Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов

Урок физики в 9-м классе

по теме "Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов"

Цели урока:

(дидактические или образовательные) обеспечить в ходе урока усвоение понятий “радиоактивность”, альфа-, бета-, гамма- излучений. Продолжить формирование общеучебных умений: планирования рассказа, работы с дополнительной литературой

(воспитательные задачи) продолжать формировать у обучающихся научное мировоззрение.

(развивающие задачи) развивать навыки культуры речи, в целях развития познавательного интереса обучающихся к предмету на уроке планируются интересные исторические справки.

Тип урока – урок изучения нового материала, с использованием новых информационных технологий.

Форма изучения нового материала – лекция учителя с активным привлечением обучающихся.

Методы урока – словесные, наглядные, практические

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор , презентация “Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов”

Ход урока

I. Организационный момент (приветствие, проверка готовности обучающихся к уроку)

II. Изучение нового материала.

Учитель: Сегодня мы начинаем изучать четвертую главу нашего учебника, она называется “Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер”.

Тема нашего урока “Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов” (запись в тетради даты и темы урока). (Слайд №1)

Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческим философом Демокритом еще 2500 лет назад. Частицы были названы атомами, что означает неделимые. Таким названием Демокрит хотел подчеркнуть, что атом – это мельчайшая, простейшая, не имеющая составных частей и поэтому неделимая частица. (Слайд №2)

Информационная справка (сообщения делают обучающиеся).

Ученик: Демокрит – годы жизни 460-370 до н.э. Древнегреческий ученый, философ – материалист, главный представитель древней атомистики. Считал, что во Вселенной существует бесконечное множество миров, которые возникают, развиваются и гибнут.

Учитель: Но примерно с середины XIX века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру, и что в их состав входят электрически заряженные частицы.

Наиболее ярким свидетельством сложного строения атомов явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896г. (Слайд №3)

Информационная справка

Ученик: Беккерель Антуан Анри французский физик родился 15 декабря 1852 г. Окончил политехническую школу в Париже. Основные работы посвящены радиоактивности и оптике. В 1896г открыл явление радиоактивности. В 1901г обнаружил физиологическое действие радиоактивного излучения. В 1903г Беккерель удостоен Нобелевской премии за открытие естественной радиоактивности урана. Умер 25 августа 1908 г.

Учитель: Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности.

Ученики:

1) 22 декабря 1895 года немецкий ученый В.К. Рентген поведал миру об икс-лучах, которые русские физики назвали рентгеновскими. Это открытие заинтересовало французского ученого Анри Пуанкаре, он организовал публичную лекцию в Парижской академии наук и об­ратил внимание на бледно-зеленое пятно в конце катодной трубки, где рождались новые лучи. Среди участников заседания был Анри Беккерель. Он решил проверить гипотезу Пуанкаре. Еще в феврале 1896 года Шарль Анри демонстрировал действие флюоресцирующего сернистого цинка на фотопластинку, заверну­тую в черную бумагу. Беккерель решил использовать соли урана. Он взял из коллекции минералов своего отца двойной сульфат уранила калия. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластин­ку причудливой формы, покрытую слоем урановой соли, и выставил на не­сколько часов на яркий солнечный свет. После проявления пластинки на ней было отчетливо видно изображение металлической фигуры, которая покры­валась до опыта солью урана. (Слайд №4,5)

2) Повторные опыты Беккереля дали аналогичные результаты, и 24 февраля 1896 года он доложил академии в результатах опы­тов. Казалось, что гипотеза Пуанкаре полностью подтверждается. Но осто­рожный Беккерель решил поставить контрольные опыты. К концу февраля он приготовил новую пластинку. Но погода была пасмурной и оставалась такой до 1 марта. Утром 1 марта было солнечным и опыты можно было возобно­вить. Беккерель решил, однако, проявить пластинки, лежавшие несколько дней в темном шкафу. На проявленных пластинках четко обозначились силу­эты образцов минерала, лежавших на непрозрачных экранах пластинок. Минерал без предварительного освещения испускал невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель не­медленно ставит повторные опыты. Оказалось, что соли урана сами по себе без всякого воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фото­пластинку и проходящие через непрозрачный слой. 2 марта Беккерель сооб­щил о своем открытии.

3) Длинным рядом экспериментов Беккерель шаг за шагом опровергал гипо­тезу Пуанкаре. Оказалось, что лучи могут испускать только соединения ура­на - это урановые лучи, или лучи Беккереля, как их потом стали называть. Они способны ионизировать воздух и разряжать заряженный электроскоп. Способность урана испускать лучи не ослабевали месяцами. 18 мая 1896 года Беккерель со всей определенностью констатировал наличие этой спо­собности у урановых соединений и описал свойства излучения. Но чистый уран оказался в распоряжении Беккереля только осенью, и 23 ноября 1896 года Беккерель сообщил о свойстве урана испускать невидимые урановые лучи вне зависимости от его химического и физического состояния. (Слайд №6)

Учитель: Естественно ученые попытались обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы. В эту работу внесли большой вклад супруги Пьер и Мария Кюри. Это свойство веществ испускать невидимые лучи Пьер и Мария Кюри в 1898 году назвали радиоактивностью. (Слайд №7,8)

Информационная справка

Ученики:

4) Молодая польская исследовательница Мария Склодовская пере­ходит в Парижскую школу индустриальной физики и химии. Там она знакомится с Пьером Кюри, и в 1895 году они становятся супругами. После рождения дочери в 1897 году Мария Кюри приступает к работе над докторской диссертацией, изучая большое количество хи­мических элементов: не являются ли они источником лучей Беккереля. Эксперименты проводились в заброшенном сарае, который при­надлежал Парижской школе. Условия работы были невыносимы: вхo­дящий в лабораторию должен был задержать дыхание, чтобы не за­дохнуться парами кислот, зимой окна держали открытыми, поэтому температура в сарае не превышала 6⁰ тепла.

5) Напряженный труд дал результаты: 18 июля 1898 года Пьер и Мария Кюри сообщили об открытии нового металла, который они предложили назвать полонием в честь родины Марии Кюри его актив­ность была в 400 раз выше активности урана. 26 декабря - 1898 года супруги сообщили об открытии нового элемента, очень похожего по химическим свойствам на барий, обладающий сильной радиоактивно­стью. Новый элемент назвали радием. Его активность в 900 раз превышала активность урана.

Пьер Кюри трагически погиб, когда, углубленный в свои мысли о предстоящем эксперименте, переходил улицу и попал под почтовый экипаж. Мария пережила мужа на много лет и умерла от мучительной лучевой болезни.

Свое открытие - элемент радий и технологию его изготовления - они подарили человечеству, не взяв патент на изобретение, т.к. были получены успешные результаты лечения онкологических больных с помощью радиоактивного излучения.

Учитель: Смерть Марии Кюри является трагическим уроком — работая с радиоактивными изотопами, она не предпринимала никаких мер предосторожности и даже носила на груди ампулу с радием как талисман.

Учитель: Записать в тетради “радиоактивность” – (лат) radio – излучаю, aсtivus – действенный. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными (Слайд №10)

В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. (Слайд №11)

Эрне́ст Ре́зерфорд — британский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии1908 год

Информационная справка

Ученики:

1)Резерфорд родился в Новой Зеландии в небольшом посёлке, расположенном на севере Южного острова близ города Нельсона, в семье фермера. Эрнест был четвертым ребёнком в семье из двенадцати детей, из которых 3 детей умерло от болезней и из-за отсутствия врачей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. Успешно закончил колледж в Нельсоне, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учёбы в Кентерберийском Колледже.

В 1895 году, после получения степени бакалавра естественных наук и двух лет исследований в передовой области электричества, Резерфорд отправился в Англию для дальнейшего обучении, так как получил премию в 150 фунтов стерлингов. Oнa давалась 1 раз в 2 года одному самому лучшему ученику Новой Зеландии. Из 750 000 человек населения Новой Зеландии к 2010 году лишь трое получило нобелевские премии, включая Резерфорда.

2) Открыл альфа- и бета-излучение, короткоживущий изотоп радона . Объяснил на основе свойств радона радиоактивность тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, расщепил атом азота, обнаружил протон. Доказал, что альфа-частица — ядро гелия.

Поставив опыт по рассеянию альфа-частиц на металлической фольге, вывел формулу Резерфорда. Исходя из её анализа, сделал вывод о существовании в атоме массивного ядра. Создал планетарную теорию строения атомов. Написал и опубликовал 3 тома работ. Все работы его экспериментальные.

12 учеников Резерфорда стали лауреатами Нобелевской премии по физике и химии.

Учитель: В результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав. Рассмотрим, как проводился этот опыт.

(Слайд № 12) Анимация радиоактивного излучения

(Слайд № 13) объяснение учителя

На рисунке 1 изображен толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия направлено во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно (рис. 1) темное пятно – как раз в том месте, куда попадал пучок

Потом опыт изменяли (рис.2), создали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других – по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом – отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.

(Слайд №14) Природа радиоактивного излучения

Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные – бета-частицами, а нейтральные – гамма- квантами. Некоторое время спустя в результате исследования некоторых физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы, проникающей способности) удалось установить, что гамма – кванты или лучи – это коротковолновое электромагнитное излучение, скорость распространения электромагнитного излучения такая же, как и у всех электромагнитных волн – 300000 км/с. Гамма – лучи проникают в воздух на сотни метров.

Бета – частицы представляют собой поток быстрых электронов, летящих со скоростями близкими к скорости света. Они проникают в воздух до 20 м.

Альфа частицы – это потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц 20000 км/с, что превышает скорость современного самолета (1000 км/ч) в 72000 раз. Альфа – лучи проникают в воздух до 10 см.

Итак, явление радиоактивности, т.е. самопроизвольного излучения веществом α -, β – и  – частиц, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.

(Слайд №15,16,17,18) Проникающая способность радиоактивного излучения

Бумага задерживает только альфа – излучение, стекло задерживает α -, β – излучение, стальной лист задерживает α -, β – и  – излучение, бетонная плита α -, β – и  – излучение и нейтронное излучение.

III. Закрепление знаний.

Взаимоконтроль в парах.

1. Кем впервые было высказано предположение о том, что все тела состоят из мелких частиц?

Ответ: впервые предположение о том, что все тела состоят из мелких частиц, было высказано древнегреческим философом Демокритом еще 2500 лет назад.

2. В чем заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 году?

Ответ: Открытие, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896г, заключалось в том, что атом имеет сложное строение.

3. Как стали называть способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению?

Ответ: Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению было названо радиоактивностью.

4. Какие химические элементы являются радиоактивными?

Ответ: все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными

5. Какую роль в науке сыграли научные работы Пьера и Марии Кюри?

Ответ: Свое открытие - элемент радий и технологию его изготовления - они подарили человечеству, не взяв патент на изобретение, т.к. были получены успешные результаты лечения онкологических больных с помощью радиоактивного излучения.

6. Сформулируй основную цель опытов Резерфорда.

Ответ: Э. Резерфорд, провел опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

7. Что выяснилось в результате этого опыта?

Ответ: В результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав.

8. Как были названы частицы, входящие в состав радиоактивного излучения?

Ответ: Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные – бета-частицами, а нейтральные – гамма - квантами.

9. Какова природа альфа излучения?

Ответ: Альфа- частицы (положительно заряженные частицы) – потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц 20000км/с,

10. Какова природа бета излучения?

Ответ: Бета- частицы – поток быстрых электронов, летящих со скоростью близких к скорости света.

11. Какова природа гамма излучения?

Ответ: Гамма - кванты или гамма - лучи – это коротковолновое электромагнитное излучение ( нейтральные частицы) скорость распространения электромагнитного излучения такая же, как и у всех электромагнитных волн. Имеют большую проникающую способность.

12. Какой важный вывод сделали ученые относительно состава атома вещества?

Ответ: явление радиоактивности, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.

IV. Подведение итога урока. (Слайд 19)