Разработка урока физики: «Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада»
план-конспект урока по физике (11 класс)

Разработка урока физики: «Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада»

Тип урока: Изучение нового материала.

Цели:

1. Познавательная: Повторить и систематизировать знания по правилам записи ядерных реакций и их энергетическому выходу; ввести понятие естественной радиоактивности, основные принципы α- и β-распада и γ-излучения, правило смещения Содди, закон радиоактивного распада; ознакомить с алгоритмом решения задач на расчет энергетического выхода ядерных реакций.
2. Развивающая: Развивать у учащихся навыки решения задач по ядерной физике с использованием новых и уже известных формул, логическое мышление, внимание и умение анализировать и пользоваться приемами систематизации и обобщения.
3. Воспитательная: Способствовать формированию у учащихся интереса к физике, умения работать в коллективе и доброжелательного отношения друг к другу.

Методы обучения: Фронтальный опрос, лекция, беседа, самостоятельная работа с литературой, проверочный тест.

Материально-техническая база: работа с доской, презентация.

Оборудование урока: тесты, карточки с индивидуальными заданиями, задачник, учебник.

Ход урока:

1    этап

1. Организационный момент. (Целеполагание и мотивация учащихся).
2. Актуализация опорных знаний учащихся. (Фронтальный опрос).

1. этап

1. Объяснение нового материала. (Лекция, самостоятельная работа с учебником и совместное составление алгоритма решения задач).

2. этап

1. Закрепление нового материала. (Решение задач).

3. этап

1. Контроль за усвоением нового материала. (Проверочный тест).
2. Домашнее задание.
3. Рефлексия.

1.  Организационный момент. (Целеполагание и мотивация учащихся).

Мотивация учащихся: Сконцентрировать внимание учащихся на изучаемом материале, заинтересовать их, показать необходимость и пользу изучения материала. Радиация – это необычные лучи, которые глазом не видно и вообще нельзя никак почувствовать, но которые могут проникать даже через стены и пронизывать человека.

1.2 Актуализация опорных знаний учащихся. (Фронтальный опрос).

Актуализация наличных знаний учащихся в форме проверки домашнего задания и беглого фронтального опроса учащихся.

Состав атома. Методы регистрации и наблюдения элементарных частиц.

Создание проблемной ситуации.

Демонстрация знака радиоактивной опасности и вопрос: «Что означает этот знак? В чем опасность радиоактивного излучения?»

«Ничего не надо бояться – надо лишь понять неизвестное» Мария Склодовская- Кюри.

2.1 Объяснение нового материала.

Лекция:

Исторические сведения:

Открытие естественной радиоактивности: Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал свечение веществ, предварительно облученных солнечным светом. Он завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль.  Беккерель думал, что излучение урана возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896г., провести ему очередной опыт не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования. Вскоре Беккерель установил важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате, и не зависит от того в какие соединения он входит. Следовательно, излучение присуще не соединениям, а химическому элементу урану. Затем подобное качество было обнаружено и у тория.

Беккерель Антуан Анри французский физик. Окончил политехническую школу в Париже. Основные работы посвящены радиоактивности и оптике. В 1896г открыл явление радиоактивности. В 1901г обнаружил физиологическое действие радиоактивного излучения. В 1903г Беккерель удостоен Нобелевской премии за открытие естественной радиоактивности урана. (1903, совместно с П. Кюри и М. Склодовской-Кюри).

Открытие радия и полония: В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий. Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента - полоний и радий – это был изнурительный труд, в течение долгих четырех лет супруги почти не выходили из своего сырого и холодного сарая. Полоний (Po-84) был назван в честь родины Марии – Польши. Радий (Ra-88)– лучистый, термин радиоактивность предложен был Марией Склодовской. Радиоактивными являются все элементы с порядковыми номерами более 83, т.е. расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств Препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр. Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерелю была присуждена Нобелевская премия по физике.

Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью.

Мария Склодовская-Кюри – польский и французский физик и химик, один из основоположников учения о радиоактивности родилась 7 ноября 1867 в Варшаве. Она первая женщина – профессор Парижского университета. За исследования явления радиоактивности в 1903 г., совместно с А. Беккерелем получила Нобелевскую премию по физике, а в 1911 г. за получение радия в металлическом состоянии – Нобелевскую премию по химии. Умерла от лейкемии 4 июля 1934 г.

Пьер Кюри - французский физик, один из создателей учения о радиоактивности. Открыл (1880) и исследовал пьезоэлектричество. Исследования по симметрии кристаллов (принцип Кюри), магнетизму (закон Кюри, точка Кюри). Совместно с женой М. Склодовской-Кюри открыл (1898) полоний и радий, исследовал радиоактивное излучение. Ввел термин «радиоактивность». Нобелевская премия (1903, совместно со Склодовской-Кюри и А. А. Беккерелем).

Сложный состав Радиоактивного излучения: В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

В результате опыта, проведенного под руководством английского физика, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав.

Резерфорд Эрнст (1871-1937), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).

Классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

 Препарат радия помещали в свинцовый контейнер с отверстием. Напротив отверстия помещали фотопластинку. На излучение действовало сильное магнитное поле.

Почти 90 % известных ядер нестабильны. Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно заряженные (α-частицы – ядра гелия), отрицательно заряженные (β-частицы – электроны) и нейтральные (γ-частицы – кванты коротковолнового электромагнитного излучения). Магнитное поле позволяет разделить эти частицы.

Проникающая способность α-, β-, γ-излучения

  α –лучи обладают наименьшей проникающей способностью. Слой бумаги толщиной 0.1 мм для них уже непрозрачен.

 β-лучи полностью задерживает алюминиевая пластинка толщиной несколько мм.

γ-лучи при прохождении через слой свинца в 1см уменьшают интенсивность в 2 раза.

Физическая природа α-, β-, γ-излучения

 γ-излучение электромагнитные волны 10-10- 10-13м

β-лучи-поток электронов, движущихся со скоростями близкими к скорости света.

α –лучи- ядра атома гелия (краткое описание исследований Резерфорда)

Резерфорд измерил отношение заряда частицы к массе по отклонению в магнитном поле. Электрометром измерил заряд, испущенный частицами источника, счетчиком Гейгера измерил их число. Резерфорд установил, что на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы. То есть α-частица – это ядро атома гелия.

Правило смещения Содди.

 Работа с учебником

 Альфа-распад. При альфа-распаде ядро испускает одну α-частицу, и из одного химического элемента образуется другой, расположенный на две клетки левее в периодической системе Менделеева:

 Бета-распад. При бета-распаде испускается один электрон, и из одного химического элемента образуется другой, расположенный на клетку правее:

При бета-распаде из ядра вылетает еще одна частица, называемая электронным антинейтрино. Эта частица обозначается символом      

При испускании ядрами атомов нейтральных γ-квантов ядерных превращений не происходит. Испущенный γ-квант уносит избыточную энергию возбужденного ядра; числа протонов и нейтронов в нем остаются неизменными.

Настоящая модель демонстрирует различные типы ядерных превращений. Ядерные превращения возникают как вследствие процессов радиоактивного распада ядер, так и вследствие ядерных реакций, сопровождающихся делением или синтезом ядер.

Закон радиоактивного распада. 

Время, за которое распадается половина из начального числа радиоактивных атомов, называют периодом полураспада. За это время активность радиоактивного вещества уменьшается вдвое.

Период полураспада – основная величина. определяющая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада. тем меньше времени живут атомы, тем быстрее происходит распад. Для разных веществ период полураспада имеет разные значения.

Закон радиоактивного распада установлен Ф. Содди. По формуле находят число нераспавшихся атомов в любой момент времени. Пусть в начальный момент времени число радиоактивных атомов N0. По истечении периода полураспада их будет N0/2. Спустя t=nT  их останется N0/2п

Составление алгоритма решения задач на расчет энергетического выхода ядерных реакций и сравнение его с алгоритмом по расчету энергии связи.

3.1 Закрепление нового материала.

Решение задач: Рымкевич № 1211, 1213, 1217, 1219, 1223-25.

4.1 Контроль за усвоением нового материала.

Проверочный тест        

1 вариант

1. Кто из перечисленных ученых назвал явление самопроизвольного излучения радиоактивностью?

А. Супруги Кюри

В. Резерфорд

С. Беккерель

2.β-лучи представляют собой….

А. поток электронов

В. поток ядер гелия

С. электромагнитные волны

3. В результате α- распада элемент смещается

А. на одну клетку к концу периодической системы

В. на две клетки к началу периодической системы

С. на одну клетку к началу периодической системы

4. Время, в течение которого распадается половина радиоактивных атомов, называется…

А. временем распада

В. периодом полураспада

С. периодом распада

5. Имеется 109 атомов радиоактивного изотопа йода 53128I, период его полураспада 25 мин. Какое примерно количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 50 мин?

А. 5⋅108

В. 109

С. 2,5⋅108

2 вариант

1. Кто из перечисленных ниже ученых является первооткрывателем радиоактивности?

А. Супруги Кюри

В. Резерфорд

С. Беккерель

2. γ- лучи представляют собой…

А. поток электронов

В. поток ядер гелия

С. электромагнитные волны

3. В результате β- распада элемент смещается

А. на одну клетку к концу периодической системы

В. на две клетки к началу периодической системы

С. на одну клетку к началу периодической системы

4. Какое из перечисленных ниже выражений соответствует закону радиоактивного распада.

А.N=N0⋅2-t/T

В. N=N0/2

С. N=N0⋅2-T

5.Имеется 109атомов радиоактивного изотопа цезия 55137Cs, период его полураспада 26 лет. Какое примерно количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 52 года?

А. 5⋅108

В. 109

С. 2,5⋅108

Ответы     1 вариант                                                   2 вариант

              1А, 2А , 3В,  4С, 5С                                     1С, 2С, 3А, 4А, 5С

4.2 Подведения итогов, информация о домашнем задании.

Домашнее задание

        § 98, №1192,№1201

4.3 Рефлексия.

Рефлексия деятельности на уроке: Закончить фразу

сегодня я узнал…

мне было интересно…

я понял, что…

теперь я могу…

я научился…

у меня получилось …

меня удивило…

урок дал мне для жизни…

мне захотелось…

Литература:

1. Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. организаций : базовый и углубл. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин ; под ред. Н. А. Парфентьевой. — 7-е изд., пере- раб. — М. : Просвещение, 2019.

2. Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Физика. Задачник. 10 – 11 кл., Москва: Дрофа, 2019 г.