Физика. Орієнтовний розподіл навчального часу
 Скачать 3.21 Mb.
|
|
Тема. Склад радіоактивного випромінювання Мета уроку: ознайомити учнів із властивостями радіоактивного випромінювання. Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. α-випромінювання Після відкриття радіоактивних елементів почалося дослідження фізичної природи їхнього випромінювання. Коли в руках дослідників виявилися потужні джерела радіації, у мільйони разів сильніші, ніж уран (це були препарати радію, полонію, актинію), можна було більш докладно ознайомитися з властивостями радіоактивного випромінювання. У перших дослідженнях з цієї теми найактивнішу участь узяли Ернест Резерфорд, подружжя Марія і П'єр Кюрі, А. Беккерель, інші учені. р. Резерфорд, вивчаючи йонізуючу здатність радіоактивного випромінювання, знайшов, що воно неоднородне й складається з двох частин, які він назвав α- і β-променями. р. французький фізик П. Віллард установив, що до складу радіоактивного випромінювання входить і третя складова, котру він назвав γ-променями. Таким чином, ^ було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з α-, β- і g-променів. Альфа-частинка — позитивно заряджена частинка, утворена 2 протонами й 2 нейтронами, ідентична ядру атома Гелію. Альфа-частинки, утворені під час розпаду ядра, мають початкову кінетичну енергію в діапазоні 1,8—15 МеВ. Під час руху альфа-частинки в речовині вона створює сильну йонізацію й у результаті дуже швидко втрачає енергію. Енергії альфа-частинок, що виникають у результаті радіоактивного розпаду, не вистачає навіть для подолання шару шкіри, тому радіаційний ризик у разі зовнішнього опромінення такими альфа-частинками відсутній. Однак проникнення альфа-активних радіонуклідів усередину тіла, коли опроміненню піддаються безпосередньо тканини організму, дуже небезпечне для здоров'я. Небезпечне для здоров'я також зовнішнє опромінення високоенергетичними альфа-частинками, джерелом яких є прискорювач. Альфа-частинки складають істотну частину первинних космічних променів; більшість з них є прискореними ядрами гелію (із зоряних атмосфер і міжзоряного газу), деякі виникли в результаті ядерних реакцій сколювання з більш важких ядер космічних променів. Альфа-частинки високих енергій можуть бути отримані за допомогою прискорювачів заряджених частинок. Маса альфа-частинки складає 6,64 · 10-27 кг. 2. β-випромінювання Негативно заряджені бета-частинки є потоком електронів, які швидко летять. Бета-промені під дією електричних і магнітних полів відхиляються від прямолінійного напрямку. Швидкість частинок у бета-променях близька до швидкості світла. Бета-промені здатні іонізувати гази, викликати хімічні реакції, люмінесценцію, діяти на фотопластинки. Значні дози бета-випромінювання можуть викликати променеві опіки шкіри й призвести до променевої хвороби. Ще більш небезпечне опромінення від бета-активних радіонуклідів, що потрапили всередину організму. Бета-випромінювання має значно більшу проникну здатність, ніж альфа-випромінювання. 3. γ-випромінювання Гамма-випромінювання, (γ-промені) — вид електромагнітного випромінювання з надзвичайно маленькою довжиною хвилі. Гамма-промені, на відміну від α-променів і β-променів, не відхиляються електричними й магнітними полями і характеризуються більшою проникною здатністю за рівних енергій та інших рівних умов. Гамма-промені викликають іонізацію атомів речовини. Опромінення гамма-променями залежно від дози й тривалості може викликати хронічну й гостру променеву хворобу, спричинити виникнення різних видів онкологічних захворювань. У той же час гамма-опромінення пригнічує зростання ракових та інших клітин, що швидко діляться. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Як стали називати здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання? ? Чому для з'ясування складу радіоактивного випромінювання використовувалося магнітне поле? ? Яке з трьох α- , β- і γ-випромінювань не відхиляється магнітним та електричним полями? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Назвіть види радіоактивного випромінювання в порядку зростання їхньої проникної здатності? Яка особливість радіоактивного випромінювання здавалася фізикам найбільш загадковою? На що витрачається кінетична енергія α-частинок, що пролітають через речовину? Порівняйте α- і β-випромінювання: що між ними спільного й у чому відмінності цих видів випромінювання? Порівняйте α- і γ-випромінювання: що між ними спільного й у чому відмінності? Порівняйте β- і γ-випромінювання: що між ними спільного й у чому відмінності? Що ми дізналися на уроці ? Було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з α-, β- і γ-променів. ? Альфа-промені являють собою потік позитивно заряджених частинок. ? Бета-промені являють собою потік електронів, що швидко летять. ? Гамма-промені — електромагнітні хвилі високої частоти, що не змінюють у магнітному полі свого первинного напрямку. Домашнє завдання Підр.: §§ 32. Зб.: рів1 — № 17.1; 17.2; 17.3; 17.4; 17.5. рів2 — № 17.6; 17.7; 17.10; 17.11, 17.12. рів3 — № 17.26, 27.35; 17.28; 17.29. Урок 3/50 Тема. Радіоактивні перетворення атомних ядер Мета уроку: розкрити природу радіоактивного розпаду та його закономірності. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу. План уроку
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 1. Радіоактивний розпад Чим же пояснюється радіоактивність? Яке походження радіоактивних променів? І, нарешті, що ж відбувається з речовиною під час радіоактивного розпаду? У 1902-1903 рр. Ернест Резерфорд і його співробітник, англійський хімік Фредерик Содді, припустили, що радіоактивність пов'язана з перетвореннями атомів радіоактивної речовини на інші атоми. Розрахунки показували, що радіоактивні речовини безупинно протягом тисячоліть випромінюють незначні кількості енергії, практично не змінюючись. Так, 1903 р. П'єр Кюрі визначив, що 1 г радію виділяє за 1 рік близько 582 Дж енергії. Звідки ж береться енергія, на виділення якої не здійснюють жодного впливу всі відомі чинники? Очевидно, радіоактивна речовина зазнає якихось глибоких зміни, цілком відмінних від звичайних хімічних перетворень. Було зроблене припущення, що перетворень зазнають самі атоми. Після того як 1911 р. Резерфордом була запропонована ядерна модель атома, стало очевидним, що саме ядро зазнає змін під  Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика час радіоактивних перетворень. Дійсно, якби зміни стосувалися тільки електронної оболонки атома (наприклад, втрата одного чи кількох електронів), то атом перетворювався б на йон того ж самого хімічного елемента, а зовсім не на атом іншого елемента з іншими фізичними й хімічними властивостями. До того ж α-частинок узагалі немає в електронній оболонці. Таким чином, було виявлено, що в результаті атомного перетворення утворюється речовина абсолютно нового виду, цілком відмінна за своїми фізичними й хімічними властивостями від первинної речовини. Ця нова речовина, однак, сама також нестійка і зазнає перетворень з випущенням характерного радіоактивного випромінювання. ^ Радіоактивність являє собою мимовільне перетворення одних атомних ядер на інші, що супроводжується випущенням різних частинок. 2. Масове й зарядове числа Як одиниця маси в атомній і ядерній фізиці використовується атомна одиниця маси (а. о. м.). Атомна одиниця маси дорівнює 1/12 маси атома вуглецю атомною масою 12. 1 а. е. м. = 1,66057 · 10-27 кг Ціле число, найближче до атомної маси, вираженої в а. о. м., називається масовим числом і позначається буквою А. Наприклад, для заліза А = 56, для азоту А = 14. Число протонів у ядрі називається зарядовим числом і позначається буквою Z. Наприклад, для заліза Z = 26, для азоту Z = 7. Зарядове число чисельно дорівнює заряду ядра, вираженому в елементарних електричних зарядах. Для кожного хімічного елемента зарядове число дорівнює атомному (порядковому) номеру в таблиці Д. І. Менделєєва. Якщо під X мається на увазі символ хімічного елемента, то ядро будь-якого хімічного елемента в загальному вигляді позначається так:  .Наприклад, для заліза: , для азоту: , для урану: і т. ін.     КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас» Число нейтронів у ядрі позначають буквою N. Оскільки масове число А являє собою загальне число протонів і нейтронів у ядрі, то число нейтронів у ядрі можна знайти в такий спосіб: N = А - Z. α-розпад Перетворення атомних ядер, що супроводжується випущенням α-часток, називаються α-розпадом. Схема α-розпаду така:  ^ Альфа-розпад зменшує масове число на 4, а зарядове число на 2, тобто переміщує елемент на дві клітинки до початку періодичної системи. Наприклад,  β-розпад Перетворення атомних ядер, що супроводжуються випущенням β-часток, називаються β-розпадом. При β-розпаді:  ^ Бета-розпад не змінює масового числа, а зарядове число збільшує на 1, тобто зміщує елемент на одну клітинку ближче до кінця періодичної системи. Наприклад,  Правило зміщення для α- і β-розпадів сформулювали незалежно один від одного американський фізик Казиміж Фаянс і англійський хімік Фредерик Содді 1913 р. α-розпад і β-розпад є наслідками двох законів збереження, що виконуються під час радіоактивних перетворень,— збереження електричного заряду і масового числа: ^ сума зарядів (масових чисел) продуктів розпаду дорівнює заряду (масовому числу) вихідного ядра. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Яка частина атома —ядро чи електронна оболонка — зазнає змін під час радіоактивного розпаду? Чому ви так вважаєте? Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика ? Як пов'язані між собою масове число, зарядове число та число нейтронів у ядрі? ? Які з відомих вам законів збереження виконуються під час радіоактивного розпаду? ? Яким видом випромінювання часто супроводжується α- і β-роз-пад? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Чому атомний номер Радону на дві одиниці менше за атомний номер Радію? Чи змінюється масове число ядра при β-розпаді? Чому? Яким видом випромінювання часто супроводжується α- і β-роз-пади? Як визначити масове число ядра атома, користуючись Періодичною системою елементів Д. І. Менделєєва? 2. Навчаємося розв'язувати задачі Визначте масу (в а. о. м. з точністю до цілих чисел) і заряд (в елементарних зарядах) ядер атомів таких елементів: Кальцію  і Літію Визначте, ядро якого хімічного елемента Х утвориться в результаті такої реакції β-розпаду:  ?Ядро ізотопу  вийшло з іншого ядра після послідовних α-і β-розпадів. Що це за ядро?Скільки α- і β-розпадів відбувається в результаті перетворення Радію-226 у Плюмбум-206? Що ми дізналися на уроці Радіоактивність являє собою мимовільне перетворення одних атомних ядер на інші, що супроводжується випущенням різних частинок. Альфа-розпад зменшує масове число на 4, а зарядове число на 2, тобто переміщає елемент на дві клітинки до початку періодичної системи. 228 КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас» Бета-розпад не змінює масового числа, а зарядове число збільшує на 1, тобто зміщує елемент на одну клітинку ближче до кінця періодичної системи. Сума зарядів (масових чисел) продуктів розпаду дорівнює заряду (масовому числу) вихідного ядра. Домашнє завдання Підр.: § 33. Зб.: ріві — № 17.8; 17.9; 17.13; 17.14. рів2 — № 17.19; 17.21; 17.23; 17.25, 17.26. рівЗ — № 17.30, 17.31; 17.32; 17.33; 17.34. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 15. Задачі із самостійної роботи № 15 «Будова атома. Атомне ядро» Середній рівень У ядрі атома Цинку 65 частинок, з них 30 протонів. Скільки нейтронів у ядрі й скільки електронів обертається навколо ядра цього атома? Який склад ядра атома Алюмінію ? Достатній рівень  Ядро атома й електрони мають різні знаки зарядів, отже, притягуються один до одного. Чому ж електрони не падають на ядра атомів? Розташуйте перераховані нижче атомні ядра: а) по мірі збільшення масового числа; б) по мірі збільшення заряду ядра; в) по мірі збільшення числа нейтронів у них. 54Mn, 192Ir, 35S, 59Fe, 134Cs, 152Eu. Високий рівень Яким числом — зарядовим чи масовим — визначаються хімічні властивості елемента? Чим це пояснюється? З огляду на співвідношення розмірів ядра й електронної оболонки, атом часто називають «ажурним». Що більш ажурне — Сонячна система чи атом?  ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ Причини радіоактивного розпаду Було встановлено, що під час радіоактивного випромінювання реалізується мрія алхіміків: випромінювання супроводжується перетворенням одних хімічних елементів на інші. Намагаючись пояснити явища, що спостерігаються, Е. Резерфорд і його співробітник Ф. Содді висунули гіпотезу, відповідно до якої причиною радіоактивного випромінювання є мимовільний розпад атомів. З гіпотези Резерфорда й Содді випливало, що кожен атом радіоактивної речовини — це «сховище» енергії. Під час розпаду атома частина енергії зі «сховища» несеться α- і β-частками і γ-променями, а енергія, що залишилася, зберігається в новому атомі, що утворився в результаті розпаду. Стало очевидним, що енергія, що вивільнюється під час радіоактивного розпаду, міститься не просто в атомах, а в атомних ядрах. Період напіврозпаду Резерфорд, досліджуючи перетворення радіоактивних речовин, установив дослідним шляхом, що їхня активність зменшується з часом. Так, активність радону зменшується вдвічі вже за 1 хв. Для кожної радіоактивної речовини існує визначений інтервал часу, протягом якого активність зменшується вдвічі. КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас» ^ Період напіврозпаду Т — це час, протягом якого розпадається половина наявного числа радіоактивних атомів. Наприклад, для ядра  період напіврозпаду складає близь-ко 1600 років. Отже, якщо взяти 1 г радію, то через 1600 років його буде 0,5 г, а через 3200 років — 0,25 г. Таким чином, вихідна кількість радію повинна перетворитися на нуль через нескінченний проміжок часу. У різних речовин період напіврозпаду дуже різний: від мільйонних часток секунди до мільярдів років. Чим менше період напіврозпаду, тим активніше протікає розпад.
З таблиці видно, що активність полонію зменшується вдвічі майже миттєво, стронцію — за 27 років, а активність радію, урану і торію не змінюється протягом людського життя. 3. Закон радіоактивного розпаду Нехай число радіоактивних атомів у початковий момент часу (t =0) дорівнює N0. Через час t1= Т число ядер, що не розпалися, дорівнює  , через t2 = 2Т залишиться , через t3 = 3Т та-ких ядер виявиться  і т. ін. Отже, наприкінці проміж-ку часу t = nT ядер, що не розпалися, залишиться  . Оскільки  , то закон радіоактивного розпаду набуває вигляду:  Ядерна фізика. Атомне ядро. Ядерна енергетика За цією формулою знаходять число атомів, що не розпалися, у будь-який момент часу. Період напіврозпаду — стала величина, що не може бути змінена такими доступними впливами, як охолодження, нагрівання, тиск тощо. Закон розпаду атомів не є законом, що керує розпадом одного атома, тому що не можна вгадати, коли відбудеться цей розпад. Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють». Розпад будь-якого атомного ядра — це, так би мовити, не «смерть від старості», а «нещасливий випадок» у його житті. Для радіоактивних атомів не існує поняття віку. Можна визначити лише середню тривалість життя τ.  Середня тривалість життя — це просто середнє арифметичне тривалості життя досить великої кількості атомів даного виду. Передбачити, коли відбудеться розпад даного атома, неможливо. Закон радіоактивного розпаду визначає середнє число атомів, що розпадаються за певний інтервал часу. Закон радіоактивного розпаду є статистичним законом. Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу ? Чим відрізняються радіоактивні атоми від нерадіоактив-них? ? Яка причина радіоактивного розпаду? ? Що розуміють під періодом напіврозпаду? ? Чи існує вік у радіоактивних атомів? ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ 1. Якісні питання Чому не визначають час повного розпаду всіх ядер? Чи правильним є твердження, що чим довше існує атом, тим більше ймовірність його розпаду? Лічильник реєструє β-частки радіоактивного препарату. Чи спрацьовує лічильник через однакові інтервали часу? 232 КирикЛ. А. · «Усі уроки фізики. 9 клас» 2. Навчаємося розв'язувати задачі Дві різні речовини містять однакове число N радіоактивних атомів. Період напіврозпаду першої з них 1 рік, другої — 4 роки. Яка з речовин більш активна? Існує певна кількість радіоактивного ізотопу срібла. Маса радіоактивного срібла зменшилася у 8 разів за 810 діб. Визначте період напіврозпаду радіоактивного срібла. Розв'язання:  , звідки або .Тоді  , звідки= 270 (діб).Скільки за масою радіоактивної речовини залишиться через три доби, якщо спочатку її було 100 г? Період напіврозпаду речовини дорівнює дві доби. (Відповідь: 35,4 г.) Що ми дізналися на уроці ? Період напіврозпаду Т — це час, протягом якого розпадається половина наявного числа радіоактивних атомів. ? Закон радіоактивного розпаду:  ? Розпад атома не залежить від його віку, тобто атоми «не старіють». Домашнє завдання Підр.: § 33, конспект уроку. Зб.: ріві — № 17.20; 17.21; 17.22; 17.23; 17.24. рів2 — № 17.25; 17.35; 17.36; 17.37, 17.38. рівЗ — № 17.40, 17.41; 17.42; 17.44; 17.45. Урок 5/52 |