Естественная радиоактивность.Закон радиоактивного распада.

Тема урока:   Естественная  радиоактивность.Закон радиоактивного распада.

Цели урока:

Образовательная: ознакомить обучающихся с открытием естественной радиоактивности, свойствами радиоактивного излучения, его составом; раскрыть природу радиоактивного распада и его закономерности

Развивающая: способствовать формированию умения анализировать,

сравнивать, обобщать факты, убежденности в знаниях в    процессе применения полученных знаний в различных ситуациях при решении задач.

Воспитательная:  способствовать формированию у обучающихся научного мировоззрения, убеждений.

Форма организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная

Методы обучения: словесные, наглядно-демонстрационные, объяснительно-иллюстративные, репродуктивные, частично-поисковый

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, фрагмент фильма «Открытие радиоактивности» видео-урок «Bilimland»

Методическое оснащение: презентация, itest.kz

Межпредметные связи: математика (решение показательных уравнений, график), химия (периодическая система химических элементов), история физики, биология (биологическое действие радиоактивного излучения). 

План урока

I.            Организационный момент

II.            Подготовка учащихся к восприятию нового материала

III.            Объяснение нового материала

IV.            Закрепление изученного материала

V.            Подведение итогов

VI.            Домашнее задание

Ход урока.

I.Орг.момент.

II.Фронтальная проверка знаний учащихся по вопросам:

1.     Что называется массовым числом?

2.     Что называют нуклоном?

3.     Какие силы удерживают нуклоны в ядре?

4.     Каковы главные особенности ядерных сил?

5.     Что называется дефектом массы?

6.     Что называется удельной энергией связи?

III. Объяснение нового материала.

Историческая справка.

В феврале 1896 года, французский физик Анри Беккерель обнаружил самопроизвольное излучение солей урана²³⁸U. 26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам. Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик стола и пролежали там около трех дней.

Лишь 1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения светом. Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал природы этого излучения.

Двумя годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством обладает химический элемент торий ²³²Th.  Затем они же открыли новые, ранее неизвестные элементы – полоний ²⁰⁹Po и радий ²²⁶Ra.

Радий – редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Супруги Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью.

И в 1903 году Эрнест Резерфорд проделав опыт обнаружил три пятна, от испускаемых веществом трех лучей, которые отличаются друг от друга разной способностью проникать сквозь вещества. Их назвали α-, β-лучами и γ-излучением Итак, сегодня на уроке нам предстоит познакомится с α-, β-лучами и γ-излучением.

После просмотра  ребятам предлагаю ответить на следующие вопросы:

1.     Что представляют собой α-лучи? (α-лучи – это поток частиц, представляющих собой ядра гелия.)

2.     Что представляют собой β-лучи? (β-лучи – это поток электронов, скорость которых близка к скорости света в вакууме.)

3.     Что представляет собой γ-излучение? (γ-излучение – это электромагнитное излучение, частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.)

4.     Что такое радиоактивность? (самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие называется естественной радиоактивностью.)

Превращение атомных ядер сопровождается испусканием α-,β-лучей, которое называется α-, β-распадом соответственно.

Эти два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал английский ученый Содди:

• При α-распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м.  В результате α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы Менделеева:

         (для α-распада)

• При β-распаде из ядра вылетает электрон, что увеличивает заряд ядра на 1. масса же остается почти неизменной. 

В результате β-распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической таблицы Менделеева.

                (для β-распада)

• γ-излучение – не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало.

   При α-распаде элемент смещается на две клетки к началу периодической системы . При β-распаде элемент смещается на одну клетку к концу периодической системы.

        Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Резерфорд, исследуя  превращения радиоактивных веществ, установил опытным путём, что их активность убывает с течением времени.

 Для каждого радиоактивного вещества существует определённый интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название период полураспада. Период полураспада Т - это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

       Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T останется четверть от начального числа частиц, за 3T- одна восьмая и т. д

       Выведем теперь математическую форму закона радиоактивного распада. Пусть в момент времени t = 0 число радиоактивных атомов = N₀. Тогда по истечении периода полураспада Т нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

              t = 0 ------------------------ N₀

              t = T          ----------------    N₀/2

через время 2T нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

        t = 2T                       --------- N₀/2^.2 = N₀/2²   и т. д.

Через время t = nT, т. е. n периодов полураспада Т, нераспавшихся атомов останется N₀/2ⁿ 

           T = nT                      -----  N₀/2ⁿ = N₀^.2 ^-t/T

      N = N₀^.2 ^{- t/T} - закон радиоактивного распада , где N - число нераспавшихся ядер

     Это и есть основной закон радиоактивного распада. По этой формуле можно найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.

        Период полураспада меняется в широких пределах от 10^-16с для ⁸Ве до 3,7^.10¹⁰ с для ⁸⁷Rb.

Период полураспада ²³⁸U равен 4,5 млрд. лет. Именно поэтому активность урана на протяжении нескольких лет заметно не меняется. Период полураспада радия 1600 лет. Поэтому активность радия значительно больше активности урана.

         Физический смысл закона радиоактивного распада состоит в том, что за период полураспада распадается одна и та же доля имеющихся атомов. Значит, с течением времени скорость распада не меняется. Скорость распада ядер совершенно не зависит от того, сколько они «прожили». Это означает, что радиоактивный распад не является результатом накопления каких-то изменений в ядрах, ядра не «стареют». Если бы распад ядер был результатом постепенных изменений, то имело бы значение, на какой стадии «жизни» мы «застали» совокупность ядер. Например,  если в лесу выделить группу «молодых» деревьев и столько же «старых», то ясно, что в последней группе погибающих деревьев было бы больше, чем в первом, - скорость убывания была бы различной. Для ядер не существует «возраста». Можно определить лишь среднее время жизни. Вероятность распада одинакова для всех ядер данного сорта.

        Закон р/распада определяет среднее число ядер атомов, распадающихся за определённый интервал времени. Но всегда есть отклонения от среднего значения. Закон радиоактивного распада является статистическим законом.

      Определение возраста Земли. Атомный вес свинца, добываемого из руд, не содержащих радиоактивных элементов, составляет 207,2. Атомный вес свинца, образующегося в результата распада урана, равен 206. Атомный вес свинца в урановых минералах очень близок к 206. Отсюда следует, что эти минералы в момент образования (кристаллизация из расплава) не содержали свинца; весь наличный в таких минералах свинец накопился в результате распада урана. Используя закон радиоактивного распада, можно по отношению количества свинца и урана в минерале определить его возраст.

         Возрастом Земли принято считать время, прошедшее с момента образования твёрдой земной коры. По многим измерениям, основанным на радиоактивности урана, а также тория и калия, возраст Земли превышает 4 миллиарда лет.

, 

      Например, для - период полураспада T= 4.5 млрд., для радия период полураспада Т=1600 лет

       Закон радиоактивного распада имеет статистический характер, справедлив для большого числа атомов. Он позволяет определить среднее число атомов, распадающихся за определенный интервал времени радиоактивного распада

IV. Закрепление

I.Решение задач

1Рассматрим несколько примеров α- и β-распадов.

а. Написать реакцию α-распада магния ²² ₁₂Mg  .

б. Написать реакцию β-распада натрия ²² ₁₁Na .

2.Воспользуемся законом радиоактивного распада для решения задачи.

   а. Задача2 (страница 301 учебника)

б.  Имеется радиоактивная медь с периодом полураспада 10 мин. Какая часть первоначального количества меди останется через 1 час?

II. Проверочная работа по  itest.kz

V. Подводятся итоги урока, выставляются оценки.

VI. Домашнее задание: §§ 8.4,8.5,задачи 36.1,36.2,36.3.

Составьте продукт реакции: