VIII. Cấu trúc của đề tài
2.4.1 Phƣơng án dạy học kiến thức bài 41
Thang sóng điện từ.
Bài 41. TIA X. THUYẾT ĐIỆN TỪ ÁNH SÁNG. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ
I. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Hiểu đƣợc bản chất tia X, nguyên tắc tạo ra tia X, các tính chất và công dụng của nó. - Hiểu đƣợc thuyết điện từ ánh sáng.
- Hình dung đƣợc một cách khái quát thang sóng điện từ.[14]
2. Kỹ năng
- Điều tra, sƣu tầm, tra cứu tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập các thông tin cần thiết về tia X và thuyết điện từ ánh sáng.
- Vận dụng nội dung của thuyết để giải thích một số hiện tƣợng đơn giản.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3. Thái độ
- Có hứng thú học vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng với những đóng góp của vật lí học cho sự tiến bộ của khoa học và đối với các công lao của các nhà khoa học.
- Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập, cũng nhƣ trong việc vận dụng các hiểu biết đã đạt đƣợc.
- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng nhƣ để bảo vệ và giữ gìn môi trƣờng sống tự nhiên.
- Có tính tích cực, có khả năng làm việc tự lực, chủ động chiếm lĩnh kiến thức.
II. Chuẩn bị
1. Chuẩn bị của giáo viên
- Bài giảng trình chiếu powerpoint.
- Mô hình ống Rơnghen, một số hình ảnh chụp X quang, tìm khuyết tật của xe và bình hoa, thang sóng điện từ...
- Phần mềm ứng dụng công nghệ thông tin: Thí nghiệm mô phỏng ống cu-lit-giơ, tia X qua điện trƣờng và từ trƣờng, tia X tác động vào không khí giữa hai bản cực của tụ điện đang tích điện và tia X kích thích phát huy ánh sáng của một số chất.
- Sách tham khảo: Chuyện kể về các nhà bác học phát hiện ra tia X và thuyết điện từ ánh sáng...
- Phiếu học tập 1.(Phụ lục 5)
2. Chuẩn bị của học sinh
- Ôn tập về tia catot, hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng đã đƣợc học ở lớp 11. - Ôn định nghĩa, tính chất, đặc điểm của sóng điện từ. Định nghĩa, tính chất của điện từ trƣờng.
- Nghiên cứu thuyết sóng ánh sáng của Huyghen và Frenen.
- Ôn tập về nguồn phát, định nghĩa, tính chất, công dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, sóng vô tuyến điện.
III. Tiến trình dạy học
1. Kiến thức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Thuyết điện từ về ánh sáng.
- Nhìn tổng quan về sóng điện từ. Thang sóng điện từ.
2. Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức
- Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trƣờng. - Ánh sáng có tính chất sóng.
- Bức xạ nhìn thấy; bức xạ không nhìn thấy nhƣ: Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X, sóng vô tuyến điện đều có tác dụng nhiệt, nhƣng bƣớc sóng khác nhau.
Vậy bản chất ánh sáng là gì?
- Dựa vào sự tƣơng tự giữa tính chất của sóng điện từ và của ánh sáng. - Phát triển thuyết sóng ánh sáng.
* Tia X: - Định nghĩa: Là sóng điện từ có bƣớc sóng từ 10-11m đến 10-8
m. -Cách tạo ra tia X: Ống tia Ronghen.
-Tính chất của tia X: Khả năng đâm xuyên, tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí, tác dụng làm phát quang nhiều chất, gây hiện tƣợng quang điện ở hầu hết kim loại, tác dụng sinh lí mạnh.
-Công dụng: Trong y học: chiếu điện, chụp điện, chuẩn đoán bệnh. Trong công nghiệp: Tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể. Trong ngành hàng không: Kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay. Phòng thí nghiệm: Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn.
* Thuyết điện từ ánh sáng: + Nội dung: Ánh sáng là sóng điện từ có bƣớc sóng rất ngắn, lan truyền trong không gian
+ Hệ quả: Mối liên hệ giữa tính chất điện từ với tính chất quang của môi trƣờng:
c
v = n với F f
* Nhìn tổng quát về sóng điện từ.Thang sóng điện từ. Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma. Đều có bản chất là sóng điện từ và giữa chúng không có ranh giới rõ rệt. Tần số, bƣớc sóng khác nhau nên tính chất khác nhau. Thang sóng điện từ.
Ánh sáng là sóng điện từ có bƣớc sóng rất ngắn (so với sóng vô tuyến điện) lan truyền trong không gian.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3. Tiến trình dạy học bài: "Tia X. Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ".
* Kiểm tra bài cũ:
GV: Phát phiếu học tập 1 cho học sinh. Yêu cầu học sinh trả lời trên phiếu học tập, kết hợp gọi học sinh lên bảng trình bày. Giáo viên nhấn mạnh kiến thức về bản chất, nguồn phát, tính chất, ứng dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại.
* Đặt vấn đề
GV: Các hình ảnh này đƣợc chụp bằng cách nào?
HS: Thảo luận, chỉ ra đƣợc: Các hình ảnh đó đƣợc chụp bằng X quang.
GV: Tại sao có thể sử dụng tia X để chụp ảnh các cơ quan trong cơ thể ngƣời?
HS: Thảo luận đƣa ra ý kiến của nhóm.
GV: Để trả lời chính xác câu hỏi này chúng ta cùng nghiên cứu bài học hôm nay. Vậy tia X là gì? Liệu có bản chất giống tia hồng ngoại và tử ngoại không?
1. Tia X
GV: Trƣớc hết các em hãy cho biết tia x là gì?
HS: Thảo luận chỉ ra đƣợc: Tia bức xạ có bƣớc sóng từ 108
đến 1011 m
GV: Làm thế nào để tạo ra tia X? Các em hãy đọc ý a) trang 210 SGK
a. Cách tạo ra tia X
HS: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, thảo luận nhóm trả lời câu hỏi.
GV: Bây giờ các em quan sát sơ đồ ống Cơ ruc xơ và cho biết ống Cơ ruc xơ đƣợc cấu tạo và hoạt động nhƣ thế nào?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đối âm cực + - Ca tốt Anốt Dòng electron Ống Cơ – rúc - xơ
HS: Quan sát, thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc cấu tạo, tác dụng của từng dụng cụ và nêu nguyên tắc hoạt động.
GV: Nhận xét, kết luận: Năm 1895, nhà bác học Rơnghen, ngƣời Đức nhận thấy:
Khi cho chùm tia catot (chùm electron có vận tốc lớn) đập vào miếng kim loại có nguyên tử lƣợng lớn nhƣ bạch kim hay vonfam từ đó phát ra một bức xạ không nhìn thấy đƣợc. Bức xạ này đi xuyên qua thành thủy tinh ra ngoài và có thể làm phát quang một số chất hoặc làm đen phim ảnh. Bức xạ này gọi là tia Rơnghen hay tia X. Để hiểu rõ hơn cách tạo ra tia X các em hãy quan sát tiếp sơ đồ sau.
F F’ BT N 220V N- í c lµm ngu«Þ CT A F F’ K Ống Cu – lít – giơ hoạt động
HS: Quan sát, thảo luận nhóm chỉ ra cấu tạo, tác dụng của từng dụng cụ và nêu nguyên tắc hoạt động.
GV: Nhận xét và kết luận. Tại sao phải đặt hiệu điện thế giữa A và K khoảng vài vạn vôn?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS: Thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Để cho chùm electron có vận tốc tốc lớn.
GV: Nhận xét, kết luận. Tại sao đối catot phải làm bằng kim loại có nguyên tử lƣợng lớn?
HS: Thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Để chắn dòng tia catot.
GV: Nhận xét, kết luận. Tại sao ở phía dƣới ống phát ra tia X ngƣời ta thƣờng đặt một số chất có khả năng phát quang hoặc phim ảnh?
HS: Thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Để phát hiện tia X.
GV: Khi ống Rơnghen hoạt động, đối âm cực bị nóng lên rất mạnh. Nên trong các
ống Rơnghen hoạt động, ngƣời ta phải làm nguội đối âm cực bằng một dòng nƣớc chảy trong lòng của nó.
GV: Tại sao ngƣời ta dùng sợi dây kim loại xoắn nung nóng làm catot?
HS: Thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Làm thế để tăng dòng electron trong tia âm cực.
GV: Vậy trong ống Cu lit tia X đƣợc tạo ra nhƣ thế nào?
HS: Quan sát, thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Các electron bay ra từ dây nung FF'
chuyển động trong điện trƣờng mạnh đến đập vào A làm A phát ra tia X.
GV: Làm thế nào để thay đổi cƣờng độ của chùm tia X?
HS: Thảo luận nhóm đƣa ra câu trả lời: Thay đổi con chạy của biến thế.
GV: Vậy tia X là gì, có là chùm hạt mang điện không? Có cách nào để kiểm tra đƣợc điều đó?
HS: Thảo luận nhóm đƣa ra câu trả lời.
GV: Sau khi học sinh thảo luận giáo viên cung cấp thêm thông tin. Các em hãy quan sát 2 sơ đồ thí nghiệm sau và cho biết nhận xét.
+ -
Tia X đi qua điện trường
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
N S
Tia X đi qua từ trường
HS: Quan sát và thảo luận nhóm chỉ ra đƣợc: Khi cho tia X đi qua điện trƣờng và từ trƣờng mạnh mà không bị lệch hƣớng chứng tỏ tia X không phải là chùm hạt mang điện.
GV: Vậy tia X là gì?
b. Định nghĩa
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Tia X là một bức xạ không nhìn thấy có bƣớc sóng ngắn hơn cả bƣớc sóng của tia tử ngoại. Ngƣời ta đã tìm đƣợc cách đo bƣớc sóng của tia X và thấy nó nằm trong khoảng 10-8
m đến 10-11 m. Tia X có những tính chất gì? c. Tính chất GV: Nêu cách chụp của từng bức ảnh. Hãy
Hãy quanquan ssáátt haihai bbứứcc ảảnhnh sausau vvàà nêu nêu ccááchch chchụụpp ccủủaa ttừừngng ttấấmm ảảnhnh.. a Chụp bằng ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng trắng) r
Chụp bằng tia X (tia Rơn-ghen) Vì sao hai các
chụp với các bức xạ khác nhau đó lại cho kết quả khác nhau ? ? N S
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS: Quan sát, thảo luận đƣa ra câu trả lời. Hình ảnh bên trái chụp bằng ánh sáng nhìn thấy. Hình ảnh bên phải chụp bằng tia X.
GV: Vì sao với hai cách chụp với các bức xạ khác nhau lại cho kết quả khác nhau?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
Hình ảnh bên trái chụp bằng ánh sáng nhìn thấy khi qua vật cản thì bị hấp thụ hay phản xạ. Hình ảnh bên phải chụp bằng tia X gặp vật cản có thể xuyên qua vật cản.
GV: Tia X có tính chất gì?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Tia X có khả năng đâm xuyên. Nó truyền qua đƣợc những vật chắn sáng thông thƣờng nhƣ giấy, bìa, gỗ. Nó đi qua kim loại khó khăn hơn. Kim loại có khối lƣợng riêng càng lớn thì khả năng cản tia X càng mạnh. Chẳng hạn, tia X xuyên qua dễ dàng một tấm nhôm dày vài cm, nhƣng lại bị lớp chì dày vài mm cản lại. Vì vậy, chì đƣợc dùng làm các màn chắn bảo vệ trong kỹ thuật Rơnghen.
GV: Thí nghiệm này chứng tỏ tia X có tính chất gì?
F F’ BT N 220V N- í c lµm ngu«Þ CT A F F’ K + -
Tia Rơn-ghen tác động vào không khí giữa hai bản cực của tụ điện đang tích điện
Thí nghiệm này cho thấy tia X có tính chất gì ? ? Tia X làm iôn hoá không khí.
HS: Quan sát, thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Tia X có khả năng ion hóa các chất khí. GV: Thí nghiệm này chứng tỏ tia X có tính chất gì?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn F F’ BT N 220V N- í c lµm ngu«Þ CT A F F’
Tia X (tia Rơn-ghen) kích thích tính phát huy ánh sáng của một số chất
Thí nghiệm này chứng tỏ tia X có
tính chất gì ?
?
HS: Quan sát, thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Tia Rơnghen làm phát quang một số chất, có thể gây
ra hiện tƣợng quang điện ở hầu hết kim loại.
GV: Có nên cho tia X tác dụng lâu lên cơ thể ngƣời không?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời. Không nên vì tia X có tác dụng sinh lí mạnh.
GV: Vậy tia X có những tính chất nào?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Hãy so sánh tính chất của tia X và tia tử ngoại?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Vậy tia X có đầy đủ các tính chất của tia tử ngoại. Đó là một bằng chứng về sự thống nhất về bản chất giữa hai loại tia này.
GV: Với những tính chất trên thì tia X đƣợc ứng dụng nhƣ thế nào trong đời sống?
d. Công dụng
GV: Trong y học và trong công nghiệp ngƣời ta đã sử dụng tính chất nào?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV: Nhận xét, kết luận: Nhờ có khả năng đâm xuyên mạnh mà tia X đƣợc dùng
trong y học để chiếu điện, chuẩn đoán bệnh. Trong công nghiệp để dò các lỗ hổng khuyết tật nằm bên trong các sản phẩm đúc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ngoài ra nhờ có tác dụng mạnh lên phim ảnh mà tia X đƣợc dùng trong y học để chụp điện.
GV: Nhờ có tác dụng sinh lí mà tia X đƣợc ứng dụng nhƣ thế nào?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời. Tia X dùng để chữa ung thƣ nông gần ngoài da.
GV: Nhờ tính chất làm ion hóa các chất khí của tia X mà ngƣời ta làm các máy đo liều lƣợng tia X.
GV: Trong hàng không ngƣời ta sử dụng tia X để làm gì?
HS: Thảo luận trả lời câu hỏi. Kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay.
GV: Trong phòng thí nghiệm ngƣời ta sử dụng tia X để làm gì?
HS: Thảo luận trả lời câu hỏi. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn.
GV: Vậy tia X có những công dụng nào?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
2. Thuyết điện từ về ánh sáng * Nội dung của thuyết:
GV: Các em đã đƣợc học sóng điện từ, hãy định nghĩa sóng điện từ?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời. Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trƣờng. (điện từ trƣờng là điện trƣờng biến thiên và từ trƣờng biến thiên trong một trƣờng thống nhất, cùng tồn tại trong không gian).
GV: Sóng điện từ có những tính chất nào?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Sóng điện từ là sóng ngang có vận tốc rất lớn v = 3.108m/s. - Trong quá trình lan truyền, sóng điện từ mang năng lƣợng. - Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ. - Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ.
- Sóng điện từ truyền đi trong mọi môi trƣờng và cả trong chân không.
GV: Căn cứ vào đâu để chứng tỏ rằng ánh sáng có tính chất sóng?
HS: Thảo luận đƣa ra câu trả lời.
GV. Nhận xét và kêt luận. Dựa vào hiện tƣợng nhiễu xạ và hiện tƣợng giao thoa của ánh sáng Huyghen và Frenen đã đƣa ra thuyết về tính chất sóng của ánh sáng .