Тема. Закон радиактивного распада. Период полураспада.
Цели урока:
• Образовательная: познакомить обучающихся с понятием периода полураспада, изучить закон радиоактивного распада, научить решать задачи на закон радиоактивного распада, период полураспада.
• Развивающая: формировать умение анализировать, обобщать, применять полученные знания при решении задач (качественных, графических, расчетных), развивать самостоятельность.
• Воспитательная: формировать представления о статистических закономерностях микромира.
Оборудование: компьютер.
Ход урока
1. Организационный этап
О, сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг!
У: Какой смысл вы видите в этом высказывании?
О: На уроке нам предстоят новые открытия, основанные на эксперименте
2. Проверка домашнего задания (3,5 мин)
Физический диктант "Да-нет" по домашнему заданию
Инструктаж: В физическом диктанте 1 вариант, 7 вопросов. Ответы
короткие: "да", если утверждение верное, "нет", если ложное. Ответы записываются в двух столбцах таблицы.
Отрывной лист с одним экземпляром ответов сдаётся учителю, второй с текстом диктанта оставляют у себя для последующей проверки и выставления себе оценки.
Диктант проверяется по слайду.
3. Работа у доски:
1) определить состав атомных ядер элементов (число протоонов, нейтронов, нуклонов);
2) решение задач на правило смещения Содди (двое работают у доски, класс решает задачу);
4. Целеполагание
Итак, мы продолжаем изучать явление радиоактивности. Мы уже знаем, как было открыто это явление, в чем оно заключается, что происходит с ядрами элементов, когда они дают альфа, бета или гамма распад. А что еще нам неизвестно об этом? Ведь для познания мира недостаточно увидеть, открыть явление. До сих пор мы описывали радиоактивный распад лишь качественно. Но физика - точная наука, она требует количественного описания процессов. Как можно описать процесс радиоактивного распада количественно?
Поэтому тема сегодняшнего урока "Закон радиоактивного распада. Период полураспада". Запишите тему урока в тетрадях. Для полноценного изучения темы нам нужно сформулировать цели сегодняшнего урока. Для этого даю вам ключевые слова (на доску с помощью магнита вывешиваются слова)
понятие
закон
задачи
У:В каждом законе имеются новые величины и понятия, поэтому что еще предстоит нам сделать?
О: Ввести новые величины. Итак, цели сегодняшнего урока:
Ввести понятие периода полураспада, вывести закон радиоактивного распада, научиться решать задачи с применением закона.
У: Согласно методам научного познания опираясь на опыт, отыскивают количественные (математически формулируемые) законы природы, открытые законы проверяются практикой. В условиях нашей лаборатории мы не сможем провести эксперимент с радиоактивными атомами. Поэтому мы прибегнем к еще одному методу научного познания: моделированию -
5 смоделируем радиоактивный распад на опыте с монетами чтобы лучше понять смысл закона.
Фронтальный эксперимент.
| Номер броска |
N (число монет, повёрнутых «орлом», перед броском |
N0 (число монет, повёрнутых «орлом после броска» |
N0\N |
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
По результатам опыта построить график зависимости числа монет N, повернутых «орлом» (числа нераспавшихся ядер) от номера Х броска.
Сравните полученный график, с графиком радиоактивного распада, для одного из радиоактивных препаратов, изображенном на рисунке 13.8 в учебнике.
Ответить на вопросы:
1.Какая примерно часть монет по отношению к первоначальному, выпадает в каждом опыте «орлом»?
2.Можно ли предположить, какие из монет перевернутся «решкой» при падении?
Сделать выводы о характере и границах применимости выявленных
закономерностей.
Выводы:
1.Число монет, повернутых к наблюдателю «орлом» с каждым
броском….(уменьшается/увеличивается) так, что отношение числа монет, повернутых «орлом» перед броском к числу монет, выпавших «орлом» после падения, т.е после каждого броска …(меняется/ приблизительно остается
постоянным), значит доля перевернувшихся монет с каждым броском примерно…(одинаковая/неодинаковая)
2.Предположить, какие из монет перевернутся при падении, а какие
нет…(возможно/невозможно), значит явление переворачивания монет при броске носит…(строго определенный/вероятностный) характер и закономерности падения справедливы для (большого/небольшого) количества монет.
3.Полученный график зависимости числа монет N от номера Х
выбрасывания…(похож/ не похож) на график радиоактивного распада, изображенный на рисунке 13.8 в учебнике, значит, можно предположить, что закономерности переворачивания монет при броске…(напоминает/ не напоминает) радиоактивный распад.
Выводы:
1.Число монет, повернутых к наблюдателю «орлом» с каждым броском уменьшается так, что отношение числа монет, повернутых «орлом» перед броском к числу монет, выпавших «орлом» после падения, т.е после каждого броска приблизительно остается постоянным, значит доля перевернувшихся монет с каждым броском примерно одинаковая.
2.Предположить, какие из монет перевернутся при падении, а какие нет невозможно, значит, явление переворачивания монет при броске носит вероятностный характер и закономерности падения справедливы для большого количества монет.
3.Полученный график зависимости числа монет N от номера Х
выбрасывания напоминает график радиоактивного распада, изображенный на рисунке 13.8 в учебнике, значит, можно предположить, что закономерности переворачивания монет при броске напоминают радиоактивный распад.
У: Чтобы получить закон радиоактивного распада, мы должны ввести понятие периода полураспада.
5. Изучение нового материала
1. ?: Давайте вспомним, при изучении каких физических процессов вы встречались с понятием "период"?
О: При изучении колебательных и волновых процессов.
?: Что мы называли периодом при рассмотрении колебательных и волновых процессов?
О: Период - время одного полного колебания.
?: То есть что такое период для любого периодического процесса?
О: Время, характеризующее процесс, его повторяемость.
?: Что называют радиоактивностью?
О: Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.
Иначе говоря, распад одних ядер и превращение их в другие.
Пусть в начальный момент времени имелось некоторое количество (N0) радиоактивных атомов некоторого химического элемента.
2. ?: Давайте расшифруем, "разберем по составу" термин "полураспад": "полу" и "распад". Что эти два слова могут означать вместе?
О: Распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.
3. ?: Попытайтесь сформулировать определение понятия "период
полураспада".
О: Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.
У: Совершенно верно. Запишите это определение в тетрадь.
Опр.: период полураспада - время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.
Обозначение: Т
Единица измерения: с
У: Период полураспада - постоянная величина, зависящая только от свойств радиоактивного изотопа.
ЗАДАНИЕ: Найдите рис. 13.8. в учебнике (стр. 299)
На рисунке изображен график зависимости активности некоторого
радиоактивного изотопа от времени. (Вспомните: активность
пропорциональна числу радиоактивных атомов.) Чему равен период полураспада этого изотопа?
О: 5 сут.
Верно. Объясните, как получили ответ (покажите на графике).
4. Вывод формулы
Закон радиоактивного распада - закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий. Получим математическую формулу закона радиоактивного распада.
Итак, N0 - количество радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0).
Пусть N - количество радиоактивных атомов, оставшихся нераспавшимися через время t. Тогда при t = 0 N = N
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по
прошествии одного периода полураспада, к моменту времени t = Т?
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по
прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов полураспада, к моменту времени t = 3Т?
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов полураспада, к моменту времени t = nТ?
Последнее выражение - закон радиоактивного распада. Он позволяет вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная количество атомов в начальный момент времени).
Аналогичную форму закон будет иметь для активности:
(вследствие пропорциональности активности препарата количеству радиоактивных ядер). Такой же вид будет иметь закон для масс: .
Значение периода полураспада для разных веществ (и их изотопов)
колеблется в очень широких пределах - от миллионных долей секунды до миллиардов лет. См. таблицу.
В чем заключается вероятностный характер распада? В том, что предсказать, когда произойдет распад данного атома, невозможно. Математически оценить можно лишь вероятность распада атома (ядра) в конкретный момент времени. Все ядра одного радиоактивного изотопа совершенно одинаковы.
Любое из них с одинаковой вероятностью может распасться в любой момент времени, и распад каждого ядра никаким образом не влияет на распады других ядер. Распад ядра - случайное событие. Поскольку время существования отдельных ядер может колебаться от долей секунды до миллиардов лет, имеет смысл говорить о среднем времени жизни - среднем арифметическом времен жизни большого количества атомов данного вида (статистическая величина). По этой же причине не имеет смысла говорить о законе радиоактивного распада для малого числа атомов. Определенная закономерность проявляется лишь для большого количества ядер. При малом же их количестве неизбежными будут отклонения от средних значений, чем меньше атомов, тем отклонения будут заметнее.
Таким образом, сформулируем главные выводы, которые можно отнести к радиоактивному распаду и сравним их с выводами по бросанию монет.
1. За определенный интервал времени (за время, равное Т) распадается в среднем (приблизительно) одна и та же доля имеющихся атомов.
2. Закон радиоактивного распада носит вероятностный характер и справедлив для большой совокупности атомов, поэтому является статистическим законом.
Вы видите, что выводы совпадают и понимаете, как моделирование помогает установить закономерности протекания реальных природных процессов.
Итак, мы познакомились с законом радиоактивного распада.
Радиоактивность-это природное явление, не зависящее от того, открыли его ученые или нет. Но это открытие произошло. (на створках доски открываются необходимые четверостишья)
Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин.
Из прекрасного лебедя вырос дракон,
Из запретной бутылки был выпущен джин.
Как мы знаем, джины творят чудеса, а человек старается чудо использовать себе во благо. Через 46 лет после открытия явления радиоактивности был изобретен первый ядерный реактор, использующий радиоактивные изотопы.
Эти реакторы устанавливают на атомных электростанциях. Что это для человека благо или вред?
О: Конечно благо, ведь электростанция вырабатывает энергию.
У:Да, в современном мире человечеству необходимы большие затраты энергии, но при использовании атомных электростанций возникают серьезные проблемы, неучтенные человеком во время конструирования и эксплуатации АЭС. Послушайте сообщения учащихся на эту тему.
2 учащихся делают сообщения (1 мин) о Чернобыльской аварии (слайд 17) и
аварии на атомной станции Фукусима (слайд 18).
6. Закрепление материала:
У: Вот видите, чем чревато использование атомных электростанций.
Последствия Чернобыльской аварии сказываются до сих пор и в нашей местности. Давайте посмотрим, как долго еще мы будем находиться под влиянием радиоактивных излучений выбросов Чернобыльской АЭС.
Решение задач.
Среди радиоактивных загрязнений, вызванных аварией на Чернобыльской АЭС, наиболее опасными являются долгоживущие продукты деления, такие как стронций-90 и цезий-137. Вычислите, сколько времени должно пройти к моменту, когда активность этих загрязнений уменьшится в 8 раз. Периоды полураспада Sr – 28 лет, Cs – 30 лет.
Мы видим, какие серьезные последствия возникли после аварий на атомных электростанциях, но еще более страшное использование радиоактивных изотопов в ядерных бомбах, которые обладают огромной разрушительной силой и мощнейшей радиацией, губящей все живое. Так что же собой представляет этот каприз природы - радиоактивность: подарок для человечества или проклятие?
Да, действительно, радиоактивность – это и подарок и проклятие одновременно. Человек всегда должен помнить, что Природа мудра, и, вторгаясь в ее тайны, нельзя нарушать ее законы. В своих действиях нужно руководствоваться правилом: «Не навреди!”, быть осмотрительным, внимательным, просчитывать десятки связей и ходов наперед, а главное - всегда помнить о других людях, ценности жизни, уникальности нашей планеты.
13 Жизнь на Земле хрупка и беззащитна перед человеком. Один неверный шаг, и она прервется.
7. Рефлексия.
Наш урок подходит к концу. Давайте посмотрим, сумели мы достичь поставленных перед уроком целей?
8. Домашнее задание: п. 84, № 1741, 1743, 1746
|
