Закон радиоактивного распада

Конспект открытого урока по физике с использованием ИКТ при подготовке к ЕГЭ в 11 классе.

Тема: Закон радиоактивного распада.

Дата: 22.04.2015

Цели урока:

Образовательные цели:

-дать понятие о величинах, характеризующих радиоактивный распад;

-ввести понятие периода полураспада;

-вывести закон радиоактивного распада и показать статистический характер данного закона;

-научить решать задачи разного типа по теме урока.

Воспитательные цели:

-развивать коммуникативные способности через организацию работы в малых группах;

-создавать содержательные и организационные условия для развития самостоятельности в добывании учащимися знаний, скорости восприятия и переработки информации, культуры речи, воспитании настойчивости в достижении цели;

-формировать умение работать в коллективе, команде.

Развивающие цели:

-развивать активность учащихся, умения анализировать, сравнивать, делать выводы и обобщать.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: компьютер, проецируемый экран, доска, таблица Менделеева.

Формы работы учащихся:

• Коллективная деятельность

• Индивидуальная деятельность

• Групповая деятельность

Педагогические технологии:

• Групповое обучение

• Разноуровневое обучение

• Информационно-коммуникационные технологии

Ход урока.

1. Организационный момент.

Деятельность учителя: взаимные приветствия учителя и учащихся, фиксация учащихся, проверка готовности учащихся к уроку. Организация внимания и включение учащихся в деловой ритм работы.

Прогнозируемая деятельность ученика: организация внимания и включение в деловой ритм работы.

2. Актуализация знаний.

Деятельность учителя: Прежде чем мы с вами начнём изучать новую тему давайте вспомним материал предыдущего урока. Что вы узнали нового?

Прогнозируемая деятельность ученика: На прошлом уроке мы говорили о строении атома и ядерных силах.

Деятельность учителя: Сейчас мы проверим, как вы усвоили этот материал. Выполним тест из ЕГЭ. Так как у нас есть ребята, которые будут сдавать ЕГЭ по физике, то мы с их помощью проверим наши ответы. А какими сайтами мы пользуемся при подготовке к ЕГЭ.

Я надеюсь, что вы выполните без ошибок.

Тест.

1.В опыте Резерфорда -частицы рассеиваются

1) электростатическим полем ядра атома

2) электронной оболочкой атомов мишени

3) гравитационным полем ядра атома

4) поверхностью мишени

2.Ядро атома состоит из

1) электронов и протонов

2) электронов и нейтронов

3) протонов и нейтронов

4) электронов, протонов и нейтронов

3. Атом натрия содержит

1) 11 протонов, 23 нейтрона и 34 электрона

2) 23 протона, 11 нейтронов и 11 электронов

3) 12 протонов, 11 нейтронов и 12 электронов

4) 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов

4.На рисунке изображены схемы четырех атомов.

Электроны обозначены черными точками. Атому соответствует схема

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

5.На рисунке показаны энергетические уровни атома водорода. Переходу, показанному на рисунке стрелкой, соответствует

1) поглощение атомом энергии 1,5 эВ

2) излучение атомом энергии 13,6 эВ

3) поглощение атомом энергии 12,1 эВ

4) излучение атомом энергии 12,1 эВ

6.На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Под названием элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов, нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространенность изотопа в природе.

Число протонов и число нейтронов в ядре наименее распространенного изотопа кальция соответственно равно

1) 24 протона, 20 нейтронов

2) 20 протонов, 24 нейтрона

3) 20 протонов, 44 нейтрона

4) 44 протона, 22 нейтрона

Проверка ответов. Если допущена ошибка, ученик из первый группы исправляет и объясняет.

3. Изучение нового материала.

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

Прогнозируемая деятельность ученика: выдвигают гипотезы , обосновывают их.

Деятельность учителя: физика- наука точная, требует количественного описания процессов. Как это сделать в микромире?

Прогнозируемая деятельность ученика: ввести величину.

Деятельность учителя: ввели такую величину - период полураспада. Вы знаете, что это такое?

Прогнозируемая деятельность ученика: выдвигают предположения.

Деятельность учителя: что такое период?

Прогнозируемая деятельность ученика:- время.

Деятельность учителя: Что значит полу ?

Прогнозируемая деятельность ученика:- распад половины частиц.

Деятельность учителя: период полураспада - время, в течение которого распадается половина частиц. По какому закону распадаются радиоактивные вещества? Можно ли его получить качественно в классе?

Учащиеся в затруднении.

Деятельность учителя: какие проблемы возникают?

Прогнозируемая деятельность ученика: перечисляют затруднения.

Деятельность учителя: Кто может сформулировать тему урока.

Прогнозируемая деятельность ученика: Закон радиоактивного распада. Период полураспада.

Запись темы на доске и в тетради.

Деятельность учителя: Больше ста лет назад, в феврале 1896г, французский физик Анри Беккерель обнаружил самопроизвольное излучение солей урана ²³⁸U, однако он не понимал природы этого излучения.

В 1898г супруги Пьер и Мария Кюри открыли новые, ранее неизвестные элементы - полоний ²⁰⁹Po и радий ²²⁶Ra, у которых излучение, аналогичное излучению урана, было значительно более сильным. Радий - редкий элемент; чтобы получить 1 грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана.

Самопроизвольное излучение некоторых химических элементов было названо по предложению П.Кюри радиоактивностью, от латинского radio «излучать». Неустойчивые ядра превращаются в устойчивые.

Химические элементы с номера 83 являются радиоактивными, то есть самопроизвольно излучают, причем, степень излучения не зависит от того, в состав какого соединения они входят. Слайд №8.

Изучением природы радиоактивного излучения занимался великий физик начала 20 века Эрнест Резерфорд.

Итак, в 1899 г Эрнест Резерфорд обнаружил неоднородность излучения. Исследуя излучение радия в магнитном поле, он обнаружил, что поток радиоактивного излучения имеет сложную структуру: состоит из трех самостоятельных потоков, названных α-, β- и γ-лучами.

Что же представляет из себя радиоактивное излучение? Предлагаю вам самостоятельную работу с текстом страница 294 учебника

Ребята, ответьте на вопросы:
1. Что представляют собой α-лучи?

Прогнозируемая деятельность ученика: α-лучи - это поток частиц, представляющих собой ядра гелия.
Деятельность учителя: 2. Что представляют собой β-лучи?

Прогнозируемая деятельность ученика: β-лучи - это поток электронов, скорость которых близка к скорости света в вакууме.
Деятельность учителя: 3. Что представляет собой γ-излучение?

Прогнозируемая деятельность ученика: γ-излучение - это электромагнитное излучение, частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.

Деятельность учителя: Но эти потоки различались еще и своими проникающими способностями. Слайды №11,12.

Превращение атомных ядер часто сопровождается испусканием α-, β-лучей. Если одним из продуктов радиоактивного превращения является ядро атома гелия, то такую реакцию называют α-распадом, если же - электрон, то β-распадом.

Эти два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал английский ученый Ф.Содди. Давайте посмотрим, как выглядят эти реакции.

1.При α-распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м. В результате α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы Менделеева:

2. При β-распаде из ядра вылетает электрон, что увеличивает заряд ядра на 1е, масса же остается почти неизменной. В результате β-распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической таблицы Менделеева.

- Кроме альфа- и бета-распадов радиоактивность сопровождается гамма-излучением. При этом из ядра вылетает фотон. Слайд №15.

3. γ-излучение - не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало.

Давайте попробуем решить задачи на написание ядерных реакций. Такие задачи есть в ЕГЭ по физике. Егор решает у доски.

Радиоактивный висмут , испытав один -распад и один -распад, превратился в изотоп

1) свинца

2) полония

3) свинца

4) висмута

Деятельность учителя: Ядра, которые возникли в результате радиоактивного распада, в свою очередь также могут быть радиоактивны. Возникает цепочка радиоактивных превращений. Ядра, связанные с этой цепочкой, образуют радиоактивный ряд или радиоактивное семейство. В природе существует три радиоактивных семейства: урана, тория и актиния. Семейство урана заканчивается свинцом. Измеряя количество свинца в урановой руде, можно определить возраст этой руды.

Резерфорд опытным путём установил, что активность радиоактивных веществ убывает с течением времени. Для каждого радиоактивного вещества существует интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Это время называется периодом полураспада Т.

Как же выглядит закон радиоактивного распада?

Закон радиоактивного распада установлен Ф. Содди. По формуле находят число не распавшихся атомов в любой момент времени. Пусть в начальный момент времени число радиоактивных атомов N₀. По истечении периода полураспада их будет N₀/2. Спустя t = nT их останется N₀/2^п.

Период полураспада - основная величина, определяющая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем меньше времени живут атомы, тем быстрее происходит распад. Для разных веществ период полураспада имеет разные значения.

Одинаково опасными являются как быстро, так и медленно распадающиеся ядра. Быстро распадающиеся ядра интенсивно излучают за малый промежуток времени, а медленно распадающиеся ядра радиоактивны на большом интервале времени. С различными уровнями радиации человечество встречается как в естественных условиях, так и в искусственно созданных обстоятельствах.

4. Закрепление.

1.Решение задачи со слайда у доски

2.Выполнение тестов ЕГЭ на слайдах для двух групп учащихся, не выбравших ЕГЭ по физике.

Для третьей группы Задания 22. Квантовая физика. Изменение физических величин в процессах. Установление соответствия.

1.

Ядра урана испытывают α-распад с периодом полураспада 7·10⁸ лет. В момент начала наблюдения в образце содержится 8·10²⁰ ядер урана. Через какую из точек, кроме точки А, пройдёт график зависимости от времени числа ядер радиоактивного урана в образце?

1) В

2) С

3) Е

4) D

2.В результате бомбардировки ядра X некоторого атома α-частицами в результате ядерной реакции получается ядро Y другого атома. Установите характер изменения массового числа и зарядового числа атома в результате такой реакции. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра

Зарядовое число ядра

3.Радиоактивное ядро испытало -распад. Как изменились в результате этого массовое число и заряд радиоактивного ядра, а также число нейтронов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась;

2) уменьшилась;

3) не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число

Заряд ядра

Число нейтронов в ядре

4.Положительно заряженная альфа-частица, испущенная радиоактивным ядром, движется по направлению к атомному ядру, вектор скорости направлен под некоторым углом к прямой, соединяющей частицу с ядром. Изменяются ли перечисленные в первом столбце физические величины во время ее приближения к ядру и если изменяются, то как? Установите соответствие между физическими величинами, перечисленными в первом столбце, и их изменениями, перечисленными во втором столбце. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)скорость

Б) ускорение

В) кинетическая энергия

Г) потенциальная энергия

Д) полная механическая энергия

ИХ ИЗМЕНЕНИЯ

1. не изменяется

2. увеличивается

3. уменьшается

4. увеличивается по модулю и изменяется по направлению

5. уменьшается по модулю и изменяется по направлению

6. увеличивается по модулю, не изменяется по направлению

7. уменьшается по модулю, не изменяется по направлению

А

Б

В

Г

Д

?

?

?

?

?

5. Итог урока.

Радиоактивность имеет как отрицательное, так и положительное значение для всего живого на планете Земля. Как вы думаете, а когда появилась радиоактивность?

Итог урока прошу подвести ученика.

6. Инструктаж домашнего задания

Разобрать параграфы 98-101. Ученикам, сдающим ЕГЭ выполнить тест. Выполнить домашний эксперимент.

Домашний эксперимент.

Для эксперимента нужно взять 40- 50 монет. Монеты, выпавшие гербом, будем считать распавшимися атомами. Монеты встряхнуть и высыпать на стол с некоторой высоты. Монеты, выпавшие гербом подсчитать, отложить в сторону, а остальные вновь встряхнуть и высыпать на стол. Выпавшие гербом убрать, а остальные встряхнуть и снова повторить опыт несколько раз. По результатам опыта построить график зависимости числа монет от номера опыта. Сравнить полученный результат с графиком радиоактивного распада.

Практическое значение закона. Закон позволяет определять:

1) возраст минералов;

2) возраст горных пород;

3) время образования земной коры;

4) возраст ископаемых останков древних животных.

7. Выставление оценок.

1.

Ядра урана испытывают α-распад с периодом полураспада 7·10⁸ лет. В момент начала наблюдения в образце содержится 8·10²⁰ ядер урана. Через какую из точек, кроме точки А, пройдёт график зависимости от времени числа ядер радиоактивного урана в образце?

1) В

2) С

3) Е

4) D

2.В результате бомбардировки ядра X некоторого атома α-частицами в результате ядерной реакции получается ядро Y другого атома. Установите характер изменения массового числа и зарядового числа атома в результате такой реакции. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра

Зарядовое число ядра

3.Радиоактивное ядро испытало -распад. Как изменились в результате этого массовое число и заряд радиоактивного ядра, а также число нейтронов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась;

2) уменьшилась;

3) не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число

Заряд ядра

Число нейтронов в ядре

4.Положительно заряженная альфа-частица, испущенная радиоактивным ядром, движется по направлению к атомному ядру, вектор скорости направлен под некоторым углом к прямой, соединяющей частицу с ядром. Изменяются ли перечисленные в первом столбце физические величины во время ее приближения к ядру и если изменяются, то как? Установите соответствие между физическими величинами, перечисленными в первом столбце, и их изменениями, перечисленными во втором столбце. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)скорость

Б) ускорение

В) кинетическая энергия

Г) потенциальная энергия

Д) полная механическая энергия

ИХ ИЗМЕНЕНИЯ

1. не изменяется

2. увеличивается

3. уменьшается

4. увеличивается по модулю и изменяется по направлению

5. уменьшается по модулю и изменяется по направлению

6. увеличивается по модулю, не изменяется по направлению

7. уменьшается по модулю, не изменяется по направлению

А

Б

В

Г

Д

?

?

?

?

?