Урок з фізики для 9 класу на тему:

радіоактивність. види радіоактивного випромінювання. період піврозпаду

Мета уроку:

Освітня:

Ознайомити учнів з відкриттям явища природної радіоактивності..

Ознайомити учнів із властивостями радіоактивного випромінювання..

Ознайомити учнів із законом радіоактивного розпаду.

Розвиваюча:

Розвивати навчально-інтелектуальні уміння (встановлювати причинно-наслідкові зв'язки, аналізувати, вибирати головне, узагальнювати, робити висновки); навчально-комунікативні уміння (задавати питання, пояснювати і доводити свою точку зору, взаємодіяти в парі); інтерес до предмета шляхом виконання різних завдань: практичних і теоретичних та сприяти розвитку логічного мислення.

Виховна:

Сприяти формуванню наукового світогляду та вихованню культури мислення і мови.

Пробудження пізнавального інтересу до предмета і оточуючим явищам.

Формувати вміння критично, але об'єктивно оцінювати предмети, явища.

Виховання емоційної і доброзичливої атмосфери, вміння працювати в колективі.

Тип уроку:

урок вивчення й первинного закріплення знань.

Демонстрації:

  1. Плакати.

  2. Відеофрагмент: «Радіоактивність».

План викладення нового матеріалу:

  1. Історична довідка.

  2. α-випромінювання; β- випромінювання; γ-випромінювання

  3. Причини радіоактивного розпаду.

  4. Період напіврозпаду.

  5. Закон радіоактивного розпаду

Хід уроку

1.актуалізація опорних знань:

(у вигляді фронтального опитування):

1. Опишіть зміст дослідів Е. Резерфорда з розсіювання α-частинок. Який висновок можна зробити з них?.

2. Якими явищами супроводжується зіткнення α-частинок з екраном із цинк сульфіду?.

3. Які обмеження мала модель атома Томсона у поясненні фізичних явищ?

4. Опишіть модель будови атома, запропоновану Е. Резерфордом?



2.викладення нового матеріалу:

1. Історична довідка
Відкриття радіоактивності у 1896 р. стало переворотом у науці. Французький фізик Антуан Анрі Беккерель досліджував фосфоресценцію (світіння) солей Урану. Його цікавило, чи не можуть відкриті незадовго до цього Х - промені (рентгенівські промені) випромінюватися тілами, в яких спостерігається явище фосфоресценції під дією сонячного опромінення. Беккерель піддав кристали солей Урану сильному сонячному опроміненню і помістив їх на загорнуту в чорний папір фотопластинку. Після проявлення фотопластинки на ній було видно контури зразка. «Очевидно, уранова сіль випромінює якийсь вид променів, які проходять крізь папір і засвічують фотопластинку. Цікаво, чи пов'язано це із фосфоресценцією?» — подумав учений.

Щасливий випадок дав змогу Беккерелю відповісти на це запитання. Похмурого дня, коли провести черговий дослід не вдалося, вчений заховав препарат у шухляду. На загорнутій у чорний папір фотопластинці лежав мідний хрест, а на ньому — препарат з подвійного сульфату Калію та Урану. Проявивши пластинку, Беккерель несподівано помітив, що на ній утворився чіткий контур хреста. Отже, випромінювання відбувається в темряві і без попереднього освітлення солі урану сонячними променями.









Незвичайним було те, що вони подібно до Х-променів мають надзвичайну проникну здатність.

У 1898 р. П'ер Кюрі та Марія Склодовська - Кюрі після тривалої і наполегливої праці виділили з уранової руди нові хімічні елементи — Радій і Полоній, які подібно до Урану спонтанно (самочинно) випускали невидиме проміння, але в кілька тисяч разів інтенсивніше.

Наступного 1899 p. Eрнест. Резерфорд досліджував проходження променів, відкритих Беккерелем, крізь сильне магнітне поле і встановив, що «випромінювання урану є складним і складається принаймні із двох різних видів. Він спостерігав, що пучок променів, який виходив із джерела, в магнітному полі розщеплювався: один з його компонентів відхилявся від початкового напряму в один бік, а другий — у протилежний. Це означало, що промені переносять електричний заряд різних знаків. Той, що переносив позитивний заряд, відхилявся на менший кут і сильно поглинався, він назвав α-випромінюванням, а той, що переносив негативний заряд, відхилявся на більший кут і був більш проникним, — β-випромінюванням.

Важливою властивістю виявленого випромінювання виявилася його повна незалежність від зовнішніх умов: освітленості, температури, тиску, електричного й магнітного полів тощо. Властивість самочинно (спонтанно) випускати випромінювання була названа радіоактивністю, а речовини, які випускають таке випромінювання, — радіоактивними.

У 1900 р. французький учений П. Війяр показав, що існує і третя складова випромінювання Урану із незвичайною проникною здатністю, що не відхиляється у магнітному полі. За аналогією із двома попередніми складовими її було названо третьою буквою грецького алфавіту — γ-випромінюванням.











Цього ж року П. Кюрі та М. Склодовська - Кюрі показали, що β-випромінювання складаються із потоку електронів, що летять із великою швидкістю. Резерфорд своїми знаменитими дослідами довів, що α-випромінювання складаються із відносно важких частинок, які виявилися ядрами атомів Гелію.

Електрони, що летять з великою швидкістю, називають β-частинками, ядра атомів Гелію — α-частинками. γ-промені за своєю природою подібні до рентгенівських променів, видимого світла і радіохвиль, але мають значно меншу довжину хвилі і дуже велику проникну здатність.


2. α-випромінювання; β- випромінювання; γ-випромінювання.

α-випромінювання

Альфа-частинка — позитивно заряджена частинка, утворена 2 протонами й 2 нейтронами, ідентична ядру атома Гелію. Характерною ознакою α-частинок є їх дуже велика енергія. Альфа-частинки, утворені під час розпаду ядра, мають початкову кінетичну енергію в діапазоні 1,8—15 МеВ. Радіоактивні речовини випромінюють α-частинки різної певної енергії. Найчастіше радіоактивна речовина випромінює не одну, а кілька груп α-частинок, кожній з яких притаманне певне значення початкової енергії. Під час руху альфа-частинки в речовині вона створює сильну йонізацію й у результаті дуже швидко втрачає енергію. Енергії альфа-частинок, що виникають у результаті радіоактивного розпаду, не вистачає навіть для подолання шару шкіри, тому радіаційний ризик у разі зовнішнього опромінення такими альфа-частинками відсутній. Чим більша густина речовини, тим меншим є шлях частинок до зупинки. Так, у повітрі при нормальному тиску шлях частинки дорівнює кільком сантиметрам. У твердій речовині шлях частинок становить всього кілька десятків мікронів (α-частинки затримуються звичайним аркушем паперу).

Однак проникнення альфа-активних радіонуклідів усередину тіла, коли опроміненню піддаються безпосередньо тканини організму, дуже небезпечне для здоров’я. Небезпечне для здоров’я також зовнішнє опромінення високоенергетичними альфа-частинками, джерелом яких є прискорювач. Альфа-частинки складають істотну частину первинних космічних променів; більшість з них є прискореними ядрами гелію (із зоряних атмосфер і міжзоряного газу), деякі виникли в результаті ядерних реакцій сколювання з більш важких ядер космічних променів. Альфа-частинки високих енергій можуть бути отримані за допомогою прискорювачів заряджених частинок. Маса альфа-частинки складає 6,64 · 10–27 кг.

β-випромінювання

Негативно заряджені бета-частинки є потоком електронів, які швидко летять. На відміну від α-частинок значення їхньої енергії лежать у межах від нуля до певного максимального значення Ем. Максимальна енергія Ем є характерною сталою для даного хімічного елемента.

Бета-промені під дією електричних і магнітних полів відхиляються від прямолінійного напрямку. Внаслідок відносно малої маси β-частинок при проходженні крізь речовину можливе відхилення їх на значний кут — розсіювання в різні боки. Траєкторії β-частинок у речовині дуже покручені. Проте сумарна товщина шару, на яку β-частинка проникає в речовину, в десятки разів перевищує пробіг α-частинок. Швидкість частинок у бета-променях близька до швидкості світла. Бета-промені здатні іонізувати гази, викликати хімічні реакції, люмінесценцію, діяти на фотопластинки. Значні дози бета-випромінювання можуть викликати променеві опіки шкіри й призвести до променевої хвороби. Ще більш небезпечне опромінення від бета-активних радіонуклідів, що потрапили всередину організму. Бета-випромінювання має значно більшу проникну здатність, ніж альфа-випромінювання.

γ-випромінювання

Гамма-випромінювання, (γ-промені) — вид електромагнітного випромінювання з надзвичайно маленькою довжиною хвилі. Гамма-промені, на відміну від α-променів і β-променів, не відхиляються електричними й магнітними полями і характеризуються більшою проникною здатністю за рівних енергій та інших рівних умов. Проникна здатність γ-променів збільшується із зменшенням довжини хвилі γ-випромінювання і зменшується із зростанням густини речовини - поглинача.

Гамма-промені викликають іонізацію атомів речовини. Опромінення гамма-променями залежно від дози й тривалості може викликати хронічну й гостру променеву хворобу, спричинити виникнення різних видів онкологічних захворювань. У той же час гамма-опромінення пригнічує зростання ракових та інших клітин, що швидко діляться.



3. Причини радіоактивного розпаду.

Було встановлено, що під час радіоактивного випромінювання реалізується мрія алхіміків: випромінювання супроводжується перетворенням одних хімічних елементів на інші. Намагаючись пояснити явища, що спостерігаються, Е. Резерфорд і його співробітник Ф. Содді висунули гіпотезу, відповідно до якої причиною радіоактивного випромінювання є мимовільний розпад атомів.


При цьому деякі з ядер випускають лише α-частинки, інші — β-частинки. Є радіоактивні ядра, які випускають одні й другі частинки. Більшість ядер одночасно випускає і γ-промені та ін.

Радіоактивність — це явище спонтанного (самочинного) перетворення нестійких ядер одного елемента в ядра іншого елемента, яке супроводжується випромінюванням різних частинок і електромагнітних хвиль.

4. Період піврозпаду

Досліджуючи перетворення радіоактивних речовин, учені встановили, що інтенсивність випромінювання одних речовин зменшується з часом швидко, інших — набагато повільніше.

Так, активність радону зменшується вдвічі вже за 1 хв.

Для кожної радіоактивної речовини є певний час, протягом якого кількість її атомів зменшується вдвічі. Цей інтервал називають періодом піврозпаду Т.

Період напіврозпаду Т — це час, протягом якого розпадається половина наявного числа радіоактивних атомів.

Наприклад, для ядра період напіврозпаду складає близько 1600 років. Отже, якщо взяти 1 г радію, то через 1600 років його буде 0,5 г, а через 3200 років — 0,25 г. Таким чином, вихідна кількість радію повинна перетворитися на нуль через нескінченний проміжок часу.

У різних речовин період напіврозпаду дуже різний: від мільйонних часток секунди до мільярдів років. Чим менше період напіврозпаду, тим активніше протікає розпад.










З таблиці видно, що активність полонію зменшується вдвічі майже миттєво, стронцію — за 27 років, а активність радію, урану і торію не змінюється протягом людського життя.

5 . Закон радіоактивного розпаду
















За цією формулою знаходять число атомів, що не розпалися, у будь-який момент часу. Період напіврозпаду — стала величина, що не може бути змінена такими доступними впливами, як охолодження, нагрівання, тиск тощо.

Цей закон був відкритий Е. Резерфордом і Ф. Содді в 1902 р. Графік цієї залежності показано на мал.





















Період піврозпаду — фізична величина, що характеризує швидкість радіоактивного розпаду.

Швидкістю радіоактивного розпаду, або активністю радіоактивного препарату називають число розпадів, що відбуваються за одиницю часу.

Із закону радіоактивного розпаду випливає, що активність прямо пропорційна кількості ядер, або масі препарату і обернено пропорційна періоду піврозпаду. Одиниці активності вивчатимемо пізніше.

Чим менший період піврозпаду, тим меншим є час життя атомів, тим швидше відбувається розпад. Для різних речовин його значення дуже відрізняються.

З акон розпаду атомів не є законом, що керує розпадом одного атома, тому що не можна вгадати, коли відбудеться цей розпад. Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють». Розпад будь-якого атомного ядра — це, так би мовити, не «смерть від старості», а «нещасливий випадок» у його житті. Для радіоактивних атомів не існує поняття віку. Можна визначити лише середню тривалість життя τ.




Середня тривалість життя — це просто середнє арифметичне тривалості життя досить великої кількості атомів даного виду. Передбачити, коли відбудеться розпад даного атома, неможливо. Закон радіоактивного розпаду визначає середнє число атомів, що розпадаються за певний інтервал часу. Закон радіоактивного розпаду є статистичним законом.


3.повторення та закріплення матеріалу:

1. Якісні питання

1.Що розуміють під радіоактивністю?

2.Яким методом можна розділити радіоактивне випромінювання на складові частини?

3.Поясніть фізичну природу α-, β- і γ-випромінювання?

4.Які перетворення відбуваються в речовині внаслідок радіоактивного випромінювання?

5 .Що таке період піврозпаду?





















що ми дізналися на уроці

•Радіоактивність — здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання, а речовини, які випускають таке випромінювання були названі радіоактивними.

• Хімічні елементи, що мають радіоактивність, називаються радіоактивними елементами.

• Було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з α-, β- і γ-променів.

Альфа-промені являють собою потік позитивно заряджених частинок.

Бета-промені являють собою потік електронів, що швидко летять.

Гамма-промені — електромагнітні хвилі високої частоти, що не змінюють у магнітному полі свого первинного напрямку.

• Радіоактивність — це явище спонтанного (самочинного) перетворення нестійких ядер одного елемента в ядра іншого елемента, яке супроводжується випромінюванням різних частинок і електромагнітних хвиль.

• Період напіврозпаду Т — це час, протягом якого розпадається половина наявного числа радіоактивних атомів.

• Закон радіоактивного розпаду:

• Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють».



4. домашнє завдання:

1. §35 (Фізика: підруч. для 9 класу загальноосвіт. навч. закл./ В. Д. Сиротюк. – К.: Зодіак-ЕКО, 2009. – 208с.: іл). Дати відповіді на запитання після параграфу.

‹
›