МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ ПО ТЕМЕ«Радиоактивность. Экспериментальные методы регистрации частиц»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Красноярский технологический техникум пищевой промышленности» МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ ПО ТЕМЕ «Радиоактивность. Экспериментальные методы регистрации частиц»                                 Учебная дисциплина  Специальность  Группа  Физика 19.02.07 Технология молока и молочных  продуктов ТМ15­11 Рассмотрено: На заседании ПЦК Общеобразовательных  дисциплин Протокол № ___ от ________ 20___ г.  Председатель ПЦК Кастюк О.П.  ________________ Составитель: преподаватель физики Кастюк Ольга Павловна Красноярск 2016 г. СОДЕРЖАНИЕ 1.Введение..........................................................................................................................................................3 2.План занятия...................................................................................................................................................4 .............................................................................................................................................................................. 3.Ход занятия ...................................................................................................................................................4 4.Приложение..................................................................................................................................................10 5.Литература...................................................................................................................................................14   2 ВВЕДЕНИЕ На современном этапе развития общества последствиями производства и испытаний ядерного оружия, бурного   развития   атомной   энергетики,   растущего   использования   ионизирующих   источников   излучения   в разных сферах жизнедеятельности человека привело к повсеместному радиоактивному загрязнению – одной из самых главных угроз. Проблема приобрела новые черты, распространяя своё влияние также на организм человека, и требует решения. Тема «Радиоактивность» – одна из самых сложных в учебной физике, как и весь раздел «Квантовая физика». Объективная  сложность и необычность изучаемых явлений  приводит к значительным затруднениям в усвоении материала. С этой проблемой позволяет справиться визуализация образовательного процесса, а также моделирование процессов. Тема отнесена к одному из завершающих разделов в курсе физики, и логично следует после мотивационного блока изучения квантовых базовых идей (строение атома от модели Томсона до квантово­механической модели). После этой темы следуют самые насыщенный по содержанию вопросами современной физики блок – «Строение Вселенной»  Урок изучения нового материала по теме «Радиоактивность. Экспериментальные методы регистрации частиц»   с   использованием   наглядного   материала   информационного,   практического   и   контролирующего характера,   который   представляет   собой   презентацию   об открытии   радиоактивных   элементов; видах излучения, из которого студенты узнают,  что происходит с ядрами, какие превращения происходят в ядрах и какие виды защиты от этих излучений. На   контрольно­оценочном   этапе   предлагается   проведение   тестового   контроля.   Материал   заданий направлен не только на проверку знаний и умений, но и способствует дальнейшему использованию в ходе изучения темы.  Основными   формами   организации   учебной   деятельности   является   фронтальная   и   индивидуальная формы   работы.   Активное   включение   студентов   в   учебный   процесс   происходит   за   счет   правильно спланированного процесса целеполагания и постановки проблемного вопроса.  Основные методы обучения: объяснительно­иллюстративный, репродуктивный, частично­поисковый. Выбранные средства обучения способствуют лучшему восприятию и усвоению материала.  Использование ПК позволяет не только усилить наглядное представление изучаемого материала, но и способствует   более   осмысленному   его   усвоению.   Слайдовая   презентация   содержит   весь   необходимый наглядный и практический материал. Все это позволяет повысить плотность урока и оптимально увеличить его темп. Рефлексивно­оценочный этап проведен в форме полилога, на определение степени затруднений обучающихся при изучении темы, а также планирования перспективных индивидуальных целей. 3 ПЛАН ЗАНЯТИЯ Тема: Радиоактивность. Экспериментальные методы регистрации частиц.  Урок №44 Тип урока: Урок изучение нового материала  Цели урока:  Обучающая: познакомить обучающихся с открытием естественной радиоактивности и его свойствами, с современными методами обнаружения и исследования заряженных частиц.  Развивающая: способствовать развитию сознания студентов о сложной, гармоничной структуре мироздания, о бесконечности процесса познания, об опасных последствиях при нарушении гармонии в природе. Воспитательная: интерес к физической науке, экологическое воспитание при хозяйственной деятельности человека. Методы урока – словесные, наглядные, практические Междисциплинарные   связи:  Экологические   основы   природопользования.   Безопасность жизнедеятельности. Наглядные пособия: Презентации «Радиоактивность», Видеофильм «Счетчик Гейгера» и «Чернобыль» Д\З Самойленко И.П., Сергеев А.В. «Физика» §17,2 стр. 313­320                            1. Орг. момент(3мин) 2. Этап подготовки к изучению новой темы, мотивация и актуализация опорных знаний(10 мин) Создание проблемной ситуации. Отрывок из фильма «Чернобыль». Вопросы: ХОД ЗАНЯТИЯ:  Какое государство вы увидели в видеофрагменте?  Когда это произошло?  Как это влияет на нас с вами?  Какие еще вы знаете радиационные аварии? Авария   на АЭС   Фукусима­1 —   крупная радиационная   авария максимального   7­го   уровня по Международной   шкале   ядерных   событий,   произошедшая 11   марта 2011   года в результате сильнейшего   в   истории   Японии   землетрясения и   последовавшего   за   ним  цунами. Землетрясение   и   удар   цунами   вывели   из   строя   внешние   средства   электроснабжения   и   резервные дизельные   генераторы,   что   явилось   причиной   неработоспособности   всех   систем   нормального   и 4 аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии.  Эпиграф: «Ничего не надо бояться – надо лишь понять неизвестное» Мария Склодовская ­ Кюри.   3.  Новый материал (55 мин) I. Радиоактивность (  )  естественная, искусственная     Самопроизвольное излучение атома урана называется радиоактивностью.  1896 год Антуан Беккерель(Франция)  обнаружил при изучении  Урана  по действию на фотопластинку и биологическому действию 1898 г. М.П.Кюри Информационная справка Беккерель Антуан Анри французский физик родился 15 декабря 1852 г. Окончил политехническую школу в Париже. Основные работы посвящены радиоактивности и оптике. В 1896г открыл явление радиоактивности.  В  1901г  обнаружил  физиологическое   действие   радиоактивного   излучения.   В 1903г Беккерель удостоен Нобелевской премии за открытие естественной радиоактивности урана. Умер 25 августа 1908 г.  Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал   свечение   веществ,   предварительно   облученных   солнечным   светом.   К   таким   веществам принадлежат   соли   урана,   с   которыми   экспериментировал   Беккерель.   И   вот   у   него   возник   вопрос:   не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий   солнечный   свет.   После   проявления   фотопластинка   почернела   на   тех   участках,   где   лежала   соль. Следовательно, уран создавал какое – то излучение, которое пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в   феврале   1896г.,   провести   ему   очередной   опыт   не   удалось   из­за   облачной   погоды.   Беккерель   убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких­либо внешних влияний создают какое­то излучение. Начались интенсивные исследования. Вскоре Беккерель установил важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате, и не зависит от того в какие соединения он входит. Следовательно, излучение присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам. Естественно   ученые   попытались   обнаружить,   не   обладают   ли   способностью   к   самопроизвольному излучению другие химические элементы. В эту работу внесла большой вклад Мария Склодовская­Кюри. Информационная справка Мария Склодовская­Кюри – польский и французский физик и химик, один из основоположников учения   о   радиоактивности   родилась   7   ноября   1867   в   Варшаве.   Она   первая   женщина   –   профессор Парижского   университета.   За   исследования   явления   радиоактивности   в   1903   г.,   совместно   с   А. Беккерелем получила Нобелевскую премию по физике, а в 1911 г. за получение радия в металлическом состоянии – Нобелевскую премию по химии. Умерла от лейкемии 4 июля 1934 г. В 1898г М. Склодовская­Кюри и др. ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия   в   поисках   новых   элементов   были   предприняты   М.   Склодовской­Кюри   и   ее   мужем   П.   Кюри. Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый неизвестный ранее химический элемент – полоний № 84, названный так в честь родины М. Склодовской­Кюри – Польши. Был открыт еще один элемент, дающий интенсивное излучение – радий № 88, т.е. лучистый. Само же явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью. Записать в тетради “радиоактивность” – (лат) radio – излучаю, aсtivus – действенный. 5 Впоследствии   было   установлено,   что   все   химические   элементы   с   порядковым   номером   более   83 являются радиоактивными В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. Информационная справка Эрнест Резерфорд английский физик, родился 30 августа 1871 г. в Новой Зеландии. Его исследования посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. Своими фундаментальными открытиями в этих областях Резерфорд заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома. Умер 19 октября 1937 г. В   результате   опыта,   проведенного   под   руководством   английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия   неоднородно,   т.е.   оно   имеет   сложный   состав.   Рассмотрим,   как проводился этот опыт. На рисунке 1 изображен толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия направлено во все стороны,   но   сквозь   толстый   слой   свинца   оно   пройти   не   может).   После проявления   фотопластинки   на   ней   обнаруживалось   одно   (рис.   1)   темное пятно – как раз в том месте, куда попадал пучок. Потом   опыт   изменяли   (рис.2), создали   сильное   магнитное   поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других – по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом – отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда. Положительно   заряженные   частицы   назвали   альфа­частицами,   отрицательно заряженные – бета­частицами, а нейтральные – гамма (рис. 2) квантами. Некоторое время спустя в результате исследования некоторых физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы, проникающей способности) удалось   установить,   что   гамма   –   кванты   или   лучи   –   это   коротковолновое электромагнитное   излучение,   скорость   распространения   электромагнитного излучения такая же, как и у всех электромагнитных волн – 300000 км/с. Гамма – лучи проникают в воздух на сотни метров. Бета   –   частицы   представляют   собой   поток   быстрых   электронов,   летящих   со скоростями близкими к скорости света. Они проникают в воздух до 20 м. Альфа частицы – это потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц 20000 км/с, что превышает скорость современного самолета (1000 км/ч) в 72000 раз. Альфа – лучи проникают в воздух до 10 см. Итак,   явление   радиоактивности,   т.е.   самопроизвольного   излучения   веществом   –   частиц,   наряду   с другими   экспериментальными   фактами,   послужило   основанием   для   предположения   о   том,   что   атомы вещества имеют сложный состав. Свойства радиоактивных излучений: 6     Ионизируют воздух;     Действуют на фотопластинку;     Вызывают свечение некоторых веществ;     Проникают через тонкие металлические пластинки;     Интенсивность излучения пропорциональна концентрации вещества;  Интенсивность   излучения   не   зависит   от   внешних   факторов   (давление,   температура, освещенность, электрические разряды). Закономерности радиоактивного распада  1.радиоактивность подтверждает сложное строение атома 2.при распаде ядер атомов радиоактивных элементов количество вещества уменьшается по закону:  Закон радиоактивного распада установлен Ф. Содди. По формуле находят число не распавшихся атомов в любой момент времени. Пусть в начальный момент времени число радиоактивных атомов N0. По истечении периода полураспада их будет N0/2. Спустя t = nT их останется N0/2п.  3.Длительность распада. Т­   период   полураспада   ­это   время   в   течении   которого   количество   радиоактивного   вещества уменьшается вдвое Т радия­1620 лет; Т иода­8 суток; Т углерода­5570 лет Т радона­3,82 дня; Азот­10 мин Чернобыль выбросы: Йод 131, Плутоний 239, Нептуний 139,Цезий 137, Строниций 90 120 тонн ядерного топлива испарилось в атмосферу 4.Выделение энергии Радиоактивный распад сопровождается выделением энергии, ионизацией воздуха 1 г радия выделяет 25,5 кал в 1 час это использовалось как источник энергии на «Луноходе 5.При радиоактивном распаде происходят химические превращения Закон смещения Содди При испускании  альфа частицы химический элемент перемещается по таблице Менделеева на 2 места влево, а при испускании бета частицы на 1 место вправо. Пример  Альфа распад     Уран­­­­­­­­­­­­ свинец      Z­2      Бета распад         Радий­­­­­­­­­­­ радон       Z+1  III .Доза излучения (СИ)  Д=Е/м  Д –поглощенная доза излучения ( ГРЭЙ) Е­энергия в Джоулях, М – масса в Кг 1 Грей = 1 ДЖ / 1КГ 1 грей это такая поглощенная доза, при которой облученному веществу массой в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения в 1 дж  Естественный фон ­0,002 гр в год. Предельно допустимая доза в год ­0,05 гр  3­10 гр. за короткое время ­ смертельная доза 2.Рентген (несистемная единица) ­это такое энергия при которой в 1куб см воздуха создается зарядов обоего знака­3*10 (­ 10 степени) кл. 3.Беккерель – 1 атом в 1 сек. 20­50 рентген­ изменение в крови 100­25­ рентген­ лучевая болезнь 7 1000 рентген­ смерть под лучом (1р=0,01 гр) Защита от радиоактивного излучения: 1.   Удаление   от   источника   (радиация   убывает   обратно   пропорционально   квадрату   расстояния   от источника) 2. Ампулы с РП нельзя брать руками для этого есть специальные щипцы с длинными ручками 3. Защитные костюмы со специальными  свинцовыми прокладками. Приборы для регистрации заряженных частиц 1.1908г.счетчикГейгера – Мюллера (основано на способности частиц ионизировать воздух. 2.1911г.камера Вильсона (основана на способности частиц оставлять конденсационный след (видимость 0.1 сек) 3.Пузырьковая   камера   (основана   на   способности   заряженных   частиц   оставлять   пузырьковый   след   в перегретой жидкости) 4.Толстослойные фотографии видеофильм.  «Счетчик Гейгера.»                     Изотопы (есть у всех химических элементов) Химические  элементы  в  которых  одинаковое   число  протонов,  но разное число   нуклонов  называются изотопами. Водород  1Н¹ дейтерий  1Д²     Д2О(соотношение 1:4500) Т кип=101,2 С Тзам=3,8С 4. Закрепление выполнение теста (15 мин)  Тест «Радиоактивность» Получает каждый студент.  1 вариант 1. Кто из перечисленных ученых назвал явление самопроизвольного излучения радиоактивностью?   А. Супруги Кюри   В. Резерфорд   С. Беккерель 2. ­лучи представляют собой….   А. поток электронов   В. поток ядер гелия   С. электромагнитные волны 3. В результате ­ распада элемент смещается    А. на одну клетку к концу периодической системы   В. на две клетки к началу периодической системы С. на одну клетку к началу периодической системы 4. Время, в течение которого распадается половина радиоактивных атомов, называется…   А. временем распада   В. периодом полураспада С. периодом распада 5. Имеется 109атомов радиоактивного изотопа йода 53 количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 50 мин?   А. 5108   В. 109 С. 2,5108 128I, период его полураспада25мин. Какое примерно  2 вариант 1. Кто из перечисленных ниже ученых является первооткрывателем радиоактивности?   А. Супруги Кюри 8 В. Резерфорд С. Беккерель 2. ­ лучи представляют собой…   А. поток электронов   В. поток ядер гелия С. электромагнитные волны 3. В результате ­ распада элемент смещается    А. на одну клетку к концу периодической системы   В. на две клетки к началу периодической системы С. на одну клетку к началу периодической системы 4. Какое из перечисленных ниже выражений соответствует закону радиоактивного распада.    А.N=N02­t/T   В. N=N0/2 С. N=N02­T 5.Имеется 109атомов радиоактивного изотопа цезия 55 количество ядер изотопа останется нераспавшимся через 52 года?   А. 5108   В. 109 С. 2,5108 137Cs, период его полураспада 26 лет. Какое примерно  Ответы     1 вариант                                                   2 вариант               1А, 2А, 3В, 4С, 5С                                     1С, 2С, 3А, 4А, 5С Критерии оценок:     оценка «5» за 5 верных ответов оценка «4» за 4 верных ответа оценка «3» за 3 верных ответа Проверили? Поднимите руку кому «5»? Опустите. А кому «4»? Обучающиеся выполняют тестовое задание, осуществляют взаимопроверку, проверяют правильность  выполнения работы, оценивают свою деятельность.  5.Этап подведения итогов, информация о домашнем задании. 6.Рефлексия. Рефлексия деятельности на уроке (7 мин) Закончить фразу 1. сегодня я узнал…  2. мне было интересно…  3. я понял, что…  4. теперь я могу…  5. я научился…  6. у меня получилось …  7. меня удивило…  9 8. урок дал мне для жизни…  9. мне захотелось…  ПРИЛОЖЕНИЕ 10 11 12 13 14 ЛИТЕРАТУРА Основные источники: 1. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Сборник задач и вопросы по физике: учеб. пособие. – М., 2012. 2. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): учебник. – М., 2012. Дополнительные источники: 1. Дмитриева   В.Ф.   Физика   для   профессий   и   специальностей   технического   профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования. М: Издательство центр «Академия», 2010; 2. Дмитриева   В.Ф.   Физика   для   профессий   и   специальностей   технического   профиля. Методические рекомендации М.: издательство центр «Академия», 2010; 3. Фирсов   А.В.   Физика   для   профессий   и   специальностей   технического   и   естественно­ научного профилей: учебник, для образоват. учреждений начального и среднего проф. образования/А.В. Фирсов.  ­ М.: издательский центр «Академия», 2014г. – 352 с. 4. Фирсов   А.В.   Физика   для   профессий   и   специальностей   технического   и   естественно­ научного профилей: Решения задач/А.В.Фирсов ­ М.: издательский центр «Академия», 2013 г. – 400 с 5. Фирсов   А.В.   Физика   для   профессий   и   специальностей   технического   и   естественно­ научного профилей: Сборник задач/А.В.Фирсов ­ М.: издательский центр «Академия», 2013 г. – 288 с. 15