Ученики на Учителя.com


Методическая разработка "Закон радиоактивного распада" 11 класс

1
Тема: Закон радиоактивного распада.
Вид занятия: комбинированный урок.
Образовательные цели:
дать понятие о величинах, характеризующих радиоактивный распад, ввести
понятие периода полураспада, вывести закон радиоактивного распада и
показать статистический характер данного закона и указать границы его
применимости, научить решать задачи разного типа по теме урока.
Воспитательные цели:
развивать коммуникативные способности через организацию работы в малых
группах; создавать содержательные и организационные условия для развития
самостоятельности в добывании обучающимися знаний, скорости восприятия
и переработки информации, культуры речи, воспитании настойчивости в
достижении цели; формировать умение работать в коллективе, команде.
Развивающие цели:
развивать активность школьников, умения анализировать, сравнивать, делать
выводы и обобщать.
Формирование требований ФГОС при изучении темы «Закон
радиоактивного распада»
В результате изучения темы обучающийся должен знать:
• смысл понятий: период полураспада, активность распада
• закон радиоактивного распада;
• статистический характер закона радиоактивного распада.
В результате изучения темы обучающийся должен уметь:
• описывать и объяснять результат распада радиоактивных атомов;
• применять полученные знания для решения физических задач;
• воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно
оценивать информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно-
популярных статьях;
• использовать новые информационные технологии для поиска,
обработки и предъявления информации по физике в компьютерных
базах данных и сетях (сети Интернета).
2
Изучение темы способствует формированию у обучающихся следующих
общих компетенций:
1. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и
способы выполнения задач, оценивать их выполнение и качество.
2.Работать в коллективе и команде.
Организационный этап
Класс сразу, в начале урока делится на 2 группы. Сначала садятся по одному
за парту для выполнения физического диктанта. Начиная с фронтального
эксперимента и до конца урока по группам за выделенные столы.
Ребята, давайте сейчас все вместе настроимся на активную, плодотворную
работу на уроке, пусть слова Пушкина станут стимулом к этому: (слайд1)
О, сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг!
У: Какой смысл вы видите в этом высказывании?
О: На уроке нам предстоят новые открытия, основанные на эксперименте.
Проверка Д/з
?: Что мы изучили на прошлом уроке?
О: (был урок по теме "Радиоактивные превращения")
У: Проверим ваше домашнее задание: как вы усвоили основные
теоретические выводы по теме прошлого урока.
1) Класс пишет физический диктант "Да-нет" по домашнему заданию.(слайд
2, 3)
Инструктаж: В физическом диктанте 1 вариант, 7 вопросов. Ответы
короткие: "да", если утверждение верное, "нет", если ложное. Ответы
необходимо продублировать в двух столбцах таблицы. Подписать и сдать
отрывной лист с одним экземпляром ответов, второй с текстом диктанта
3
оставить у себя для последующей проверки и выставления себе оценки.
Время выполнения - 3,5 мин. Критерии выставления оценок будут вывешены
на слайде.
ФИЗИЧЕСКИЙ ДИКТАНТ:
Вопрос
О
твет
(да/нет)
О
твет
(да/нет)
ФИ:
1. Радиоактивность – это самопроизвольное превращение
одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием
различных частиц
2. На активность радиоактивного вещества оказывают
влияние внешние воздействия (повышение температуры,
давления, химические реакции)
3. Пьер Кюри обнаружил, что радиоактивность
сопровождается выделением энергии, значительно
превышающей энергетический выход химических реакций
4. При радиоактивном распаде изменение претерпевает
только электронная оболочка атома
5. При
−
распаде масса ядра уменьшается примерно на
4 а.е.м., заряд ядра уменьшается на 2е. В результате
−
распада
элемент смещается на две клетки к началу периодической
системы
6. При
распаде масса ядра почти не меняется, заряд
ядра увеличивается на 1е. В результате
распада элемент
смещается на 1 клетку к концу периодической системы
7. При радиоактивном распаде нарушается закон
сохранения электрического заряда, но в точности сохраняется
масса ядер
Когда собраны ответы, диктант проверяем по презентации :( слайд 4) с
ответами, затем (слайд 5) с нормами оценок.
У: Кто поставил себе "5"? "4"? (слайд 6)Молодцы!
Целеполагание
Итак, мы продолжаем изучать явление радиоактивности. Мы уже знаем, как
было открыто это явление, в чем оно заключается, что происходит с ядрами
элементов, когда они дают альфа, бета или гамма распад. А что еще нам
неизвестно об этом? Ведь для познания мира недостаточно увидеть, открыть
явление. До сих пор мы описывали радиоактивный распад лишь
4
качественно. Но физика - точная наука, она требует количественного
описания процессов. Как можно описать процесс радиоактивного распада
количественно?
О: Установить закономерности протекания данного процесса.
О:Установить определенную зависимость.
У: Правильно, т.е. узнать математическую зависимость между величинами,
характеризующими данный процесс, установить закон. Поэтому тема
сегодняшнего урока "Закон радиоактивного распада. Период полураспада".
(слайд 7). Запишите тему урока в тетрадях.
Для полноценного изучения темы нам нужно сформулировать цели
сегодняшнего урока. Для этого даю вам ключевые слова (на доску с
помощью магнита вывешиваются слова)
понятие
закон
задачи
У: Зачем нам нужно знать закон радиоактивного распада, для чего он нам
может понадобиться?
О:Чтобы решать задачи.
У: Правильно, но, ведь мы пока его не имеем, поэтому нам предстоит его…?
О: Вывести этот закон.
У:В каждом законе имеются новые величины и понятия, поэтому что еще
предстоит нам сделать?
О: Ввести новые величины.
Итак, цели сегодняшнего урока: (слайд 8) Ввести понятие периода
полураспада, вывести закон радиоактивного распада, научиться решать
задачи с применением закона.
У:Согласно методам научного познания опираясь на опыт, отыскивают
количественные (математически формулируемые) законы природы,
открытые законы проверяются практикой. В условиях нашей лаборатории мы
не сможем провести эксперимент с радиоактивными атомами. Поэтому мы
прибегнем к еще одному методу научного познания: моделированию -
5
смоделируем радиоактивный распад на опыте с монетами чтобы лучше
понять смысл закона.
Фронтальный эксперимент.
Пусть первоначальное число монет будет символизировать число
радиоактивных атомов в начальный момент времени – N
0
, а число монет,
повернутых к наблюдателю «орлом», будет числом нераспавшихся атомов –
N. (слайд 9)
Цель опыта: выяснить, как в зависимости от числа бросков изменяется
число монет, повернутых «орлом» к наблюдателю, т.е. число нераспавшихся
атомов меняется с течением времени.
Оборудование: 30-40 монет одинакового достоинства, картонка, мягкая
ткань.
Поместить на картонку «орлом» не менее 30 одинаковых монет. Подбросить
их с помощью картонки на небольшую высоту, и, убрав картонку, дать им
упасть на стол с этой высоты. Монеты, выпавшие «решкой» вверх
(распавшиеся ядра), отложить в сторону, а остальные – «орлом» вверх
(нераспавшиеся ядра) подсчитать и снова подбросить на картонке, дав им
упасть на стол. Повторить опыт несколько раз. Заполнить таблицу.
Номер броска
N
0
(число монет,
повернутых
«орлом», перед
броском)
N(число монет,
повернутых
«орлом» после
броска)
По результатам опыта построить график зависимости числа монет N,
повернутых «орлом» (числа нераспавшихся ядер) от номера Х броска.
Сравните полученный график, с графиком радиоактивного распада, для
одного из радиоактивных препаратов, изображенном на рисунке 13.8 в
учебнике.
6
Ответить на вопросы:
1.Какая примерно часть монет по отношению к первоначальному, выпадает в
каждом опыте «орлом»?
2.Можно ли предположить, какие из монет перевернутся «решкой» при
падении?
Сделать выводы о характере и границах применимости выявленных
закономерностей.
Выводы:
1.Число монет, повернутых к наблюдателю «орлом» с каждым
броском….(уменьшается/увеличивается) так, что отношение числа монет,
повернутых «орлом» перед броском к числу монет, выпавших «орлом» после
падения, т.е
после каждого броска …(меняется/ приблизительно остается
постоянным), значит доля перевернувшихся монет с каждым броском
примерно…(одинаковая/неодинаковая)
2.Предположить, какие из монет перевернутся при падении, а какие
нет…(возможно/невозможно), значит явление переворачивания монет при
броске носит…(строго определенный/вероятностный) характер и
закономерности падения справедливы для (большого/небольшого)
количества монет.
3.Полученный график зависимости числа монет N от номера Х
выбрасывания…(похож/ не похож) на график радиоактивного распада,
изображенный на рисунке 13.8 в учебнике, значит, можно предположить, что
закономерности переворачивания монет при броске…(напоминает/ не
напоминает) радиоактивный распад.
Выводы: (слайд 10)
1.Число монет, повернутых к наблюдателю «орлом» с каждым броском
уменьшается так, что отношение числа монет, повернутых «орлом» перед
броском к числу монет, выпавших «орлом» после падения, т.е
после
каждого броска приблизительно остается постоянным, значит доля
перевернувшихся монет с каждым броском примерно одинаковая.
7
2.Предположить, какие из монет перевернутся при падении, а какие нет
невозможно, значит, явление переворачивания монет при броске носит
вероятностный характер и закономерности падения справедливы для
большого количества монет.
3.Полученный график зависимости числа монет N от номера Х
выбрасывания напоминает график радиоактивного распада, изображенный на
рисунке 13.8 в учебнике, значит, можно предположить, что закономерности
переворачивания монет при броске напоминают радиоактивный распад.
У: Чтобы получить закон радиоактивного распада, мы должны ввести
понятие периода полураспада.
Изучение нового материала
1. ?: Давайте вспомним, при изучении каких физических процессов вы
встречались с понятием "период"?
О: При изучении колебательных и волновых процессов.
?: Что мы называли периодом при рассмотрении колебательных и волновых
процессов?
О: Период - время одного полного колебания.
?: То есть что такое период для любого периодического процесса?
О: Время, характеризующее процесс, его повторяемость.
?: Что называют радиоактивностью?
О: Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое
испусканием различных частиц.
Иначе говоря, распад одних ядер и превращение их в другие.
Пусть в начальный момент времени имелось некоторое количество (N
0
)
радиоактивных атомов некоторого химического элемента.
2. ?: Давайте расшифруем, "разберем по составу" термин "полураспад":
"полу" и "распад". Что эти два слова могут означать вместе?
О: Распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.
8
3. ?: Попытайтесь сформулировать определение понятия "период
полураспада".
О: Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных
ядер.
У: Совершенно верно. Запишите это определение в тетрадь. (слайд 11):
Опр.: период полураспада - время, в течение которого распадается
половина начального числа радиоактивных атомов.
Обозначение: Т
Единица измерения: с
У: Период полураспада - постоянная величина, зависящая только от свойств
радиоактивного изотопа.
ЗАДАНИЕ: Найдите рис. 13.8. в учебнике (стр. 299) или см. на экран (слайд
12)
На рисунке изображен график зависимости активности некоторого
радиоактивного изотопа от времени. (Вспомните: активность
пропорциональна числу радиоактивных атомов.) Чему равен период
полураспада этого изотопа?
О: 5 сут.
Верно. Объясните, как получили ответ (покажите на графике). 1 человек у
доски.
9
4. Вывод формулы
Закон радиоактивного распада - закон, открытый Фредериком Содди и
Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в
1903 году. Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него
было извлечено несколько важных следствий. Получим математическую
формулу закона радиоактивного распада.
Итак, N
0
- количество радиоактивных атомов в начальный момент времени (t
= 0).
Пусть N - количество радиоактивных атомов, оставшихся нераспавшимися
через время t. Тогда при t = 0 N = N
0
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по
прошествии одного периода полураспада, к моменту времени t = Т?
О:
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по
прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?
О:
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов
полураспада, к моменту времени t = 3Т?
О:
:
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов
полураспада, к моменту времени t = nТ?
О: , где . Подставим и преобразуем: (для решения задач);
(более компактная запись).
Последнее выражение - закон радиоактивного распада. Он позволяет
вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная
количество атомов в начальный момент времени). Запишите. (слайд)
10
Аналогичную форму закон будет иметь для активности:
(вследствие пропорциональности активности препарата количеству
радиоактивных ядер). Такой же вид будет иметь закон для масс: .
Согласно закону радиоактивного распада (слайд 13) за любые равные
промежутки времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов
(за период полураспада - половина). В этом состоит физический смысл
записанного нами выражения. Чем больше время, тем больше
отношение , тем меньше число нераспавшихся ядер. Со временем оно
убывает.
Для решения задач введем еще одно обозначение: пусть - количество
распавшихся ядер. Как тогда найти ?
О:
Зная N
0
и N через время t, можно определить период полураспада любого
радиоактивного вещества.
5. Значение периода полураспада для разных веществ (и их изотопов)
колеблется в очень широких пределах - от миллионных долей секунды до
миллиардов лет. См. таблицу. (слайд 14)
Период полураспада - одна из основных величин, определяющих скорость
радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем меньше
"живут" радиоактивные ядра. И тем больше активность вещества. Так,
активность урана на протяжении лет заметно не меняется (см. таб.). А
активность радия значительно больше и со временем заметно убывает.
6. Закон радиоактивного распада существенно отличается от законов,
изученных нами ранее. Можно ли применить понятие периода полураспада
для одного атома? Конечно - же нет. Это понятие применимо только для
большого количества атомов. Поэтому период полураспада – это
статистическая величина. Этот закон описывает процессы, происходящие
в микромире и носит статистический и вероятностный характер. В чем
заключается вероятностный характер распада? В том, что предсказать, когда
произойдет распад данного атома, невозможно. Математически оценить
можно лишь вероятность распада атома (ядра) в конкретный момент
времени. Все ядра одного радиоактивного изотопа совершенно одинаковы.
11
Любое из них с одинаковой вероятностью может распасться в любой момент
времени, и распад каждого ядра никаким образом не влияет на распады
других ядер. Распад ядра - случайное событие. Поскольку время
существования отдельных ядер может колебаться от долей секунды до
миллиардов лет, имеет смысл говорить о среднем времени жизни - среднем
арифметическом времен жизни большого количества атомов данного вида
(статистическая величина). По этой же причине не имеет смысла говорить о
законе радиоактивного распада для малого числа атомов. Определенная
закономерность проявляется лишь для большого количества ядер. При
малом же их количестве неизбежными будут отклонения от средних
значений, чем меньше атомов, тем отклонения будут заметнее.
Таким образом, сформулируем главные выводы, которые можно отнести к
радиоактивному распаду и сравним их с выводами по бросанию монет.
(слайд 15, 16)
1.За определенный интервал времени (за время, равное Т) распадается
в среднем (приблизительно) одна и та же доля имеющихся атомов
2.Закон радиоактивного распада носит вероятностный характер и
справедлив для большой совокупности атомов, поэтому является
статистическим законом.
Вы видите, что выводы совпадают и понимаете, как моделирование помогает
установить закономерности протекания реальных природных процессов.
Итак, мы познакомились с законом радиоактивного распада.
Радиоактивность-это природное явление, не зависящее от того, открыли его
ученые или нет. Но это открытие произошло. (на створках доски
открываются необходимые четверостишья)
Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин.
Из прекрасного лебедя вырос дракон,
Из запретной бутылки был выпущен джин.
Как мы знаем, джины творят чудеса, а человек старается чудо использовать
себе во благо. Через 46 лет после открытия явления радиоактивности был
изобретен первый ядерный реактор, использующий радиоактивные изотопы.
Эти реакторы устанавливают на атомных электростанциях. Что это для
человека благо или вред?
12
О: Конечно благо, ведь электростанция вырабатывает энергию.
У:Да, в современном мире человечеству необходимы большие затраты
энергии, но при использовании атомных электростанций возникают
серьезные проблемы, неучтенные человеком во время конструирования и
эксплуатации АЭС. Послушайте сообщения учащихся на эту тему.
2 учащихся делают сообщения (1 мин) о Чернобыльской аварии (слайд 17) и
аварии на атомной станции Фукусима (слайд 18).
Закрепление материала:
У:Вот видите, чем чревато использование атомных электростанций.
Последствия Чернобыльской аварии сказываются до сих пор и в нашей
местности. Давайте посмотрим, как долго еще мы будем находиться под
влиянием радиоактивных излучений выбросов Чернобыльской АЭС.
Решение задач.
(слайд 19) Среди радиоактивных загрязнений, вызванных аварией на
Чернобыльской АЭС, наиболее опасными являются долгоживущие продукты
деления, такие как стронций-90 и цезий-137. Вычислите, сколько времени
должно пройти к моменту, когда активность этих загрязнений уменьшится в
8 раз. Периоды полураспада


Sr – 28 лет,


Cs – 30 лет.
Мы видим, какие серьезные последствия возникли после аварий на атомных
электростанциях, но еще более страшное использование радиоактивных
изотопов в ядерных бомбах, которые обладают огромной разрушительной
силой и мощнейшей радиацией, губящей все живое.
Так что же собой представляет этот каприз природы - радиоактивность:
подарок для человечества или проклятие?
Да, действительно, радиоактивность – это и подарок и проклятие
одновременно. Человек всегда должен помнить, что Природа мудра, и,
вторгаясь в ее тайны, нельзя нарушать ее законы. В своих действиях
нужно руководствоваться правилом: «Не навреди!”, быть
осмотрительным, внимательным, просчитывать десятки связей и ходов
наперед, а главное - всегда помнить о других людях, ценности жизни,
уникальности нашей планеты.
13
Жизнь на Земле хрупка и беззащитна перед человеком. Один неверный
шаг, и она прервется. (на створках доски открываются необходимые
четверостишья)
И твердит Природы голос:
В вашей власти, в вашей власти.
Что бы все не раскололось
На бессмысленные части.
Дополнительное задание: (слайд 20, 21, 22)
Период полураспада радиоактивного изотопа


Са составляет 164 суток.
Если изначально было 4·10
24
атомов


Са, то примерно сколько их будет
через 328 суток?
1)2· 10
24
2) 1·10
24
3) 1·10
6
4) 0
Рефлексия.
Наш урок подходит к концу. Давайте посмотрим, сумели мы достичь
поставленных перед уроком целей? (слайд 23)
Домашнее задание: (слайд 24, 25)
14
КАРТОЧКА (Д/з):
1. Записать реакции альфа-, бета- и положительного бета-, гамма-распадов.
2. Какое ядро получится из ядра изотопа
U
238
92
после одного альфа-распада и двух
бета-распадов?
3. Из какого ядра после одного альфа-распада и одного бета-распада образуется
ядро
Bi
211
83
?
4. В результате скольких альфа- и бета-распадов из ядра
Ra
226
88
образуется ядро
Pb
206
82
?
5. Какой из следующих изотопов не может образоваться из
U
238
92
в результате
нескольких последовательных альфа- и бета-распадов?
1)
Th
234
90
2)
Ra
230
88
3)
Bi
214
83
4)
Ra
225
88
15
ФИЗИЧЕСКИЙ ДИКТАНТ:
Вопрос
О
твет
(да/нет)
О
твет
(да/нет)
ФИ:
1. Радиоактивность – это самопроизвольное превращение
одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием
различных частиц
2. На активность радиоактивного вещества оказывают
влияние внешние воздействия (повышение температуры,
давления, химические реакции)
3. Пьер Кюри обнаружил, что радиоактивность
сопровождается выделением энергии, значительно
превышающей энергетический выход химических реакций
4. При радиоактивном распаде изменение претерпевает
только электронная оболочка атома
5. При
−
распаде масса ядра уменьшается примерно на
4 а.е.м., заряд ядра уменьшается на 2е. В результате
−
распада
элемент смещается на две клетки к началу периодической
системы
6. При
распаде масса ядра почти не меняется, заряд
ядра увеличивается на 1е. В результате
распада элемент
смещается на 1 клетку к концу периодической системы
7. При радиоактивном распаде нарушается закон
сохранения электрического заряда, но в точности сохраняется
масса ядер
16
Вопрос
О
твет
(да/нет)
О
твет
(да/нет)
ФИ:
1. Радиоактивность – это самопроизвольное превращение
одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием
различных частиц
2. На активность радиоактивного вещества оказывают
влияние внешние воздействия (повышение температуры,
давления, химические реакции)
3. Пьер Кюри обнаружил, что радиоактивность
сопровождается выделением энергии, значительно
превышающей энергетический выход химических реакций
4. При радиоактивном распаде изменение претерпевает
только электронная оболочка атома
5. При
−
распаде масса ядра уменьшается примерно на
4 а.е.м., заряд ядра уменьшается на 2е. В результате
−
распада
элемент смещается на две клетки к началу периодической
системы
6. При
распаде масса ядра почти не меняется, заряд
ядра увеличивается на 1е. В результате
распада элемент
смещается на 1 клетку к концу периодической системы
7. При радиоактивном распаде нарушается закон
сохранения электрического заряда, но в точности сохраняется
масса ядер
Вопрос
О
твет
О
твет
17
(да/нет)
(да/нет)
1. Радиоактивность – это самопроизвольное превращение
одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием
различных частиц
2. На активность радиоактивного вещества оказывают
влияние внешние воздействия (повышение температуры,
давления, химические реакции)
3. Пьер Кюри обнаружил, что радиоактивность
сопровождается выделением энергии, значительно
превышающей энергетический выход химических реакций
4. При радиоактивном распаде изменение претерпевает
только электронная оболочка атома
5. При
−
распаде масса ядра уменьшается примерно на
4 а.е.м., заряд ядра уменьшается на 2е. В результате
−
распада
элемент смещается на две клетки к началу периодической
системы
6. При
распаде масса ядра почти не меняется, заряд
ядра увеличивается на 1е. В результате
распада элемент
смещается на 1 клетку к концу периодической системы
7. При радиоактивном распаде нарушается закон
сохранения электрического заряда, но в точности сохраняется
масса ядер
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: