.

[Grafika interaktywna]

Częstotliwość i długość fali:
Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych może być opisane w dowolnym medium poprzez związek:

gdzie: 
$\lambda$ - jest długością fali,
v - jej prędkością, 
f - częstotliwością.

W próżni fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła i ten wzór może być przepisany jako:

gdzie:
c - jest prędkością światła.

Fala elektromagnetyczna przekazuje energię nie w sposób ciągły lecz porcjami, zwanymi kwantami. Im mniejsza długość fali, tym większe porcje energii niesionej przez falę.

Uczniowie obliczają parametry fali elektromagnetycznej.

Polecenie 1

Fala elektromagnetyczna przemieszcza się w próżni i ma długość 7,5 ∙ 10Indeks górny -2^-2 m. Jaka jest jej częstotliwość?

Odpowiedź:

f = 4 ∙ 10Indeks górny 9⁹ Hz.

Rodzaje fal elektromagnetycznych:
Fale elektromagnetyczne odgrywają bardzo ważną rolę w naszym codziennym życiu. Wykorzystywane są w komunikacji, w nauce i gospodarce, w medycynie, w kulturze i rozrywce.

Fale elektromagnetyczne są używane do przesyłania sygnałów radiowych (fale długie, krótkie i ultrakrótkie) oraz sygnałów telewizyjnych, sygnałów telefonii komórkowej i urządzeń bezprzewodowych. Są również wykorzystywane do przekazywania energii w postaci mikrofal, promieniowania podczerwonego, światła widzialnego, promieniowania ultrafioletowego, promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma.

[Ilustracja 1]

Promieniowanie gamma:
Promieniowanie gamma ma najmniejszą długość fali i niesie ze sobą największe porcje energii wśród fal w widmie elektromagnetycznym. Jest ono wytwarzane przez gwiazdy i niektóre substancje radioaktywne.

Promieniowanie rentgenowskie:
Promienie rentgenowskie niesie również duże porcje energii i ma wysoką częstotliwość. Jest wykorzystywane do obrazowania w medycynie, leczenia raka, a nawet w badaniach kosmosu.

Promieniowanie ultrafioletowe:
Promieniowanie ultrafioletowe jest niewidoczne dla ludzi, ale widoczne dla wielu owadów i ptaków.

Promieniowanie ultrafioletowe sprawia, że fluorescencyjne plakaty świecą i jest odpowiedzialne za letnie opalenizny - i oparzenia słoneczne.

Światło widzialne:
Ludzkie oczy są wrażliwe tylko na bardzo wąski zakres fal elektromagnetycznych określanych jako widmo światła widzialnego. W potocznym sformułowaniu to widmo nazywa się po prostu „światłem”. Zakres światła widzialnego wynosi od około 700 nanometrów (w skrócie nm) do około 400 nm. Wyrażony w jednostkach SI, zakres długości fal rozciąga się od 7 ∙ 10Indeks górny -7^-7 m do 4 ∙ 10Indeks górny -7^-7 m.

[Ilustracja 2]

Zmysł wzroku jest najbardziej wrażliwy na kolor zielony i jego odcienie. Dlatego zielone światła są używane jako sygnał do poruszania się w sygnalizacji świetlnej. Warto również użyć tego koloru, gdy zapisujemy ważne informacje. Spośród wielu linii jednokolorowego tekstu (czarny, niebieski), oko skupi się na części zapisanej (podkreślonej) na zielono.

Promieniowanie podczerwone:
Promieniowanie podczerwone jest wykorzystywane w przemyśle, nauce i medycynie. Jest również używane w kamerach noktowizyjnych.

Mikrofale:
Mikrofale są najczęściej wykorzystywane w łączności satelitarnej, przy przesyłaniu sygnałów radarowych, telefonicznych i nawigacyjnych.

Fale radiowe:
Fale radiowe są wykorzystywane do transmisji sygnałów radiowych emitowanych przez np. radiowe stacje nadawcze, urządzenia radarowe, systemy nawigacyjne, satelity komunikacyjne.

Polecenie 2

Dlaczego stosowanie kremu przeciwko promieniowaniu ultrafioletowemu jest zalecane w bardzo słoneczne dni?

Odpowiedź:

Chroni ludzką skórę przed nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym, a także zmniejsza ryzyko zachorowania na raka skóry.

Podsumowanie lekcji

Fale elektromagnetyczne powstają w wyniku drgań pola elektrycznego i pola magnetycznego. Fale elektromagnetyczne odgrywają bardzo ważną rolę w naszym codziennym życiu. Wykorzystywane są w komunikacji, w nauce, gospodarce i medycynie.