Урок физики в 11 классе на тему "Радиоактивность"

­ 2 ­ УРОК ФИЗИКИ в 11 классе. ТЕМА: РАДИОАКТИВНОСТЬ. ЦЕЛИ:  заполняя схему);  Изучить понятие радиоактивности, радиоактивный распад (самостоятельно   Рассмотреть альфа­, бета­ и гамма – распады;  Объяснить природу альфа­, бета­ и гамма­излучений;  Рассмотреть применение радиоактивности (используя дополнительный  материал, собранный учащимися);  Вспомнить о Чернобыльской трагедии и обсудить причины ее возникновения  и последствия, а также меры предотвращения;  На примере жизнедеятельности великих ученых показать важность и  сложность научных открытий и физических явлений. ОБОРУДОВАНИЕ: две светлые пластинки одинакового размера, копировальная  бумага, поваренная соль, схемы, плакат «Авария на Чернобыльской АЭС»,  карточки с заданиями, костюмы «ученых». ­ 3 ­ ХОД УРОКА. За столом сидят трое учащихся: 2 мальчика и девочка. 1­й учащийся (Беккерель): ­ Антуан Анри Беккерель, французский физик и  химик. В 1896 году я первым обнаружил явление радиоактивности урановых  соединений. Я поместил на фотографические пластинки (берет 2 пластинки  светлые), завернутые в плотную черную бумагу ( заворачивает их в копирку), соли  урана (берет несколько больших зерен соли и кладет их между пластинами), и в  течение нескольких часов подверг этот пакет воздействию солнечного света. После  этого я обнаружил, что пластинки почернели. Сначала я сделал вывод о том, что  под воздействием солнечных лучей происходит испускание рентгеновских лучей.  Однако, как оказалось, то же самое происходит и без облучения солнечным светом. Таким образом, я обнаружил, что свойство испускать невидимые лучи принадлежит урану и их свойства не зависят от внешних условий.  2­й учащийся (Мария Кюри): ­ Мария Склодовская­Кюри. Позже я назвала  самопроизвольное излучение атомов радиоактивностью. Учитель: ­ Здравствуйте, ребята! «Радиоактивность» ­ тема нашего урока. В этом  году исполняется 110 со дня  открытия этого явления. Сегодня Вы познакомитесь с ним. Мы рассмотрим радиоактивные распады, а также поговорим о применении  радиоактивности. В процессе урока вы будете самостоятельно заполнять схему по  новому материалу ( см. Приложение 1), предварительно составленную у вас в  тетрадях, и выполнять некоторые задания для закрепления изученного материала.  Эти работы в ваших тетрадях я проверю и оценю, как и подобранный вами  дополнительный материал по теме урока.      Итак, радиоактивность – это самопроизвольное превращение одних атомных  ядер в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц (учащиеся  записывают определение в схему (Приложение 1)). Мария Кюри: ­ В насквозь продуваемой застекленной мастерской, где  температура и влажность воздуха постоянно колеблются, что чрезвычайно  затрудняет проведение опытов, я пыталась измерить ионизирующее действие лучей  урана. Все оборудование для работы состояло из ионизационной камеры,  электрометра Кюри и кристалла пьезокварца (демонстрирует схему опыта). Так я обнаружила явление, которое назвала радиоактивностью. Мы с мужем, Пьером,  который прервал свои исследования в другой области, доказали радиоактивность  тория. Открыв новый элемент «…мы полагали, что вещество, извлеченное нами из  урановой руды, содержит еще не описанный металл, по своим химическим  свойствам близкий к висмуту…». Когда  существование этого металла  подтвердилось, мы предложили назвать его «полонием» ­ по имени  ­ 4 ­ страны, откуда происходил один из нас. Выделив спустя некоторое время второй  химический элемент, мы считали, что «…новое радиоактивное вещество содержит  новый элемент, который мы предложили назвать радием – радиоактивность его  была бы огромной…». Чтобы определить атомный вес полония (Po, 210) и радия  (Ra, 226) и доказать всему научному миру их существование, нам понадобилось еще четыре года упорнейшего труда. «…У нас не было ни денег, ни лаборатории, ни  помощи, чтобы хорошо выполнить эту важную и трудную задачу. Требовалось  создать нечто из ничего… Я могу сказать без преувеличения, что этот период был  для меня и моего мужа героической эпохой в нашей совместной жизни…» Учитель: ­ В декабре 1903 года Стокгольмская академия наук публично объявила  о присуждении Нобелевской премии Беккерелю и супругам Кюри за открытия в  области радиоактивности. В настоящее время известно, что радиоактивными  являются химические элементы с атомным номером Z>83; у элементов с Z<83  имеются отдельные радиоактивные изотопы. Превращения ядер называются  распадами.  3­й учащийся (Резерфорд): ­ Я Эрнест Резерфорд, именно я в 1911 году с  помощью своего знаменитого опыта (проникновение внутрь атома с помощью  альфа­частиц) опроверг «кексовую» модель строения атома Томсона (Приложение  2) и доказал, что в центре атома находится плотное положительно заряженное  ядро, диаметр которого не превышает 10­14 – 10­15 м. Кстати, об альфа­частицах  (Приложение 3). В начале 1900­х годов я и мои ученики активно занимались  исследованиями природы радиоактивных излучений. Нами был проведен опыт,  схема которого приведена на чертеже (Приложение 4): К – свинцовый контейнер, П – радиоактивный препарат, Ф – фотопластинка, В – магнитное поле. Мы выяснили,  что радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и  отрицательно заряженные и нейтральные. Мы увидели, что в магнитном поле  положительные и отрицательные частицы (мы назвали их альфа­ и бета­частицами)  испытывают отклонения в противоположные стороны, причем бета­частицы  отклоняются значительно больше. Гамма­частицы в магнитном поле вообще не  отклоняются. Учитель: ­ Чаще всего в природе встречаются 2 вида радиоактивного распада:  альфа­распад: радиоактивное ядро Х превращается в новое ядро Y, испуская при  этом альфа­частицу. Запись уравнения на доске: ­ 5 ­ Резерфорд: ­ Так вот, в 1903 году я установил, что альфа­частицы – не что иное,  как ядра атомов гелия, имеющих положительный заряд, масса альфа­частицы 4  а.е.м., заряд +2е, скорость около 10000 км/с. Учитель: ­ Зная это, уравнение для альфа­распада примет вид: Запись уравнения на доске: Учитель: ­ Другой вид радиоактивного распада – бета­распад: радиоактивное ядро Х превращается в новое ядро Y, испуская при этом бета­частицу. Запись на доске: Беккерель: ­ Уже в 1900 году я знал, что бета­излучение – это поток электронов. Учитель: ­ Поэтому уравнение для бета­распада имеет вид: Запись на доске: Закрепление. №229 у доски решает 1 учащийся, 4 учащихся получают карточки  (Приложение 5), остальные работают с учащимся у доски. Учитель: ­ И поток альфа­частиц – альфа­излучение, и поток электронов – бета­ излучение, входят в состав радиоактивного излучения. В 1900 году французский  ученый Виллар открыл третий компонент – гамма­лучи – электромагнитное  излучение с очень маленькой длиной волны (10­1­10­6 нм) представляет собой поток  частиц – гамма­квантов. Оно сопровождает распад радиоактивных ядер в тех  случаях, когда они оказываются в возбужденном состоянии. При переходе такого  ядра с верхнего энергетического уровня на более низкий и происходит выделение  гамма­квантов. ­ 6 ­ Закрепление. №№231, 233, 235 решают у доски, остальные получают карточки  (Приложение 6). Учитель: ­ Радиоактивное излучение широко применяется в промышленности. Учащиеся делают сообщения о применении радиоактивного излучения. Ученик 1. Приложение 7.  Ученик 2. Приложение 8. Ученик 3. Приложение 9. Ученик 4. Приложение 10. Учитель: ­ Однако облучение очень опасно для человека. Это видно на схеме  (Приложение 11). Мария Кюри: ­ «…По соглашению со мной Пьер отказался извлечь материальную  выгоду из нашего открытия. Мы не взяли никакого патента и ничего не скрывая  обнародовали результаты наших исследований, а также способы извлечения  чистого радия. Это пошло на благо производства радия, которое могло свободно  развиваться, поставляя ученым и врачам продукты, в которых они нуждались.  Человечество, конечно,  нуждается в деловых людях, которые извлекают максимум из своего труда и не забывая об общественных интересах соблюдают и собственные  выгоды. Но человечеству нужны и мечтатели, для которых бескорыстное служение  какому­нибудь делу настолько увлекательно, что им и в голову не приходит заботиться о личных материальных благах…» Но разве мы могли предположить,  что выстраданные нами открытия, сделанные для блага человека, могут принести  боль и страх?! Учитель: ­ Сегодня 26 апреля исполняется 20 лет со дня Чернобыльской трагедии. И мы, конечно, не могли обойти вниманием эту страшную дату. Ученик 5. Приложение 12. Сообщение «Авария на Чернобыльской АЭС и ее  последствия» (плакат «Авария на Чернобыльской АЭС»). Ученик 6. Приложение 13. Сообщение «Экономическое преимущество атомной  энергии». Закрепление. Задания по теме «Радиация» (Приложение 14). ­ 7 ­ Учитель: ­ …И тогда атом снова станет мирным, таким, каким его когда­то  открыли для человечества великие ученые Беккерель, Резерфорд и Мария и Пьер  Кюри. До последней минуты своей жизни Мария Кюри боролась с недугом,  который был вызван открытым ею радием. …Поднесенный к счетчику Гейгера  листок из блокнота Пьера Кюри спустя 55 лет после того, как в нем вели записи,  был так радиоактивен, что ровный поначалу гул прибора сменился вскоре шумом,  чуть не грохотом… Но … человечеству нужны мечтатели… Приложение 1. Схема «Радиоактивность». Приложение 2.                                                  Приложение 3. Приложение 4. Приложение 5. Карточка 1.  В результате какого радиоактивного распада плутоний                  превращается в  уран                        ? Напишите уравнение распада. Карточка 2. Напишите уравнение альфа­распада урана                                        . Карточка 3. Ядро радона                         испустило альфа­частицу. В ядро какого элемента  превратилось ядро радона? Карточка 4.  Определите зарядовое и массовое число изотопа, который получится из тория                                      после трех альфа­распадов. Приложение 6. Карточка 5. В результате какого радиоактивного распада натрий                 превращается в  магний                    ? Напишите уравнение распада. Карточка 6. Ядро какого элемента образовалось из ядра изотопа кобальта                     после  испускания бета­частицы? Карточка 7. Напишите уравнение бета­распада свинца                                  . Карточка 8. Определите зарядовое и массовое число изотопа, который получится из тория                                       после  трех альфа­распадов и двух бета­распадов. Карточка 9. Какой изотоп образуется из урана                     после двух бета­распадов и одного  альфа­распада?                      Приложение 7. Сконструирован ряд приборов, основанных на зависимости степени поглощения  излучений от толщины поглощающего слоя и его плотности. На этой основе  созданы толщиномеры, плотномеры, уровнемеры и т.д. В зависимости от плотности  исследуемого вещества и толщины измеряемого слоя используется либо гамма­ излучение (толстые слои металлов), либо бета­излучение (тонкая фольга, краска,  пластмасса). Приложение 8. Широко применяется радиоактивное излучение для изменения физико­химических  свойств вещества (твердости, хрупкости и т.д.) путем его облучения.  Радиоактивное излучение применяют также для ускорения химических реакций:  разрушая молекулы, эти излучения создают в веществе свободные радикалы,  которые химически весьма активны. Приложение 9. Радиоактивные изотопы играют роль меченных атомов, которые можно различить  во множестве других атомов того же вещества за счет того, что они сигнализируют  о своем присутствии в процессе своего распада. Этот метод широко применяется  для исследования сплавов; для оценки скорости диффузии; для оценки скорости  движения вещества в живых организмах. Приложение 10. Некоторые вещества избирательно оседают в определенных участках организма;  например, йод оседает в почках и щитовидной железе. Введя в кровь человека  порцию радиоактивного йода, можно исследовать функцию почек или щитовидной  железы, что широко используется в медицине. С помощью излучений  диагностируют и лечат злокачественные опухоли. Для этой цели используют либо  гамма­излучение радиоактивного кобальта (так называемые «кобальтовые пушки»), либо сфокусированные пучки протонов или более тяжелых ядер, разогнанных в  ускорителях. Колоссальные возможности имеет радиоактивная генетика в выведении живых  организмов с новыми свойствами. Классическим примером является выведение  высокоактивных штаммов пенициллина, которые в тысячи раз эффективнее  природных. Методами радиационной генетики получены также новые сорта  растений. Приложение 11. Приложение 12. АВАРИЯ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ Авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) произошла в ночь с 25 на 26 апреля 1986 г. на 4­ом энеpгоблоке с ypан­ гpафитовым pеактоpом типа РБМК ("pеактоp большой мощности   канальный")   тепловой   мощностью   3200   МВт   во   вpемя   пpоведения экспеpиментов   по   испытаниям   турбогенератора   в   режиме   выбега   с   нагрузкой собственных нужд. Цель этих испытаний ­ экспеpиментально пpовеpить возможность использования механической   энеpгии   pотоpа   отключенного   по   паpу   туpбогенеpатоpа   для поддеpжания пpоизводительности механизмов собственных нужд блока в условиях обесточивания. Безопасности этих испытаний не было уделено должного внимания. Кpоме того, пеpсонал   допускал   отклонения   от   выполнения   пpогpаммы,   создавая   тем   самым условия для возникновения аваpийной ситуации. Когда   мощность   составляла   50%   номинальной,   в   соответствии   с   пpогpаммой испытаний   но   в   наpушение   pегламента   была   отключена   система   аваpийного охлаждения pеактоpа (САОР). По   программе   испытаний   предполагалось   выбег   генератора   проводить   при тепловой   мощности   реактора   700   ­   1000   МВт.   Однако   проектное   отключение системы локального автоматического регулирования пpивело к падению мощности pеактоpа до 30 МВт. Пpи pаботе на этой мощности началось "отpавление" pеактоpа Xe­135 (т.н. "ксеноновое отpавление" ­ накопление в АЗ ксенона ­ поглотителя нейтpонов). В этой ситуации pегламент тpебовал остановить pеактоp на сутки, а потом пpодолжить испытания. Пеpсонал   pешил   поднять   уpовень   мощности   до   700   МВт,   необходимого   для пpоведения   экспеpимента.   Однако   стабилизировать   мощность   реактора   удалось только на уровне 200 МВт. Несмотря   на   все   эти   нарушения   штатного   регламента,   испытания   выбега турбогенератора решено было проводить. Подключение еще двух главных циркуляционных насосов привело к увеличению суммарного   расхода   теплоносителя   через   реактор.   Подключение   насосов   не замедлило   сказаться:   уменьшилось   парообразование,   изменились   параметры реактора. Поддерживать вручную основные параметры реактора операторам не удалось, и чтобы избежать остановки реактора по сpабатыванию системы аварийной защиты (АЗ), были заблокированы сигналы АЗ. Малым по сpавнению с pегламентным значением оказался также и оперативный запас   реактивности,   котоpый   на   pеактоpах   РБМК   опеpеделяется   количеством введенных   в   активную   зону   стеpжней   pегулиpования.   Оперативный   запас реактивности   достиг   значения,   требующего   в   соответствии   с   регламентом остановки реактора, но реактор не был остановлен и испытания начались... Энергоблок   работал   на   сниженном   до   20%   ypовне   тепловой   мощности   (в   этом pежиме, из­за физических хаpактеpистик, РБМК pаботает в неустойчивом pежиме), когда   пpоизошел   неконтpолиpyемый   pост   мощности,   значительно   пpевысившей номинальное значение. Опеpатоpами была сделана попытка ввести в активную зону реактора все регулирующие стержни и стержни аваpийной защиты: стержни пошли вниз, но через несколько секунд раздался удар и стержни остановились, не дойдя до нижних   концевиков.   Дальнейшее   развитие   событий   описывалось   очевидцами следующим образом: "Один за дpyгим pаздались два взpыва, затем над четвертым блоком   взлетели   какие­то   горящие   куски   и   искры.   Часть   их   упала   на   крышу машинного зала и вызвала пожар". В   pезультате   аваpии   была   сеpьезно   повpеждена   значительная   часть   ТВЭЛов   в активной зоне pеактоpа, и из­за отсутствия геpмооболочки пpоизошел выбpос в окpужвющую   сpеду   до   3%   суммаpной   активности   pадиоактивных   пpодуктов pеактоpа. Чеpнобыльская аваpия пpоизошла из­за совокупности следующих пpичин:   пpиведение pеактоpной установки в неpегламентное состояние;   неудовлетвоpительных   физических   хаpактеpистик   pеактоpа   (большой положительный коэффициент pеактивности);   неудовлетвоpительной   констpукции   поглощающих   стеpжней   и   в   целом аваpийной защиты pеактоpа. Приложение 13. Экономическое преимущество атомной энергии Тенденции мирового развития ядерной энергетики могли бы многому научить нас,  россиян. Например, как относиться к имеющимся у нас богатствам. Рациональные  иностранцы просчитывают, как известно, каждый шаг. Например, известно, что  эксплуатация ядерной энергетики позволяет ежедневно экономить миллион тонн  нефти. Подсчитано, что в целом, за период после 1973 года, когда арабские страны  объявили эмбарго на поставку нефти, атомная энергетика позволила отказаться от  закупки нефти на сумму 420 миллиардов долларов. При этом потребление нефти  для целей энергетики в Западной Европе упало с 24 до 9 процентов. Франция  теперь практически не использует нефть для производства электроэнергии. Мы часто говорим, не задумываясь: Россия ­ великая, могучая и еще какая­то там  держава. Да уж… ООН считает: если человек получил менее одного доллара в час,  государство такое считается развивающимся. Сколько центов в час получает наш  человек? Ну, а как с энергетикой? Как известно, энергетическая отрасль является  определяющей в развитии всего хозяйства страны. Развитие энергетики ­ это  развитие общества, падение ее ­ крах и развал государства. Как у нас с этим? На  одного жителя Канады приходится 18756 киловатт ­ часов в год, США ­ 12200  киловатт, а в России всего 6394 киловатт часа. В Ростовской области на каждого из нас приходится около трех тысяч киловатт­часов в год. Приехали… Надо сравнить, сколько в России атомных станций на фоне других государств и мы увидим, какие  же мы нищие. Да вот: в США ­ 110 энергоблоков, во Франции ­ 58, в Японии ­ 51, в  Великобритании ­ 35, в России ­ 29, в Канаде ­ 21, в Германии ­ 20. Наверное,  Ростовская область не меньше Японии. Там 51 энергоблок, а мы никак не можем  пустить и одного. Пока наши «зеленые» утверждают, что за рубежом ядерная энергетики  «сокращается», наш потенциальный конкурент прогнозирует: в следующие  десятилетия ожидается возрождение мировой ядерной энергетики за счет  расширения мирового спроса на строительство и эксплуатацию новых АЭС. Там  считают: наращивание производства энергии просто необходимо в первую очередь  для поддержания высокого уровня жизни и экономической стабильности. Но есть и другие источники энергии, так называемые, альтернативные, которые могут, хотя  бы отчасти в будущем, заменить АЭС. Или  возможна разработка комплекса мер по защите населения от угрозы, которую представляют собой АЭС. Приложение 14. Задание 1. Ознакомьтесь с информацией. "Крупную партию зараженных радионуклидами ягод  обнаружили на рынках Москвы сотрудники лаборатории ветеринарно­санитарной  экспертизы. ...при проведении радиометрических исследований было задержано аж  718 килограммов черники и голубики. Уровень содержания в ягодах  радиоактивного вещества ­ цезия­137 ­ превышал предельно допустимый (40  беккерелей на килограмм) в 3­9 раз. Кстати, именно дикорастущие ягоды и грибы  больше других продуктов "напитываются" радионуклидами".Что такое "цезий­ 137"? Каково происхождение заражения этих ягод? Каковы последствия их  употребления? Какова цель подобных сообщений с газетах? Задание 2. Ознакомьтесь с информацией. "...по некоторым данным, нынешней весной в  хозяйствах Гомельской и Могилевской областей в севообороте задействовано  свыше 4тыс. гектаров "чернобыльской" земли. А своеобразным лидером стал совхоз "Кормянский", где засеяно около 450 гектаров "радиоактивных" озимых. Как  нетрудно догадаться, при работах на зараженной земле не соблюдаются даже  элементарные меры безопасности. Никто не обеспечивает механизаторов  спецодеждой и респираторами, никто не занимается дезактивацией техники, а уж о  лабораторных анализах урожая и речи не идет. А ведь совершенно очевидно, что  выросшие на "чернобыльских" землях рожь и картошка небезопасны для  потребителей. Например, проведенные анализы картофеля, выращенного в  Чечерском районе Гомельской области, показали его полную непригодность и для  употребления в пищу, и для производства крахмала ­ по причине чрезмерного  содержания цезия и стронция". 2 Прокомментируйте информацию. 3 Каковы причины и последствия использования земель, загрязненных в результате  аварии на Чернобыльской АЭС? 4 Что такое 1 гектар? Переведите 4 тысячи гектаров и 450 гектаров в основные  единицы. Задание 3. Ознакомьтесь с информациями. a "Как передает агентство РИА "Новости", в распространенном в Приштине  сообщении указывается, что на вооружении американских военных в Косово ­  противотанковые снаряды с наконечником, содержащим уран, а также танк М1А1  Абрамс, броня которого покрыта обедненным ураном для прочности. Американцы  настаивают, что обедненный уран, используемый как эффективное средство борьбы с бронетехникой, не представляет угрозы для здоровья. Американское  командование подчеркивает, что использование вооружения с обедненным ураном  продолжается уже годы и "это не тайна". Скандал вокруг боеприпасов с  обедненным ураном разразился после того, как шестеро итальянских  военнослужащих, участвовавших в миротворческих операциях, умерли от  лейкемии. Хотя не доказано, что заболевания лейкемией были связаны именно с  обедненным ураном, содержащимся в боеприпасах. Однако. Исследовательская  команда ООН считает, что радиоактивные снаряды, валяющиеся на земле, а также  осколки могут представлять опасность для мирного населения". b "Обедненный уран (ОУ) ­ это продукт, получаемый при обогащении природного  урана, используемого в вооружении и энергетике. В твердой форме он слабо  радиоактивен, и уровень его воздействия на здорового человека и окружающую  среду практически не вызывает беспокойства... Оружейные наконечники из ОУ  производятся для поражения прочных объектов ­ таких, как танки: они пробивают  броню и затем извергают горящее облако, состоящее, среди прочего, из частиц ОУ.  Частицы затем оседают в качестве химически ядовитой и к тому же радиоактивной  пыли". 2 Прокомментируйте информацию. 3 К какой из высказанных в первом сообщении точек зрения вы присоединяетесь,  почему? 4 Почему стороны настаивают на своих позициях? Задание 4. Ознакомьтесь с информацией одной телевизионной рекламы.  "­Люди гуляют по радиоактивным газонам! ­Радиоактивные отходы выбрасывают прямо под ноги горожанам! ­В пункты приема вторсырья начали сдавать радиоактивный металлолом! ­Рубль подвержен не только инфляции, но и радиации! ­В радиоактивных стенах люди могут прожить, ни о чем не догадываясь, десятки  лет! ­Ходить по ягоды на рынки следует с дозиметром! ­Ежегодно в деньгах, в стенах квартир, на рынках в продуктах питания находят  сильнейшие источники загрязнения! ­Как бороться с этой опасной угрозой? ­Многие народы мира повседневно использую карманные дозиметры. ­С помощью дозиметра можно быстро, просто и точно измерить уровень радиации. ­Имея свой дозиметр, вы защитите себя и своих близких от радиоактивной угрозы! ­Предотвратить проблемы сегодня гораздо легче, чем бороться с ними потом! ­Звоните прямо сейчас. Наши телефоны… Оградите себя и своих близких от  опасности!" 2 Кто предлагает эту рекламу, кому и с какой целью?  3 Как защищает дозиметр от радиоактивной угрозы? 4 Выскажите свои аргументы "за" и "против" использования подобной рекламы.  Приносит ли она какую­нибудь пользу потребителям? Вред?