Урок 11 клас Радіоактивність. α , β і γ промені

Клас 11

Тема : Радіоактивність. α , β і γ промені

Мета: Формувати в учнів знання про радіоактивність, історію відкриття, складові радіоактивного випромінювання та їх властивості; розвивати логічне мислення, науковий світогляд, навички творчо-дослідницької роботи; виховувати почуття колективізму, відповідальне ставлення до уроку, зацікавленість фізикою та технікою, старанність, охайність.

Тип: Засвоєння нових знань.

Форма проведення: Урок-проект.

Обладнання і посібники: роздаткові картки з теоретичним матеріалом, схеми дослідів, ватман, кольорові олівці, кольоровий папір, клей, маркери, заготовка шкали, опитувальник, стікери.

Хід уроку:

1. Організаційна частина.

2. Активізація пізнавальної діяльності учнів Пропонуємо учням назвати слова асоціації до слова «радіоактивність».

3. Мотивація навчальної діяльності. Отже, ви дійсно багато чого знаєте з даної теми. Але на сьогоднішньому уроці більш детально познайомимося з історією даного явища, а при вивченні подальших тем дізнаємося більш глибоко й про ті поняття, які ви сьогодні називали. Тому тема нашого уроку «Радіоактивність. α , β і γ промені».

4. Організаційний момент. Об’єднання в групи, розподіл завдань та обов’язків, визначення назви групи.

5. Вивчення нового матеріалу. Самостійна робота учнів у групах.

Запропонований матеріал:

І група: Відкриття радіоактивності

Нестабільність атомів відкрили в кінці ХІХ ст. Через 46 років було побудовано перший ядерний реактор. Простежимо швидкий розвиток фізики атомного ядра в історичній послідовності.

Відкриття радіоактивності – явище, яке свідчить про складну будову атомного ядра, сталося як щасливий випадок. Рентгенівське проміння вперше було добуто в результаті зіткнення швидких електронів із скляною стінкою розрядної трубки. Одночасно спостерігалося свічення стінок трубки. Беккерель довго досліджував споріднене явище – свічення речовин, які перед тим опромінювали сонячним світлом. До таких речовин належать солі урану, з якими експериментував вчений. Антуан Анрі Беккерель (фр. Antoine Henri Becquerel; 15 грудня 1852  25 серпня 1908)  французький фізик, лауреат Нобелівської премії по фізиці. Перед ним постало питання: чи не виникає після опромінювання солей урану поряд з видимим світлом і рентгенівське проміння? Бекерель загорнув фотопластинку в цупкий чорний папір, зверху поклав шматочки уранової солі і виставив це на яскраве сонячне світло. Під час проявлення пластинка почорніла в тих місцях, де знаходилась сіль. Отже, уран виділяє проміння, яке, подібно до рентгенівського, пронизує тіла й діє на фотопластинку. Бекерель уважав, що це випромінювання виникає під впливом сонячного проміння. Але одного разу, у лютому 1896 р., черговий дослід зробити не вдалося, бо було хмарно. Беккерель поклав пластинку, на якій знаходився мідний хрест, укритий сіллю урану, у ящик стола.

Проявивши на всяк випадок пластинку через два дні, він виявив на ній почорніння у вигляді виразної тіні хреста. Це означало, що солі урану самовільно, без упливу зовнішніх факторів, створюють якесь проміння. Почалися інтенсивні дослідження. Звичайно, і без цього щасливого випадку радіоактивні явища були б відкриті, але, мабуть, значно пізніше.

Незабаром Бекерель виявив, що проміння уранової солі іонізує повітря так само, як і рентгенівське проміння, і розряджає електроскоп. Випробувавши різні хімічні сполуки урану, він встановив дуже важливий факт: інтенсивність випромінювання визначається лише кількістю урану в препараті й зовсім не залежить від того, до яких сполук він входить. Отже, це властивість не сполук, а хімічного елемента урану, його атомів.

П група: Радіоактивність

Природно було після цього відкриття спробувати дослідити, чи властиве самовільне випромінювання й іншим хімічним елементам, крім урану. 1898 р. Марія Складовська-Кюрі у Франції з групою вчених  виявила випромінювання торію. Марія Кюрі (уроджена Складовська) (7 листопада 1867 - 4 липня 1934), польська фізик і хімік. Була нагороджена медаллю «Деві» (1903) і відзначена Нобелівською премією з фізики (1903) разом з Антуаном Беккерелем. Марія Кюрі написала «Трактат про радіоактивність» (1910) і була нагороджена Нобелівською премією з хімії в 1911 р. Згодом великих зусиль у пошуках нових елементів доклало подружжя Марія і П’єр Кюрі. Систематичне дослідження руд, що містять уран і торій, дало їм можливість виділити новий, ще невідомий хімічний елемент полоній, названий так на честь батьківщини Марії Складовської-Кюрі – Польщі.

Нарешті було відкрито ще один елемент, якому властиве дуже інтенсивне випромінювання. Його назвали радієм (тобто променистим). Саме ж явище самовільного випромінювання подружжя Кюрі назвало радіоактивністю.

Радій має відносну атомну масу 226 і займає в таблиці Д.І.Менделєєва клітку за номером 88. До відкриття Кюрі це місце було порожнім. За своїми хімічними властивостями радій належить до лужноземельних елементів.

Потім було встановлено, що всі хімічні елементи з порядковим номером понад 83 радіоактивні.

У кінці Х1Х ст. було відкрито радіоактивність . Ряд хімічних елементів самовільно випромінюють.

Ш група: Дослід Резерфорда

Після відкриття радіоактивних елементів почалося дослідження фізичної природи їхнього проміння. Крім Бекереля й подружжя Кюрі, над цим питанням почав працювати Резерфорд. Ернест Резерфорд (30 серпня 1871,  19 жовтня 1937)  британський фізик новозеландського походження. Відомий як «батько» ядерної фізики. Лауреат Нобелівської премії з хімії 1908 р.

Було проведено класичний дослід, який допоміг виявити склад радіоактивного випромінювання. Радіоактивний препарат вміщували на дно вузького каналу, зробленого у свинцю. Навпроти каналу розміщували фотопластинку. На проміння, яке виходило з каналу, діяли сильним магнітним полем, лінії індукції якого перпендикулярні до променя. Всю установку розміщували у вакуумі.

Коли не було магнітного поля, на проявленій пластинці виявили одну темну пляму, точно проти каналу. У магнітному ж полі пучок розпадався на три пучки. Дві складові первинного потоку відхилялись у протилежні боки. Це вказувало на те, що вони мають електричні заряди протилежних знаків. При цьому негативну складову проміння магнітне поле не відхиляло. Позитивно заряджена складова проміння дістала назву альфа-проміння, негативно заряджена – бета-проміння і нейтральна – гамма-проміння (α- проміння, β- проміння, γ-проміння).

Ці три види проміння дуже різняться між собою за проникною здатністю, тобто за тим, наскільки інтенсивно їх поглинають різні речовини. Найменшу проникну здатність має α-проміння. Шар паперу завтовшки близько 0,1 мм для цього вже непрозорий. Якщо отвір у свинцевій пластинці прикрити аркушиком паперу, то на фотопластинці не буде плями, що відповідає а-промінню.

Значно менше поглинається речовиною β-проміння. Алюмінієва пластинка затримує його цілком лише тоді, коли її товщина досягає кількох міліметрів.

Найбільшу проникну здатність має γ-проміння. Інтенсивність його поглинання збільшується зі зростанням атомного номера речовини-поглинача. Але й шар свинцю завтовшки 1 см – не перешкода для цього проміння. Від проходження крізь таку пластинку його інтенсивність зменшується лише в два рази.

Очевидно, що фізична природа α-, β- і γ-проміння різна.

ІV група:

Гамма-проміння

За своїми властивостями γ-проміння дуже нагадує рентгенівське, але його проникна здатність значно більша, ніж у рентгенівського проміння. Це наводить на думку про те, що γ-проміння – електромагнітні хвилі. Остаточно всі сумніви зникли після того, як було виявлено дифракцію γ-проміння на кристалах і виміряну його довжину хвилі. Виявилося, що вона дуже мала – від 10^-8 до 10^-11 см. 

На шкалі електромагнітних хвиль γ-проміння безпосередньо розміщується за рентгенівським випромінюванням. Швидкість поширення γ-проміння така, як в усіх електромагнітних хвиль  близько 300 000 км/с у вакуумі.

Бета - проміння.

З самого початку α- і β-проміння розглядали як потоки заряджених частинок. Найпростіше було експериментувати з β-промінням, бо воно дуже відхилялось і в магнітному, і в електричному полях.

Основним завданням було визначити заряд і масу частинок. Досліджуючи відхилення β-частинок в електричних і магнітних полях, установили, що це електрони, які рухаються з великими швидкостями, дуже близькими до швидкості світла. Важливо, що швидкості β-частинок, які випромінює даний радіоактивний елемент, неоднакові. Трапляються частинки з найрізноманітнішими швидкостями. Саме тому пучок β-частинок у магнітному полі розширюється.

V група: Альфа-частинки

Важче було дослідити природу α-частинок, бо вони мало відхиляються магнітними й електричними полями.

Остаточно це завдання виконав Резерфорд. Він виміряв відношення заряду q частинки до маси m за її відхиленням у магнітному полі. Виявилося, що вона в два рази менша, ніж у протона – ядра атома водню. Заряд протона дорівнює елементарному заряду, а маса дуже наближається до атомної одиниці маси. Отже, у α- частинки на один елементарний заряд припадає маса, яка дорівнює двом атомним одиницям маси.

Але заряд α-частинки і її маса залишалися невідомими. Потрібно було виміряти або заряд, або масу α-частинки. З появою лічильника Гейгера з’явилась можливість простіше й надійніше виміряти заряд. Крізь дуже тонке віконце α-частинки можуть проникати в лічильник, і він їх реєструватиме.

Резерфорд встановив на шляху α-частинок лічильник Гейгера і визначив у такий спосіб кількість частинок, що випромінювалися радіоактивним препаратом за певний час. Потім замість лічильника він ставив маленький циліндр, з’єднаний з чутливим електрометром. Ним Резерфорд виміряв сумарний заряд α-частинок, що випромінювалися джерелом та накопичені у циліндрі за той же час (радіоактивність багатьох речовин майже не змінюється з часом). Знаючи сумарний заряд α-частинок і їх кількість, Резерфорд визначив відношення цих величин, тобто заряд однієї α-частинки. Виявилося, що він дорівнює двом елементарним зарядам.

      - α-частинки

     - електрометр

Отже, Резерфорд установив, що в α-частинці на кожний з двох елементарних зарядів припадає дві атомні одиниці маси. А на два елементарних заряди припадає чотири атомних одиниці маси. Такий же заряд ядра і ту ж відносну атомну масу має атом гелію. З цього виходить, що α-частинка – це ядро атома гелію.

Не будучи задоволеним здобутим результатом, Резерфорд потім ще прямими дослідами довів, що від радіоактивного а-розпаду утворюється гелій. Збираючи а-частинки в спеціальний резервуар протягом кількох днів, Резерфорд за допомогою спектрального аналізу пересвідчився в тому, що в посудині збирається гелій (кожна α-частинка захоплювала два електрони й перетворювалася на атом гелію).

Під час радіоактивного розпаду народжуються α-промені (ядра атома гелію), β-промені (електрони) і γ-промені (короткохвильове електромагнітне випромінювання).

6. Захист проектів. Виступ учнів по запропонованій темі, запитання інших груп, тощо.

7. Закріплення вивченого матеріалу проходить у вигляді запитань і відповідей між групами.

8. Підсумок (обговорення та виставлення оцінок). Отже, на сьогоднішньому уроці ми дізналися про розвиток науки щодо вивчення поняття радіоактивності. На подальших уроках ми більш детально ознайомимося зі змінами атома, які відбуваються при радіоактивних перетвореннях. А тепер кожен з вас нехай, залежно від того на скільки сподобалась вам наша робота, розмістить свій стікер біля відповідної позначки шкали.

1    2    3    4    5    6    7    8    9    10

9. Домашнє завдання. Опрацювати §____, підібрати цікаві дані з біографій учених.