Методическая разработка по физике

ГАПОУ

«Оренбургский областной медицинский колледж»

Открытое занятие по дисциплине ОДП.010. ФИЗИКА

Преподаватель Кириллова С.Б.

Правила работы на занятии:

1. Работа с опорным конспектом.

2. Решение задач.

3. Самостоятельная работа.

4. Заполнение листа рефлексии.

Домашнее задание:

• Учебник Физика.11кл. Буховцев Б.Б., Мякишев Г.Я., Чаругин В.М. §§§78-79, 82-85.
• Задачи для самостоятельного решения к §85: №№1-5.
• СВР: 1.Реферативное сообщения по теме:

- «Проблемы ядерной энергетики. Защита

от радиации. Ядерная защита АЭС».

2. Решение задач по теме (опорный

конспект).

ВСПОМНИМ:

Из чего состоят все вещества?

Из чего состоят молекулы?

Что такое атом? Какая это частица?

С какими теориями строения атома вы познакомились при изучении курса физики в 9 классе ?

Так ли, в действительности, прост атом?

Как вы думаете, о чём пойдёт речь на сегодняшнем

занятии?

Быть может, эти электроны- Миры, где пять материков, Искусства, знанья, войны, троны И память сорока веков! Еще, быть может, каждый атом – Вселенная, где сто планет; Там все, что здесь, в объеме сжатом, Но также то, чего здесь нет.

В. Брюсов

Тема занятия: «Модели строения атомного ядра. Ядерные силы. Радиоактивность. Правила смещения. Закон радиоактивного распада».

Цель – доказать сложность строения

атомного ядра, используя научные данные

о строении атома,

изучить явление радиоактивности,

виды радиоактивных излучений,

закон радиоактивного распада.

План занятия:

• Модели строения атомного ядра.
• Ядерные силы.
• Физическая природа радиоактивности, виды излучений.
• Закон радиоактивного распада и его практическое применение.
• Примеры решения задач.

Слово «АТОМ» придумал более 2500 лет назад древнегреческий философ Демокрит

• В основе мира лежат два начала: АТОМЫ и пустота
• АТОМЫ- это мельчайшие неделимые частицы вещества, которые носятся в пустоте и отличаются друг от друга лишь формой, величиной и положением
• АТОМЫ численно бесконечны, вечны и неизменны

Открытия, связанные со сложным

строением вещества

В 1897 г. Уильямс Крукс открыл катодные лучи, представляющие собой поток электронов в вакуумной трубке. Английский физик Джозеф Томсон назвал частицы катодных лучей электронами.

У. Крукс

Дж. Томсон

1832-1919

1865-1940

Открытия, связанные со сложным

строением вещества

Открытия, связанные со сложным

строением вещества

Открытия, связанные со сложным

строением вещества

Модель атома Дж.Томсона

d

Модель атома Резерфорда

(планетарная модель)

d

ат

d

яд

В состав ядра атома любого химического элемента

входит атом водорода – ПРОТОН

1 1 р= 1 1 Н

Открытие нейтрона

1932 г. ДжеймсЧедвик

1 0 n q=0Кл

m=1 а.е.м.

Схема установки для обнаружения нейтронов

Протонно-нейтронная модель

строения атомного ядра 1932 г.

Все ядра состоят из положительно заряженных

протонов и не имеющих заряда нейтронов

АТОМ

ЯДРО

ЭЛЕКТРОНЫ

нуклоны

нейтроны

ПРОТОНЫ

Ядром  называется центральная часть атома, в которой

сосредоточена практически вся масса атома и его

положительный электрический заряд.

Нуклоны – это число протонов Z и нейтронов N в

атомном ядре

Общее число нуклонов – массовое (атомное) число А

А = Z + N, N = А - Z ,

Zp = Ze = Z

число число порядковый номер

протонов электронов в ПС Менделеева

Заполните таблицу в опорном конспекте 7 :

Вид частицы

Условное обозначение

Заряд

Масса

ПРОТОН

НЕЙТРОН

Примечание

ЭЛЕКТРОН

Число протонов

равно

порядковому

номеру в ПС

        1 +1 P

+1

1 а.е.м.

Расчетная

формула:

N= A - Z

1 0 n

1 а.е.м.

0

Число электронов

равно

порядковому

номеру в ПС

       0 -1 ē

-1

0

Ядро химического элемента с порядковым номером Z

и массовым числом А обозначается:

А =234

Z = 92

234 92 U

Элемент

А=Z+ N

39 19 К

Zp

7

Ze

70 31 Ga

26 13 Al

N= А-Z

39

19

19

20

31

31

70

39

26

13

13

13

Заполните таблицу 8 в опорном

конспекте самостоятельно

Изотопами   называются ядра с одинаковым

порядковым номером  Z (зарядовыми числами),

но разными массовыми числами A

( разное число нейтронов в ядре)

N= A - Z

1 1 Н 2 1 Н 3 1 Н

протий дейтерий тритий

А=1 Z = 1

А=3 Z = 1

N = 0

N = 2

А=2 Z = 1

N = 1

Заполните таблицу в опорном конспекте 9 :

Символ

Число частиц в ядре

Число протонов в ядре

24 12 Mg

25 12 Mg

Число нейтронов в ядре

26 12 Mg

12

24

12

25

12

13

26

12

14

ИЗОБАРАМИ  называются ядра с одинаковым

массовым числом  A ,

но разными зарядовыми числами Z   

210 81 Tl 210 82 Pb 210 83 Bi

А=210 Z = 82

N = 128

А=210 Z = 83

N = 127

А=210 Z = 81

N = 129

Заполните таблицу 10 в опорном

конспекте самостоятельно

ИЗОТОНАМИ  называются ядра с одинаковым

числом нейтронов  N  

.

13 6 С 14 7 N 15 8 O

А=13 Z = 6

А=15 Z = 8

N = 7

N = 7

А=14 Z = 7

N = 7

Заполните таблицу 11 в опорном

конспекте самостоятельно

ЭТО ИНТЕРЕСНО!

В настоящее время помимо протонно-нейтронной

модели строения атомного ядра существует еще

несколько моделей, самыми распространенными

являются:

Капельная модель

Основана на аналогии

между поведением молекул

в капле жидкости и нуклонов в ядре

Оболочечная модель

Нуклоны внутри ядра , как и электроны в атоме, заполняют энергетические уровни (оболочки), в каждой оболочке может находиться определенное число нуклонов.

Ядра с полностью заполненными оболочками называются магическими , они наиболее устойчивы к распаду, у них число Z или N равно одному из «магических» чисел:

2,8,20,28, 50, 82, 126

Ядра, у которых и Z и N одинаковые называются дважды «магическими» :

4 2 Не, 16 8 О , 40 20 Са,

48 20 Са, 208 82 Pb

ВНИМАНИЕ!!!

ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ!!!!!

Почему нуклоны, имея одинаковые

положительные заряды, вопреки законам

электростатики, не отталкиваются друг от друга?

Силы , удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными

Свойства ядерных сил :

• самые сильные силы в природе;
• короткодействующие, заметны только на

расстояниях, сравнимыми с размерами атомного

ядра;

• не зависят от заряда, действуют одинаково между

р-р, р-n, n-n;

• являются только силами притяжения;
• обладают свойством насыщения;
• носят обменный характер: частицы в ядре обмени -

ваются виртуальными частицами – пионами:

π + , π - ,π 0 – мезонами;

• не являются центральными

Открытие радиоактивности –

одно из важнейших открытий

в ядерной физике

Антуан Анри Беккерель

(15 декабря 1852 -25 августа 1908) — французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности

Явление радиоактивности

было открыто французским физиком Анри Беккерелем

1 марта 1896 года.

Опыт Анри Беккереля

Соли урана сами по себе без всякого внешнего воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и проходящие через непрозрачные слои.

2 марта 1896г. Беккерель сообщил о своём открытии .

О ткрытие новых радиоактивных элементов

Лаборатория супругов Кюри

КАКОВА ПРИРОДА РАДИОАКТИВНОСТИ?

РАДИОАКТИВНОСТЬ - самопроизвольное превращение ядер одних химических элементов в ядра других химических элементов, сопровождаемое испусканием различных

частиц или ядер

Радиоактивные превращения атомных ядер

Правило смещения Содди:

сумма зарядов (массовых чисел) продуктов распада равна заряду (массовому числу) исходного ядра

А) α-распад - это распад при котором ядро испускает ядра атома гелия, при этом массовое число ядра уменьшается на 4 а.е.м., а заряд ядра уменьшается на 2е

Физический смысл распада : продукт распада смещается на 2 клетки к началу ПС Менделеева

A Z Х → A-4 Z-2 Y + 4 2 He

238 92 U → 238-4 92-2 Y + 4 2 He

238 92 U → 234 90 Th + 4 2 Hе

Радиоактивные превращения атомных ядер.

Правило смещения Содди:

сумма зарядов (массовых чисел) продуктов распада равна заряду (массовому числу) исходного ядра

Б) β -распад - это распад при котором ядро испускает быстрые электроны, при этом массовое число ядра не изменяется, а заряд ядра увеличивается на 1е

Физический смысл распада : продукт распада смещается на 1 клетку к концу ПС Менделеева

A Z Х → A Z+1 Y + 0 -1 e + 0 0 ὐ

ὐ - антинейтрино – нейтральная частица с очень малой массой , уносящая при β-распаде часть энергии

ВНИМАНИЕ!!!

ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ!!!!!

Откуда в ядре берутся электроны , ведь, согласно протонно-нейтронной теории, атомные ядра

состоят из протонов и нейтронов?

Существует два вида β – распада: - β -электронный и + β -позитронный распад

Позитрон – это частица, заряд которой равен модулю заряда электрона, а масса равна массе электрона

При - β –электронном распаде нейтрон превращается в протон с испусканием

электрона и антинейтрино :

1 0 n → 1 1 p + 0 -1 e+ 0 0 V

При позитронном + β – распаде протон превращается в нейтрон, из ядра выделяется позитрон и нейтрино :

1 1 р → 1 0 n + 0 +1 e+ 0 0 υ

(нейтрино – маленький нейтрончик)

Правило смещения для позитронного + β – распада имеет вид:

A Z Х β → A Z-1 Y + 0 +1 e + 0 0 υ (υ –нейтрино )

Физический смысл распада: продукт распада смещает

ся на 1 клетку к началу ПС Менделеева

Существует третий вид превращения ядер с участием β-частиц:

К-захват : ядро поглощает один из электронов атома,

в результате чего протон

превращается в нейтрон, при этом испускается нейтрино,

Физический смысл распада: продукт распада смещает

ся на 1 клетку к началу ПС Менделеева:

A Z Х + 0 -1 e → A Z-1 Y + 0 0 υ

Примером такого распада является превращение

калия в аргон: (запишите самостоятельно)

19 40 К + 0 -1 e  → 18 40 Ar + 0 0 υ (υ - нейтрино)

Радиоактивные превращения атомных ядер

γ – излучение сопровождает радиоактивный распад в том случае, если вновь образованное ядро находится в возбужденном состоянии.

Правило смещения для γ – излучения имеет вид:

A Z Х → A Z Y + 0 0 γ

Например: 238 92 U → 238 92 U + 0 0 γ

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ :

Задача 1: Изотоп тория 230 90 Th испускает α-частицу.

Какой элемент при этом образуется?

230 90 Th → 226 88 Ra + 4 2 He

Задача 2: Изотоп тория 230 90 Th β-радиоактивен. Какой элемент образуется при распаде ядра?

230 90 Th  β → 230 91 Рa + 0 -1 e

Задача 3: В какой элемент превращения уран 239 92 U после двух

β – распадов и одного α –распада?

239 92 U  β → 239 93 Np β → 239 94 Pu α → 235 92 U

Задача 4: Написать цепочку ядерных превращений неона 20 10 Ne : 

β, β, β, α, α, β, α, α

20 10 Ne β → 20 11 Na β → 20 12 Mg β → 20 13 Al α → 16 11 Na α → 12 9 F β

12 9 F β → 12 10 Ne α → 8 8 O α → 4 6 C

ВНИМАНИЕ!!!!

Можно ли получить золото (Au) из ртути (Hg) физическим и химическим путем? Как?

Закон радиоактивного распада:

За единицу времени всегда распадается одна и та же часть имеющихся в наличии ядер радиоактивного элемента

или: активность радиоактивных веществ убывает с течением времени:

А=

В медицине используется внесистемная единица измерения радиоактивности Кюри (Ки) – измеряющая активность

1 г чистого радия

1Ки=3,7*10 10 Бк

Для каждого вещества существует характеристика - период полураспада Т - это время , в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Чем меньше период полураспада, тем быстрее протекает распад

Изотоп

Период полураспада

238 U

239 Pu

4,5 млрд. лет

14 C

24000 лет

226 Ra

5730 лет

3 H

1600 лет

12 лет

104 Tc

18 минут

Применение закона радиоактивного распада :

• в медицине;

2) в геологии;

3) в палеонтологии;

4) в биологии

Пример решения задачи: (см. 26/1 в ОП)

Имелось некоторое количество радиоактивного серебра. Масса серебра уменьшилась в 8 раз за 810 суток. Определите период полураспада.

Решение:

m = m 0 / 2 t/T

m 0 /m =2 t/T

8 = 2 t/T

2 3 = 2 t/T

3= t/T

T=810/3=270 (cут.)

Дано:

t=810 cут.

m 0 /m=8

T-?

Ответ: 270 суток.

Решите задачу: (см. 26/2 в ОП)

Период полураспада радия 1600 лет. Через какое время число атомов уменьшится в 8 раз?

N = N 0 / 2 t/T

N 0 /N =2 t/T

8 = 2 t/T

2 3 = 2 t/T

3= t/1600

t=1600 *3=4800 (лет)

Дано:

Решение:

Т=1600 лет

N 0 /N= 8

t - ?

Ответ : 4800 лет

Закрепление:

• В чем заключается теория протонно-нейтронного

строения атомного ядра?

• Перечислите виды радиоактивных излучений.
• Какое из излучений( α, β или γ) обладает наибольшей

проникающей способностью?

• Какое явление называют радиоактивностью?
• Сформулируйте закон радиоактивного распада.

Допишите реакцию:

1) 19 9 F + ? = 16 8 О + 4 2 Нe

2) 27 13 Al + 12 6 C= ? + 4 2 Нe+ 1 0 n

3 ) 4 2 He + 9 4 Bе = 12 6 C +?

4) 4 2 He + 4 2 He = ? + 1 1 H

1) 19 9 F + 1 1 H = 16 8 О + 4 2 Нe

2) 27 13 Al + 12 6 C= 34 17 Cl + 4 2 Нe+ 1 0 n

3 ) 4 2 He + 9 4 Bе = 12 6 C + 1 0 n

4) 4 2 He + 4 2 He = 7 3 Li + 1 1 H

Самостоятельная

работа

Критерии оценивания:

  6-7 правильных ответов – оценка 3 (удовлетворительно);

8-9 правильных ответов – оценка 4 (хорошо);

10 правильных ответов – оценка 5 (отлично)

Номер задания

Вариант ответа

1 вариант

1

Б

2

2 вариант

В

Г

3

В

А

4

А

А

5

Б

6

Б

Г

А

7

Г

А

8

Г

А

9

Г

В

10

Г

А

В

Биологическое действие радиационных излучений

Радиация существует на Земле около 20 миллиардов лет, т.е. с момента зарождения жизни на планете

Механизмы попадания радиационных

излучений

в организм человека:

• внутреннее облучение при вдыхании радиоактивных аэрозолей, продуктов деления (ингаляционная опасность);

• внутреннее облучение в результате потребления загрязненных продуктов питания и воды;

• контактное облучение при попадании радиоактивных веществ на кожные покровы и одежду

Применение ядерной энергии. Биологическое действие радиоактивного излучения

Заболевания, вызванные облучением:

Заболевания, вызванные облучением:

Генетические мутации

Заболевания, вызванные облучением:

Раковые заболевания

Заболевания, вызванные облучением:

Иммунные мутации

Применение радиоактивных излучений

в медицине

Вскоре после открытия радиация нашла применение в медицине. Но массовое применение радиационная диагностика приобрела спустя полвека

Рентгенологические исследования

Компьютерная томография

Радионуклидная диагностика органов

(метод меченых атомов)

Гамма-терапия

Протонно-нейтронная терапия

Радоновая терапия

Спасибо за

внимание!