Урок физики для 11 класса

Тема урока. Природа радиоактивных излучений. Закон радиоактивного распада.

Цели урока:

Образовательная: углубить знания учащихся о структуре атома; сформировать представление о радиоактивности, физической природы α-, β-, γ-излучений.

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

Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.

Тип урока – урок усвоения новых знаний.

Ход урока.

1. Орг. момент.

2. Актуализация знаний учащихся.

1. Что представляют собой α-лучи? (α-лучи – это поток частиц, представляющих собой ядра гелия.)

2. Что представляют собой β-лучи? (β-лучи – это поток электронов, скорость которых близка к скорости света в вакууме.)

3. Что представляет собой γ-излучение? (γ-излучение – это электромагнитное излучение, частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.)

4. Что такое радиоактивность? (самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие называется естественной радиоактивностью.)

3. Изложение нового материала.

Превращение атомных ядер сопровождается испусканием α-,β-лучей, которое называется α-, β-распадом соответственно. Эти два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал английский ученый Содди:

• 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:

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

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

ВАРИАНТ 1.

1. Написать реакцию α-распада магния ²² ₁₂Mg .

2. Написать реакцию β-распада натрия ²² ₁₁Na .

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

ВАРИАНТ 2.

1. Написать реакцию α-распада урана ²³⁵ ₉₂U.

2. Написать реакцию β-распада плутония ²³⁹ ₉₄Pu .

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

ВАРИАНТ 3.

1. Написать реакцию α-распада радия ²²⁶ ₈₈Ra.

2. Написать реакцию β-распада свинца ²⁰⁹ ₈₂Pb.

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

ВАРИАНТ 4.

1. Написать реакцию α-распада серебра ¹⁰⁷ ₄₇Аg.

2. Написать реакцию β-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?

Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Резерфорд, исследуя  превращения р/активных веществ, установил опытным путём, что их активность убывает с течением времени.

 Для каждого р/активного вещества существует определённый интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название период полураспада. Период полураспада Т - это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

  Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T останется 

четверть от начального числа частиц, за 3T- одна восьмая и т. д

 Выведем теперь математическую форму закона радиоактивного распада. Пусть в момент времени t = 0 число р/активных атомов = N₀. Тогда по истечении периода полураспада Т нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

              t = 0 ------------------------ N₀

              t = T          ----------------    N₀/2

через время 2T нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

        t = 2T                       --------- N₀/2^.2 = N₀/2²   и т. д.

Через время t = nT, т. е. n периодов полураспада Т, нераспавшихся атомов останется N₀/2ⁿ

           T = nT                      -----  N₀/2ⁿ = N₀^.2 ^-t/T

N = N₀^.2 ^{- t/T}  , где N - число нераспавшихся ядер

Это и есть основной закон радиоактивного распада. По этой формуле можно найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.

        Период полураспада меняется в широких пределах от 10^-16с для ⁸Ве до 3,7^.10¹⁰ с для ⁸⁷Rb.

Период полураспада ²³⁸U равен 4,5 млрд. лет. Именно поэтому активность урана на протяжении нескольких лет заметно не меняется. Период полураспада радия 1600 лет. Поэтому активность радия значительно больше активности урана.

         Физический смысл закона р, распада состоит в том, что за период полураспада распадается одна и та же доля имеющихся атомов. Значит, с течением времени скорость распада не меняется. Скорость распада ядер совершенно не зависит от того, сколько они «прожили». Это означает, что радиоактивный распад не является результатом накопления каких-то изменений в ядрах, ядра не «стареют». Если бы распад ядер был результатом постепенных изменений, то имело бы значение, на какой стадии «жизни» мы «застали» совокупность ядер. Например,  если в лесу выделить группу «молодых» деревьев и столько же «старых», то ясно, что в последней группе погибающих деревьев было бы больше, чем в первом, - скорость убывания была бы различной. Для ядер не существует «возраста». Можно определить лишь среднее время жизни. Вероятность распада одинакова для всех ядер данного сорта.

        Закон р/распада определяет среднее число ядер атомов, распадающихся за определённый интервал времени. Но всегда есть отклонения от среднего значения. Закон радиоактивного распада является статистическим законом.

      Определение возраста Земли. Атомный вес свинца, добываемого из руд, не содержащих р/активных элементов, составляет 207,2. Атомный вес свинца, образующегося в результата распада урана, равен 206. Атомный вес свинца в урановых минералах очень близок к 206. Отсюда следует, что эти минералы в момент образования (кристаллизация из расплава) не содержали свинца; весь наличный в таких минералах свинец накопился в результате распада урана. Используя закон р/распада, можно по отношению количества свинца и урана в минерале определить его возраст.

         Возрастом Земли принято считать время, прошедшее с момента образования твёрдой земной коры. По многим измерениям, основанным на радиоактивности урана, а также тория и калия, возраст Земли превышает 4 миллиарда лет.

4. Закрепление материала.

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?

3.  Имеется 10⁹атомов радиоактивного изотопа йода ₅₃¹²⁸I, период его полураспада25мин. Какое примерно количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 50 мин?

4. Имеется 10⁹атомов радиоактивного изотопа цезия ₅₅¹³⁷Cs, период его полураспада 26 лет. Какое примерно количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 52 года?

5. Домашнее задание: §59,60, упр.47,48.