Урок "Закон радиоактивного распада"

Урок по физике в 11»Б» классе

 «Закон радиоактивного распада»

Цели урока: - вывести закон радиоактивного распада;

                       - раскрыть практическое значение закона, его статистический характер;

                       - научиться решать задачи на закон радиоактивного распада.

Задачи

Познавательные:

·       ввести понятие периода полураспада,

·       вывести закон радиоактивного распада,

·       на модели  проверить статистический характер распада ядер

·       формирование представлений о статистических закономерностях микромира.

Регулятивные:

·     продолжить формирование умения анализировать, обобщать, применять полученные знания при решении задач (качественных, графических),

Коммуникативные:

·                   умения работать в группе,

·                   развитие самостоятельности.

Оборудование: проектор,  50-80 монет одинакового достоинства

Ход урока.

I.      Оргмомент. ( 3 мин)

II.  Целеполагание. Актуализация знаний.

Мы продолжаем изучение темы «Физику атомного ядра».

1. На доске написаны термины, нужно раскрыть их значение.

Атом, трек, спонтанный, радиоактивность, α- лучи, β- лучи, γ- лучи, α- распад, β- распад.

2. Решение задач (у доски). Написаны  элементы ²³⁴ ₉₀ Th, ²³⁸₉₂U, ²⁰⁹₈₂ Pb.

1). В ядро какого элемента превращается ядро изотопа тория  ²³⁴ ₉₀ Th, если оно претерпевает три последовательных α- распада? (²²²₈₄ Po).     

2). В ядро какого элемента превращается ядро изотопа урана   ²³⁸₉₂U после одного α- распада и двух β- распадов? (²³⁵ ₉₂U). 

3). Написать реакцию β- распада свинца  ²⁰⁹₈₂ Pb. Какой элемент образуется? (²⁰⁹₈₃Bi).

3.     Что такое радиоактивность? (Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.)

- Иначе говоря, распад одних ядер и превращение их в другие.

III.           Изучение нового материала.

Проблемный вопрос - С одинаковой ли скоростью убывает активность радиоактивных элементов?

-Учащиеся выдвигают гипотезы, обосновывают их.

Резерфорд установил, что активность радиоактивных веществ убывает с течением времени. Для каждого вещества существует характеристика -

-НО, физика - наука точная, требует описать процесс радиоактивного распада количественно. Что необходимо сделать?

- ввести величину.

-В физике  ввели такую величину – период полураспада. Вам знакомо это понятие?

Давайте расшифруем, "разберем по составу" термин "полураспад": "полу" и "распад". Что эти два слова могут означать вместе?

-что такое период?

-время.

-Что значит полу -?

-распад половины частиц.     Значит--------------------

-период полураспада – время, в течение которого распадается половина частиц.

(Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных ядер)

Учащиеся выдвигают предположения.

      - Попробуйте сформулировать тему урока?

На доске записывается тема урока. ( Открываю слайд)

«Период полураспада. Закон радиоактивного распада»

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.

-по какому закону распадаются радиоактивные вещества?

-Можно ли его получить качественно в классе?

Учащиеся в затруднении.

Учащиеся перечисляют затруднения.

ВЫ сегодня проведете-

Экспериментальная работа «Проверка закона радиоактивного распада»

       Цель работы: проверить справедливость основного закона радиоактивного распада

Оборудование: 50-60 штук монет (или пуговиц одного размера), картонка, мягкая горизонтальная поверхность (ткань).

Порядок выполнения работы:

       Расположим все монеты на картоне орлом вверх на высоте 15-20 сантиметров над горизонтальной поверхностью.

       Подкинем монеты на высоту 5-7 сантиметров и резко уберем картон. Монеты, которые при падении на горизонтальную поверхность перевернулись, необходимо убрать.

       Повторим данные бросания 5-6 раз, каждый раз убирая перевернутые монеты.

Начертим график зависимости числа монет (ось ординат) от числа бросков (ось абсцисс).

       Приняв число монет за число не распавшихся атомов, а число бросков за время радиоактивного распада, проверим выполнение основного закона радиоактивного распада.

       Сделаем вывод о справедливости основного закона радиоактивного распада для большого числа монет.

Открываю слайд, смотрим и сравниваем эксперимент и …..

Физический смысл закона радиоактивного распада довольно сложный. За период полураспада распадается половина атомов. С течением времени скорость распада не меняется. Радиоактивные атомы не стареют. Для радиоактивных атомов не существует понятия возраста. Можно определить среднее время жизни. Закон определяет среднее число атомов, распадающихся за определённый интервал времени. Но всегда имеются отклонения от среднего значения, и чем меньше количество атомов в препарате, тем больше отклонения, Закон является статистическим законом (справедлив для большого числа частиц).

«Истина - это то, что выдерживает проверку опытом».

                                                                                    А. Эйнштейн.

Найдём математическую форму закона.

Пусть в некоторый начальный момент времени t₀ =0 количество радиоактивных атомов равняется N₀ .

Тогда через промежуток времени t ₁ = 1T их, согласно определению периода полураспада T , останется в 2 раза меньше N₁ = N₀ / 2,

через промежуток времени t₂  = 2T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N₂ = N₁ / 2 = N₀ / 4 = N / 2²,

через промежуток времени t₃  = 3T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N₃ = N₂ / 2 = N₀ / 8 = N / 2³,

через промежуток времени t4₄= 4T количество радиоактивных атомов снова уменьшится в 2 раза и будет равно N₄= N₃ / 2 = N₀ / 16 = N / 2⁴ и т.д.

Рассуждая аналогично можно вывести общую закономерность

N = N₀  / 2ⁿ, где n = t / T

Период полураспада- это основная величина, определяющая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем быстрее протекает распад. Период полураспада разных изотопов различный.

Изотоп	Период полураспада
238U 239Pu 14C 226Ra 3H 104Tc	4,5 млрд. лет 24000 лет 5730 лет 1600 лет 12 лет 18 минут

СЛАЙД        

                                                                                                                                    Например, период полураспада изотопа Урана 23892U равен 4,5 млрд. лет, а изотопа 23592U - «всего» 700 млн. лет, то есть примерно в шесть с половиной раз меньше. Это различие в периоде полураспада объясняет, почему изотопа в земной коре в 140 раз меньше, чем 23892U: «вернувшись» во времени, можно надеяться, что этих изотопов Урана было поровну примерно 6 млрд. лет назад (примерно такой возраст Солнечной системы).

   Период же полураспада радия 22628Ra , по геологическим меркам очень мал: всего лишь 1600 лет, то есть примерно в 3 млн. раз меньше, чем период полураспада 23892U. Радий существует на Земле только потому, что он во время радиоактивного распада урана постоянно образуется в небольших количествах.                                    

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. Он справедлив для большого количества частиц (границы применимости закона).

Закон позволяет определять:

1) возраст минералов;

     2) возраст горных пород;

     3) время образования земной коры;

     4) возраст ископаемых останков древних животных.

Радиоуглеродный анализ- это физический метод датирования биологических останков путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа ¹⁴C по отношению к стабильным изотопам.

III. Закрепление знаний.

Групповая работа. Решение задач

Инструктаж: у каждого из вас на столе своя карточка с заданием. Есть задания общие, есть индивидуальные. Выполнять задания на карточках, в конце урока сдать (на оценку). Время на выполнение - 5-7 минут. Затем проверим. Работа в группе. Общие задания выполнять вместе

Подведение итогов, выставление оценок

Решение задач:

1.     Имеется 8 кг радиоактивного цезия. Определите массу нераспавшегося цезия после 135 лет распада, если период полураспада 27 лет.           (m= 0,25 кг).

2.     Имелось некоторое количество радиоактивного серебра. Масса серебра уменьшилась в 8 раз за 810 суток. Определите период полураспада.  (Т= 270 суток).

Задание: составить синквейн по теме «Радиоактивность»

Написание синквейна один из приемов технологии развития критического мышления, который требует умения находить в информационном материале наиболее существенные элементы, делать выводы и кратко их формулировать. Данный материал представлен как результат работы учащихся в парах после изучения раздела "Атомная физика"

АТОМНАЯ ФИЗИКА

СИНКВЕЙН

Радиоактивность

Искусственное, Естественное

Превращать, Испускать, Распадаться

Явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие с испусканием различных частиц

Восхитительно

Реактор

Большой, Радиоактивный

Генерирует, Излучает, Поглощает

Энергия будущего

Небезопасно

Токамак

Вакуумный, Магнитный

Держит,Создает,Порождает

Выдерживает высокие температуры

Мощно

Радиоактивность

Искусственная, Естественная

Превращает, Испускает, Распадается

Самопроизвольное превращение одних ядер в другие

Страх

Термоядерная реакция

Высокотемпературная, Энергетически выгодная, Глобальная

Обеспечивает, Выделяет энергию

Нет радиоактивных отходов

Выгодно

Ядерная реакция

Лавинная, Опасная

Выделяет, Соединяет, Разделяет

Хороший источник энергии

Мощно

Радиоактивность

Естественная, Искусственная

Поглощает, Излучает, Превращает

Применяется человеком

Опасно

Радиоактивное излучение

Невидимое, Опасное

Ионизирует,

Убивает, Помогает

Пользуйтесь с осторожностью

Вездесущая

VI. Подведение итогов урока. Домашнее задание: § 101

Литература:

1.     Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика 11 класс. Москва «Просвещение» 2010.

2.     В.А. Касьянов. Физика 10 класс. Москва «Дрофа» 2001.

3.     В.А. Касьянов. Физика 11 класс. Москва «Дрофа» 2002.

4.     Г.И. Рябоволов, Н.Р. Дадашева, В.А. Курганова .Сборник дидактических заданий по физике. Москва «Высшая школа» 1986.