Радиоактивные превращения

Тема урока: Радиоактивные превращения атомных ядер.

( 9 класс)

Тип урока: урок усвоения новых знаний и первичного закрепления знаний.

Цель урока: изучить радиоактивные превращения атомных ядер, раскрывающие основные свойства атома.

Задачи урока: познавательные- углубить и закрепить знания о составе атомных ядер; сформировать навыки записи ядерных превращений на основе закона сохранения заряда и массового числа ; способствовать формированию умений практического приложения полученных знаний.

Развивающие: развивать мышление и мировоззрение учащихся через использование метода научного познания; развитие познавательного интереса к физике, познавательной активности; умения владеть внутрипредметными связями; формировать навыки исследовательской деятельности (производить наблюдения, обобщать, выделять главное, делать выводы), развитие речи- владение физическими понятиями и терминами.

Воспитательные: содействовать воспитанию интереса к предмету и как следствие – позитивному отношению к учению; создание ситуаций для самостоятельного поиска решений проблемных ситуаций; воспитывать навыки культуры общения и умения работать в группах и коллективе.

Образовательные результаты: Предметные –описывают состав атомных ядер пользуясь таблицей Менделеева; записывают уравнения α- и β- распадов; выполняют операции со знаками и символами.

регулятивные: сличают свой способ действия с эталоном.

Ход урока:

І. Организационный этап. Приветствие  обучающихся.  Создание эмоционального, творческого   настроя учеников  на урок.

II. Проверка домашнего задания. Тест по теме « Радиоактивность. Строение атома»

Вариант 1

1.Кто из учёных предложил ядерную модель атома?

  а) Томсон    б) Содди   в) Резерфорд  г) Иваненко

2.Кто из учёных обнаружил сложный состав радиоактивного излучения?

   а) Беккерель    б) Резерфорд    в) Содди   г) Кюри

3.Камера  Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный

   а) перегретой жидкостью      б) парами воды или спирта, близкими к насыщению

   в) фотоэмульсией         г) газом

4.Бетта-лучи представляют собой

   а) поток электронов    б) поток альфа-частиц    в)поток ядер гелия    г)электромагнитные волны

5. В состав атома  ⁶⁴ ₂₉ Сu  входят

    а)  64р, 29n, 29ȇ      б) 29p, 64n, 29ȇ      в) 29p, 35n, 29ȇ      г) 29р, 64n, 35ȇ

Вариант 2.

1.Кто из учёных является первооткрывателем радиоактивности?

    а) Резерфорд   б) Содди   в) Беккерель    г) Кюри

2.Как фамилия учёного, сформулировавшего правила смещения?

    а) Беккерель   б) Резерфорд   в) Содди  г) Томсон

3.Основой пузырьковой камеры является

    а) перегретая жидкость   б) пары воды или спирта, близкие к насыщению

    в) фотоэмульсия   г) газ

4.Гамма-лучи представляют собой

  а) поток электронов    б) поток альфа-частиц    в) поток ядер гелия    г) электромагнитные   волны

5. Определите состав атома ³⁹ ₁₉ К

    а) 39p, 19n, 19ȇ         б) 19p, 39n, 39ȇ         в) 20p, 19n, 39ȇ          г) 19p, 20n, 19ȇ

ІІI.  Этап  целеполагания  и мотивации. 

Итак, напомним друг другу «планетарную» модель атома Резерфорда.( Ответы учеников)Планетарная модель атома Резерфорда развеяла мысли о неделимости атома- в центре атома- ядро. а вокруг ядра – электроны.(демонстрация слайда)

Годы спустя Резерфорд любил приводить по поводу своего открытия такую аналогию. В одной южноафриканской стране таможню предупредили, что в страну собираются провезти крупную партию контрабандного оружия для повстанцев, и оружие будет спрятано в тюках хлопка. И вот перед таможенником после разгрузки оказывается целый склад, забитый тюками с хлопком. Как ему определить, в каких именно тюках спрятаны винтовки? Таможенник решил задачу просто: он стал стрелять по тюкам, и, если пули рикошетили от какого-либо тюка, он по этому признаку и выявлял тюки с контрабандным оружием.

Так и Резерфорд, увидев, как альфа-частицы рикошетируют от золотой фольги, понял, что внутри атома скрыта гораздо более плотная структура, чем предполагалось.

Создание проблемной  ситуации: В руках учителя –русская матрешка, к которой приклеен фартучек со словами: на первой – вещество, внутри, на второй - – молекула (комментарий учителя: Ломоносов – середина ХVIIIв), на следующей – атом, ( комментарий учителя : со времен Демокрита (4 в.дон.э) – неделимый), но открываем следующую – ядро и электроны (1911 г – Резерфорд)., в пятой матрешке – нуклоны (возглас – а нуклоны разделили???, но эта тема следующих уроков и мы обязательно об этом поговорим)

- Ребята, а что произойдет с атомной системой, если она потеряет один или несколько электронов?

Ответы учеников и уточнение учителя: она превратится в положительный ион, т.к. атом в целом нейтрален - заряд ядра равен суммарному заряду всех электронов, если электроны покидают атом, то заряд ядра оказывается нескомпенсированным - атомная система превращается в положительный ион, причем масса иона становится меньше на массу вылетевших электронов. На доске- схема иона и атома гелия (демонстрация слайда)

А что происходит с атомом при α- и β – распадах?

Кто – то может предположить, откуда берутся эти частицы?( Ответы – предположения) .

Хотите узнать?

Мы сегодня на уроке попытаемся ответить на этот вопрос, постараемся понять механизм радиоактивных превращений и правильно записывать реакции ядерных распадов – превращения одних атомов в другие.

Попробуйте сформулировать тему урока.

Радиоактивные превращения атомных ядер –запись в тетрадях.

ІV.  Этап изучения новых знаний. Когда атомная система теряет или приобретает электроны, она превращается в ион того же химического элемента, из нейтральной системы атом превращается в заряженную частицу, то есть с ядром атома никаких изменений не происходит. Давайте вспомним, как правильно записать формулу химического элемента? (физика – 8, химия – 8). Что является главной характеристикой химического элемента? – заряд ядра (зарядовое число). Как определить зарядовое число химического элемента? ( по порядковому номеру) , а число электронов в атоме? ( оно равно тоже порядковому номеру). Причем, следует отметить, что число электронов в атоме определяет химические свойства элемента, по нему элементы упорядочены в периодической таблице Менделеева, а атомное ядро, находящееся в центре атома, в 10 000 раз меньше размера электронной оболочки и сосредоточивает 99,9% массы атома. Еще одной характеристикой является атомная масса или массовое число – округленная до целых чисел атомная масса.

Демонстрация слайдов презентации

Давайте сделаем несколько записей химических элементов, обращая внимание на правильную запись: зарядовое число записывают слева снизу символа химического элемента, а массовое число - слева сверху. Пример : водород 1,1 ; литий 3.7; уран 92,238., гелий 2,4; (¹ ₁H, ⁷ ₃Li, ²³⁸ ₉₂U).

^A_ZX; A – массовое число, Z – зарядовое число(порядковый номер химического элемента) - выделяем запись в тетради.

Вспомним еще раз, что собой представляетα-, β –, и γ– распад. Как записываются их химические формулы?(⁴ ₂He, ¹ ₁H). Демонстрация слайдов презентации

Еще в 1903г ( до открытия атомного ядра 1911г), Резерфорд наблюдали радиоактивный α – распад радия и к, своему глубочайшему удивлению, обнаружили, что радий Ra чудесным образом превратился в совершенно другой химический элемент – радон Rn. Материнский (радий) и дочерний (радон) отличались друг от друга по своим химическим и физическим свойствам.

Радий – металл, радон – инертный газ. Атомы этих химических элементов отличались своей атомной массой, зарядом ядра и числом электронов, по-разному вступали в химические реакции. Позже оказалось, что не только при α –распаде, но и при бета – распаде происходит превращение одного химического элемента в другой. Следовательно, при радиоактивном распаде происходит изменения ядра, и образуется совершенно новый химический элемент. Как вы думаете, как то можно определить, какой? Интересно узнать? Вот этим вопросом профессионально заинтересовались, кроме уже известного нам Резерфорда, его соотечественник Ф.Содди и супруги Кюри - Пьер и Мария (демонстрация фотографий ученых). Через два года после открытия Беккереллем явления радиоактивности, супруги Кюри обнаружили радиоактивность тория и открыли два новых радиоактивных элемента – полоний и радий. В последующие годы исследованием природы радиоактивных излучений занимались многие физики, в том числе ученики Резерфорда.

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 Z83. Превращения ядер называются распадами.

Для того, чтобы изучить механизм распада ядер, должны сегодня научиться правильно записывать реакции превращения атомных ядер

Ребята, а теперь попробуем записать одну из первых ядерных реакций превращения радия в радон, проведенную Резерфордом и Содди. У Вас на партах таблица Менделеева. Она поможет быстро по порядковому номеру разыскать химический элемент, а, следовательно, и узнать зарядовое число.

К доске вызывается ученик и ему предлагается записать ядерную реакцию α –распада ( для записи используем ранее проведенные опыты и сформулированные рассуждения Резерфорда)

²²⁶ ₈₈Ra ⁴ ₂He + ²²²₈₆Rn.

Для отработки правильности записи реакции попробуем записать реакцию α –распада полония :

Ребята, посмотрите внимательно на эти реакции , может быть, кто-то из Вас увидит некоторую закономерность? Если увидели, то я поощряю и фиксирую внимание на том, что при ядерных превращениях выполняется закон сохранения заряда и массового числа: Сумма зарядов ( массовых чисел) продуктов распада, равна заряду (массовому числу) исходного ядраПервая реакция была проведена экспериментально, и в ходе нее был обнаружен радон. Соблюдая этот закон можно теоретически определить продукт ядерной реакции.

VІ.  Этап первичного  усвоения материала.

Потренируемся в записях реакцийα и β –распадов и теоретическом обнаружении продуктов ядерной реакции: ( ученики у доски и в тетрадях записывают реакции)

1. ²³⁸ ₉₂U⁴ ₂He + ?(²³⁴₉₀Th)

   

2. ²²²₈₆Rn ⁴ ₂He +? (₈₄ ²¹⁸ Po)

   

3. ²³² ₉₀^{Th 4}₂He +?(²²⁸₈₈ Ra)

   

4. ₆ ¹²С ⁰_-1e + ₇ ¹²N (β –распад.) Какие возникли проблемы вопросы?

Посмотрите внимательно на первую формулу и найдите уран и торий в таблице Менделеева: где они находятся по отношению друг к другу? Какой элемент стоит ближе к началу таблицы? Посмотрите на вторую и третью реакции. Какую закономерность можно обнаружить? Ученики пытаются сформулировать правило смещения для α –распада.

При α –распаде одного химического элемента образуется новый химический элемент, который расположен на две клетки ближе к началу таблицы Менделеева.

Теперь посмотрим на последнюю формулу и делаем вывод:

При β –распаде одного химического элемента образуется новый химический элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным элементом.

Эти правила смещения сформулировали независимо друг от друга американский физик КазимижФаянц и английский физик Фредерик Содди. Мы с Вами эти правила запишем, используя слайд и запомним, для того, чтобы применять при записи реакций ядерных распадов.(Демонстрация слайда)

Ребята, мы ответили на вопросы, которые Вас заинтересовали в начале урока: что же происходит с химическим элементом при радиоактивных превращениях? Откуда в атоме положительные частицы, которые «вылетают» при альфа – распаде?

Попытаемся ответить на этот вопрос.( Предполагаемые ответы учеников: из ядра – оно положительное . А β – частицы вероятно тоже есть в ядре? О чем же свидетельствует явление радиоактивности? Ответы учеников – не только атом имеет сложное строение, но и ядро атома. Правильно – ядро тоже состоит их отдельных частиц и мы о них узнаем на следующих уроках..(Демонстрация слайда)

Таким образом, явление радиоактивности послужило доказательством тому, что ядра химических элементов не только имеют сложный состав, но могут самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

На следующих у ІV.  Этап первичного  усвоения материала.

роках мы рассмотрим вопросы, связанные с зондированием ядра

Итак, подведем итоги урока: вернемся к теме урока, что представляют собой радиоактивные превращения? Как записываются формулы химических элементов, что обозначают цифры, находящиеся слева сверху и слева снизу? Какие частицы входят в состав радиоактивных превращений, как записываются их символы. Что вы можете сказать об α-, β –, и γ– распадах?

Задание на дом: п.57, упражнение 51 задание 1,2,4

VІІ.  Подведение итогов урока: И в завершение урока, проверка усвоения материала: кто считает, что на уроке он все усвоил и материал ему понятен, берет карточку №1; кто не достаточно хорошо пока разобрался и некоторые моменты ему были непонятны, берет карточку №2; кто считает, что без учебника ему с заданием не разобраться, открывает учебник на странице 234 и выполняет упражнение 51, задание № 4(а,г.), 5.

Через 5 минут правильные ответы – на слайде.

Карточка №1(рефлексия)

1. В результате какого радиоактивного распада плутоний- 94 превращается в уран -92? Напишите уравнение распада.

2. Ядро какого элемента образовалось из ядра изотопа кобальта - 28 после испускания бета-частицы?

3. Напишите уравнение бета-распада свинца- -82.

.

Карточка 2.

1. Найди в таблице Менделеева барий - 56, определите зарядовое и массовое число бария ( Z= ; А= ), запиши его формулу.

2. Вставь пропущенный элемент:

²³² ₉₀Th ?+ ²²⁸₈₈ Ra

₈₂ ²⁰⁷Pb ^-1₀е+ ?

Методическая литература :

1. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика -9. – М.:Дрофа,2010

2. СD «Физика, 7-11 классы» – ООО ФИЗИКОН

3. СD « Открытая Физика»– ООО ФИЗИКОН

4. http://elkin52.narod.ru Заочная естественно-научная школа (Красноярск): учебные материалы по физике для школьников

5. http://www.school.mipt.ru Информатика и физика: сайт учителя физики и информатики З.З. Шакурова

6. http://teach-shzz.narod.ru Информационные технологии в преподавании физики: сайт И.Я. Филипповой

7. http://fizkaf.narod.ru Квант: научно-популярный физико-математический журнал