Урок "Модели атомов. Радиоактивные превращения атомных ядер"

Модели атомов. Радиоактивные превращения атомных ядер. Решение задач.       (2 часа) Цели урока: 1. Изучить модель атома.  2. Ввести понятие радиоактивного превращения.  3.  Изучить правило Содди, объяснить отличия распадов и излучения.            4. Изучить закон радиоактивного распада. Период полураспада. 5.   Продолжение   работы   по   формированию   навыков   учащихся   (анализа источников   информации,   навыков   самостоятельного   поиска   необходимого материала, решения задач).  6. Воспитание ответственного отношения к учебе, внимания.  Физический словарик:  радиоактивность(от латинского  radio  – излучать и aktivus ­  деятельный. действенный), атом (от греч. аtomos ­ неделимый).                                                      Ход урока.  1 Организационный момент. 2 Изучение новой темы. Историческая справка. История   знает   не   мало   примеров,   когда   представители   одного   семейства, сменяя   друг   друга,   на   протяжении   ряда   лет   блистали   в   той   или   иной   области человеческой деятельности. Математики, механики и физики Бернулли, астрономы Кассини, физики Кюри… Главами   кафедры   физики   при   парижском   Музее   естественной   истории   и одновременно Консерватории (хранилище) искусств и ремесел в течение 110 лет, с 1838 по 1948 гг., являлись представители семейства Беккерель. Из всех Беккерелей своё имя обессмертил только Антуан Анри. На заседании  парижской академии наук 20 января 1896г. он впервые узнал, что недавно  обнаруженные Рентгеном  Х – лучи исходят из яркого пятна, образующегося в том  месте, где катодные лучи ударяют в стенку вакуумной трубки, заставляя её  флуоресцировать. «Не испускают ли такое же излучение и фосфоресцирующие вещества?» ­ подумал Беккерель. Свою догадку он проверил в лаборатории, взяв  различные образцы фосфоресцирующих веществ (в том числе и соли урана),  собранные 15 лет назад, ещё во время работы с отцом. В конце февраля 1896 г. Беккерель задумал ещё один эксперимент: под блюдце с солями урана, поставленное на фотопластинку, завёрнутую в светонепроницаемую бумагу, он поместил медный крестик. Но экспонирование солей пришлось  отложить: несколько дней в Париже было пасмурно. И Беккерель в ожидании  солнечных дней убрал всю конструкцию в ящик буфета. В воскресенье 1 марта 1896 г., так и не дождавшись ясной погоды, он решил на всякий случай проявить  фотопластинку и, к своему изумлению, обнаружил на ней четкие контуры крестика. Анри Беккерель тщательно изучал явление естественной радиоактивности. за  открытие радиоактивности Анри Беккерель в 1903 г. был удостоен Нобелевской  премии по физике. Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было  высказано древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом примерно  2500 лет назад.                    2500  Демокрит Левкипп Лукреций Кар  Канада  18 – 19 века Ломоносов  Дальтон  Больцман  1 Все тела состоят из  мельчайших не делимых  частиц (атомов и молекул) . 2 Частицы непрерывно и  хаотически движутся. 3 Между ними действует  сила притяжения и  отталкивания.      Определение: молекула – наименьшая частица вещества обладающая его  химическими свойствами (вещества).      Определение: атом – нейтральная наименьшая частица химического элемента  обладающая его химическими свойствами (элемента).    Частицы были названы атомами, что означает «неделимые». В 1899 г. в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав. Объяснение по рис. 167 учебника. Положительно заряженные частицы назвали альфа – частицами (полностью  ионизированный атом химического элемента гелия, т.е. атом гелия, потерявший оба  электрона ), отрицательно заряженные – бета – частицами (электрон), а  нейтральные – гамма – частицами(один из видов, точнее, диапазонов  электромагнитного излучения).  Явление радиоактивности, т.е. самопроизвольное излучение веществом  α β  ­,   –  γ  – части,  наряду с другими экспериментальными фактами, послужило  и  основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.                                         Историческая справка.                                         Из всех теоретических троп тропа Бора была самой значимой. Капица П.   Нильс   Бор   крупнейший   физик   современности,   создатель   первоначальной квантовой   теории   атома,  личность   поистине   своеобразная   и   неотразимая.  Он   не только   стремился   познать   законы   природы,   расширяя   пределы   человеческого познания,   не   только   чувствовал   пути   развития   физики,   но   и   старался   всеми доступными ему средствами заставить науку служить миру и прогрессу. Личные качества   этого   человека   –   глубокий   ум,   величайшая   скромность,   честность, справедливость,   доброта,   дар   предвидения,   исключительное   упорство   в   поисках истины и её отстаивания – не менее притягательны, чем его научная и общественная деятельность.  Эти   качества   сделали   его   лучшим   учеником   Резерфорда,   уважаемым   и незаменимым оппонентом Энштейна, противником Черчилля и смертельным врагом немецкого фашизма. Бор пережил 2 войны и грандиозную революцию в физике; он был вовлечён в целый ряд самых неожиданных ситуаций. К нему поступали секретные послания, ему   удалось   ускользнуть   от   нацистов   в   люке   военного   бомбардировщика,   он занимался   подпольной   деятельностью,   стремясь   спасти   видных   ученых   от преследования фашистов, несколько лет жил под вымышленным именем.   Яркая биография, история гениальных открытий, полная драматизма борьба  против нацизма, борьба за мир и мирное использование атомной энергии – всё это  привлекло и будет привлекать внимание к великому ученому и прекрасному  человеку.                                                         Модели атомов. В 1897 году Дж.Дж.Томсон доказал существование электрона и определил его    заряд и массу. В 1903 году выдвинул гипотезу, что атом представляет собой  однородный шар из положительного заряда, в которой вкраплены электроны.  «Пудинг с изюмом ». В 1911 году Э.резерфорд экспериментально обосновал планетарную модель.                                       Радиоактивное превращение атомных ядер. 1903 г. ­  Ф. Содди заметил, что радий в процессе  α  – распада превращается в  другой химический элемент – радон. 1919 г. – Э.Резерфорд – первая искусственная ядерная реакция. Определение: ядерные реакции – процессы, результатом которых является  перестройка атомных ядер. Определение: радиоактивность представляет собой самопроизвольное  превращение  одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц. Правило смещения: при  α  – распаде ядро теряет положительный заряд 2e и  масса его убывает приблизительно на четыре атомных единицы массы. В результате  элемент смещается на две клетки к началу периодической системы.                                               М ZХ         М­4  z­2y +  4  2Не При  β  – распаде из ядра вылетает электрон. В результате заряд ядра  увеличивается на единицу, а масса остаётся почти неизменной, М ZХ М z+1 y + 0 -1е – распада элемент смещается на одну клетку ближе к концу периодической  β после  системы. Гамма – излучение не сопровождается изменением заряда4 масса же ядра  меняется ничтожно мало. Вывод: правила смещения показывают, что при радиоактивном распаде  сохраняется электрический заряд и приближённо сохраняется относительная  атомная масса ядер.. Возникшие при радиоактивном распаде новые ядра в свою очередь обычно  также радиоактивны. Для всех ядерных реакций выполняются законы:   закон сохранения массы;  закон сохранения электрических зарядов;  закон сохранения энергии; ● ● ● ●  закон сохранения импульса и момента импульса.     Историческая справка. Супружеская чета Кюри разделила Нобелевскую премию с Анри Беккерелем. Именно Мария Кюри ввела термин «радиоактивность». В 1911 г. мадам Кюри, как её   почтительно   называли   во   всём   мире,   была   удостоена   второй   Нобелевской премии, на раз по химии, за открытие новых химических элементов – полония и радия.  Сразу   после   открытия   Беккерелем   радиоактивности   (1896)   супруги   Кюри начали   планомерное   исследование   радиоактивных   материалов,   проводя эксперименты буквально в сарае. Несколько лет Марии Кюри за работу не платили, и только в 1904 году, когда Пьер Кюри стал профессором физики в Сорбоне, её взяли   на   должности   ассистентки.   Перемыв   тонны   урановой   руды,   они   сумели выделить   из   неё   новый   элемент   –   полоний   (названный   в   честь   Польши,   родины Марии), а из урановой смолки – радий . в 1903 году Мария Складовская – Кюри стала   первой   женщиной,   удостоенной   во   Франции   докторской   степени.   От лабораторных журналов супругов Кюри и поныне исходит сильное радиоактивное излучение, опасное для здоровья. В честь супругов Кюри названы внесистемная единица активности изотопов – кюри (Ки) и химический элемент с атомным номером  96 – Сm (кюрий). Радиоактивный   распад   подчиняется   статическому   закону.   Для   каждого радиоактивного   вещества   существует   определённый   интервал   времени.   На протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название период полураспада. Определение: период полураспада Т – это то время, в течение которого  распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.                                                 N = N0/2n           n = t/T, где   n – период полураспадов. 3  Проверка знаний и умений. Индивидуальные карточка – задания. №1 №2 1 Сколько α – и β – частиц теряет ядро урана – 238 при превращении в ядро тория – 230? 3γ- частицы. Какое ядро при этом получается? 2 Церий – 144 излучает β – и №3 1 Сколько α – и β – частиц теряет ядро трактиния – 234 при превращении в ядро полония – 218? 5γ – частиц. Какое ядро при этом получается? 2 Цезий – 137 излучает 3β – и № 5 1 Определите число протонов и нейтронов в ядрах берклия – 243 и америция – 243. В чем отличия этих ядер и в чем сходство? 2 Сколько различных 1 Сколько α – и β – частиц теряет ядро тория – 234 при превращении в ядро радона – 222? 2 Цинк – 65 излучает 2β – и γ – частицы . какое ядро при этом получается? №4 1 Сколько α – и β – частиц теряет ядро радия – 226 при превращении в ядро свинца – 210? 1γ – частицы. Какое ядро при этом получается? 2 Тулий – 170 излучает 2β – и № 6 1 Определите число протонов и нейтронов в ядрах плутония – 239 и урана – 239. В чем отличия этих ядер и в чем сходство? 2 Сколько различных квантов может испускать атом водорода, если электрон находится на четвертом возбуждённом уровне? №7 1 Определите число протонов и нейтронов в ядрах лития – 8 и бериллия – 8. В чем отличия этих ядер и в чем сходство? 2 Сколько различных квантов может испускать атом водорода, если электрон находится на четвёртом возбуждённом уровне и переходит на второй? квантов может испускать атом водорода, если электрон находится на пятом возбуждённом уровне, а переходит на второй? №8 1 Определите число протонов и нейтронов в ядрах америция – 241 и плутония – 241. В чем отличия этих ядер и в чем сходство? 2 Сколько различных квантов может испускать атом водорода, если электрон находится на третьем возбуждённом уровне? Физический диктант. №1 1 Радиоактивностью 2 Кто опытным путём называется… доказал неоднородность радиоактивного излучения? атома, предложенной Томсоном? 4 Почему модель Томсона оказалась неправильной? 3 Что вы знаете о модели №2 1 Как называются частицы, входящие в состав радиоактивного излучения? 2 Кто открыл явление радиоактивности? 3 Какую модель атома предложил Резерфорд? 4 Какие недостатки у планетарной модели атома? Домашнее задание: § 55 – 57 , упр43 (2,4)