Урок по физике в 9 классе по теме "Закон радиоактивного распада"

Технологическая карта урока физики по ФГОС «Закон радиоактивного распада».

Учебный предмет: физика

Учитель: Васюхина Любовь Ивановна

Класс:   9  класс

Тема урока:  «Закон радиоактивного распада».

Место и роль урока в изучаемой теме: седьмой  урок в разделе «Атомная физика».

Тип урока: комбинированный

Оборудование: Компьютер, проектор, доска, учебник, монетки, коробка, карточки с заданиями.

Формы работы: индивидуальная, групповая, фронтальная.

План занятия:

1.        Организационный момент.

2.        Актуализация знаний

3.        Целеполагание и мотивация («открытие» новых знаний)

4.        Первичное усвоение и  понимание новых знаний

5.        Первичное закрепление новых знаний

6.        Подведение итогов урока, рефлексия.

7.        Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

Цель урока	Вывести  закон радиоактивного распада, показать его статистический характер.
Задачи	Образовательная: ·           ввести понятие периода полураспада ·           вывести закон радиоактивного распада ·           научить решать задачи разного типа по теме урока. Развивающая: ·           способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать; ·           способствовать развитию логического мышления; ·           развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности; ·           применять полученные знания при решении задач (качественных, графических, расчетных) Воспитательная: ·           продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся (представлений о статистических закономерностях микромира). ·           формирование умений критически, но объективно оценивать предметы, явления, поступки и действия.
Планируемый результат	Метапредметные : ·           овладеть навыками самостоятельного приобретения знаний о законе распада, ставить цели и задачи, ·           уметь предвидеть результаты своих действий, ·           выполнении упражнения, умение воспринимать, перерабатывать и представлять информацию, ·           выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы, развивать монологическую и диалогическую речь. Личностные: ·           сформировать познавательный интерес; ·           развивать творческие способности и практические умения, самостоятельность в приобретении знаний,  ценностное отношение друг к другу, к учителю, к результатам обучения; ·           уметь решения и обосновывать их, самостоятельно оценивать результаты своих действий Общепредметные:  ·         проводить наблюдение, планировать и выполнять опыт, ·         объяснять полученные результаты и делать выводы, ·         представлять графическое изображение взаимосвязи физических величин; ·         кратко и четко отвечать на вопросы по закреплению материала. Предметные:  ·         знать закон радиоактивного распада и применять его при решении задач, ·         понимать, что такое период полураспада.

Ход урока

Деятельность учителя	Деятельность обучающихся
I этап.  Организационный момент.
-Здравствуйте, ребята. Присаживайтесь. Проверьте свою готовность к уроку. Все ли необходимые предметы лежат на ваших рабочих местах? -Готовы? Начинаем урок.	Слушают учителя. Проверяют готовность к уроку.
II этап. Проверка домашнего задания.
-Для начала давайте вспомним всё то, что нам уже известно о таком явлении, как радиоактивность. -Предлагаю работу построить таким образом: 2 ученика работают у доски – они получают от меня карточку (приложение 1)  с индивидуальным заданием. Как только эти ребята выполнят все задания, мой помощник проверит правильность выполнения заданий и поставит оценку, которую считает нужной. Вызывается три  ученика, планирующих сдавать ОГЭ, двое -  решают, один – проверяет по ключам. -А пока они работают, поиграем с вами в игру «Верные  и  неверные  утверждения» Просьба к учащимся установить, верны ли данные утверждения, обосновывая свой ответ. 1.        Модель атома Резерфорда называется «планетарной», т.к. внешне он напоминает планету. 2.        В ядре атома бериллия  содержится 4 протона и 9 нейтронов. 3.        Радиоактивность – это самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц. 4.        При радиоактивном распаде изменение претерпевает только электронная оболочка атома. 5.        Существует 3 вида радиоактивного распада. 6.        В результате распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы. 7.        При распаде масса ядра почти не меняется, заряд ядра увеличивается на 1е. В результате распада элемент смещается на 1 клетку к концу периодической системы. 8.        Наибольшей проникающей способностью обладает распад. 9.        Чтобы защититься от распада, достаточно кожу прикрыть любой одеждой. 10.    На активность радиоактивного вещества оказывают влияние внешние воздействия (повышение температуры, давления, химические реакции) -Молодцы, хорошо поработали. Проверим, как справились отвечающие у доски? Какие оценки им поставил помощник?	Учащиеся работают у доски. Отвечают, рассуждают.
III этап. Актуализация знаний.
-А теперь я попрошу вас всех встать и задвинуть свои стулья за парты. Напомните-ка мне, из чего состоят тела? -Представьте себе, что вы атомы. Как ведут себя атомы в веществе? -Походите по классу (осторожно), и я по команде попрошу вас превратиться в молекулы, состоящие из определенного числа атомов Игра-тренинг «Атомы и молекулы». - Молодцы, присаживайтесь. А кто мне может сказать, как относится эта игра к нашей теме? -Да, вы правы. Давайте мы еще раз с вами вспомним, что же такое радиоактивность, и дадим определение одним или двумя словами. -А что же происходить с веществом после распада? Оно исчезает? -Как вы считаете, будет ли прослеживаться  какая-либо закономерность во время распада ядра, или же распад происходит спонтанно. -Можно ли с определенной точностью сказать, когда распадется ядро? -Итак, мы приходим с вами к выводу, что существует закономерность, или проще говоря, закон, которому подчиняется радиоактивный распад. Это и будет темой нашего сегодняшнего урока. Откройте тетради и запишите число и тему «Закон радиоактивного распада». -Какая перед нами цель стоит на сегодняшнем уроке?	Отвечают. -атомов. -движутся Учащиеся выполняют тренинг  (свободно передвигаются  по классу, по  команде объединяются в группы (молекулы), после чего, опять расходятся и т.п.) Отвечают, анализируют, рассуждают. -Самопроизвольный распад. -Оно превращается в другое вещество, при этом испускаются разные частицы. -Да. Делают вывод. Записывают. Высказывают свои версии, анализируют.
IV этап. Этап мотивации к учебной деятельности («Открытие» новых знаний)
-Давайте попытаемся установить эту закономерность. Что для этого нам нужно? -Конечно, радиоактивное вещество нам с вами никто не даст, т.к. оно опасно для жизни. Поэтому создадим свою модель такого вещества. Вместо молекул мы возьмем с вами монетки по 10 руб. (всего 72 штуки).  Для проведения эксперимента вызову к себе двух помощников. -Поместим монетки в коробочку. Потрясем хорошенько. Теперь высыпаем их в контейнер. Попрошу вас отобрать и посчитать те монеты, которые лежат орлом. (результаты эксперимента фиксируются на доске) -повторим еще раз опыт (до тех пор, пока не останется 1-2 монетки) -Давайте на графике представим наши результаты. -Какую можно обнаружить зависимость? -Итак, мы описывали процесс качественно. Но физика – точная наука, она требует количественного описания процессов. Как описать процесс радиоактивного распада количественно? Что необходимо сделать? -Верно, нам нужно ввести новую физическую величину. -Перед вами на партах лежит научный текст (приложение 2). Прочтите его и попытайтесь мне ответит, что же эта за величина. -Кто уже выяснил, что эта за величина? -Какое определение вы бы дали периоду полураспада? -Запишите в тетрадях: период полураспада – время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов. Обозначение: Т Единица измерения: с - Следует отметить, что период полураспада – постоянная величина, зависящая только от свойств радиоактивного изотопа. -Хочу обратить ваше внимание на еще одно важное замечание в тексте. В последнем абзаце. Кто прочтет? -верно, чем больше атомов, тем точнее выполняется закон. Т.о. результаты нашего эксперимента не очень точны. Если бы это было 50 млн частиц, тогда мы получили более точные значения. -Итак, пробуем вывести закон. Обозначим с вами начальное число частиц N0. Через время Т какое количество частиц останется ? Верно N0/2 -Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?  -Правильно! Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов полураспада, к моменту времени t = 3Т? - Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов полураспада, к моменту времени t = nТ? -Т.о. получаем с вами  N= N0/2t/T а для решения задач используется более компактный запись N= N02 –t/T Последнее выражение – закон радиоактивного распада. Он позволяет вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная количество атомов в начальный момент времени). Закон радиоактивного распада – закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий. Исследования показали, что радиоактивные элементы могут иметь самые различные периоды полураспада — от десятимиллионных долей секунды, до миллиардов лет. Но период полураспада для каждого данного вещества определенный, и не изменяется при изменении внешних условий (давлении, температуры и т.д.) -Какой из этих материалов самый радиоактивный? Менее радиоактивный из всех?	Высказывают версии. Выходят к доске. Наблюдают, анализируют, рассуждают, делают выводы. Чертят в тетради. Отвечают, делают вывод. Высказывают свои предположения. Читают, анализируют. Рассуждают, отвечают. Записывают. -Смотрят, слушают, анализируют. Читают, отвечают. Записывают. Слушают. Записывают. N= N0/2*2= N0/4= N0/22   N= N0/4*2= N0/8= N0/23     N= N0/2n Записывают. Смотрят, анализируют, отвечают.
Динамическая пауза Ребята, вы уже немного утомились, поэтому давайте немного отвлечемся. Посмотрите в окно. Сфокусируйте свой взгляд на пятиэтажке, теперь на раме окна, опять на пятиэтажке, поморгайте.
V этап.  Первичное усвоение и  понимание новых знаний
-Молодцы. Продолжаем. -У кого-то возникли вопросы на данном этапе? -Раз вопросов нет, то давайте разберемся, все ли верно вы поняли по изучаемой теме. Коллективное решение задач Выполним несколько заданий вместе. Задания тестового типа, с вариантами ответов. Будьте внимательны. (слайд): 1. Период полураспада атомов свинца  составляет 3,3 ч. Какое утверждение справедливо? 1) за 3,3 часа массовое число каждого ядра свинца уменьшится вдвое 2) за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер 3) за 6,6 часа распадутся все имеющиеся ядра 4) каждые 3,3 часа распадается в среднем одно ядро - Тот же вопрос. Но обратите внимание на предложенные варианты ответов. 2. Период полураспада атомов свинца  составляет 3,3 ч. Какое утверждение справедливо? 1) за 3,3 часа распадется примерно половина из имеющихся ядер 2) за 3,3 часа распадется в точности половина из имеющихся ядер 3) за 6,6 часа распадутся все имеющиеся ядра 4) каждые 3,3 часа распадается в среднем одно ядро ?: Почему же вы не выбрали второй вариант ответа, как в предыдущем задании? Ведь задание было тем же самым! (проблемность!) -Итак, еще раз вам напоминаю, когда перед вами тестовое задание с вариантами ответа, вы должны из предложенных ответов выбрать тот, который больше соответствует действительности. В нашем случае, хотя вы знаете, что закон радиоактивного распада статистический и за время, равное периоду полураспада распадается приблизительно половина имевшихся радиоактивных ядер, но такого ответа в вопросе № 1 нет, вы выбираете второй вариант ответа (за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер). А вот в вопросе № 2 вас должны правильно сориентировать слова «в точности» и «примерно» (разница принципиальна). -Следующее задание. Счетчик регистрирует b-частицы радиоактивного препарата очень малой интенсивности. Происходят ли срабатывания счетчика через одинаковые интервалы времени? ?: Почему вы так думаете? - Давайте проверим наше предположение. На экране – известный вам счетчик Гейгера. (слайд) Сейчас мы прослушаем запись звука его работы, два фрагмента (знаете: в счетчике Гейгера может использоваться звуковая индикация – щелчки-треск – регистрация частицы). Ваша задача: внимательно прослушать фрагменты, попытаться заметить: 1) равномерно ли распадаются ядра; 2) меняется ли активность препарата; 3) если меняется, с одинаковой ли скоростью; 4) ответить на вопрос: это препараты одного и того же вещества или разных веществ? 1-й фрагмент (15 секунд) 2-й фрагмент (10 секунд)	Отвечают, анализируют. -2 -1 -Отвечают (слово «в точности» не соответствует действительности) -нет -Так как каждый распад – случайное событие. -Слушают, анализируют, делают вывод. -Неравномерно, активность почти не убывает, значит, большой Т. -Неравномерно, активность убывает заметно даже за 10 с, значит, Т меньше, чем в первом случае. –Сравнение: активность убывает с разной скоростью, у препаратов разные периоды полураспада. Значит, это разные вещества (или разные изотопы одного и того же вещества).
VI этап.  Первичное закрепление новых знаний
Групповая работа. Решение задач -Обратите внимание, у каждого из вас на столе своя карточка с заданием. Вам дается на выполнение задания 5-7 мин. Работаете в паре со своим соседом по парте (задания дифференцированные) (приложение 3).	Отвечают, рассуждают, систематизируют полученные знания, анализируют.
VII этап.  Подведение итогов урока (рефлексия учебных знаний)
-Подведем итоги нашего урока. Что вы сегодня узнали? Достигли мы с вами цель урока? - А так ли важно знать закон распада? -Зачем нужна информация о периоде полураспада? -В недрах  земли находится огромное количество урана-238, но мы при этом прекрасно себя чувствуем, потому что период полураспада порядка возраста нашей планеты – 4,5 млрд лет. Он медленно распадается и это хорошо, нам его надолго хватит, ведь его используют в качестве топлива на АЭС. Но об этом мы поговорим с вами на следующих уроках. -Оценки за урок получают самые активные (назвать)	Отвечают.
VIII этап.  Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
-Запишем домашнее задание (слайд) ü  Конспект урока. Задачи, из карточки решаете любой понравившийся вам уровень   (приложение 4). -Спасибо за урок!	Записывают, слушают.

Приложение 1

КАРТОЧКА

1.  Охарактеризуйте состав ядра следующих элементов: , 

2. Укажите вид распада, которое обладает наибольшей проникающей способностью

3. В результате скольких альфа-распадов из ядра  образуется ядро ?

         Записать ответы на вопросы в виде химических реакций

4. Какое ядро получится из ядра изотопа  после одного альфа-распада и двух бета-распадов?

5. Из какого ядра после одного альфа-распада и одного бета-распада образуется ядро ?

Приложение 2

Радиоактивность: радиоактивный распад, деление ядер атомов

Радиоактивный распад – это самопроизвольное превращение ядер атомов,  сопровождающееся испусканием излучения, которое получило название a- (альфа),)b- (бета) или g- (гамма) излучения.

В настоящее время известны как естественные (природные, существовавшие в природе изначально) радионуклиды - ЕРН (радиоактивные элементы и изотопы), так и огромное количество искусственных (техногенных) - получаемых в результате ядерных реакций.

На активность радиоактивного вещества не оказывают влияние внешние воздействия (повышение температуры, давления, химические реакции)

Общее количество известных естественных радионуклидов достигает 300. Но количество имеющих практическое значение, играющих заметную роль в природе, среди них невелико - не более десятка. Особенно огромное количество новых, не имевшихся в природе радиоактивных изотопов и элементов, появилось после создания атомных реакторов и испытаний ядерных бомб. Радиоактивные (ядерные) превращения могут быть естественными, самопроизвольными (спонтанными) и искусственными,

Значение периода полураспада для разных веществ (и их изотопов) колеблется в очень широких пределах - от миллионных долей секунды до миллиардов лет.

Закон радиоактивного распада существенно отличается от законов, изученных нами ранее. Этот закон описывает процессы, происходящие в микромире и носит статистический характер. Период полураспада - статистическая величина.

Причина - в том, что статистический, вероятностный характер носят процессы внутри радиоактивных атомных ядер. Все ядра одного радиоактивного изотопа совершенно одинаковы. Любое из них с одинаковой вероятностью может распасться в любой момент времени, и распад каждого ядра никаким образом не влияет на распады других ядер. Распад ядра - случайное событие. Предсказать, когда произойдет распад данного атома, невозможно. Математически оценить можно лишь вероятность распада атома (ядра) в конкретный момент времени.

Поскольку время существования отдельных ядер может колебаться от долей секунды до миллиардов лет, имеет смысл говорить о среднем времени жизни - среднем арифметическом времен жизни большого количества атомов данного вида (статистическая величина). По этой же причине не имеет смысла говорить о периоде полураспада для одного атома, о законе радиоактивного распада для малого числа атомов. Определенная закономерность проявляется лишь для большого количества ядер. При малом же их количестве неизбежными будут отклонения от средних значений, чем меньше атомов, тем отклонения будут заметнее.

Таким образом, на основе закона радиоактивного распада можно утверждать только то, что за время, равное периоду полураспада распадается в среднем (приблизительно) половина имеющихся радиоактивных ядер. Чем больше атомов, тем точнее выполняется закон.

Приложение 3

Карточка №1  (1 уровень)

1. Радиоактивный препарат в начальный момент времени содержит 800 радиоактивных ядер. Вычислите количество не распавшихся радиоактивных ядер через время, равное одному, двум, трем, четырем периодам полураспада. Полученные значения внесите в таблицу. По данным таблицы постройте график зависимости числа нераспавшихся ядер от времени в процессе радиоактивного распада. (общее)

Время	0	Т	2Т	3Т	4Т	t → ∞
Количество не распавшихся радиоактивных ядер (из 800)

2. На рисунке изображен график зависимости числа нераспавшихся ядер изотопа от времени. Каков период полураспада этого изотопа?

Карточка №2  (2 уровень)

1. Радиоактивный препарат в начальный момент времени содержит 800 радиоактивных ядер. Вычислите количество не распавшихся радиоактивных ядер через время, равное одному, двум, трем, четырем периодам полураспада. Вычислите количество распавшихся ядер через эти же промежутки времени. Полученные значения внесите в таблицу. По данным первой и последней строк таблицы постройте график зависимости числа распавшихся ядер от времени в процессе радиоактивного распада. (общее)

Время	0	Т	2Т	3Т	4Т	t → ∞
Количество не распавшихся радиоактивных ядер (из 800)
Количество распавшихся радиоактивных ядер (из 800)

2. Образец радиоактивного радия находится в закрытом сосуде. Ядра радия испытывают распад с периодом полураспада 11,4 суток. Определите число атомов радия, которые останутся нераспавшимися через 22,8 суток, если образец в момент помещения его в сосуд содержал  атомов радия.

Карточка №3  (3 уровень, для ОГЭ)

1. На рисунке изображен график зависимости числа нераспавшихся ядер изотопа от времени. Каков период полураспада этого изотопа?

2. На рисунке приведена зависимость числа нераспавшихся ядер от времени в процессе радиоактивного распада для трех веществ. Для какого из них период полураспада минимален?

1) I            2) II                3) III                 4) у всех одинаков  (общее)

3. Ядра платины  испытывают  распад с периодом полураспада 20 часов. В момент начала наблюдения в образце содержится  ядер платины. Через какую из точек, кроме точки А, пройдет график зависимости от времени числа еще не испытавших радиоактивный распад ядер платины? (общее)

4. Оформите и решите задачу: Пе­ри­од по­лу­рас­па­да изо­то­па ртути  равен 20 ми­ну­там. Если из­на­чаль­но было 40 мг этого изо­то­па, то сколь­ко при­мер­но его будет через 1 час?

Приложение 4

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.

1уровень. (3 балла)

1) Какая частица Х участвует в реакции

2) Дан график зависимости числа N нераспавшихся ядер натрия ²²₁₁Na от времени. Чему равен период полураспада этого изотопа натрия (в сутках)? (Считайте, что год состоит из 365 суток.)

3) Задача: Период полураспада радиоактивного изотопа кальция  составляет 164 суток. Если изначально было  атомов  то примерно сколько их будет через 328 суток?

2 уровень (4 балла)

1)  Определите, какой элемент образуется из урана  после одного α – распада и двух β – распадов (запишите реакцию)

2) Пе­ри­од по­лу­рас­па­да не­ко­то­ро­го ра­дио­ак­тив­но­го изо­то­па со­став­ля­ет 5 суток. За какое время из­на­чаль­но боль­шое число ядер этого изо­то­па умень­шит­ся в 4 раза?

3) Задача: период полураспада изотопа радия равен 1600 лет. Сколько ядер остается  нераспавшимися за 3200 лет, если начальное число частиц      

3 уровень. (5 баллов)

1) Сколько α – и β – распадов испытывает уран   в процессе последовательного превращения  в свинец ? (запишите реакцию)

2) Сколь­ко про­цен­тов ядер не­ко­то­ро­го ра­дио­ак­тив­но­го эле­мен­та оста­нет­ся через время, рав­ное трем пе­ри­о­дам по­лу­рас­па­да этого эле­мен­та? (Ответ дать в про­цен­тах.)

3) Задача: период полураспада изотопа равен 200 лет. Сколько ядер испытывает распад за 600 лет, если начальное число ядер 10⁶ ?