Конспект урока по физике для 11 класса «Закон радиоактивного распада. Методы регистрации элементарных частиц»

Закон радиоактивного распада. Методы регистрации элементарных частиц.

Цели урока:

Образовательная:

• Способствовать усвоению знаний о методах регистрации элементарных частиц, законе радиоактивного распада;

• Способствовать закреплению и повторению знаний о структуре радиоактивности.

Развивающая: способствовать формированию умения анализировать, сравнивать, обобщать факты, убежденности в знаниях в процессе применения полученных знаний в различных ситуациях при решении задач.

Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.

Оборудование: презентация к уроку, карточки.

Ход урока

1. Орг.момент.

2. Опрос (фронтальный):

3. а) Что такое радиоактивность?б)Кто открыл радиоактивность?в)Каков состав радиоактивности?г)Какое излучение обладает самой большой радиоактивностью?д)Что такое ядерная реакция?е)Какой элемент образуется при альфа-распаде, бета-распаде, гамма-распаде?ж) Кто ввел правило ядерных распадов?з)Кто из ученых изучил радиоактивность

4. Самостоятельная работа 5-6 мин.

ВАРИАНТ 1.

1. Написать реакцию распада магния ²² ₁₂Mg .

2. Написать реакцию распада натрия ²² ₁₁Na .

-----------------------------------

ВАРИАНТ 2.

1. Написать реакцию распада урана ²³⁵ ₉₂U.

2. Написать реакцию распада плутония ²³⁹ ₉₄Pu .

-----------------------------------

ВАРИАНТ 3.

1. Написать реакцию распада радия ²²⁶ ₈₈Ra.

2. Написать реакцию распада свинца ²⁰⁹ ₈₂Pb.

-----------------------------------

ВАРИАНТ 4.

1. Написать реакцию распада серебра ¹⁰⁷ ₄₇Аg.

2. Написать реакцию распада кюрия ²⁴⁷ ₉₆Cm .

------------------------------

ВАРИАНТ 5.

1. В результате какого радиоактивного распада натрий

²² ₁₁Na превращается в магний ²² ₁₁Mg?

2. В результате какого радиоактивного распада плутоний ²³⁹₉₄Pu превращается в уран ²³⁵ ₉₂U?

5.Изучение нового материала.

После чего ребята сдают свои работы и мы вместе решаем один из вариантов.

Закон радиоактивного распада носит статистический характер. Вывод формулы закона N₀=N2^{- t/Т}, N₀- исходное число ядер, N- число не распавшихся ядер, t- время распада,T- период полураспада. Разбор графика активности распада ȵ=N₀-N/N₀.

Решение задач из Рымкевича 1232,1233.

В развитии знаний о "микромире", в частности в изучении явлений радиоактивности, исключительную роль сыграли приборы, позволяющие регистрировать ничтожное действие одной-единственной частицы атомных размеров.

В настоящее время используется много различных методов регистрации заряженных частиц . В зависимости от целей эксперимента и условий, в которых он проводится, применяются следующие методы регистрации частиц:

1. Счетчик Гейгера. (дем. слайдов)

Действие основано на ударной ионизации.

Вспомним, что такое ионизация?

Какие причины вызывают ионизацию?

Заряженная частица, пролетающая в газе, открывает у атома электрон и создает ионы и электроны. Электрическое поле между анодом и катодом ускоряет электроны до энергии, при которой начинается ударная ионизация.

Чтобы счетчик Гейгера мог регистрировать каждую попадающую в него частицу, надо своевременно прекращать лавинный разряд. Быстрое гашение разряда можно достичь примесями, добавленными к инертному газу. Положительные ионы газа, сталкиваясь с молекулами спирта, рекомбинируют в нейтральные атомы и теряют способность выбивать из катода электроны (самогасящиеся счетчики). В других счетчиках гашение разряда производят, подбирая определенное нагрузочное сопротивление с цепи счетчика: R = 10⁹ Ом. Так, возникающий при самостоятельно разряде, прохода через резистор, вызывает на нем большое падение напряжения, что приводит к быстрому уменьшению напряжения между анодом и катодом: лавинный разряд прекращается.

На электродах восстанавливается начальное напряжение, и счетчик готов к регистрации следующей частицы. Скорость счета равна 10⁴ частиц в секунду.

Продемонстрировать работу счетчика Гейгера.

Обратить внимание на то, что этим методом можно лишь зарегистрировать частицу, а увидеть след частицы невозможно.

2. Камера Вильсона.

Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капель воды. Если в геометрическом сосуде с парами воды или спирта происходит резкое расширение газа (адиабатный процесс), температура убывает. И если в этот момент через объем камеры пролетает заряженная частица, то на своем пути она создает ионы, на которых образуются капельки сконденсировавшегося пара. Таким образом, частица составляет за собой след (трек) в виде узкой полоски тумана. Этот трек можно наблюдать или сфотографировать. По треку можно определить энергию и скорость частицы. Если поместить камеру в магнитное поле, то по искривлению трека можно определить знак заряда и его энергию, а по толщине трека - величину заряда и массу частицы.

Показать работу камеры Вильсона.

В чем преимущество этого метода перед счетчиком Гейгера?

3. Пузырьковая камера.

В 1952 г. Д. Глейзером для регистрации заряженных частиц, имеющих высокую энергию, была создана пузырьковая камера. Принцип действия ее основан на том, что в перегретом состоянии чиста жидкость, находясь под высоким давлением, не закипает при температуре выше точки кипения. Пузырьковая камера заполнена жидким водородом под высоким давлением. При резком уменьшении давления переводят жидкость в перегретое состояние. Если в это время в рабочий объем камеры попадает заряженная частица, то она образует на своем пути в жидкости цепочку ионов. В области пролета частицы жидкость закипает, появляются вдоль ее траектории мелкие пузырьки пара, которые являются треком этой частицы.

Преимущество перед камерой Вильсона: пузырьковая камера может регистрировать частицы с большей энергией, т.к. большая плотность рабочего вещества в пузырьковой камере. Кроме того, по сравнению с камерой Вильсона пузырьковая камера обладает быстродействием. Рабочий цикл равен 0,1 с.

4. Метод толстослойных фотоэмульсий.

Этот метод был разработан в 1928 г. физиками А.П. Ждановым и Л.В. Мысовским. Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных частиц. Пролетающая сквозь фотоэмульсию быстрая заряженная частица действует на зерна бромистого серебра и образует скрытое изображение. При проявлении фотопластинки образуется трек. После исследования трека оценивается энергия и масса заряженной частицы.

Преимущество метода: с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые могут быть тщательно изучены.

Сегодня широкое применение нашли полупроводниковые детекторы, регистрирующие ?-, ?-частицы и ?-излучения

3. Домашнее задание: § 11.5