Урок физики в 11 классе. Конспект урока +презентация. "Атом.21 век"

• 1 слайд

  Атом. 21 век
  Работа выполнена учащимися 11 класса
  Руководитель: Марченко Г.К.
  

• 2 слайд

  Задачи проекта:
  Обобщить знания о строении атома, изотопах, ядерных реакциях;
  Изучить вопрос о действии радиации на живые организмы;
  Раскрыть перспективы использования радиоизотопов;
  Познакомиться с экологическими проблемами, связанными с атомными технологиями;
  

• 3 слайд

  Прежде чем встать за кормило,
  Уметь стать нужно гребцом.
  А затем и лоцманом зорким, чтобы
  Природу ветров своевольных понять.
  И тогда уж искусной рукой самому
  Свой корабль направлять и нести».
  Аристофан, живший в V-IV вв. до н.э.
  
  

• 4 слайд

  Целый мир, охватив от земли до небес,
  Всполошив не одно поколение,
  По планете шагает научный прогресс.
  Что стоит за подобным явлением?
  Что стоит за подобным явлением?
  Человек вышел в космос и был на Луне.
  У природы всё меньше секретов.
  Но любое открытье – подспорье войне:
  Тот же атом и те же ракеты…
  Как использовать знанье – забота людей.
  Не наука – учёный в ответе.
  Давший людям огонь – прав ли был Прометей,
  Чем прогресс обернётся планете?
  
  

• 5 слайд

  Маршрут
  Применение
  радиоактивных
  изотопов
  Естественная
  радиоактивность
  Ядерные реакции
  Атомные
  технологии
  Экологические
  проблемы
  Галерея
  ученых
  

• 6 слайд

  Строение атома и атомного ядра
  Аристотель
  Форма
  Порядок
  Положение
  
  

• 7 слайд

  Строение атома и атомного ядра
  Демокрит (460-370 до н.э)
  М.В.Ломоносов ( 1711-1765)
  АТОМ –НАИМЕНЬШАЯ ЧАСТИЦА ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА, ЯВЛЯЮЩАЯСЯ НОСИТЕЛЕМ ЕГО СВОЙСТВ.
  

• 8 слайд

  Модель атома
  Д.Ж.ТОМСОНА
  Джозеф Джон Томсон
  ( 1865-1940)
  «Пудинг с изюмом»
  

• 9 слайд

  Эрнест Резерфорд
  ( 1871-1937)
  Планетарная модель атома
  

• 10 слайд

  Изотопы водорода
  ИЗОТОПЫ
  – это разновидности данного химического элемента, различающиеся массовым числом своих ядер.
  

• 11 слайд

  Изучая действие люминесцирующих веществ на фотопленку, французский физик Антуан Беккерель обнаружил неизвестное излучение. Беккерель в 1903 году был удостоен Нобелевской премии.
  Радиоактивность
  

• 12 слайд

  Друг Беккереля - Пьер Кюри и его супруга Мария Склодовская продолжили начатые им исследования. В 1898 г. они открыли новые радиоактивные элементы - полоний и радий.
  
  

• 13 слайд

  АЛЬФА-ЧАСТИЦА
  – ядро атома гелия.
  БЕТА-ЧАСТИЦА
  – испускаемый при
  бета-распаде электрон..
  ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ
  – коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны меньше 2×10–10 м.
  

• 14 слайд

  Правила смещения при
  a- и b- радиоактивном распаде
  
  

• 15 слайд

  Время, за которое распадается половина из начального числа радиоактивных атомов, называют периодом полураспада.
  

• 16 слайд

  Применение радиоактивных изотопов
  С помощью ядерных реакций можно получить изотопы всех химических элементов. Были получены трансурановые элементы: америций, курий, берклий, капифоний и многие другие.
  

• 17 слайд

  Меченые атомы
  Метод «меченых атомов» стал одним из наиболее действенных.
  Метод при решении многочисленных проблем
  биологии, физиологии, медицине.
  Метод основан на том, что химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов.
  

• 18 слайд

  Гамма-терапевтический аппарат.
  Исследование щитовидной железы с помощью радиоактивного йода
  В медицине
  

• 19 слайд

  В сельском хозяйстве
  Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса). Радиация вызывает мутации у растений и микроорганизмов
  

• 20 слайд

  Радиоактивные изотопы
  в археологии.
  Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля). Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров.
  

• 21 слайд

  Радиоактивные изотопы
  в промышленности
  Способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Позволяют судить диффузии металлов, процессах в доменных печах.
  

• 22 слайд

  Ядерные реакции
  ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ – это превращения атомных ядер в результате взаимодействия друг с другом или какими-либо элементарными частицами..
  Первая ядерная реакция
  осуществимая Э. Резерфордом
  

• 23 слайд

  Советский физик Д. Д. Иваненко и
  В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра: ядра состоят из элементарных частиц двух сортов: протонов и нейтронов.
  Дмитрий Дмитриевич Иваненко
  (1904-1994)
  Вернер Карл
  Гейзенберг
  (1901-1976)
  

• 24 слайд

  Дефект масс атомного ядра
  

• 25 слайд

  Дефект масс атомного
  ядра
  

• 26 слайд

  График зависимости удельной энергии связи от массового числа
  

• 27 слайд

  Примеры ядерных реакций
  

• 28 слайд

  Цепные ядерные реакции
  

• 29 слайд

  Термоядерные реакции
  – это ядерные реакции между легкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (~108 К и выше). протекания реакции.
  

• 30 слайд

  Ядерная энергетика
  Основными элементами ядерного реактора являются:
  – ядерное горючее: уран-235, плутоний-239;
  – замедлитель нейтронов: тяжелая вода или графит;
  – теплоноситель для отвода выделяющейся энергии;
  – регулятор скорости ядерной реакции: вещество, поглощающее нейтроны (бор, графит, кадмий).
  

• 31 слайд

  Атомная электростанция
  Использование ядерной энергии в мирных целях чрезвычайно выгодно и удобно. Ядерная энергетика открывает перед человечеством практически неограниченные возможности.
  

• 32 слайд

  Использование ядерной энергии в военных целях
  Атомная бомба
  Водородная бомба
  Последствия применения ядерного оружия, как и последствия катастроф на ядерных реакторах, не ограничиваются огромными разрушениями.
  

• 33 слайд

  Неуправляемая цепная ядерная реакция
  (водородная и атомная бомба)
  

• 34 слайд

  Ядерный взрыв
  

• 35 слайд

  Хиросима 6 августа 1945 года
  Нагасаки 9 августа 1945 года
  «Малыш»
  «Толстяк».
  

• 36 слайд

  Атомная энергетика
  Управляемая цепная ядерная реакция
  
  Ядерный реактор
  И.В.Курчатов
  
  

• 37 слайд

  Чернобыль
  Каждый год 26 апреля все цивилизованное человечество с горечью и болью вспоминает о катастрофе, грянувшей на 4 энергоблоке Чернобыльской АЭС ночью 26 апреля 1986 года. Катастрофа в одночасье перевернула жизнь миллионов людей и стала проблемой целого мира
  
  
  Авария на АЭС Фукусима-1 — крупная радиационная авария (по заявлению японских официальных лиц — 7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта 2011 года в результате сильнейшего землетрясения в Японии и последовавшего за ним цунами.
  

• 38 слайд

  Экологические
  проблемы
  

• 39 слайд

  Биологическое действие
  ионизирующих излучений
  Доза поглощенного излучения – это
  отношение энергии ионизирующего
  излучения к массе облучаемого тела.
  D=Е/m
  
  1 Гр=1Дж/кг
  Ионизация атомов
  и молекул
  вещества
  Переход атомов и
  молекул в возбужденное
  состояние
  

• 40 слайд

  Накопление радиоактивных элементов в организме человека
  Лёгкие
  Криптон 85 Плутоний 238
  Уран 233
  Кожа
  Сера 35
  Печень
  Цезий 137 Кобальт 58
  Плутоний 238
  Кости
  Радий 226 Стронций 89
  Торий 234 Уран 233
  Щитовидная железа
  Йод 129 Технеций 99
  Органы репродукции
  Цезий 137 Плутоний 239
  Рутений 106 Барий 140
  

• 41 слайд

  41
  Основные этапы обращения
  с ядерным топливом в РОССИИ
  Изготовление ядерного топлива
  Обогащение
  Добыча руды
  Захоронение РАО
  Выдерж-
  ка на
  АЭС
  Долговременное хранение
  Хранение
  Выдержка
  Переработка
  

• 42 слайд

  42
  Photo: Silja Line
  Photo: Richard Ryan
  Так выглядит современное хранилище РАО и ОЯТ
  

• 43 слайд

  Радиофобия — нервно-соматические психические расстройства, иногда трудно поддающиеся лечению, выражающиеся в необоснованной боязни различных источников облучения
  

• 44 слайд

  Радиофобия — нервно-соматические психические расстройства, иногда трудно поддающиеся лечению, выражающиеся в необоснованной боязни различных источников облучения
  

• 45 слайд

  Факты свидетельствуют, что миллиард лет жизни при постоянном естественном облучении выработал у живых организмов устойчивость к действию радиации
  Более того, нельзя исключить, что проникающее излучение необходимо для нормального функционирования организмов
  

• 46 слайд

• 47 слайд

  Галерея ученых
  РЕЗЕРФОРД Эрнст (1871-1937), английский физик Нобелевская премия (1908).
  
  

• 48 слайд

  БЕККЕРЕЛЬ Антуан Анри французский физик. Открыл (1896) естественную радиоактивность солей урана. Нобелевская премия (1903, совместно с П. Кюри и М. Склодовской-Кюри).
  

• 49 слайд

  СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ Мария (1867-1934), французский физик и химик, одна из создателей учения о радиоактивности. Ввела термин «радиоактивность». Нобелевская премия по физике за исследования радиоактивности (1903, совместно с П. Кюри и А. А. Беккерелем). (Нобелевская премия по химии, 1911).
  

• 50 слайд

  КЮРИ Пьер (1859-1906), французский физик, один из создателей учения о радиоактивности. Ввел термин «радиоактивность». Нобелевская премия (1903, совместно со Склодовской-Кюри и А. А. Беккерелем).
  

• 51 слайд

  ЖОЛИО-КЮРИ, Ирен
  (Нобелевская премия (1935).
  ЖОЛИО-КЮРИ Фредерик
  Международная Ленинская премия (1951). Его именем была названа Золотая медаль Мира.
  

• 52 слайд

  КУРЧАТОВ Игорь Васильевич (1902/03-1960), российский физик, организатор и руководитель работ по атомной науке и технике в СССР, академик АН СССР (1943), трижды Герой Социалистического Труда Ленинская премия (1957), Государственная премия СССР (1942, 1949, 1951, 1954).
  

• 53 слайд

  САХАРОВ Андрей Дмитриевич (1921-89), российский физик и общественный деятель, академик АН СССР (1953). Один из создателей водородной бомбы (1953) в СССР. лауреат Нобелевской премии мира (1975
  

• 54 слайд

• 55 слайд

Тема урока: Атом. 21 век.

Проект ставит перед учащимися ряд научных, социальных, политических и моральных вопросов, связанных с ядерными ресурсами и их использованием.

Цели и задачи

Цели проекта: 1.     Обучение кратко высказывать свои идеи и выделять главное 2.     Формирование умений увидеть проблему и наметить пути ее решения Задачи проекта: 1.     Обобщить знания о строении атома, изотопах, ядерных реакциях; 2.     Изучить вопрос о действии радиации на живые организмы; 3.     Раскрыть перспективы использования радиоизотопов; 4.     Познакомиться с экологическими проблемами, связанными с атомными технологиями;

Ожидаемые результаты

Доклад и презентация учащегося по одной из предложенных тем, а так же возможность получить ответ на главный вопрос темы: "Стоят ли преимущества атомных технологий создаваемого ими риска для человечества?"

Алгоритм проведения проекта

Этапы выполнения проекта:

o   Просмотр презентаций учащихся.

o   «Мозговой штурм» - обсуждение тем  в группах

o   Самостоятельная работа по проекту - (в течение недели)

o   Знакомство с материалами по теме

o   Консультация по проблемам (внеурочное время)

o   Защита докладов и выводы по проекту  (заключительный урок)

o   Выпуск  «Экспресс-газеты»

Оборудование: Компьютер, мультимедийный проектор, портреты ученых, презентация.

Ход урока: 

Учитель:

 «Прежде чем встать за кормило,

Уметь стать нужно гребцом.

А затем и лоцманом зорким, чтобы

Природу ветров своевольных понять.

И тогда уж искусной рукой самому

Свой корабль направлять и нести»

                                                                  Аристофан, живший в V-IVвв. До н э.

Целый мир, охватив до небес,

Всполошив не одно поколение,

По планете шагает научный прогресс.

Что стоит за подобным явлением?

Что стоит за подобным явлением?

Человек вышел в космос и был на Луне.

У природы все меньше секретов.

Но любое открытье – подспорье войне:

Тот же атом и те же ракеты…

Как использовать знанье – забота людей.

Не наука – ученый в ответе.

Давший людям огонь – прав ли был Прометей,

Чем прогресс обернется планете?

Учитель:

Ушедшее столетие имело много открытий, которые принесли не только пользу человечеству, но и много бед. Сегодня мы остановимся на одном из них – Атом  и последствия связанные с ним  применение человеком полученных знаний.

Экскурсоводы поведут нас по изученному разделу: Физика атомного ядра

С его же все начиналось?

 (Далее слушаем предполагаемые сообщения учащихся)

1.     Строение Атомного ядра

Первые представления о том, что вещество состоит из отдельных неделимых частиц, появилось в глубокой древности. В древней Индии признавалось не только существование первичных неделимых частиц вещества, но и их способность соединяться друг с другом, образуя новые частицы. Древнегреческий ученый Аристотель писал, что причинами всех вещей являются определенные различия в атомах, а именно: форма, порядок и положение. Позднее древнегреческий философ - материалист ввел понятие о массе атомов и их способности к самопроизвольному отклонению во время движения. Французский ученый Пьер Гассенди ввел понятие о молекуле, под которой он понимал качественно новое образование, составленное путем соединения нескольких атомов.

В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А. Авогадро и других исследователей.

Развитие естествознания на границе Х1Х-ХХ веков показало, что помимо химических превращений существует целый ряд процессов, в которых атомы выступают как сложные объекты, состоящие из положительно заряженной части - ядра и отрицательно заряженных электронов, суммарный заряд которых в точности компенсирует заряд ядра. В результате работ, английского физика Дж. Дж. Томсона и американского физика Р.С. Малликена было установлено, что электрон имеет массу 9,1*10³¹ кг, или 1/1837 массы атома водорода, и заряд 1,6»10 ¹⁹ Кл. Основная масса атома сосредоточена в ядре, которое занимает очень малую часть его объема: Позднее было показано, что атомные ядра состоят из положительно заряженных частиц -протонов и незаряженных частиц - нейтронов. Протон имеет заряд, равный заряду электрона, но со знаком плюс, его масса практически равна массе нейтрона.

Таким образом, число протонов в ядре определяет его заряд и порядковый номер, а сумма чисел протонов и нейтронов - округленную общую массу ядра в атомных единицах, или массовое число атома. Очевидно, что в электронейтральном атоме число протонов в атомном ядре равно числу электронов в электронной оболочке атома. Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из этого следовало, что в его состав должна была входить ещё одна составная часть, уравновешивавшая сумму отрицательных зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследовании движения α-частиц в газах и других веществах.

Далее об изотопах

2.     Естественная радиоактивность

Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение атомных ядер одного химического элемента в ядра атомов другого химического элемента, сопровождаемое радиоактивным излучением.

Открытие явления - 1896 г. французский ученый Анри Беккерель при постановке опытов с солями урана.

Без каких-либо внешних влияний на уран А. Беккерелем было зарегистрировано неизвестное излучение.

В 1898 г. М. Склодовская - Кюри обнаружила излучение тория, а также открыла новые радиоактивные химические элементы полоний и радий.

Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Естественная радиоактивность химических элементов не зависит от внешних условий.

Три вида радиоактивного излучения

В 1899 г. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух компонентов, которые он назвал "альфа-лучи" и "бета-лучи".

В 1900г. французский физик Ф. Вилард установил, что в состав излучения входят еще и гамма-лучи.

Поведение радиоактивного излучения было изучено в магнитном поле. Радиоактивный элемент был помещен в узкий свинцовый стакан, напротив которого размещалась фотопластинка. Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поля на фотопластинке было обнаружено в центре одно пятно засветки от излучения.

В магнитном поле пучок излучения распался на три. Составляющие отклонялись в противоположные стороны: пятно  на фотопластинке по середине оставляла составляющая, не имеющая заряда, две другие составляющие радиоактивного излучения отклонялись в противоположные стороны, что доказывало присутствие заряженных  частиц в излучении.

В результате    опыта Э. Резерфорд доказал, что радиоактивное излучение является неоднородным.

Свойства радиоактивных лучей

Альфа-излучение  (альфа лучи) - это поток полностью ионизированных ядер атомов гелия.

Бета-излучение  (бета-лучи) - это поток электронов.                                                    Гамма-излучение  (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение.

Далее: правила смещения, примеры, реакции

Период полураспада  примеры

Применение периода полураспада к определению времени жизни.

3.     Применение радиоактивных изотопов   

Радиоактивные изотопы, встречающие в природе, называются естественными. Но многие химические элементы встречаются в природе только в стабильном (т.е. радиоактивном) состоянии.

В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио – Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными.

Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Существует отрасль промышленности, специализирующаяся на производстве таких элементов.

Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего, в настоящее время известно примерно 2000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них – естественные.

В настоящее  время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: техника, медицина, сельское хозяйство, средства связи, военной области  и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.

Использование изотопов в медицине

Применение изотопов, одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах.

С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний.

Изотопы вводят в организм человека в крайне малых количествах                     (безопасное для здоровья), не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Кровью  они  неравномерно распределяются  по всему организму. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют приборами (специальными счетчиками частиц, фотографированием), расположенных вблизи тела человека. В результате можно получить изображение какого –либо внутреннего органа . По этому изображению можно судить о размерах и форме этого органа, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в

различных его частях.  Можно также оценить функциональное состояние (т.е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведения ими радиоизотопа.

Так, состояние сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих изотопы натрия, иода, технеция; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют изотопы технеция, ксенона; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с изотопом иода используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы.

Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.

Гамма - излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется бета - радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т=5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи). Соединяясь с кислородом, этот углерод образует, углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными.

Изотопы широко используются для определения физических свойств почвы

и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов, поступления в растения минеральной пищи через листья. Пользуются изотопами для выявления действия на растительный организм пестицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод изотопов, исследуют важнейшие биологические свойства с/х культур (при оценке и отборе селекционного материала) урожайность, скороспелость, хладостойкость.

В животноводстве изучают физиологические процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсичных веществ (малые дозы которых трудно определить химическими методами) и микроэлементов. При помощи изотопов разрабатывают приёмы автоматизации производственных процессов, например отделение корнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.

Радиационная хронометрия применяется для определения возроста египетских пирамид в археологии

Применение радиоактивных изотопов в промышленности

Одним из примеров  может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Использование изотопов в науке

Использование изотопов в биологии  привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов изучено перемещение популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций.

В области физиологии и биохимии растений

В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ.

Наряду с традиционными методами хранения пищевых продуктов радиационные технологии приобретают большую популярность во всём мире. Уже в 1905 году в США и Великобритании были выпущены первые патенты на использование ионизирующего излучения для уничтожения бактерий в продуктах питания.

Данный процесс  включает в себя обработку пищевых продуктов тщательно контролируемыми дозами ионизирующего излучения в течение определённого времени. Он препятствует распространению бактерий и плесени, из-за которых портятся продукты, изменяя их молекулярную структуру.

Помимо пищевых продуктов многие другие материалы обрабатываются облучением в процессе производства, например, косметика, пробки для бутылок, медицинское оборудование.

4.     Ядерные реакции

В 1932 году немецкий физик В. Гейзенберг и советский физик                   Д. Д. Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели, атомные ядра состоят из элементарных частиц – протонов и нейтронов.

Ядерные силы очень мощные, но очень быстро убывают с увеличением расстояния. Они являются проявлением так называемого сильного взаимодействия. Особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер: они проявляются на расстояниях порядка размера самого ядра.  Физики в шутку называют ядерные силы "богатырем с короткими руками".

Минимальную энергию, необходимую для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называют энергией связи ядра.

Эта энергия равна разности суммарной энергии свободных нуклонов и полной энергии ядра. Таким образом, суммарная энергия свободных нуклонов больше полной энергии ядра, состоящего из этих нуклонов.

Очень точные измерения позволили зафиксировать тот факт, что масса покоя ядра всегда меньше суммы масс покоя составляющих его нуклонов на некоторую величину, называемую дефектом массы.

Удельная энергия связи характеризует устойчивость ядер. Удельная энергия связи равна отношению энергии связи к массовому числу и характеризует устойчивость ядра. Чем больше удельная энергия связи, тем более устойчивым является ядро. График зависимости удельной энергии связи от количества нуклонов в ядре имеет слабо выраженный максимум в интервале от 50 до 60. Это говорит о том, что ядра со средними значениями массовых чисел, такие как железо, являются самыми устойчивыми. Легкие ядра обладают тенденцией к слиянию, а тяжелые к разделению.

Примеры ядерных реакций.

 

 

Цепные ядерные реакции – самоподдерживающиеся ядерные реакции, в которые последовательно вовлекается цепочка ядер. Это происходит тогда, когда один из продуктов ядерной реакции вступает в реакцию с другим ядром, продукт второй реакции реагирует со следующим ядром и т.д. Возникает цепочка следующих друг за другом ядерных реакций. Наиболее известным примером такой реакции является ядерная реакция деления, вызываемая нейтроном. Продуктами деления являются два более лёгких ядра (осколка деления) и нейтроны (обычно 2-3 нейтрона). Эти образовавшиеся нейтроны могут вызвать деление других ядер с появлением новых нейтронов, также способных осуществить деление, и так далее.
    Таким образом, каждый цикл ядерной реакции создаёт условия для следующего цикла, и реакция может стать самоподдерживающейся. Если количество ядер, вовлекаемых в следующий цикл, больше предыдущего, то количество ядер, участвующих в реакции увеличивается лавинообразно. В реакции деления это отвечает ядерному взрыву. Если количество ядер, участвующих в цепной реакции, удаётся поддерживать на одном уровне, то говорят об управляемой цепной ядерной реакции.
    Теория цепной ядерной реакции создана в 1938 г. Я.Б. Зельдовичем и Ю.Б. Харитоном.

Термоядерные реакции – это ядерные реакции между легкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (~108 К и выше). При этом вещество находится в состоянии полностью ионизованной плазмы. Необходимость высоких температур объясняется тем, что для слияния ядер в термоядерной реакции необходимо, чтобы они сблизились на очень малое расстояние и попали в сферу действия ядерных сил. Этому сближению препятствуют кулоновские силы отталкивания, действующие между одноименно заряженными ядрами. Чтобы их преодолеть, ядра должны обладать очень большой кинетической энергией. После начала протекания термоядерной реакции вся энергия, потраченная на разогрев смеси, компенсируется энергией, выделяющейся в ходе протекания реакции.

Учитель:

Прав ли был Прометей, давший людям огонь;

Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин,

Из прекрасного лебедя вырос дракон,

Из запретной бутылки выпущен джин

5.     Атомные технологии

Ядерная технология — совокупность технологий, в которых используются ядерные реакции, например деление ядер и ядерный синтез. Наиболее известные ядерные технологии: Ядерная энергетика, Ядерная медицина, Ядерное оружие.

О ядерной медицине, применении радиоактивных изотопов уже говорилось ранее

Ядерное оружие (или атомное оружие) — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражения наряду с биологическим и химическим оружием. Ядерный боеприпас — оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Учитель:

1.                 На японский город Хиросима 6 августа 1945 года. В 08:15 местного времени произошел сброс атомной бомбы «Малыш» на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.

2.                 На японский город Нагасаки 9 августа 1945 года. В 10:56 Была сброшена атомная бомба «Толстяк». Взрыв произошёл в 11:02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила 21 килотонну.

Запасы ядерного оружия в мире

Количество боеголовок (активных и в резерве)

	1947	1952	1957	1962	1967	1972	1977	1982	1987	1989	1992	2002	2010
США	32	1005	6444	≈26000	>31255[8]	≈27000	≈25000	≈23000	≈23500	22217[8]	≈12000	≈10600	≈8500
СССР/Россия	—	50	660	≈4000	8339	≈15000	≈25000	≈34000	≈38000		≈25000	≈16000	≈11000
Великобритания	—	—	20		270							512	≈225[9]
Франция	—	—	—		36							384	≈350
Китай	—	—	—	—	25							≈400	≈400
Израиль	—	—	—	—	—							≈200	≈150
Индия	—	—	—	—	—	—						≈100	≈100
Пакистан	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	≈100	≈110
КНДР	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	≈5—10
Итого	32	1055	7124	>30000	<39925	>40000	≈50000	≈57000	63484		<40000	<28300	<20850

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Ядерная энергия, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.

Но самое распространенное применение энергии ядра производится в атомных электрических станциях.

 «Инновационный потенциал атомной отрасли… должен быть максимально использован как всеми предприятиями Госкорпорации «Росатом», так и возможными потребителями из других областей народного хозяйства»

Мы знаем, что наша область занимает не малую роль в атомной энергетике. Недавно состоялась Региональная научно-практическая конференция «Кластер атомных технологий Ростовской области: на стыке науки, техники и экономики» состоялась в Информационном центре по атомной энергии Ростова-на-Дону.

Представители предприятий и вузов Ростова и Ростовской области обсуждали варианты перспективного развития региональной экономики и предполагаемые пути повышения конкурентоспособности наукоемких производств региона при использовании кластерного подхода.

Основная задача конференции — способствовать разработке программы развития инновационных территориальных кластеров. Участниками обсуждались перечень необходимых мероприятий, структура, содержание, организация и порядок разработки программы атомного кластера.

На конференции были представлены доклады

1. Кластеры как действенные механизм развития территорий и экономики региона.

2. Атомная энергетика. Новые подходы к производству высокотехнологичной продукции для атомной отрасли. Опыт предприятий Ростовской области.

По итогам конференции ее участники приняли меморандум, обосновывающий необходимость и пути формирования в Ростовской области кластера атомных технологий.

Учитель:

Всего в России 10 действующих атомных электростанций

Будет построено к 2015 году и введено в эксплуатацию 6  АЭС,  две из которых — плавучие.

Конечно, атомные электростанции не безопасны небезопасны. Чуть более года прошло с того момента когда произошла

Авария на АЭС Фукусима-1 — крупная радиационная авария  (по заявлению японских официальных лиц — 7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта 2011 года в результате сильнейшего землетрясения в Японии и последовавшего за ним цунами.

Есть даты, есть даты символы.

Чернобыль

Каждый год 26 апреля все цивилизованное человечество с горечью и болью вспоминает о катастрофе, грянувшей на 4 энергоблоке Чернобыльской АЭС ночью 26 апреля 1986 года. Катастрофа в одночасье перевернула жизнь миллионов людей и стала проблемой целого мира

(Звучит песня «Не мирный атом»)

Стихотворение «Чернобыль»

6.     Экологические проблемы

Когда человек овладел энергией атомного ядра, он получил в придачу и «пепел» атомных станций.

Радиоактивные отходы в отличие от других промышленных отходов не могут уничтожаться уже известными нам методами. Самая опасная их часть — радиоактивные изотопы не теряют своих свойств ни при сгорании, ни при химической обработке.

Известный способ защиты от радиоактивных веществ — контроль за ядерными отходами, их концентрация в небольших и хорошо изолированных емкостях, где изолированные радиоактивные вещества постепенно теряют свои свойства и перестают быть опасными. Рабочие атомной промышленности называют этот способ «вечным захоронением».

Люди, выступающие против использования атомной энергии, считают ядерное излучение совершенно новым явлением, ранее не характерным для Земли. Но это не так. Появление и эволюция человека происходили в условиях космической радиации. Не надо забывать, что каждую секунду наше тело, землю, по которой мы ходим, стены зданий, в которых мы живем, воду, пищу, которую употребляем, пронзают космические частицы. Уран, торий, радий и другие ,-радиоактивные элементы широко распространены на нашей планете. Мы существуем вместе с ними. Природный радиационный фон постоянен на нашей Земле с момента ее образования и практически не изменился до наших дней.

Все это говорит о том, что человек давно адаптировался к природному излучению. Вопрос в том, как сделать, чтобы развитие техники не привело к превышению этого уровня излучения, учитывая, что организм человека очень чувствителен к радиации. Главной задачей на современном этапе стала защита населения от радиоактивного излучения при строительстве атомных станций. Еще в 1929 году была основана Международная комиссия по защите от радиоактивности, которая научно обосновала пределы возможного для человека уровня радиации.

Влияние радиоактивных лучей на человеческий организм определяют в диапазоне суммарных доз от тысячи до одного бэра (бэр — это единица, биологически эквивалентная рентгену). Что касается доз излучения меньших, чем 100 бэр, то никаких радиобиологических данных об их негативном влиянии нет. Но, несмотря на это, следует придерживаться принципа максимальной осторожности: в сфере малых доз зависимость «доза — эффект» подтверждается только линейной экстраполяцией известных данных, полученных от доз в 100 бэр и больше. В соответствии с такой экстраполяцией годовая доза получения в п-е число бэр вызывает в организме человека заболевание раком с вероятностью 1,5 * 10^-4 п в год и приводит к отрицательным наследственным явлениям с вероятностью 0,4 * 10^-4 п в год. Но в условиях природной радиации (70—120 Мбэр/год) человек с биологической точки зрения развивается без отклонений. Поэтому с достаточной уверенностью можно утверждать, что природная доза радиации совершенно безопасна.

Используя указанные данные о влиянии радиации, Международная комиссия по защите от радиоактивности установила максимальную дозу ионизирующего излучения — 5 бэр в год для населения, живущего вблизи радиоактивных источников. Для населения, живущего в окраинных зонах вокруг предприятий, работающих на радиоактивных веществах, эта доза значительно ниже — 0,5 бэра в год. Международная комиссия подчеркнула особую опасность превышения установленных доз для персонала атомных станций. Максимальная величина доз устанавливается таким образом, чтобы степень риска при применении искусственных источников радиоактивности была не больше, чем степень риска, например, при наводнениях, землетрясениях и т. д. Ученые считают, что ускоренный рост атомной энергетики требует еще более углубленных знаний в области влияния радиоактивности на биосферу.

И далее…

В Ростовской области нет ни урановых разработок, ни центров по производству ядерного топлива. Но по соседству с Украиной, у самой границы, между Таганрогом и Мариуполем на побережье Азовского моря, встречаются так называемые «черные пески». На таких пляжах лучше не принимать солнечных ванн: они дают повышенный гамма-фон.

Естественный фон в Ростовской области составляет 15 — 20 мкр рентген/час. Однако он нарушался в 1986 г.: 3 мая дул юго-восточный ветер, и в Таганроге выпал красный от радиоактивного йода дождь. С тех пор в Приазовье практически не растут огурцы: каждый год, не выдав и половины потенциального урожая, растения погибают от белой мучнистой росы, противостоять которой они теперь не могут. С декабря 1989 г. гамма-фон в Таганроге стал постепенно повышаться и в настоящее время составляет 1825 мкрР/час. В дни солнечных магнитных бурь бывают кратковременные всплески до 45—50 мкрР/час.

В Новочеркасске источником повышенной радиоактивности являются более 22 млн т золы местной ГРЭС, лежащей в отвалах рядом с городом на площади более 220 га. Исследования лаборатории ядерной физики НИИ физики Ростовского университета показали, что в отходах Новочеркасской ГРЭС содержатся радионуклиды радия — 226, тория —232 и калия — 40. В дымном шлейфе над городом гамма-фон намного превышает естественный, доходя до 60 мкрР/час, а сам город занимает первое место в Ростовской области по удельному показателю онкологических заболеваний. В Ростове наблюдения за радиационной обстановкой в городе ведутся с 1970 г.. Через 2—3 педели после Чернобыльской катастрофы в Ростове, как и по всей области, радиационный фон достиг 70 мкрР/час. В результате распада короткоживущих радионуклидов, образовавшихся после аварии (йод-131, ба-рий-131, барий-140 и др.) гамма-фон в течение двух месяцев снижался и достиг нормы.

В дальнейшем в Ростовской области, как и повсюду, намечается тенденция к повышению естественного гамма - фона. Причин множество, неглавные из них — аварии па АЭС и производствах, связанных с применением ядерных и рентген - установок, увеличение космической радиации вследствие разрушения озонового слоя планеты, насыщение городов и предприятий рентген - установками, а также, продолжающееся повышение солнечной активности.

Радиоактивному облучению люди подвергаются не только на свежем воздухе, но и в помещениях, особенно в бетонных и кирпичных зданиях; строительный материал содержит повышенное количество радия, который, распадаясь, выделяет радон-222. Он является альфа - излучателем; время полураспада — 3,8 дня. Но в процессе распада он даст дочерние нуклиды, излучающие альфа-, бетта- и гамма-лучи.

Плохая вентиляция, особенно в домах с плотно закрывающимися окнами, может увеличить дозу облучения, обусловленную вдыханием радиоактивного радона, который образуется при естественном распаде радия. Имеются и другие источники излучения, созданные руками человека.

Утонувшие подводные лодки: по международным данным (организация «Гринпис»), в результате 11 аварий на дне мирового океана находятся более 50 ядерных боеголовок и 8 реакторов.

Учитель: О Волгодонской АЭС, о растущих потребностях в электроэнергии.

Стихотворение «На берегу песчаном Дона»

7.                 Галерея ученых

Представитель группы называет ряд ученых атомщиков лауреатов Нобелевской премии

Э. Беккерель, Э. Резерфорд, Мария Склодовская-Кюри, Пьер Кюри, Ирен и Жюлио Кюри, Курчатов И. В.

САХАРОВ, АНДРЕЙ ДМИТРИЕВИЧ (1921–1989), советский физик и правозащитник. Родился в Москве 21 мая 1921. В 1938 поступил на физический факультет МГУ, который окончил с отличием в 1942. В годы Второй мировой войны работал инженером на большом военном заводе в Ульяновске. Сделал несколько изобретений, написал ряд статей по теоретической физике и отослал их в Москву на рецензию. И хотя эти первые работы не были опубликованы, они, по словам самого Сахарова, дали ему «то чувство уверенности в своих силах, которое так необходимо каждому ученому». В 1945 Сахаров поступил в аспирантуру Физического института им. П. Н. Лебедева в Москве, где его научным руководителем стал И. Е. Тамм. В ноябре 1947 защитил диссертацию. В 1948 был включен в группу ученых, работавших над созданием ядерного оружия. В 1953 Сахаров был избран действительным членом АН СССР.

Работая над созданием термоядерного оружия, Сахаров как никто другой осознавал его огромную опасность для человечества.  Он защищал своих коллег и друзей, подвергавшихся преследованиям со стороны властей, выступал за право на эмиграцию, отмену смертной казни, против принудительного лечения политических оппонентов режима в психиатрических больницах, высказывался по таким проблемам, как загрязнение окружающей среды. Правозащитная деятельность Сахарова была отмечена Нобелевской премией мира 1975.

В марте 1989 Сахаров был избран народным депутатом СССР от Академии наук. Стал одним из лидеров группы наиболее радикально настроенных депутатов, выступавших за быструю экономическую и политическую децентрализацию в стране и отмену привилегированного положения Коммунистической партии. Умер Сахаров в Москве 14 декабря 1989.

8.     Литература об атоме и атомной энергии.

Светлана Алексеевич «Чернобыльская молитва»

Игорь Шкляровский «Летописец реки или хроника забытых радостей»

И. Полянская «Забытая зона»

Р. Гмзатов. Стихи

С.Есенин. Стихи.

Г. Шашарин. «звезда Полынь»

Г Резниченко. «Стакан чистой воды»

А Воробьев. «Чернобыльская катастрофа»

Учитель: На сегодняшнем уроке мы повторили одну из самых интересных, современных и бурно развивающегося раздела физики – ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.

В подготовке к уроку вы использовали  информационные ресурсы Интернета, компьютер и различную литературу из изучаемой области физики. Конечно, вашими рассказами не ограничивается описание развития физики. Мы повторили  только небольшую часть данной темы, так сказать – вершину айсберга. Большей частью мы опирались на классическое представление о пространстве и времени, в микромире же господствует законы квантовой физики. Кроме того, в строении атомного ядра, взаимодействия элементарных частиц, создание управляемых термоядерных реакций многое еще предстоит сделать. От вас и ваших сверстников зависит, каким быть атому в 21 веке.

Учитель:

Прав ли был Прометей, давший людям огонь;

Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин,

Из прекрасного лебедя вырос дракон,

Из запретной бутылки выпущен джин

Литература:

Мякишев Г.Я. Физика: Учебник для 11 класса средней школы. - М.: Просвещение, 2003.

В.Г. Разумовский, Л.С. Хижнякова. Современный урок физики в средней школе. - М.: Просвещение, 1983.

Энциклопедический словарь юного физика. - М.: Педагогика, 1984.

Яворский Б.М. Основные вопросы современного школьного курса физики. - М.: Просвещение 1980.

Школьникам о современной физике. Физика высоких энергий. - М.: Просвещение 1985.

Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. М.: Просвещение, 1986.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы. - М.: Просвещение 1987.

Электронный учебник. Программы ФИЗКОНА «Физика 7-11 классы» на 2-х CD. 2005.

Электронный учебник. 1С школа. «Физика 7-11 класс». 2005.

Электронный учебник. Библиотека электронных наглядных пособий. «Физика 7-11 класс» ГУРЦ ЭМТО «Кирилл и Мефодий», 2003.

Ресурсы Интернет.