Рентген сәулелері

Маңғыстау индустриалды техникалық колледжі
Физика пәні мұғалімі
Есбергенова Улболсын Есенбековна

Сабақтың мақсаты:

1) Білімділік: Ғылыми фактілермен, құбылыстармен, заңдармен ғана таныстырып қоймай, физика дамуындағы қозғаушы күштердің ғылыми зерттеулердің себептері мен өзгерісі және ғылыми танымдық әдістері жайлы түсінік беру.

2) Дамытушылық: Презентация, терапиялық құралдар арқылы оқушылардың танымдық қабілеті мен біліктілігін дамыту және дүниетанымдылық көзқарасын кеңейту.

3) Тәрбиелік: Өздігінен жұмыс істеуге, өзара тексеруге, ұйымшылдыққа, жауапкершілікке тәрбиелеу. Ғылымға қызығушылыққа тәрбиелеу.

Сабақтың түрі: жаңа білімді қалыптастыру.

Сабақтың әдісі: түсіндірме, ізденіс, проблемалық сұрақ, сұрақ – жауап.

Көрнекілігі: мультимедиа, кестелер, физиотерапиялық құралдар, сызба нұсқа, суреттер, бағалау парағы, дәптер.

Пәнаралық байланыс: химия, биология         

Оқыту формалары: жеке және ұжымдық.

Сабақтың өту барысы:

І. Ұйымдастыру кезеңі.

Оқушыларды сабаққа қатысуын және керекті құралдарын тексеру.

ІІ. Үй тапсырмасын сұрау.

Үй тапсырмасындағы шығармашылық жұмысты тексеру.

Біздің мақсатымыз – Демокриттен бастап бүгінгі күнге дейінгі атомның құрылысы мен қасиеттері жайлы ғылыми түсініктерге шолу жасау. Ғалымдар бұған 2500 жыл жұмсаған. Ал бізге мұны екі сабақта ғана қайталап шығу керек.

Оқушылар атом құрылысын 8сынып білімдер бойынша еске түсіреді. Сабақ бойында тақырыптың конспектісін мұқият қарап отыру керек.

Тақырыпты оқушылар алдын-ала дайындап келген бір ғалымның атынан сөйлейді.

Грек ғалымы Демокрит осыдан 2500 жыл бұрын зат атомнан ары қарай бөлінбейді деген. Ал қазір бұлай емес екендігі бәрімізге белгілі. Енді ғалымдарға сөз берейік.

1 хабарлама. «Демокрит»

«Бәріне бастама болған не, соны іздесең, көп нәрсені білесің» -деп жазған екен К.Прутков. Бұрын мынадай жағдай болған. Қазір аңызға айналып кетті. Бірде қолымда алма, теңіз жағасында таста отырып былай ой толғадым. Қазір мен мына алманы екіге бөлсем, жарты алма қалады. Оны тағы екіге бөлсем, жарты алма қалады. Оны тағы екіге бөлсем алманың 2-ден 1-і, 4-тен 1-і қалады. Бұл шексіз бола ма? Содан мен мынадай қорытындыға келдім. Осыдан 200 жыл бұрын жазылған «Кіші диакосмос» деген кітабымда «Иә, бұл бөліндінің шегі бар, оны атом д еп атайды» бүкіл әлемнің бастамасы- атом және бос кеңістік деп түсінем. Әлем шамасы жағынан да, саны жағынан да өте көп атомдардан тұрады. Олар үнемі қозғалыста және айналыста болғандықтан нәтижесінде олардан күрделі: от, ауа, су, жер құрылады.

2 хабарлама. «Джон Дальтон»

Эпикур, Исаак Ньтон, Ломоносов барлық заттардың атомдаран құралатынын айтқан. Ендеше атомның денелер сияқты өлшемі, массасы болатыны түсінікті. Сондықтан мен Манчестер қаласының математика және физика пәндерінің мұғалімі Джон Дальтон осыны өз сараптамаларымның негізі етіп алдым. 1804жылы мен әр заттың бір типті ғана атомдардан тұратынын яғни, химиялық элементтердің болатыны жайлы  тұжырымдама жасадым. 

Қазіргі кезде 105-тен астам атомдар немесе элементтер белгілі.

3 хабарлама. «Иозеф Лошмидт»

Мен, Вена университетінің физика пәнінің мұғалімі Иозеф Лошмидт 1865 жылы барлық атомдардың өлшемдері жуықтап алғанда бірдей, және оның 10^-10м екенін және сутегі атомының массасының 10^-24г-ға тең екенін таптым.

4 хабарлама. «Исаак Ньютон»

Мен, ағылшын физигі И.Ньютон 1666 жылы призманың көмегімен ақ жарықтың жеті түске яғни спектрге жіктелетінін аштым. Осының нәтижесінде менің отандасым Томас Юнг спектрдің әрбір түсіне өз толқын зынығы сәйкес келетінін анықтады.

5 хабарлама. «Густав Роберт Кирхгоф»

Мен, неміс физигі Роберт Кирхгоф шығару және жұтылу спектрлерін зерттей отырып төрт қорытынды жасадым:

-әрбір элементтің өзінің сызықтық спектрі яғни нақты анықталған спектрлік сызықтары болады;

-осы сызықтар арқылы тек Жердегі ғана емес, сол сияқты Күндегі және жұлдыздардағы заттардың да құрамын анықтауға болады;

-Күн ыстық ядро мен салыстырмалы түрдегі салқын атмосфердан тұрады.

-Күнде натрий бар.

Сонымен спектрдің болу себебі атомның қасиеттеріне байланысты екенін анықтадым.

Міне, осыны түсінікті Дж.Максвелл мен Л.Больцман жалғастырып сызықтық спектрдің болуы атомның құрылысы бар екенін көрсететінін болжады. 1881жылы Герман Гельмгольц «Электрдің молекулалық құрылысы» жайлы ой айтты. 1897жылы Томсон атомның ішінде атомның бір бөлігі электрон екенін және оның барлық химиялық элементтердің ішінде болатынын анықтады. Сөйтіп 40 жылдан кейін атмоның құрылысы анықталып, электронның элементар бөлшек екендігі белгілі болды. Атом сияқты электрон да бірден қабылданбады. Әуелі 1920 жылы Рентген электронға күмәндануы соншалықты электрон туралы бүкіл лабораторияда айтуға тиым салды. Әйтсе де 1906-1914 жж Роберт Милликен мен Иоффе еңбектерінің нәтижесінде қазір біз бәріміз электрон зарядының шамасының мәнін және массасын білеміз. 1923жылы элементар зарядты зерттеудегі еңбектері үшін Милликенге Нобель сыйлығының иегері атағы берілді.

6 хабарлама. «Джозеф Джон Томсон»

Мен 1904жылы өзімнің атомның қрылысы жайлы моделімді ұсындым. Оң зарядталған диаметрі 10^-8см атом –оң зарядты шардың ішінде теріс зарядты электрондар жүзіп жүреді, электрондар саны шардың зарядына тең, яғни атом бүтіндей болғанда-нейтрал.

Ғасыр басында барлық физиктер Томсон моделін қабылдады. Тек кейбіреулері ғана басқа модельдерді ұсынғанымен ғылымда атом жайлы жаңа кезең басталғанын бәрі сезді. 1911 ж 7мартта Манчестердің философиялық қоғамы Эрнест Резерфордтың α бөлшектердің ауытқуы және атомның құрылысы деген баяндамасын тыңдады. Сол күні олар атомның құрылысының күн жүйесіне ұқсас екенін білді.

7 хабарлама. «Эрнест Резерфорд»

Атом ядро мен оны айнала қозғалатын электрондардан құралған, олардың ара қашықтығы 10^-10м. Ядроның өлшемдері өте аз 10^-14-10^-15м. Бірақ бүкіл атомның массасына тең. Күн жүйесімен бекер салыстырылған жоқ. Күннің диаметрі 1,4*10⁶км.  Күн жүйесінен қанша есе аз болса, ядро атомның диаметрінен сонша есе аз. 1911 жылы α бөлшектерінің өте жұқа алтын және платина пластинкаларынан өтуін зерттедім. Радий элементі α бөлшектерін шығарады. Тар саңылаудан өткен α бөлшектері жолына қойылған алтын фолгасына жеткен кезде олардың біразы алғашқы бағытын өзгертіп шашырайтыны белгілі болды. Бөлшектердің шашырауын, ал кейде кері бұрылуын зерттей отырып, атомның тек кішкене бөлігі ғана α бөлшектерінің шашырауына себепкер болады деген қорытындыға келдім. Оның үстіне атомның бұл кішкене бөлігінің заряды оң, ал массасы үлкен болуға тиіс. Сөйтіп 1911 жылы атомның планетарлық моделін ұсындым.

8 хабарлама. «Макс Планк»

1900-ші жылы мен, Макс Планк квант физикасының туындауын яғни қызған денелерден энергияның жеке порциялармен шығарылатынын ұсындым. 1918 жылы осы квант теориясын ашуыма байланысты Нобель сыйлығының иегері атағын алдым.

9 хабарлама. «Альберт Эйнштейн»

Мен, Альберт Эйнштейн 1905жылы энергияның тек кванттармен шығарылып қана қоймай кванттармен жұтылатынын айттым. Менің фотоэффектіге ұсынған теңдеуім       фотоэффект кезіндегі энергияның сақталу заңы болып табылады. Мұндағы h=6.63*10^-34Дж*с Планк тұрақтысы

1921 ж осы құнды жаңалығы үшін Эйнштейнге Нобель сыйлығының иегері атағы берілді. 1912ж бастап Резерфорд лабораториясында Нильс Бор жұмыс істей бастады. Бор атом спектрлерінің сызықтық құрылысы мен Планк пен Эйнштейннің идеялары арасында тығыз байланыстың бар екенін байқады. Ол атом, сәуле шығару, электрон үшеуі квант түсінігімен байланысты деді.

10 хабарлама. «Нильс Бор»

Резерфордтың планетарлық моделі бойынша атомдағы электрон ядроға құламас үшін ол оның айналасында айналуы керек. бірақ электродинамика заңдары бойынша атом энергия шығарғаннан кейін бәрі бір ядроға құлауы керек. міне осыны болдырмау қажет болды.  сөйтіп 1913жылы атомның планетарлық моделінен екі постулат туындады.

І постулат: Атомдық жүйе тек ерекше стационар немесе кванттық күйлерде ғана болады. Стационар күйде атом сәуле шығармайды.

ІІ постулат: Атом үлкен энергиялы стационар күйден аз энергиялы стационар күйге өткенде жарық шығарылады. шығарылған фотонның энергиясы атомның стационар екі күйдегі энергияларының айырмасына тең. Бұдан шығатыны: h????=E_k-E_п

Осы постулаттарды мен сутегі атомының теориясына қолдандым. Одан мынадай қорытындыға келдім.

1. Атомдағы электронның айналу орбитасының радиусы кез келген болуы мүмкін емес.

2. Электронның стационар күйдегі энергиясы өте аз болады және ол бұл күйде ұзақ уақыт бола алады.

3. Электрон қозған күйде 10^-8с уақыт бола алады, яғни ол осы уақытта ядроны 100млн рет айнала алады.

4. Жарықтың жұтылуы сәуле шығаруға кері процесс. Атом аз энергиялы күйден көп энергиялы күйге өткен кезде жарық жұтылады.

1922 ж атомның құрылысын зерттегені үшін Борға Нобель сыйлығының иегері атағы берілді.

11 хабарлама. «Луи де Бройль»

1923 жылы мен материалдық бөлшектердің оның ішінде электрондардың толқындық қасиеті жайлы гипотеза ұсындым. m массасы, V жылдамдығы бар бөлшекке λ толқын ұзындығы сәйкес келеді және ол былай анықталады:

                

Мен былай ойладым, егер гитараның шегін тербеліске түсіріп тартсаң, онда толқын ұзындықтары әртүрлі толқындар пайда болады да оның кейбіреусі ғана қалып көбісі интерференцияның нәтижесінде өшеді.  

1929 жылы электрондардың толқындық қасиетін ашқаным үшін Нобель сыйлығының иегері атандым.

12 хабарлама. «Макс Борн»

Мен, Макс Борн де Бройльдің электрондардың толқындық қасиетіне қосымша мынаны ұсындым: электрон атомда тек бөлшек түрінде ғана емес, берілген орында, берілген уақыт мезетінде тығыздығы айнымалы электрондық бұл түрінде болады. 1954 жылы кванттық физикадағы осындай еңбектерім үшін Нобель сыйлығының иегері атандым.

Сонымен қорытынды жасаймыз. Атомның құрылысы қандай?

1. Атомның орталығында өте кішкентай оң зарядталған ядро бар, оны теріс зарядталған электрон бұлты қоршап тұр.
2. Электрондық бұлттың пішіні –кванттық механиканың заңдарымен анықталады.
3. Сутегі атомының пішіні қозбаған күйінде шарға ұқсас.
4. Атомды қоздырған кезде тығыздығы айнымалы электрондық бұлтты өзгерту үшін энергия қажет болады. Әрбір пішіндегі электрондық бұлтқа өзінің энергиясы сәйкес келеді.

Сендер ұлы ғалымдардың атомның құрылысы жөніндегі түсініктерінің қалай дамығанымен таныстыңдар. Өз-ой өрістеріңді кеңейте отырып табиғат құбылыстарын зерттеуде ғылымның жолы ұзақ та қиын жол болатынын көрдіңдер. Енді осы тақырыптың қорытынды схемасын көрсетейік.

ІІІ. Жаңа сабақты түсіндіру.

Жаңа сабақты түсіндірмес бұрын Вильгелм Рентген тарихына үңіліп өтетін болсақ  Рентген 27.03.1845 – 10.02.1923 жылдары өмір сүрген.

1895 жылы неміс физигі  Вильгельм Конрад Рентген катодтық сәулелердің көмегімен пайда болатын люминесценция құбылысын зерттеп, түрлі тәжірибелер өткізді. Әсерді көбейту үшін физик электронды сәулелі түтікшенің ішіне люминесценция тудырушы затты салып, күн сәулесі өтпейтіндей етіп зертханадағы барлық терезелерді жауып тастаған. Электронды сәулелі түтікшені қосқанда, Рентген қызық оқиғаны байқайды. Бөлменің бір бөлігінде жап-жарық сәуле пайда болады. Зейін қойып бәрін зерттей бастағанда, Рентген сәуленің барий платиноцианидпен, яғни люминесценттеуші затпен қапталған қағаздан шығып тұрғанын байқайды. Бұндайды күтпеген ғалым бірден шамды өшіруге асықты. Жарық сәуле өшті. Қайтадан қосқанда, жарық қайта пайда болды. Сонда, ғалым люминесценттеуші затпен қапталған қағазды басқа бөлмеге апарғанда, ол жарық болып, сәулеленіп тұрған. Сонда Рентген сәуленің тек қағаздан ғана емес, басқа да заттардан өте алатынын түсінді. Бұндай құбылысқа түсініктеме таба алмаған физик сәулелерді - Х сәулелері деп атап кеткен. Бұл бағытта Вильгельм Конрад бір жылға жуық зерттеу жұмыстарын жүргізіп, жүздеген теориялық мақалаларды жариялаған. Рентгеннің ізбасарлары да көптеген ғылыми мақалалардың авторлары атанғанымен, бұл жобаға айтарлықтай жаңалық енгізбеді. Кейін Рентгеннің х-сәулелеріне деген қызығушылығы жоғалып, ол бұл бағыттағы жұмыстарын тоқтатады. Кейін Рентгеннің шәкірті Абрама Фёдорович Иоффенің ұсынысымен Х-сәулелерді "Рентген" сәулелері деп атап кеткен.

 Рентген сәуле шығаруын классикалық электромагниттік теорияның аясында түсіндіруге болады. Бұл теория бойынша үдей қозғалатын зарядталған бөлшек міндетті түрде сәулеленуі тиіс. Қарастырылып отырған жағдайда электрон антикатодқа соғылып тежеледі де, теріс үдеу алады, сондықтан ол сәулеленеді. Сәулеленудің қуаты электрон зарядының квадратына және оның үдеуінің квадратына пропорционал, яғни р ~ е²а². Электрон тежелгенде классикалық теория бойынша нөлден шексіздікке дейінгі барлық интервалдағы толқын ұзындықтары бар сәулелер шығу керек. Сәулелену қуатының максимумына сәйкес келетін толқын ұзындығы электрондардың жылдамдығы артқан сайын азаюы тиіс, яғни ол үдетуші U кернеуді арттырғанда қысқа толқындар жағына жылжуы керек.

Электрондардың m энергетикалық деңгейден n энергетикалық деңгейге өтуі кезінде атом энергиясы ∆E= h???? _mn болатын фотондар ағынын шығарады. Осы фотондар ағыны жиілігі үлкен рентгендік сәулелер болып табылады. Тежелу барысында жылдам электрондра біраз мөлшерде кинетикалық энергияларынан айырылады:

∆E=E₁-E₂   Бұл энергия рентгендік сәулелер фотонының энергиясына түрленеді:  ∆E=h????    Жылдам электрондардың тежелуі кезінде туындайтын сәулеленуді тежеулік рентгендік сәулелер деп атайды.

Рентген сәулелері өмірдің көптеген салаларында кеңінен қолданылып отыр. Солардың бірнешеуін атап өтейік. Рентген сәулелерінің өтімділігі жоғары, біздің денеміз бұл сәулелер үшін "мөлдір", осыны пайдаланып ішкі органдардың кескінің шығарып алып, ондағы ауытқушылықтарды зерттеуге болады. Міне, осылайша медицинада рентген сәулелері ауруды айқындап, диагноз қоюға мүмкіндік береді.^[1]

Вильгелм Рентген келіншегінің саусағына жасаған тәжірибесі.

Зарядталған бөлшекті бір нүктеден екінші нүктеге дейін қозғалту үшін электр өрісі жұмыс атқарады. Ол жұмыс өріс нүктелері арасындағы кернеу мен бөлшек зарядының көбейтіндісіне тең болады:   A=qU_1.2

Өрістің істейтін жұмысы есебінен электронның кинетикалық энергиясы өседі, яғни жылдамдығы артады:

ІV. Жаңа сабақты бекіту.

І тапсырма

Сызықтық диктант

“ ^ ” дұрыс “ - ” қате

1. Рентген сәулесін терапияда қолданады.
2. Рентген сәулесі адам ағзасына пайдалы.
3. Рентген сәулесін «Рентген түтігі» арқылы алады.
4. Рентген сәулесі 1895 ж ашылды.
5. Рентген сәулесі -  Ауру тудыратын бактерияларды жояды.

Жауабы:   1     2     3      4      5   

          ^    -      ^        ^      -       

ІІ тапсырма.

Физикалық  диктант

(логикалық ой – толғаныс)

1. ............ сәуле электромагниттік толқындар шкаласында көрінетін жарық пен радиотолқындар аралығындағы бөлікті алып жатады.

2. Ғарыштан келетін рентгендік сәулені ...................... ұстап қалады.

3. Температурасы 1000⁰С-тан кем болатын дене ................   сәуле шығарады.

4. ...............сәуле электромагниттік толқындар шкаласында көрінетін жарық пен рентгендік сәуле арасындағы бөлікті алып жатады.

5.  ...............сәуле электромагниттік толқындар шкаласында ультракүлгін сәуле мен g-сәуле арасындағы бөлікті алып жатады.                       

6. Ғарыштан келетін ................... сәулені көмірқышқыл газы молекулалары өзіне сіңіріп алады да, жерге көп мөлшерде өткізбейді.

7. 1901 жылы .................................   физика саласы бойынша ең бірінші Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

8. Ғарыштан келетін ..................... сәуле атмосфераның озон қабатында жұтылады.

9. Рентген сәулесінің дифракциясын ......... см шамасында алуға болады.

10. Протонды кенет тежегенде .................... сәуле алуға болады.

Жауаптары:

1. инфрақызыл;    2. магнитосфера;   3. инфрақызыл;     4. ультракүлгін;      5. рентгендік;

6. инфрақызыл;    7. Рентген;            8. ультракүлгін;    9. 10^-8;                     10. рентгендік.

ІV тапсырма. 

Есеп шығару

1. Егер рентген түтігінің рентген спектріндегі ең «қатты» сәулелерінің жиілігі 1019 Гц болса, рентген түтігі қандай кернеумен жұмыс істейді? (ФЕЖ, №1128 - есеп)
2. Рентген спектріндегі минимал толқын ұзындығын анықтау үшін λ=1,24/U формуласын пайдаланады (мұндағы λ-нанометрмен өрнектелген минимал толқын ұзындығы, нм, U-түтіктегі киловольтпен алынған кернеу, кВ). Осы формуланы қорытып шығару керек. Егер түтіктің анодтық кернеуі 20 кВ болса, рентген сәуле шығарудығ минимал толқын ұзындығы қандай? (ФЕЖ, №1129 - есеп)
3. 50 кВ кернеумен жұмыс істейтін және 2 мА ток тұтынатын рентген түтігі секундына 5*1013 фотон шығарады. Сәуле шығарудың орташа толқын ұзындығы 0,1 нм деп есепетеп, түтіктің ПӘК-ін табу керек, яғни рентген сәуле шығарудың қуаты тұтынатын ток қуатының қанша процентін құрайтынын анықтаңдар.
     (ФЕЖ, №1130 - есеп)

Бағалау парағы

ұпайы	бағасы
23 - 30	“5”
15 - 22	“4”
0 - 14	“3”

 - Әр тапсырмаға қойылған ұпай санын қосып қорытынды бағасын шығару: V. Үйге тапсырма.

ІІІ. «Т» жүйесі

Рентген сәулесінің пайдасы мен зияны

    

Рентген сәулесінің медицинада қолданылуы Реферат
ІV. Есеп шығару
40 жаттығу.

---