Конспект урока для 11 класса «Рентгеновские лучи»

Урок по теме: «Рентгеновские лучи» (11 класс).

Цель урока:

• Образовательные:

  • познакомить учащихся с историей открытия рентгеновского излучения, использования рентгеновского излучения в медицине и промышленности;

  • привить интерес к предмету, углубить и расширить знания учащихся.

• Развивающие:

  • формировать  навыки нахождения нужной информации из разнообразных источников, в том числе и в Интернете;

  • стимулировать поисковую деятельность учащихся, развивать умение анализировать и обобщать результаты исследования, делать выводы.

• Воспитательные:

  • воспитывать уверенность в своих творческих способностях; формировать умения сотрудничества, ответственности.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация к уроку.

Класс: 11

Учитель: Северина Ольга Владимировна, учитель физики МБОУ ДР «Весёловская СОШ № 2»

Ход урока:

1. Орг. момент (приветствие):

Здравствуйте, садитесь. (слайд1)

Сегодня урок мне хотелось бы начать со слов Лапласа Пьера Симона: «То, что мы знаем, — ограничено, а что не знаем, — бесконечно». На уроке мы рассмотрим последний вид излучения в данной теме – рентгеновское излучение. (слайд 2). Обратите внимание на шкалу электромагнитных излучений. Рентгеновское излучение располагается на ней в самом конце, после него только гамма – лучи.

Это один из последних видов излучения, сведения о котором мы будем заносить в сводную таблицу электромагнитных излучений.

Давайте сначала мы проверим всё то, что вы узнали о спектральном анализе, инфракрасном и ультрафиолетовом излучениях из прошедшего урока…

2. Проверка домашнего задания: (слайд 3)

1. Что такое спектральный анализ и где он применяется?

2. Что понимают под инфракрасным излучением, при каких условиях оно возникает и какими свойствами обладает?

3. Что понимают под ультрафиолетовым излучением, дайте краткую им характеристику.

3. Изучение нового материала:

1. Мы предъявляем страховой полис и встаем между белыми гладкими экранами, немного пахнущими лекарствами.

«Глубоко вдохнуть… Не дышать… Спасибо…. Повернитесь пожалуйста…».

— Время от времени мы слышим такие слова, а где, как вы думаете? (в флюорографии).

— Правильно, при прохождении флюорографии, а для чего нужно данное обследование? (Для диагностики легочных и сердечных заболеваний).

— А где мы еще можем слышать подобное? ( В рентген — кабинете).

— А почему данный кабинет так называется? ( Да там делают рентгеновские снимки).

— А знаете ли вы, с помощью каких излучений, получают эти снимки? Кем и когда были открыты эти излучения?

На сегодняшнем уроке мы познакомимся с рентгеновским излучением, на основе которого работают все приборы, находящиеся в рентген кабинете и флюорографии. Узнаем, когда и кем было открыто данное излучение, а также области его применения. Запишите тему урока в тетрадь. По мере изучения нового материала вам необходимо заносить сведения в таблицу.

(Слайд 4 , записывают тему урока).

2. (Слайд 5) Ребята, давайте мысленно перенесёмся с вами в ноябрьский вечер 1895 года, в немецкий город Вюрцбург. Представьте себе, поздний вечер, в корпусах Вюрцбурского университета светятся несколько окон. Заметив это, редкие прохожие удивленно пожимают плечами: «Совершенно непонятно усердие этого господина — ученого. Чем только он там занимается?»

Если мы заглянем в одно из окон, то увидим, что это лаборатория, уставленная различными приборами. В этой комнате находится мужчина лет пятидесяти, высокого роста, с густой бородой, подчеркивающей строгость лица. Он стоит перед письменным столом, на котором лежат исписанные листы, стопки журналов, раскрытые книги. Это Вильгельм Конрад Рентген, он готовит место для опытов.

Давайте же поближе познакомимся с этим человеком, известным всему миру.

3.Биография ученого (выступление уч-ся). Слайд 6

Немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген родился 27 марта 1845 года в Леннепе, небольшом городке близ Ремшейда в Пруссии, и был единственным ребенком в семье преуспевающего торговца текстильными товарами Фридриха Конрада Рентгена и Шарлотты Констанцы (в девичестве Фровейн) Рентген. В 1848 г. семья переехала в голландский город Апельдорн – на родину родителей Шарлотты. Экспедиции, совершенные Рентгеном в детские годы в густых лесах в окрестностях Апельдорна, на всю жизнь привили ему любовь к живой природе. Рентген поступил в Утрехтскую техническую школу в 1862 г., но был исключен за то, что отказался назвать своего товарища, нарисовавшего непочтительную карикатуру на нелюбимого преподавателя. Не имея официального свидетельства об окончании среднего учебного заведения, он формально не мог поступить в высшее учебное заведение, но в качестве вольнослушателя прослушал несколько курсов в Утрехтском университете. После сдачи вступительного экзамена Рентген в 1865 г. был зачислен студентом в Федеральный технологический институт в Цюрихе, поскольку намеревался стать инженером-механиком, и в 1868 г. получил диплом. Август Кундт, выдающийся немецкий физик и профессор физики этого института, обратил внимание на блестящие способности Рентгена и настоятельно посоветовал ему заняться физикой. Тот последовал совету Кундта и через год защитил докторскую диссертацию в Цюрихском университете, после чего был немедленно назначен Кундтом первым ассистентом в лаборатории.

(слайд 7)Получив кафедру физики в Вюрцбургском университете (Бавария), Кундт взял с собой и своего ассистента. Переход в Вюрцбург стал для Рентгена началом «интеллектуальной одиссеи». В 1872 г. он вместе с Кундтом перешел в Страсбургский университет и в 1874 г. начал там свою преподавательскую деятельность в качестве лектора по физике. Через год Рентген стал полным (действительным) профессором физики сельскохозяйственной академии в Гогенхейме (Германия), а в 1876 г. вернулся в Страсбург, чтобы приступить там к чтению курса теоретической физики. Экспериментальные исследования, проведенные Рентгеном в Страсбурге, касались разных областей физики, таких, как теплопроводность кристаллов и электромагнитное вращение плоскости поляризации света в газах, и, по словам его биографа Отто Глазера, снискали Рентгену репутацию «тонкого классического физика-экспериментатора». В 1879 г. Рентген был назначен профессором физики Гессенского университета, в котором он оставался до 1888 г., отказавшись от предложений занять кафедру физики последовательно в университетах Иены и Утрехта. В 1888 г. он возвращается в Вюрцбургский университет в качестве профессора физики и директора Физического института, где продолжает вести экспериментальные исследования широкого круга проблем, в т.ч. сжимаемости воды и электрических свойств кварца. В 1894 г., когда Pентген был избран ректором университета, он приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках. В 1872 г. Рентген вступил в брак с Анной Бертой Людвиг, дочерью владельца пансиона, которую он встретил в Цюрихе, когда учился в Федеральном технологическом институте. Не имея собственных детей, супруги в 1881 г. удочерили шестилетнюю Берту, дочь брата Рентгена.

   (слайд 8) Рентген был безупречным исследователем и цельным человеком в науке и жизни. По воспоминаниям, это был очень суровый и замкнутый профессор. Он проводил свои опыты, как правило, в одиночестве. Это не исключало того, что в его лаборатории учились и работали физики, ставшие известными в первой четверти ХХ в.

              Рентген был человеком аскетической скромности… В Мюнхене, живя с женой и ее осиротевшей племянницей, Рентген вел скромный, замкнутый образ жизни. Ему был чужд тот дух сенсации и моды, который воцарил сразу вокруг его открытия. Он был требователен и к себе, и к другим, и слава его не прельщала.

Рентген отказывался от орденов, не патентовал своего изобретения и не получал тех баснословных прибылей, которые мог получить в связи с применением своего открытия.

Представители немецкого акционерного общества, спекулируя на национальных интересах, сулили ему златые горы; на это Рентген отвечал: «Мое изобретение принадлежит человечеству. Я немец, и мне не меньше, чем вам дорога честь родины, но прошу уволить. А сейчас извините, мне пора работать».

Ученый отказался от почетной, высокооплачиваемой должности члена академии наук, от кафедры физики в Берлинском университете, от дворянского звания.

В 1899 г., вскоре после закрытия кафедры физики в Лейпцингском университете, Рентген стал профессором физики и директором Физического института при Мюнхенском университете. Находясь в Мюнхене, Рентген узнал о том, что он стал первым Лауреатом Нобелевской премии 1901 года по физике.

Помимо Нобелевской премии Рентген был удостоен медали Румфорда Лондонского королевского общества, золотой медали Барнарда за выдающиеся заслуги перед наукой Колумбийского университета, и состоял почетным членом и членом-корреспондентом научных обществ многих стран.

Рентген ушел в отставку со своих постов в Мюнхене в 1920 г., вскоре после смерти жены.                 

Когда он, первый лауреат Нобелевской премии, оказался в крайне стесненном материальном положении (в годы первой мировой войны), его друзья из Голландии присылали голодающему ученому в Германию масло и сахар. Но он не мог позволить себе личное благополучие в обстановке бедствия своего народа и посылки направлял для общественного распределения. Только явная угроза голодной смерти заставила его согласиться на дополнительный паёк.

(слайд 9)Умер он 10 февраля 1923 года от болезни, вызванной лучами, которым он дал жизнь и имя (от рака внутренних органов). 

4.Первая весть (учитель): слайд 10

В январе 1896 года весь земной шар облетело странное известие. Какому-то немецкому ученому удалось открыть неведомые дотоле лучи, обладающие загадочными свойствами.
Первое загадочное свойство лучей – они невидимы. Они не окрашены – цвета у них нет.
Второе удивительное свойство – они проходят сквозь плотный картон, сквозь алюминий, сквозь толстые доски. Непрозрачное для них — прозрачно.
Третье свойство лучей – есть вещества, на которые они производят необычное действие. Кристаллы платино — цианистого бария, сернистого цинка внезапно вспыхивают ярким светом, чуть только на них упадут невидимые лучи. Под действием невидимых лучей чернеет фотографическая пластинка. И сам воздух чудесно меняется, когда его пронизывают невидимые лучи: он приобретает новое свойство – способность пропускать электрический ток.
Газеты, напечатавшие известие о лучах, только упомянули имя человека, который совершил необыкновенное открытие: Вильгельм-Конрад Рентген.

5. Начало опытов: слайд 11

В своих опытах Рентген использовал стеклянный шар с двумя впаянными внутрь металлическими пластинами. К обеим пластинам было приделано по проволочке. Концы проволочек торчали наружу сквозь стеклянную стенку шара и соединялись с индукционной катушкой изобретенной парижским механиком Румкортом. Воздух из шара был выкачен.
Так начинались опыты Рентгена до тех пор, пока…

6. Неожиданная находка  (выступление учащегося): слайд 12

8 ноября 1895 года Рентген обнаружил необычайное явление. Случилось это так.
Был вечер. Ассистенты, целый день трудившиеся над своими измерениями, усталые разошлись по домам. Ушел и старик-смотритель. Рентген остался в лаборатории один. Он собирался работать до поздней ночи. Он хотел выяснить, как отражается на электрическом токе степень разреженности газа, форма баллона и расположение пластин. Результаты своих наблюдений Рентген вносил в лабораторный дневник. Часы пробили одиннадцать.
Рентгена клонило ко сну. Он накрыл свой последний баллон плотным картонным футляром. Оставалось только разомкнуть ток в индукционной катушке, погасить свет и уйти. Но по рассеянности Рентген позабыл выключить катушку. Он погасил свет и уже направился было к дверям, когда  треск молоточка вывел его из задумчивости. Рентген вернулся, и вот тут-то его глазам представилось удивительное зрелище.
На столе – не на том столе, а на соседнем – мерцало странное сияние. Тусклым зеленовато-желтым огнем горел какой-то маленький предмет. Рентген в темноте направился к столу, чтобы посмотреть, в чем там дело. Оказалось, это светился кусочек бумаги. Бумага была не простая: она была покрыта с одной стороны  слоем платино — цианистого бария. Это вещество имеет обыкновение светиться, если на него упадут солнечные лучи. Но ведь на дворе ночь, в комнате полная тьма. Почему же светится платино -цианистый барий? В полной темноте Рентген нащупал рубильник и разомкнул ток. Бумага, которую он держал в руке, сейчас же перестала светиться. Он снова включил. И бумага засверкала снова. Рентген уже не думал уходить из лаборатории. Он решил исследовать непонятное явление. Что заставляет бумагу светиться? Индукционная катушка? При проверке оказалось – нет. Сомнений не оставалось. Все дело в баллоне: когда сквозь баллон проходит электрический ток, тогда-то и светится бумага. Что же за невидимая сила, проходящая не только сквозь стеклянный баллон, но и сквозь картонный футляр, прикрывающий этот баллон?
Рентген решил назвать неизвестное, открытое им явление «лучи икс».
И он решил продолжить свои опыты до тех пор, пока неизвестная сила не превратится в известную.

7. Учитель: слайд 13

Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них три статьи, в которых было исчерпывающее описание новых лучей, впоследствии сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки его жены, которую он опубликовал в своей статье.  

Слайд 14 Рентген не получил никакой финансовой выгоды от своего открытия. Он категорически отказался запатентовать какие-либо его детали, так как считал, что Х-лучи должны служить всему человечеству.

Итак, какими свойствами обладают лучи?

8. Свойства лучей: слайд 15

1. Большая проникающая и ионизирующая способность.
2. Не отклоняются электрическим и магнитным полем.
3. Обладают фотохимическим действием.
4. Вызывают свечение веществ.
5. Заметно не отражаются и не испытывают преломления. 6.Обладают высокой проникающей способностью. 7.Оказывают биологическое действие на живые клетки.

9. Дифракция рентгеновских лучей. слайд 16 -17

     Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию — явление, присущее всем видам волн. Сначала пропускали рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось. Немецкий физик Макс Лауэ предположил, что длина волны рентгеновских лучей слишком мала для того, чтобы можно было обнаружить дифракцию этих волн на искусственно созданных препятствиях. Ведь нельзя сделать щели размером 10^-8 см, поскольку таков размер самих атомов. А что если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину волны? Тогда остается единственная возможность — использовать кристаллы. Они представляют собой упорядоченные структуры, в которых расстояния между отдельными атомами по порядку величины равны размеру самих атомов, т. е. 10^-8 см. Кристалл с его периодической структурой и есть то естественное устройство, которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию волн, если длина их близка к размерам атомов.

     И вот узкий пучок рентгеновских лучей был направлен на кристалл, за которым была расположена фотопластинка. Результат полностью согласовался с самыми оптимистическими ожиданиями. Наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи, распространяющиеся по прямой, возникли регулярно расположенные небольшие пятнышки вокруг центрального пятна (рисунок). Появление этих пятнышек можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла.

 

Рисунок

     Исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей. Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения и по порядку величины была равна размерам атома (10^-8 см).

Каким же образом можно получить рентгеновские лучи?

10.Устройство рентгеновской трубки. (уч-ся) слайд 18

     В настоящее время для получения рентгеновских лучей разработаны весьма совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками.

     На рисунке изображена упрощенная схема электронной рентгеновской трубки. Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2. При этом рождаются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10^-5 мм рт. ст.

     В мощных рентгеновских трубках анод охлаждается проточной водой, так как при торможении электронов выделяется большое количество теплоты. В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов.

Рентгеновские лучи имеют длины волн в диапазоне от 10^-12— 10^-8 м (частот 3*10¹⁶-3*10²⁰ Гц). А здесь вы видите современную рентгеновскую трубку. Слайд 19

 

Вопрос: каким образом возникают рентгеновские лучи?

(в результате торможения быстрых электронов с металлическим анодом).

слайд 20. В природе есть естественные источники рентгеновских лучей – это солнечная корона и некоторые другие небесные тела.

11. Применение (выступление учащегося):

1. Рентгеновские лучи применяются в медицине: слайд 21

При помощи рентгеновских лучей можно просветить человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов, а также для лечения раковых заболеваний.  Слайд 22-23

Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

2.В промышленности: слайд 24

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией. Рентгеновская дефектоскопия основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полости или инородных включений.

3. В научных исследованиях: слайд 25

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК. Слайд 26

Слайды 27-29

Кроме того, при помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества. В электронно-лучевом микрозонде (либо же в электронном микроскопе) анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. Вместо электронов может использоваться рентгеновское излучение. Этот аналитический метод называется рентгено — флюоресцентным анализом.
В настоящее время начинает развиваться область рентгеноскопии на базе применения рентгеновских лазерных лучей.

Слайд 30, 31

Вопрос: Как вы запомнили, где применяются рентгеновские лучи? (в медицине, промышленности, в научных исследованиях).

Слайд 32

Человечество должно быть благодарно ученому за его бескорыстие. Как вы убедились, сейчас рентгеновские лучи находят широчайшее применение во множестве областей науки, техники и медицины.

3. Закрепление изученного материала:

Продолжим вопрос о применении рентгеновских лучей.

Давайте попробуем ответить на следующие вопросы:

1. Для чего врачи – рентгенологи пользуются при работе перчатками, фартуками и очками, в которые введены соли свинца?

                ( Свинец и соли свинца поглощают рентгеновское излучение).

2. При рентгенодиагностике желудочно-кишечного тракта больному дают «бариевую кашу». Для чего это делается?

                (Сернокислая соль бария поглощает рентгеновское излучение и    делает видимыми мягкие ткани человека (желудок, кишечник)).

3. Электроны в катодном луче телевизионной трубки, достигнув экрана, внезапно останавливаются. Не возникает ли рентгеновское излучение? Не опасно ли при этом смотреть телевизор?

                (Рентгеновское излучение возникает, но оно слабое из-за малой скорости электронов и поглощается стеклом трубки.)

4. Металлическая пластинка под действием рентгеновских лучей зарядилась. Каков знак ее заряда?

                (Положительный, т.к. из пластинки под действием рентгеновских      лучей вырываются электроны, остается избыток положительного заряда.)

Давайте запишем домашнее задание: §85 учебника.

5. Итак, подведем итоги:

1. С каким видом излучения мы с вами познакомились на уроке?

2. Что вы сегодня узнали нового из урока?

Слайд 33

Урок хотелось бы закончить словами Льва Толстого: «Знание только тогда знание, когда оно приобретено усилиями своей мысли, а не памятью».

Слайд 34

— спасибо за работу и внимание на уроке!

Тест

1. Наибольшую проникающую способность имеет:

А. Ультрафиолетовое излучение

Б. Рентгеновский луч.

В. Инфракрасное излучение.

2. Рентгеновское излучение:

А. Возникает при резком торможении быстрых электронов.

Б. Испускается твердыми телами, нагретыми до большой температуры.

В. Испускается любым нагретым телом.

3. Какие излучения используются в медицине?

1) Инфракрасное.

2) Видимое.

3) Ультрафиолетовое.

4) Рентгеновское.

А. 1; 2; 4.

Б. 3

В. Все перечисленные излучения.

4. Почему рентгеновскую пленку хранят в свинцовой коробке, а при съемке её помещают в алюминиевую кассету?

А. Свинец предохраняет пленку только от светового излучения, а алюминий — от рентгеновского.

Б. Свинец предохраняет пленку от любого излучения, а алюминий – от светового излучения.

В. Свинец и алюминий предохраняют пленку от рентгеновского излучения.

5. Рентгеновское излучение имеет длину волны:

А. Больше чем 7,6 *10 ^-7 м.

Б. Меньше чем 7,6 *10 ^-7 м.

В. Больше чем 7,6 *10 ^-8 м.