Фізика 9 клас

Тема: Радіоактивність.

Мета: сформувати поняття про явище радіоактивності, ознайомити учнів з видами радіоактивного випромінювання і основними характеристиками α-, β- , γ-випромінюваннями; формувати вміння осмислювати інформацію і робити логічні висновки; розвивати творчий потенціал учнів; виховувати правильне ставлення кожного учня до екологічних проблем, пов’язаних з радіоактивністю.

Обладнання: Комп’ютерна презентація «радіоактивність».

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Бесіда.
1. Що означає слово «атом»? Хто ввів це поняття у фізику?
2. З чого складається атом?
3. Яка будова атомного ядра? Що таке нуклон?
4. Що таке електрон? Який його заряд?
5. Чим ядерні сили відрізняються від електричних і гравітаційних?
6. Модель атома Томсона.
7. Планетарна модель атома.
8. У чому суть досліду Резерфорда?

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

               Радіоакти́вність (від лат. radio — «випромінюю» radius — «промінь» і activus — «дієвий») — явище спонтанного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.

Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

   Радіоактивність відкрив у 1896 р. Антуан Анрі Беккерель. Сталося це випадково. Вчений працював із солями урану і загорнув свої зразки разом із фотопластинами в непрозорий матеріал. Фотопластини виявилися засвіченими, хоча доступу світла до них не було. Беккерель зробив висновок про невидиме оку випромінювання солей урану. Він дослідив це випромінювання і встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які сполуки він входить. Тобто ця властивість властива не сполукам, а хімічному елементу урану.

            В 1898 р. П'єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили випромінювання торію, пізніше були відкриті полоній та радій. у 1903 році подружжю Кюрі було присуджено Нобелівську премію. На сьогодні відомо близько 40 природних елементів, яким властива радіоактивність.

           У 1903 р. Резерфорд і його колега Содді виявили, що радіоактивність пов’язана з самовільним розпадом атомів радіоактивних речовин. Радіоактивне випромінювання має величезну енергію. Виявилось, що 1 г радію кожну годину виділяє 600 Дж енергії.
До радіоактивних елементів належать ті, котрі мають порядковий номер більший за 83. У періодичній системі вони розташовуються після Вісмуту. Для цих елементів характерною є відсутність стабільних ізотопів. Крім того, природна радіоактивність була виявлена й у деяких ізотопів інших елементів. Наприклад, винятком можна назвати Технецій (Те, Z=43) і Прометій (Pm, Z=61).

           На початку ХХ ст. англійський фізик Резерфорд пропустив сильне випромінювання радіоактивних елементів через сильне магнітне поле, внаслідок чого потік частинок ядер розділився на три потоки, які Резерфорд назвав α-, β-частинками, γ-променями.

           Резерфорд у 1899 р. виявив, що потік α-частинок є потоком ядер гелію. Вони мають малу проникну здатність, але найбільшу іонізувальну здатність. Листок паперу чи одяг затримують їх повністю.

            У тому ж році Бекерель довів, що β-частинки є потоком дуже швидких електронів, які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Вони мають більшу проникну здатність, навіть пластинка з алюмінію завтовшки в декілька міліметрів не повністю їх затримує.

             У 1900 р. французький фізик Вілард встановив, що γ-промені є електромагнітними хвилями з дуже малою довжиною хвилі, на багато меншою, ніж довжина хвилі видимого світла і навіть рентгенівських променів. Вони мають дуже велику проникну здатність. Пластинка з свинцю завтовшки 1 см затримує їх не повністю.

            Радіоактивний розпад – природне радіоактивне перетворення ядер. При цьому ядро, яке зазнає розпаду, називається материнським, а те, що утворюється, – дочірнім.

На основі спостережень та експериментів учені встановили, що радіоактивність супроводжується довільним перетворенням одних ядер в інші і випромінюванням різних частинок.

α-розпад

Щоб пояснити, чому ядра атомів самовільно розпадаються з випусканням α-частинок, треба звернути увагу на те, що α-частинки випускаються лише важкими ядрами, що містять велику кількість протонів і нейтронів (нуклонів).
Відомо, що сили притягання між нуклонами короткодіючі, а сили електростатичного відштовхування протяжно діючі. Оскільки густина ядерної речовини в усіх хімічних елементах приблизно однакова, то важкі ядра мають більші розміри, ніж легкі. У зв’язку з цим міцність важких ядер, обумовлена ядерними силами притягання нуклонів, мала. У результаті процесів, що відбуваються всередині важкого ядра, створюються сприятливі умови для його розпаду, який супроводжується випусканням α-частинки. Після α-розпаду ядро стає більш стійким.

Проте чому важке ядро випускає α-частинку, а не протони чи нейтрони? Для того, щоб залишити ядро, нуклон має подолати ядерні сили, а для цього він повинен мати достатній запас енергії. Джерелом такої енергії може стати об’єднання нуклонів саме в α-частинку.

Утворення α-частинок всередині ядра відбувається вкрай рідко. Якщо взяти одне атомне ядро, то не можна буде передбачити, коли воно розпадеться; цей процес є випадковим. Ядро може розпастися негайно чи залишатися незмінним мільярд років. Але радіоактивна речовина складається з величезної кількості атомів, і у ній завжди знайдуться атоми, що розпадаються. Тому процес радіоактивного розпаду проходить неперервно.

Перетворення ядер відбувається за правилом зміщення, яке вперше сформулював Содді: під час α- розпаду ядро втрачає позитивний заряд 2е, і маса його зменшується приблизно на чотири атомні одиниці маси. У результаті елемент зміщується на дві клітинки до початку періодичної системи:

β - розпад

Викликає здивування той факт, що у процесі радіоактивного розпаду ядро випускає електрони, яких у ньому немає. Цей дивовижний факт пояснюється досить просто. При певних умовах у ядрі проходить розпад нейтрона на протон і електрон. Утворений електрон вилітає із ядра. Процес перетворення ядерного нейтрона на протон і електрон спостерігається у ядрах з великою кількістю нейтронів. Кропітке і старанне вивчення β-розпаду показало, що у ньому нібито порушуються закони збереження енергії та імпульсу. Але швейцарський фізик Паулі висловив припущення, що в процесі β-розпаду утворюється ще якась частинка, котра і відбирає частину енергії та імпульсу. На основі цієї гіпотези італійський фізик Фермі розробив теорію β-розпаду. Розрахунки Фермі показали, що частинка, передбачена Паулі, повинна бути нейтральною і мати дуже малу 9 навіть порівняно з електроном) масу. Він назвав цю частинку – нейтрино. Нейтрино довгий час не могли виявити, оскільки воно дуже слабо взаємодіє з речовиною.
У випадку β - розпаду з ядра вилітає електрон. Тому заряд збільшується на одиницю, а маса залишається майже незмінною:

γ-розпад.

Експериментально встановлено, що γ-випромінювання не є самостійним видом радіоактивності. Воно супроводжує α- і β- розпади, виникає при ядерних реакціях, гальмуванні заряджених частинок і т. ін. У процесі γ-випромінювання ядро спонтанно переходить зі збудженого стану до основного або менш збудженого. При цьому надлишок енергії ядра звільняється у вигляді γ-кванта і у вигляді енергії віддачі ядра.
γ-випромінювання є електромагнітною хвилею, здатною проникати в речовину на сотні метрів. Явище гамма-випромінювань полягає в тому, що ядро випускає гамма-кванти без зміни заряду й масового числа А.

Чисельні дослідження показали, що під час радіоактивного розпаду виконується закони збереження заряду, енергії, і імпульсу та інші закони мікросвіту.

IV. Закріплення набутих знань

Капелюх запитань.
1. Наведіть означення радіоактивності.
2. Як було відкрито явище радіоактивності?
3. Який внесок зробили П. Кюрі і М. Склодовська-Кюрі у вивчання радіоактивного випромінювання?
4. Які види радіоактивного випромінювання ви вивчили?
5. Якою є природа α-частинок? β-частинок? γ-частинок?
 

V. Підсумок уроку.

VІ. Домашнє завдання.