Конспект урока по физике "Закон радиоактивного распада"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КРЫМСКАЯ ШКОЛА-ГИМНАЗИЯ» САКСКОГО РАЙОНА

РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

Конспект урока по теме

«Закон радиоактивного распада.

Период полураспада»

физика 11 класс

Автор Шостик Александр Иванович

учитель физики

Дата: ____________________      Класс 11

Тема: Закон радиоактивного распада. Период полураспада

Тип урока: урок изучения нового учебного материала

Цели урока:

• Образовательная: ввести понятие периода полураспада, вывести закон радиоактивного распада, научить решать задачи разного типа по теме урока.

• Развивающая: продолжить формирование умения анализировать, обобщать, применять полученные знания при решении задач (качественных, графических, расчетных), умения работать в группе, развитие самостоятельности.

• Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся (представлений о статистических закономерностях микромира).

Оборудование: мультимедийный проектор, мультимедийная доска.

План урока

1. Организационный момент. (1 мин)

2. Проверка домашнего задания. (6 мин)

3. Актуализация и целеполагание. (5 мин)

4. Изучение новой темы (19 мин)

5. Закрепление изученного материала (10 мин)

6. Итоги урока. Рефлексия. (3 мин)

7. Домашнее задание (1 мин)

Ход урока

• Организационный этап

Класс сразу, в начале урока делится на группы по уровням (по 4-5 человек). Списки групп - на столах. 1 уровень - более сильные учащиеся, планирующие сдавать ЕГЭ по физике - 2 группы. Остальные группы - 2 и 3 уровни.

• Проверка домашнего задания

?: Что мы изучили на прошлом уроке?

О: : (был урок по теме "Радиоактивные превращения")

У: Проверим ваше домашнее задание: как вы усвоили основные теоретические выводы по теме прошлого урока.

1) Один человек на доске записывает решение карточки из домашнего задания с реакциями радиоактивных распадов. (Приложение 1)

2) Класс в это время пишет физический диктант "Да-нет" по домашнему заданию. (Приложение 2)

Инструктаж: В физическом диктанте 1 вариант, 7 вопросов. Ответы короткие: "да", если утверждение верное, "нет", если ложное. Ответы необходимо продублировать в двух столбцах таблицы. Подписать и сдать отрывной лист с одним экземпляром ответов, второй с текстом диктанта оставить у себя для последующей проверки и выставления себе оценки. Время выполнения - 3,5 мин. Критерии выставления оценок - на слайде.

Когда собраны ответы, диктант проверяем по презентации (Приложение 3): слайд с вопросом, учащиеся дают свой ответ, после чего следует слайд с ответом. И т.д. 8-й вопрос, которого не было в диктанте: "Одна из физических величин, характеризующих радиоактивный распад, называется периодом полураспада", создает проблемную ситуацию, осознание недостаточности имеющихся знаний для ответа на него, мотивацию изучения нового материала. Ответ "???" соответствует ощущениям учащихся, разряжает обстановку. Затем на экран еще раз выводится слайд с критериями выставления оценок и слайд с таблицей правильных ответов.

У: Кто поставил себе "5"? "4"? Молодцы! Проверим ваше Д/з (карточки). Посмотрите на доску. Со всем ли вы согласны?

• Актуализация и целеполагание

Тема сегодняшнего урока "Закон радиоактивного распада. Период полураспада". (слайд) (Приложение 4) Запишите тему урока в тетрадях.

Как вы уже сказали, на прошлом уроке мы рассмотрели радиоактивные превращения, научились записывать их уравнения. Экспериментальные факты свидетельствуют о том, что активность радиоактивных веществ, показывающая количество распадов в единицу времени, с течением времени убывает.

?: С одинаковой ли скоростью убывает активность различных радиоактивных веществ (интенсивность излучения)?

О: Нет.

У: Мы знаем, что активность (интенсивность излучения) некоторых радиоактивных элементов почти не меняется в течение лет, десятков лет и более (например, уран). А некоторых - убывает в разы за несколько минут (например, радий). Такое существенное различие! До сих пор мы описывали его лишь качественно. Но физика - точная наука, она требует количественного описания процессов. Как описать процесс радиоактивного распада количественно? Что необходимо сделать?

О: Необходимо ввести новую физическую величину.

У: В физике такую величину ввели. Она называется периодом полураспада. Вам знакомо это понятие?

О: Нет.

?: Тогда что нам необходимо сделать? Как бы вы сформулировали цель сегодняшнего урока (глядя на тему)?

О: Ввести понятие (сформулировать определение) периода полураспада; вывести закон радиоактивного распада; научиться решать задачи по новой теме.

У: Совершенно верно. Сегодня мы выясним, что в физике называется периодом полураспада, выведем закон радиоактивного распада, решим задачи. Это будет целью урока. (слайд)

• Изучение нового материала

1. ?: Давайте вспомним, при изучении каких физических процессов вы встречались с понятием "период"?

О: При изучении движения тела по окружности, колебательных и волновых процессов.

?: Как мы определяли период при рассмотрении движения тела по окружности?

О: Период - время одного полного оборота.

?: При рассмотрении колебательных и волновых процессов?

О: Период - время одного полного колебания.

?: То есть что такое период для любого периодического процесса?

О: Время, характеризующее процесс, его повторяемость.

?: Что называют радиоактивностью?

О: Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

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

Пусть в начальный момент времени имелось некоторое количество (N₀) радиоактивных атомов некоторого химического элемента.

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

О: Распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.

3. ?: Попытайтесь сформулировать определение понятия "период полураспада".

О: Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.

У: Совершенно верно. Запишите это определение в тетрадь. (слайд):

Опр.: период полураспада - время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

Обозначение: Т

Единица измерения: с

У: Период полураспада - постоянная величина, зависящая только от свойств радиоактивного изотопа.

ЗАДАНИЕ: Найдите рис. 13.8. в учебнике (стр. 299) или см. на экран (слайд)

На рисунке изображен график зависимости активности некоторого радиоактивного изотопа от времени. (Вспомните: активность пропорциональна числу радиоактивных атомов.) Чему равен период полураспада этого изотопа?

О: 5 сут.

Верно. Объясните, как получили ответ (покажите на графике). 1 человек у доски.

4. Вывод формулы

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. Получим математическую формулу закона радиоактивного распада.

Итак, N₀ - количество радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0).

Пусть N - количество радиоактивных атомов, оставшихся нераспавшимися через время t. Тогда при t = 0 N = N₀

?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии одного периода полураспада, к моменту времени t = Т?

О: 

?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?

О: 

?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов полураспада, к моменту времени t = 3Т?

О: 

:

?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов полураспада, к моменту времени t = nТ?

О: , где . Подставим и преобразуем:  (для решения задач);

 (более компактная запись).

Последнее выражение - закон радиоактивного распада. Он позволяет вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная количество атомов в начальный момент времени). Запишите. (слайд)

Аналогичную форму закон будет иметь для активности:  (вследствие пропорциональности активности препарата количеству радиоактивных ядер). На следующем уроке мы покажем, что такой же вид будет иметь закон для масс: .

Согласно закону радиоактивного распада за любые равные промежутки времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов (за период полураспада - половина). В этом состоит физический смысл записанного нами выражения. Чем больше время, тем больше отношение , тем меньше число нераспавшихся ядер. Со временем оно убывает.

Для решения задач введем еще одно обозначение: пусть  - количество распавшихся ядер. Как тогда найти ?

О: 

Зная N₀ и N через время t, можно определить период полураспада любого радиоактивного вещества.

5. Значение периода полураспада для разных веществ (и их изотопов) колеблется в очень широких пределах - от миллионных долей секунды до миллиардов лет. См. таблицу. (слайд) (Приложение 5)

Период полураспада - одна из основных величин, определяющих скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем меньше "живут" радиоактивные ядра. И тем больше активность вещества. Так, активность урана на протяжении лет заметно не меняется (см. таб.). А активность радия значительно больше и со временем заметно убывает.

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

• Закрепление. Коллективное решение задач

У: Выполним несколько заданий вместе. Задания тестового типа, с вариантами ответов (часть А ЕГЭ, базовый уровень). 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

О: (2) за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер

У: 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

О: (1) за 3,3 часа распадется примерно половина из имеющихся ядер

?: Почему же вы не выбрали второй вариант ответа, как в предыдущем задании? Ведь задание было тем же самым! (проблемность!)

О: : (слово "в точности" не соответствует действительности)

У: Итак, 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. Вопрос после параграфа 101 из учебника (стр. 301): Счетчик регистрирует b-частицы радиоактивного препарата очень малой интенсивности. Происходят ли срабатывания счетчика через одинаковые интервалы времени?

О: Нет.

?: Почему вы так думаете?

О: Так как каждый распад - случайное событие.

У: 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)

О: Неравномерно, активность почти не убывает, значит, большой Т.

2-й фрагмент (10 секунд)

О: Неравномерно, активность убывает заметно даже за 10 с, значит, Т меньше, чем в первом случае.

Сравнение. О: Активность убывает с разной скоростью, у препаратов разные периоды полураспада. Значит, это разные вещества (или разные изотопы одного и того же вещества).

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, можно помогать друг другу в индивидуальных заданиях. Карточки: 1 уровень, 2 и 3 уровни (Приложение 6)

Проверка выполнения заданий группами: у первой группы общие задания - проверяем всем классом, по слайдам. Задача - у одного человека - на доску.

Вторая и третья группы: первое задание - на ватман (начертить графики маркерами разного цвета на одних осях координат, подписать. Один представитель из 1, 3 групп, один из 2, 4: графих зависимости количества распавшихся/нераспавшихся ядер), ответы второго задания - на доску в таблицу (командиры групп выходят к доске и вписывают ответы представителей своей группы в соответствующую строку таблицы. В столбцах ответы представителей разных групп должны совпасть), третье - задача - на доску (один человек).

• Рефлексия, подведение итогов урока

Подведение итогов урока, оценки за урок

?: Какую цель мы ставили перед собой в начале урока? Достигли ли мы цели?

Учащиеся также должны продолжить фразу:

• Сегодня на уроке я узнал…

• Сегодня на уроке я познакомился…

• Сегодня на уроке я повторил…

• Сегодня на уроке я выполнил…

• Оценка своей работы на уроке

• Д/з: параграф 101, № 1201-1203 (Р)  Учебник: Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. В.М. Чаругин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 2014. - 399 с.

Тема урока: Закон радиоактивного распада. Период полураспада

Цели урока:

Образовательная цель: Учащиеся должны усвоить следующие суждения:

1. Ядерные реакции, изменяются с процессами атомных ядер, и превращаются одни ядра в другие под действием микрочастиц.

Развивающая цель: Учащиеся должны овладеть следующими видами деятельности:

1. ввести понятие периода полураспада, вывести закон радиоактивного распада, научить решать задачи разного типа по теме урока.

Воспитательная цель: Учащиеся должны убедиться в том, что:

1. Полученные знания широко применяются на практике.

Тип урока: Комбинированный урок.

Оборудование: справочные таблицы, презентация, проектор,компьтер

Литература: Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс

План урока:

1. Организационный момент 2 мин.

2. Этап актуализации знаний 3 мин.

4. Этап изучения нового материала 22 мин.

5. Этап применения нового знания 10 мин.

6. Домашнее задание и Подведение итогов 8 мин.

Ход урока:

Организационный момент:

Учитель: Здравствуйте, присаживайтесь. Дежурный кто сегодня отсутствует ?

Этап актуализации знаний:

Учитель: Что мы изучили на прошлом уроке?

Ученик: На прошлом уроке мы проходили тему «Радиоактивные превращения»

Учитель: Проверим домашнее задание: как вы усвоили основные теоретические выводы по теме прошлого урока. Один человек на доске записывает решение карточки из домашнего задания с реакциями радиоактивных распадов. Класс в это время пишет физический диктант "Да-нет" по домашнему заданию. (учитель раздает карточки с заданиями для физического диктанта)

Изучение нового материала

Учитель: Сдам листочки с ответами физического диктанта, и открывает тетради пишем тему сегодняшнего урока «Закон радиоактивного распада. Период полураспада». Давайте вспомним, при изучении каких физических процессов вы встречались с понятием "период"?

Ученик: При изучении движения тела по окружности, колебательных и волновых процессов.

Учитель: Как мы определяли период при рассмотрении движения тела по окружности?

Ученик: Период - время одного полного оборота.

Учитель: При рассмотрении колебательных и волновых процессов?

Ученик: Период - время одного полного колебания.

Учитель: То есть что такое период для любого периодического процесса?

Ученик: Время, характеризующее процесс, его повторяемость.

Учитель: Что называют радиоактивностью?

Ученик: Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

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

Ученик: Распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.

Учитель: Попытайтесь сформулировать определение понятия "период полураспада".

Ученик: Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.

Учитель: Совершенно верно. Запишите это определение в тетрадь:Опр.: период полураспада - время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов, и обозначается - Т , единица измерения: с.

Учитель: Период полураспада - постоянная величина, зависящая только от свойств радиоактивного изотопа. ЗАДАНИЕ: Найдите в учебнике рис. 13.8.

На рисунке изображен график зависимости активности некоторого радиоактивного изотопа от времени. (Вспомните: активность пропорциональна числу радиоактивных атомов.) Чему равен период полураспада этого изотопа?

Ученик: 5 сут.

Учитель: Верно. Объясните, как получили ответ (покажите на графике). 1 человек у доски.

Учитель: Все верно присаживайтесь. 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. Получим математическую формулу закона радиоактивного распада.Итак, N₀ - количество радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0).Пусть N - количество радиоактивных атомов, оставшихся нераспавшимися через время t. Тогда при t = 0 N = N₀. Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии одного периода полураспада, к моменту времени t = Т?

Ученик: N= N₀/2

Учитель: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?

Ученик: N= N₀/2*2= N₀/4= N₀/2²

Учитель: Правильно! Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов полураспада, к моменту времени t = 3Т?

Ученик: N= N₀/4*2= N₀/8= N₀/2³ Учитель: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов полураспада, к моменту времени t = nТ?

Ученик: N= N₀/2ⁿ где n=t/T подставим и преобразуем: N= N₀/2^t/T а для решения задач используется более компактный запись N= N₀*2^t/T

Учитель: Последнее выражение - закон радиоактивного распада. Он позволяет вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная количество атомов в начальный момент времени). Запишите a=a₀*2^t/T .Аналогичную форму закон будет иметь для активности: (вследствие пропорциональности активности препарата количеству радиоактивных ядер). На следующем уроке мы покажем, что такой же вид будет иметь закон для масс: m=m₀*2^t/T. Согласно закону радиоактивного распада за любые равные промежутки времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов (за период полураспада - половина). В этом состоит физический смысл записанного нами выражения. Чем больше время, тем больше отношение, тем меньше число нераспавшихся ядер. Со временем оно убывает.Для решения задач введем еще одно обозначение: пусть - количество распавшихся ядер. Как тогда найти N^t?

Ученик:N^t=N₀-N

Учитель: Зная N₀ и N через время t, можно определить период полураспада любого радиоактивного вещества.

Этап применения нового знания

Учитель: Давайте для закрепления знания выполним следующее задание. 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, можно помогать друг другу в индивидуальных заданиях. Карточки: 1 уровень, 2 и 3 уровни. Проверка выполнения заданий группами: у первой группы общие задания - проверяем всем классом, по слайдам. Задача - у одного человека - на доску. Вторая и третья группы: первое задание - на ватман (начертить графики маркерами разного цвета на одних осях координат, подписать. Один представитель из 1, 3 групп, один из 2, 4: график зависимости количества распавшихся/нераспавшихся ядер), ответы второго задания - на доску в таблицу (командиры групп выходят к доске и вписывают ответы представителей своей группы в соответствующую строку таблицы. В столбцах ответы представителей разных групп должны совпасть), третье - задача - на доску (один человек).

Домашнее задание и Подведение итогов:

Учитель: Какую цель мы ставили перед собой в начале урока? Достигли ли мы цели?(ученики высказывают свои мнения).

Учитель: Запишите д/з параграф 101, № 1201-1203 (Р). На этом наш урок закончен. До свидания.

«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.  «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.

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.

Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Тип урока: творческая лаборатория

Цель урока: изучить явление радиоактивности

Задачи:

Образовательные: ввести понятие радиоактивность, изучить законы радиоактивного распада, проводит элементарный эксперимент

Развивающие: предметные компетентности, навыки саморазвития, расширение кругозора учащихся

Воспитательные: объективная оценка значения радиоактивности в жизни человека, бережное отношение к своему здоровью, интерес, трудолюбие

Формы работы: работа в парах, фронтальная.

Методы работы: дискуссия, эксперимент, проблемно-поисковый.

План урока:

1. Орг. Момент (1 мин)

2. вводная часть. (3 мин)

3. Мотивация (9 мин)

4. Изучение нового материала (26 мин)

5. Анализ информации (3 мин)

6. Выводы по работе (1 мин)

7. Рефлексия (1 мин)

8. Домашнее задание: подготовиться к решению задач и пр№14 (1 мин)

Ход урока

I. Вводная часть.

Добрый день, ребята!

Сегодня мы займемся поиском истины, поработаем в творческой лаборатории. На ваших столах находятся «путеводители», в которых вы будете делать записи. Они останутся у вас после урока и будут служить кратким конспектом.

Ну а чтобы подготовиться к сегодняшнему исследованию, выполним тренировочное задание. Оно поможет вам вспомнить некоторые данные о строении частиц и химической связи, которые пригодятся нам в ходе урока.

Найдем путь из «физического лабиринта», ответив «да» или «нет» на соответствующие вопросы каждого этапа.

Слайд 1

Запишите через запятую цифры, соответствующие выбранному вами пути.

(1, 2, 6, 9, 13, 18, 19)

II. Мотивация.

Итак, мы в творческой лаборатории.

Любое исследование строится по определенной траектории (схеме). Слайд 2.

Как видно из схемы, в основе исследования лежит проблема, на основе которой формулируется цель и задачи работы.

Слайд 3. До недавнего времени в Австралии существовала легенда о долине Смерти. Каждый, кто попадал в эту местность, размером чуть больше классной комнаты, спустя незначительное время погибал. Местные жители говорили, что его забрали духи.

Какое научное объяснение данного факта вы можете предложить?

Полемика

Явление радиоактивности

Именно данное явление будет служить объектом нашего сегодняшнего исследования.

Что вы знаете об этом явлении? Каково Ваше отношение к нему?

Полемика → Обобщение полученных данных

Чего больше: позитива или негатива от информации об этом явлении?

Негатива

В чем же, на ваш взгляд, проблема?

Почему, не смотря на все неприятности, сопутствующие явлению радиоактивности, люди все равно широко используют его?

По мере продвижения нашей работы мы будем заполнять логико-смысловую модель, которая заменит вам краткий конспект. Ватман+маркер

Внесем в ее центр проблемный вопрос, который нам предстоит решить «Почему люди используют радиоактивность?»

Предлагаю сформулировать цель нашего исследования.

Цель и задачи формулируют школьники

Цель: Изучить явление радиоактивности и его значение для человека.

А теперь сформулируем задачи, которые служат этапами нашей работы.

1. Рассмотреть понятие радиоактивность.

2. Историю изучения радиоактивности

2) Рассмотреть виды радиоактивности

3) Сформировать представление о типах радиоактивного распада.

4) Ознакомиться с областями применения радиоактивности.

5) Определить значение радиоактивности для человека.

Заполнение названий стрелок в ЛСМ согласно сформулированным задачам.

Работа с интерактивной доской.

III. Решение проблемы

Чтобы решить данную проблему, нам придется решить несколько проблемных задач.

Для того, чтобы решить нашу первую задачу – сформулировать определение понятия «радиоактивности», - нужно вдуматься в смысл самого термина. Попробуем раскрыть его этимологию. Из каких двух основ состоит данное слово?

РАДИО АКТИВНОСТЬ Слайд 4

«radiare» - лат. испускать, лучи

Активность – само за себя говорит.

В каком случае вещество, атом что-то испускает?

Если он распадается.

Обратите внимание на второе значение латинского слова «radiare» - лучи.

Радиоактивность – это самопроизвольный распад ядер атомов с испусканием элементарных частиц

Заполнение ЛСМ (стрелка № 1)

Вывод: определение всегда кроется в смысле самого понятия. Слайд 5

Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал свечение веществ, предварительно облученных солнечным светом. К таким веществам принадлежат соли урана, с которыми экспериментировал Беккерель. И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое - то излучение, которое пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896г., провести ему очередной опыт не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких либо внешних влияний создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования.

Вскоре Беккерель установил важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате, и не зависит от того в какие соединения он входит. Следовательно, излучение присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам. Естественно ученые попытались обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы. В эту работу внесла большой вклад Мария Склодовская-Кюри. Слайд 6

В 1898г М. Склодовская-Кюри и др. ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты М. Склодовской-Кюри и ее мужем П. Кюри. Слайд 7. Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый неизвестный ранее химический элемент - полоний № 84, названный так в честь родины М. Склодовской-Кюри - Польши. Был открыт еще один элемент, дающий интенсивное излучение - радий № 88, т.е. лучистый. Само же явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Заполнение ЛСМ (стрелка № 2)

Как вы думаете, на какие 2 вида делится радиоактивность по своей природе?

Искусственная и естественная (природная).Слайд 8

Даем определение

Заполнение ЛСМ (стрелка № 3)

Слайд 9. Как вы думаете, все ли изотопы химических элементов радиоактивны? Проанализируйте расположение элементов в Периодической системе и определите зависимость между расположением элемента в периодической системе и его радиоактивными свойствами, основываясь на той информации, которой вы владеете.

Число радиоактивных элементов увеличивается к нижней части периодической системы (Sr, Cs, U, Po, Pu).

Вернемся к определению радиоактивности: распад ядер с испусканием элементарных частиц.

Два ключевых понятия: «распад» и «элементарные частицы».

Исходя из типа частиц, которые образуются, распад бывает «альфа» и «бета».

Заполнение ЛСМ (стрелка № 4)

Химия – удивительная наука. Она позволяет судить о невидимых процессах благодаря моделированию.

Рассмотрим первый тип ядерного распада, что называется, изнутри.

Анимационная модель α – распада (Слайд 10)

В процессе α – распада выделяется ядро атома гелия, содержащее 2протона и 2 нейтрона.

Для того, чтобы составить общую схему α – распада, проанализируем, что происходит с ядром исходного изотопа.

Его заряд уменьшается на 2 единицы, масса – на 4 единицы.

Дописать схему (стр. 7).

И(и)_q^m → He₂⁴ + И(к)

На основе полученной схемы составьте продукт следующей реакций:

Ra²²⁶ → He₂⁴ + Rn²²²

Рассмотрим модель β-распада.

Анимационная модель β-распада (Слайд 11).

В процессе β-распада выделяется электрон.

Составьте самостоятельно схему данного распада в общем виде (стр. 7).

Заряд ядра исходного атома увеличивается на 1 единицу, масса остается неизменной.

И(и)_q^m → e + И(к)

Составьте продукт реакции:

Cs¹³⁸ → e + Ba¹³⁸

Рассмотрим «бета+» распад. Слайд 12

В процессе β-распада выделяется позитрон.

Составьте самостоятельно схему данного распада в общем виде (стр. 7).

Заряд ядра исходного атома уменьшается на 1 единицу, масса остается неизменной.

И(и)_q^m → e + И(к)

Составьте продукт реакции:

Проблемный вопрос: Как вы думаете, какой тип излучения (α или β) более опасен для организма человека и почему?

(Подсказка: сравните проникающий эффект тяжелого большого мяча и пули)

Полемика

Ядра атома гелия тяжелые, поэтому данный вид излучения имеет низкую проникающую способность и может задерживаться несколькими сантиметрами воздуха. Держать источник α-излучения в руках не опасно даже для кожи. Единственную угрозу большого количества α-лучи представляют при вдохе (при непосредственном попадании в организм).

Бета – частицы двигаются с огромной скоростью, масса их мала, поэтому их проникающая способность гораздо выше, и они представляют угрозу для кожи человека.

Ядра изотопов, полученных в результате ядерного распада, как правило, нестабильны и подвержены дальнейшему распаду.

Проблемный вопрос: Как вы думаете, что необходимо знать ученым для того, чтобы захоронить радиоактивные остатки?

Сколько времени может продолжаться распад образца радиоактивного материала.

Скорость распада радиоизотопов измеряется периодом полураспада.

Чтобы вникнуть в глубь данного понятия и сформулировать его определение, обратимся к модели, как способу познания связи между течением времени и количеством распавшихся ядер.

Выполните лабораторный эксперимент № 1 (стр. 8)

У вас на столах есть коробки с 40 монетами, лежащими «орлом» вверх. Мы их представим атомами гипотетического радиоактивного изотопа «орлия».

Задание

1. Потрясите коробки (это условно соответствует прохождению периода полураспада – какому-то промежутку времени).

2. Откройте и посчитайте, сколько монет перевернулось решкой, превратилось в новый элемент «решетий».

3. Отложите их в сторону и запишите в таблицу, сколько «орлиев» осталось в коробке.

Повторите все действия еще 3 раза.

Исследование всегда требует многократного повтора для точности результата. Чем больше повторов, тем меньше получается погрешность.

Мы суммируем все ваши данные в единую таблицу.

Работа с Microsoft Office Excel на интерактивной доске Слайд 13

Какую математическую закономерность вы наблюдаете? (погрешностью можно пренебречь)

Каждый раз количество перевернутых (распавшихся) монет уменьшается приблизительно в 2 раза.

Как будет звучать определение периода полураспада элемента?

T1/2 - Это промежуток времени, за который число атомов исходного изотопа распадается на половину.

Построим график зависимости между периодом полураспада (временем) и числом распавшихся изотопов.

Работа с Microsoft Office Excel на интерактивной доске

Сравним полученный график с графиком для изотопа фосфора – 32 (Слайд 14). Он аналогичен.

Кривая, полученная вами при моделировании процесса радиоактивного распада, применима к любым изотопам. Единственное различие заключается в разных периодах полураспада разных изотопов (от нескольких секунд до нескольких тысяч лет).

Мы приближаемся к концу нашего исследования.

IV. Анализ информации

Попробуем соотнести все «за» и «против» ядерных реакций.

Заполняем два столбика: условные «за» и «против». (Слайд 15)

2 мин. Работа в парах. Сбор информации.

Анализ, заполнение столбиков (сначала на основе информации от учеников, потом следует дополнение учителя).

ЗА

ПРОТИВ

Атомные электростанции – самые экологически чистые и экономически выгодные. Использование меченных атомов в медицине - Соединения, содержащие метку, могут вводиться в организм в виде раствора в виде инъекций или с пищей. По радиационному излучению врач определяет, правильным ли образом элемент распространяется в организме. Сo58 – степень поглощения витамина В12. Fe59 – скорость образования эритроцитов. H3 – количество воды в организме и усвоение витамина D. - Изотопы позволяют обнаружить опухоли разных органов, концентрируясь в местах быстро растущих клеток. Tc99 – опухоль мозга. P32 – опухоль костей. Изотопы способны убивать быстрорастущие клетки раковой опухоли. Cs137 - мелкие, Sr90 - глазные, Ir192 – глубоко расположенные. - Рентгеновские снимки Sr85 Использование меченных атомов в промышленности, научных исследованиях Стерилизация медицинского оборудования, разрушение микроорганизмов в пище, стерилизация мяса (Co60). Использование меченных атомов в научных исследованиях. Вспомните, какие основные задачи ставили перед собой алхимики. Получение «философского камня» и «эликсира жизни». Проблема получения золота из атомов других элементов была решена немецкими физиками в годы II мировой войны путем ядерной реакции. Какой изотоп был взят за основу для получения изотопа Au198? Tl202 → He+ Au Как вы думаете, почему ученые отказались от промышленного производства золота указанным путем? Во-первых, в ходе данной реакции был получен радиоактивный изотоп золота. Во-вторых, экономически не выгодно. Американский ученый – кибернетик Винер Норберт как-то сказал: «Человеческое существо, в принципе можно переправить по телеграфу, но трудности, возникающие при этом, значительно превышают результат».

Угроза аварий АЭС При облучении опухолевых клеток могут пострадать другие клетки. При медицинских обследованиях человек получает незначительную дозу облучения. Облученные продукты питания могут содержать радиоизотопы. Опасность радиоактивных отходов. Во время курения происходит сухая перегонка табака, выделяющая большое число токсичных веществ. В 1964 году американские химики установили, что в табачном дыме в небольших количествах содержится радиоактивный полоний Po216. От пачки сигарет курящий человек получает дозу радиоактивного облучения, превышающую норму в 4-5 раз. В первую очередь он поражает горло и легкие, а, распадаясь, образует Pb, накапливающийся в печени. Составить уравнение реакции Po → … + Pb(He)

Предлагаю отделить факты от эмоциональных оценок.

Что, на ваш взгляд, нельзя изменить: использование радиоактивности или вред, наносимый ею?

Во многом вреда можно избежать, если относиться к данному процессу грамотно и аккуратно.

Заполните листки самоанализа (Слайд 16), занося во второй столбик недостающие цифры в соответствие с вашими личными данными за последний год. Подсчитайте итоговую годовую дозу радиоактивного облучения.

Источник радиации	Доза за год, мбэр
Космические лучи на уровне моря	30
Дополнительно, в зависимости от расположением над уровнем моря а) 1000 м б) 2000 м в) 3000 м Магнитогорск – 310 м	10 30 90 1,5
Выберите материал, из которого построен ваш дом а) дерево б) кирпич в) бетон	40 75 85
Радиация от горных пород и почвы	15
Пища, вода, воздух	25
Осадки после испытания ядерного оружия (в среднем по стране)	4
Медицинские рентгеновские лучи а) флюорография (умножить на число раз за год) б) желудочно-кишечный тракт (умножить на число раз за год) в) рентген костей, зубов (умножить на число раз за год)	10 · … 200 · … 10 · …
Полеты на реактивных самолетах (умножить на число полетов)	3 · …
Соседство с АЭС	1
ИТОГО

Сравните с нормой – 170 мбэр в год.

Каким образом можно уменьшить воздействие радиации на организм человека?

V. Выводы

Какую роль может играть человек в уменьшении получаемой дозы радиоактивного облучения, занимая ту или иную позицию?

Почему, невзирая на все последствия, человечество продолжает активно использовать радиоактивность?

Потому что значение велико для человека, а последствий можно избежать при правильном подходе, использовании и образе жизни.

VI. Рефлексия.

Ребята, а сейчас я предлагаю вам проанализировать свою работу на сегодняшнем уроке, сам урок, ваше впечатление о сегодняшнем уроке. Для этого предлагаю вам «выстрелить» по мишени, на стикерах, пожалуйста, поставьте свои инициалы и приклейте к соответствующей оценке мишени, можете написать комментарии.

VII. Домашнее задание: подготовиться к решению задач, пр№14, конспект