Разработка урока по теме "Рентгеновское излучение"

Цель:

• Продолжить формирование знаний у учащихся по теме: электромагнитные излучения.
• Познакомить учащихся со способами получения и применения рентгеновских лучей, а также с историей их открытия.
• Развивать интерес к изучению предмета через знакомство с историей открытий в области физики.

Оборудование: Рентгеновские снимки. Мультимедийная установка.

План урока:

I. Орг. Момент

II.Изучение нового материала

1. Мы предъявляем страховой полюс 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?

Правильно, при прохождении флюраграфии, а для чего нужно данное обследование? Для диагностики легочных 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 флюраграфии. Узнаем когда и кем было открыто данное излучение, а также области его применения. (Cлайд1, записывают тему урока)

2. Ребята давайте мысленно перенесемся 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 не понятно 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 исписанные листы, стопки журналов, раскрытые книги. Это Вильгельм Конрад Рентген, он готовит место для опытов. (Слайд 2)

В тот вечер 8 ноября Рентген проводил опыты с электрическим разрядом в вакуумной трубке и обнаружил свечение экрана расположенного рядом с трубкой. Так как сама трубка была покрыта черным чехлом, не пропускающим видимых и ультрафиолетовых лучей, то Рентген предположил, что свечение экрана вызывается какими-то новыми невидимыми лучами. Новое излучение он назвал Х-лучами. Впоследствии их стали называть Рентгеновскими.

3. Давайте же поближе познакомимся с В.К. Рентгеном (выступление учащегося)

(Слайд 3)
Немецкий физик Вильгельм Конрад Рёнтген родился 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 Рёнтгеном в детские годы в густых лесах в окрестностях Апельдорна, на всю жизнь привили ему любовь к живой природе. Рёнтген 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 Рёнтген 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 Рёнтгена 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. Получив кафедру физики в Вюрцбургском университете (Бавария), Кундт взял с собой и своего ассистента. Переход в Вюрцбург стал для Рёнтгена 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 Рёнтген 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 Рёнтгеном 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 Рёнтгену репутацию «тонкого классического физика-экспериментатора». В 1879 г. Рёнтген 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 Pёнтген был избран ректором университета, он приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках. В 1872 г. Рёнтген 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 Рёнтгена.

4. Рентген не сразу сообщил о своем открытии. На протяжении семи недель он исследовал свойства новых лучей. Все это время он постоянно находился в университете, ночуя и питаясь там.

В ходе своих опытов Рентген установил, что Х-лучи обладают очень большой проникающей способностью. Лучи проходили через книгу в 1000 страниц, алюминиевую пластину толщиной 1,5см. Но самое большое потрясение ученый испытал, тогда когда поместил руку между трубкой и экраном свою руку и увидел на экране темные тени костей на фоне слабого очертания своей руки! (Слайд 4)

Первое сообщение Рёнтгена о его исследованиях, опубликованное в местном научном журнале в конце 1895 г., вызвало огромный интерес и в научных кругах, и у широкой публики. Рёнтген за одну ночь превратился из рядового профессора в самого знаменитого ученого в мире. «Вскоре мы обнаружили,– писал Рёнтген,– что все тела прозрачны для этих лучей, хотя и в весьма различной степени». Эксперименты Рёнтгена были немедленно подтверждены другими учеными. (в 1901г Рентген стал первым лауреатом Нобелевской премии по физики)

Медики сразу осознали значение рентгеновского излучения для диагностики. В то же время икс-лучи стали сенсацией, о которой раструбили по всему миру газеты и журналы, нередко подавая материалы на истерической ноте или с комическим оттенком. Об открытии Рентгена говорили повсюду. Проводились рентгеновские выставки, на которых посетители сами могли разглядывать скелеты собственных рук на светящемся экране. Одна из таких выставок была проведена в 1896 году Эдисоном. Повальное увлечение рентгеновскими лучами не прошло даром. Сотни исследователей, работавших с рентгеновскими лучами, стали жертвами лучевого поражения. Многие физики также получили медленно заживающие раны и ожоги разной степени.

Хотя Рёнтген был вполне удовлетворен сознанием того, что его открытие имеет столь большое значение для медицины, он никогда не помышлял ни о патенте, ни о финансовом вознаграждении. (Слайд 5)

5. (Слайд 6) В настоящее время, рентгеновские лучи получают с помощью специальных устройств, называемых рентгеновскими трубками. Трубка представляет собой вакуумный баллон, в котором находятся катод К, анод А и металлическая пластина АК антикатод. При прохождении через катод электрического тока, катод нагревается и испускает электроны, под действием электрического поля электроны с огромными скоростями летят к аноду. Сталкиваясь с антикатодом, электроны испытывают резкое торможение, при котором начинают излучать электромагнитные волны. Это и есть рентгеновское излучение.

Сам Рентген не смог обнаружить волновые свойства лучей. Это было сделано в 1912 году немецким физиком М.Лауэ. Диапазон длин волн рентгеновского излучения составляет от 10-7 до 10-14 м.

6. Применение излучения (выступление учащегося).

(Слайд 7) С момента открытия стало ясно практическое предназначение Х-лучей, прежде всего медицинское. Уже в 1896 г. их использовали для диагностики, немного позже – для терапии. Через 13 дней после сообщения Рентгена, 20 января 1896 г., в Дартмунде* (штат Нью-Гемпшир, США) врачи с помощью рентгеновских лучей наблюдали перелом руки пациента. Медики получили исключительно ценный инструмент. Под руководством А.С.Попова рентгеновскими аппаратами были оборудованы крупные корабли российского флота. Так, на крейсере «Аврора» во время Цусимского сражения были рентгенологически обследованы около 40 раненых матросов, что избавило их от мучительных поисков осколков с помощью зонда.

По-видимому, первым открытие Рентгена в рекламно-коммерческих целях применил Т.Эдисон: в мае 1896 г. он в Нью-Йорке организовал выставку, где желающие могли разглядывать на экране изображение своих конечностей в рентгеновских лучах. Но после того как его помощник умер от ожогов Х-лучами, Эдисон прекратил все опыты с ними. Однако, несмотря на опасность, работы с новыми лучами, расширяясь и углубляясь, продолжались.

При всем колоссальном интересе к открытому явлению, понадобилось около 10 лет, чтобы в знаниях об Х-лучах добавилось что-то новое: английский физик Ч.Баркла доказал их волновую природу и открыл характеристическое (определенной длины волны) рентгеновское излучение. Еще через 6 лет Макс фон Лауэ разработал теорию интерференции Х-лучей на кристаллах, предложив использовать кристаллы в качестве дифракционных решеток. В том же 1912 г. эта теория получила экспериментальное подтверждение в опытах В.Фридриха и П.Книппинга. Научное значение открытия Рентгена раскрывалось постепенно, что подтверждается присуждением еще семи нобелевских премий за работы в области рентгеновских лучей:

• в 1914 г., за открытие дифракции рентгеновских лучей (М. фон Лауэ);
• в 1915 г., за изучение структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей (отцу и сыну Брэггам);
• в 1917 г., за открытие характеристического рентгеновского излучения (Ч.Баркле);
• в 1924 г., за исследования спектров в диапазоне рентгеновских лучей (К.Сигбану);
• в 1927 г., за открытие рассеяния рентгеновских лучей на свободных электронах вещества (А.Комптону);
• в 1936 г., за вклад в изучение молекулярных структур с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронов (П.Дебаю);
• в 1979 г., за разработку метода осевой (рентгеновской) томографии (А.Кормаку и Г.Хаунсфилду).

Кроме того, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, ответственных за фотосинтез (премии 1962 и 1988 гг.).

В России уже в январе 1896 г. А.С.Попов в Кронштадте, изготовив с помощью С.С.Колотова вакуумную трубку Крукса, получил рентгеновские снимки для публичных демонстраций. В письме В.Рентгену профессор И.И.Боргман 3 (15) февраля 1896 г. сообщал результаты экспериментов с Х-лучами, выполненных им совместно с А.Л.Гершуном. В приложении к книге с переводом сообщения об открытии Х-лучей был приведен снимок рентгенограммы и утверждалось, что «отпечаток при помощи лучей Рентгена был получен в Физической лаборатории Петербургского университета 12 января, первый снимок руки сделан был 16 января». Вклад в исследование рентгеновских лучей в России в первые годы после открытия Рентгена внесли также другие русские исследователи: П.Н.Лебедев, Б.Б.Голицын, О.Д.Хвольсон, Ю.В.Вульф, А.Ф.Иоффе и др. Н.Г.Егоров организовал первую в России рентгеновскую лабораторию, а А.С.Попов – первый рентгеновский кабинет в Кронштадтском госпитале. В 1897 г. газеты писали, что студент Военно-медицинской академии Н.В.Вихрев сконструировал прибор, с помощью которого можно было делать одновременно два рентгеновских снимка с двух разных точек. Совмещая оба снимка, исследователь получал объемное изображение.

III. Первичный контроль

Учащимся предлагаются несколько утверждений. На которые они, письменно, отвечают «Да» или «Нет». После ответов проводится, взаимоконтроль, выставляются оценки. Записями в тетрадях пользоваться нельзя. (Слайд 7)

1. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 году.
2. Рентгеновские лучи обладают малой проникающей способностью.
3. Рентгеновские лучи получают с помощью рентгеновских трубок.
4. Рентгеновское излучение возникает в следствии испускания их антеной.
5. Рентгеновские лучи имеют диапазон длин вол от 4·10^-7 до 8·10^-7.
6. Рентгеновские лучи обладают широким спектром применения.

IV. Рефлексия

(Cлайд 8)

V. Итог урока

Презентация — Приложение 1.