матеріал 19

93. Ультрафіолет та його застосування. Частина 1

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №93. Ультрафіолет та його застосування. Частина 1

Очікувані результати навчання

формулює та обґрунтовує самостійно або в співпраці з іншими гіпотези відповідно до проблеми і мети дослідження, визначає завдання [12 ПРО 1.2.2];
здійснює самостійно або в співпраці з іншими дослідження, фіксує результати [12 ПРО 1.4.2];
планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або в співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1];
інтерпретує самостійно або в співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену різними способами [12 ПРО 2.2.2];
порівнює, аналізує самостійно або в співпраці з іншими природні й техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1];
визначає самостійно або в співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах та доказах [12 ПРО 4.1.1];
застосовує самостійно або в співпраці з іншими наукове знання та власний досвід для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2].

Мета уроку: сформувати в учнів розуміння природи ультрафіолетового випромінювання, його видів (УФ-А, УФ-В, УФ-С) та важливість атмосфери в захисті живих організмів від ультрафіолетового випромінювання.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

Ціль 4: Якісна освіта.
Ціль 3: Міцне здоров’я та благополуччя.
Ціль 9: Інновації та інфраструктура.

Ключові слова: шкала електромагнітних хвиль, частота електромагнітної хвилі, довжина електромагнітної хвилі, енергія електромагнітної хвилі, ультрафіолетове випромінювання (УФ-А, УФ-В, УФ-С), інтенсивність ультрафіолетового випромінювання.

План уроку:

Мотиваційна частина.
Теоретичний екскурс.
Основна частина
- 3.1. Відкриття ультрафіолету.
- 3.2. Види ультрафіолетового випромінювання.
- 3.3. Вплив атмосфери Землі на зміну інтенсивності ультрафіолетового випромінювання.
- 3.4. Вплив атмосфери Марса на зміну інтенсивності ультрафіолетового випромінювання.
Попрактикуймо самостійно.
Рефлексія.

Очікувані результати для вчителя:

учні розуміють наслідки впливу ультрафіолетового випромінювання на організм людини;
учні розрізняють види ультрафіолетового випромінювання;
учні пояснюють важливість атмосфери Землі в захисті від ультрафіолетового випромінювання;
учні аналізують інформацію, подану на графіках.

Очікувані результати для учнівства:

розуміє наслідки впливу ультрафіолетового випромінювання на організм людини;
розрізняє види ультрафіолетового випромінювання;
пояснює важливість атмосфери Землі в захисті від ультрафіолетового випромінювання;
аналізує та пояснює інформацію, подану на графіках.

Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 4 хв.

Людство з давніх-давен намагалося винайти невидиме чорнило, що не видне оку у звичайних умовах. І це їм вдалося! Що можна використати, щоб створити таке чорнило, і що потрібно, щоб побачити написаний ним текст (рис. 1)?

Тобі може знадобитися

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 6 хв.
Важливо нагадати учням про те, що таке електромагнітна хвиля та які її основні характеристики (частота та довжина), як саме енергія хвилі залежить від цих величин (пряма та обернена залежність).

Шкала (спектр) електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин електромагнітних хвиль, що існують у природі (рис. 2).

За способом випромінювання хвиль, що належать до тієї чи іншої ділянки спектра, розрізняють: радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло й ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання.

Електромагнітна хвиля характеризується частотою (ν), довжиною (λ).

Що більшою є частота хвилі (ν), то більшою є енергія електромагнітної хвилі.
Що більша довжина хвилі (λ), то енергія електромагнітної хвилі менша.

Радіохвилі — електромагнітні хвилі довжиною від 100 км (3 кГц) до ~ 0,1 мм (3 ТГц).

Інфрачервоне (теплове) випромінювання — електромагнітні хвилі довжиною від 760 нм до 1–2 мм. Інфрачервоні промені випромінюють будь-які тіла, що мають температуру, вищу за абсолютний нуль.

Видиме світло — електромагнітні хвилі довжиною від 400 до 760 нм. Видиме світло випромінюють досить нагріті тіла, причому температура, за якої тіло починає випромінювати світло, залежить від речовини, з якої складається це тіло.

Ультрафіолетове випромінювання — електромагнітні хвилі довжиною від 10 до 400 нм.

Рентгенівське випромінювання — електромагнітні хвилі довжиною від 0,01 до 10 нм.
Виникає внаслідок швидкого (ударного) гальмування електронів, а також у результаті процесів усередині електронних оболонок атомів.

Гамма-випромінювання (γ) — електромагнітні хвилі довжиною, меншою за 0,05 нм.
Випускається збудженими атомними ядрами під час ядерних реакцій, радіоактивних перетворень атомних ядер і перетворень елементарних частинок.

Посилання на відео джерела:

Відео

Основна частина

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 25 хв.

Важливо нагадати учням про дослідження, які передували відкриттю ультрафіолету. Це дозволяє учням бачити цілісну картину, яка дає поняття про світло в цілому.

Саму інформацію краще підкріпити дослідами:

Розкладання світла за допомогою плоскопаралельної призми.

Дослід із хлоридом срібла та ультрафіолетом.

Якщо не має можливості провести досліди, можна скористатися відео-демонстраціями:

Відео – 1

Відео – 2

1. Відкриття ультрафіолету

Природа світла цікавила вчених ще з давніх часів.

Які досліди для встановлення цього провів Ньютон?
Яке важливе відкриття, пов’язане з розвитком уявлень про світло, зробив Ісаак Ньютон, у 1666 році (рис. 3)?

Рис. 3. Джерело: https://uk.wikipedia.org/

Відкриття Ньютона дозволило встановити, що світло розкладається на такі кольори: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий.

1800 року британський астроном Вільям Гершель вирішив дослідити, чи всі кольори спектра впливають на температуру однаково. Він направив сонячне світло через призму та виміряв температуру в різних його частинах. Виявилося, що найбільше нагрівання відбувається за межами червоного світла — там, де світло вже невидиме для ока. Так він відкрив інфрачервоне випромінювання.

Це відкриття наштовхнуло вчених на думку: якщо за червоним світлом є невидиме випромінювання, можливо, за фіолетовим теж є щось подібне?

У 1801 році Вільгельм Ріттер вирішив дослідити, як різні частини спектра впливають на хімічні речовини. Він розмістив хлорид срібла (речовина, яка темніє під дією світла) в різних зонах спектра та спостерігав, як швидко він змінює колір (рис. 4).

Найшвидше потемніння відбувалося в синій та фіолетовій частинах спектра.

Але коли він розмістив його за межами фіолетового світла, реакція стала ще швидшою!

Це довело, що існує невидиме випромінювання за фіолетовою частиною спектра, яке він назвав “окислювальні” або “хімічні промені”. Пізніше вони отримали назву ультрафіолетові (УФ) промені.

Переглянь таблицю 1 та дай відповіді на запитання.

Табл.1

Ділянка спектра	Довжина хвилі (нм)	Швидкість потемніння
Червоне світло	620–750	Дуже повільна (може зайняти години)
Жовте світло	570–590	Дуже повільна (може зайняти години)
Зелене світло	495–570	Помірна (десятки хвилин)
Синє світло	450–495	Швидка (протягом кількох хвилин)
Фіолетове світло	380–450	Дуже швидка (менше хвилини)
Ультрафіолет	< 380	Надзвичайно швидка (за секунди)

Чому хлорид срібла найшвидше темніє під дією ультрафіолетового випромінювання, а не червоного світла?
Як довжина хвилі світла впливає на швидкість фотохімічної реакції хлориду срібла?
Якби хлорид срібла розташували в темному приміщенні, чи змінив би він свій колір? Чому?

2. Види ультрафіолетового випромінювання

Дружня порада вчителю

У цьому пункті потрібно донести учням інформацію про те, як довжина хвилі впливає на енергію різних видів ультрафіолетового випромінювання.

Ультрафіолетове (УФ) випромінювання поділяється на три основні діапазони залежно від довжини хвилі та впливу на живі організми. Переглянь таблицю 2 та познайомся з основними видами ультрафіолетового випромінювання.

Табл. 2

Тип УФ-променів	Довжина хвилі (нм)	Характеристика та вплив
УФ-A (довгохвильове)	315–400 нм	Володіє найменшою енергією, глибоко проникає в шкіру, викликає старіння та засмагу.
УФ-B (середньохвильове)	280–315 нм	Викликає сонячні опіки, стимулює вироблення вітаміну D, але може призводити до раку шкіри.
УФ-C (короткохвильове, жорстке)	100–280 нм	Найнебезпечніше для живих організмів. Використовується для стерилізації та дезінфекції.

3. Вплив атмосфери Землі на зміну інтенсивності ультрафіолетового випромінювання

Дружня порада вчителю

Учням потрібно проаналізувати графік зміни інтенсивності ультрафіолетового випромінювання після проходження атмосфери Землі.
Можна обговорити, як склад атмосфери впливає на зміну інтенсивності ультрафіолету.
Це завдання спрямоване саме на аналіз даних з графіка учнями.

Велику кількість ультрафіолету наша планета отримує від Сонця.
Частина ультрафіолету поглинається нашою атмосферою (рис. 5).

Згадайте, з яких газів складається атмосфера нашої планети і яке їх відсоткове співвідношення.

Розглянь діаграму, що показує інтенсивність різних типів ультрафіолетового випромінювання (УФ-A, УФ-B, УФ-C) після проходження через атмосферу нашої планети. При цьому якщо значення інтенсивності високе (близьке до 1), то випромінювання майже не поглинається і вільно доходить до Землі. Якщо значення низьке (близьке до 0), то випромінювання майже повністю поглинається атмосферою.

Дай відповіді на такі запитання:

Який тип ультрафіолетового випромінювання (УФ-A, УФ-B чи УФ-C) майже повністю досягає поверхні Землі?
Які можуть бути причини різкого зниження інтенсивності УФ-B випромінювання на графіку в діапазоні 280–315 нм?
У якому діапазоні довжин хвиль інтенсивність випромінювання найбільша?
УФ-A випромінювання має майже постійну інтенсивність. Чому воно менш небезпечне, ніж УФ-B і УФ-C?
Якби озоновий шар був значно тоншим, як би змінилася форма цього графіка?
Уявіть, що ви вимірюєте інтенсивність УФ-випромінювання на великій висоті (наприклад, на вершині Евересту). Як би змінився графік?
Якби ви перебували в космосі поза межами атмосфери, як би виглядав цей графік?
Перебуваючи у відкритому космосі, чи потрібно космонавтам піклуватися про захист від ультрафіолетового випромінювання? Чому?

Люди постійно замислюються над подорожами до інших планет і найбільш вірогідним кандидатом для такої подорожі є Марс.

Дізнайтеся, з яких газів складається атмосфера Марса і яке їх відсоткове співвідношення.

4. Вплив атмосфери Марса на зміну інтенсивності ультрафіолетового випромінювання

Дружня порада вчителю

Учням потрібно проаналізувати графік зміни інтенсивності ультрафіолетового випромінювання після проходження атмосфери Марса.
Можна обговорити, як склад атмосфери впливає на зміну інтенсивності ультрафіолету.
Це завдання спрямоване саме на аналіз даних із графіка.

Розгляньте діаграму (рис. 6), що показує інтенсивність різних типів ультрафіолетового випромінювання (УФ-A, УФ-B, УФ-C) після проходження через атмосферу Марса.

Дай відповіді на запитання:

Чому на Землі УФ-C не доходить до поверхні, а на Марсі досягає поверхні?
Якби Марс мав густішу атмосферу, які зміни відбулися б у проходженні УФ-випромінювання?
Чому бактерії та інші мікроорганізми мають менше шансів вижити на поверхні Марса, ніж на Землі?
Які природні механізми можуть допомогти бактеріям та іншим організмам пристосуватися до високого рівня УФ-випромінювання на Марсі?

Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 8 хв.

Учнів потрібно об’єднати в групи (по 3-5 учнів), або робота може бути індивідуальною для кожного.

Уявіть, що ви стали головним інженером. Разом із командою вам потрібно спроєктувати марсіанську станцію та захисний одяг для дослідників. Перед вами стоїть задача: захист людей від шкідливого ультрафіолетового випромінювання (рис. 7).

Напишіть список захисних матеріалів і поясніть, чому вони можуть бути корисними.

Рівень А: запропонуйте три матеріали та обґрунтуйте ваш вибір.
Рівень В: запропонуйте п’ять матеріалів та обґрунтуйте ваш вибір.
Рівень С: запропонуйте сім матеріалів та обґрунтуйте ваш вибір.

Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 2 хв.

Назвіть 5 слів, які найкраще характеризують тему уроку. Обґрунтуйте свій вибір.

У вільний від відпочинку час

https://www.youtube.com/watch?v=BNK6GKG8Cco