Temat

Zakresy długości fal elektromagnetycznych i 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

Przypomnij, jak wygląda widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Realizacja lekcji

Właściwości promieniowania elektromagnetycznego, czyli fal elektromagnetycznych, opisywane są za pomocą kilku parametrów. Należą do nich częstotliwość fali, długość fali, jej okres, amplituda. W opisie graficznym fali pomocne są również pojęcia: grzbiet, dolina, położenie równowagi.

[Grafika interaktywna] 

Definicje:

Długość fali (symbol: $\lambda$, jednostka: m) oznacza odległość pomiędzy dwoma punktami jej maksymalnego wychylenia, czyli pomiędzy kolejnymi grzbietami (lub dolinami). Im dłuższa fala, tym mniejsza jej energia.

Amplituda (symbol: A, jednostka: m) to maksymalne wychylenie danego punktu fali od położenia równowagi. Im większa amplituda, tym większe natężenie fali.

Częstotliwość (symbol: f, jednostka: Hz) to ilość pełnych wychyleń danego punktu fali z położenia równowagi wykonanych w ciągu 1 s.

Okres fali (symbol: T, jednostka: s) to czas potrzebny na to, aby dany punkt fali pokonał odległość równą długości fali:

Prędkość fali (symbol: c - w próżni, v – w dowolnym ośrodku, jednostka: $\frac{m}{s}$) – prędkość, z jakim dany punkt fali rozchodzi się w przestrzeni. Fale elektromagnetyczne w próżni poruszają się z prędkością światła:

[Ilustracja 1]

Polecenie 1

Na rysunku przedstawione są dwie fale elektromagnetyczne:

1. Która fala ma większe natężenie?
2. Która fala odpowiada promieniowaniu o większej energii?
3. Która fala przedstawia promieniowanie o barwie zielonej, a która promieniowanie podczerwone?

[Ilustracja 2]

Odpowiedź:

1) a,
2) b,
3) b - światło zielone, a - promieniowanie podczerwone.

Polecenie 2

Porównaj własności promieniowania rentgenowskiego z falami radiowymi:

1. Które z nich przemieszcza się z większą prędkością?
2. Które z nich ma większą długość fali?
3. Które z nich ma większą częstotliwość?

Odpowiedź:

1. Obydwa rodzaje promieniowania należą do fal elektromagnetycznych, więc poruszają się z tą samą prędkością.
2. Fale radiowe są dłuższe od fal rentgenowskich.
3. Promieniowanie rentgenowskie ma większą częstotliwość.

Polecenie 3

System globalnego pozycjonowania (GPS), z którego korzystamy, używając komórek lub urządzeń nawigacyjnych np. w samochodach, wymaga bardzo dokładnego pomiaru czasu oraz odczytu położenia satelitów na orbicie. Każdy z satelitów używa zegara atomowego, który wysyła sygnały używając dwóch częstotliwości 1575,42 MHz oraz 1227,6 MHz. Oblicz, jakim długościom fal odpowiadają te częstotliwości. Określ, do jakiego rodzaju fal należą.

Odpowiedź:

19,029 cm oraz 24,421 cm, są to mikrofale.

Polecenie 4

Popularne wskaźniki laserowe przeważnie emitują światło barwy zielonej, czerwonej i niebieskiej. Poszukaj w Internecie, jakim długościom fali odpowiadają barwy światła emitowanego przez te wskaźniki. Następnie oblicz, jakim częstotliwościom one odpowiadają. Czy są dostępne również wskaźniki o innych barwach?

Porównaj, jaki zasięg ma promień tych wskaźników.

Na co należy zwracać uwagę podczas ich użytkowania?

[Ilustracja 3]

Podsumowanie lekcji

Fale elektromagnetyczne mają szerokie zastosowanie w technice i medycynie. Wykorzystujemy je w życiu codziennym używając np. telefonów komórkowych, korzystając z nawigacji satelitarnej, kuchenek mikrofalowych, robiąc badania zalecone przez lekarza.