Урок "Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада"

Алимова Наталья Маратовна – учитель физики второй квалификационной категории КГУ «Средняя школа №5» г.Петропавловск, Северо-Казахстанская область

Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Тип урока: творческая лаборатория

Цель урока: изучить явление радиоактивности

Задачи:

Образовательные: ввести понятие радиоактивность, изучить законы радиоактивного распада, проводит элементарный эксперимент

Развивающие: предметные компетентности, навыки саморазвития, расширение кругозора учащихся

Воспитательные: объективная оценка значения радиоактивности в жизни человека, бережное отношение к своему здоровью, интерес, трудолюбие

Формы работы: работа в парах, фронтальная.

Методы работы: дискуссия, эксперимент, проблемно-поисковый.

План урока:

1. Орг. Момент (1 мин)

2. вводная часть. (3 мин)

3. Мотивация (9 мин)

4. Изучение нового материала (26 мин)

5. Анализ информации (3 мин)

6. Выводы по работе (1 мин)

7. Рефлексия (1 мин)

8. Домашнее задание: подготовиться к решению задач и пр№14 (1 мин)

Ход урока

I. Вводная часть.

Добрый день, ребята!

Сегодня мы займемся поиском истины, поработаем в творческой лаборатории. На ваших столах находятся «путеводители», в которых вы будете делать записи. Они останутся у вас после урока и будут служить кратким конспектом.

Ну а чтобы подготовиться к сегодняшнему исследованию, выполним тренировочное задание. Оно поможет вам вспомнить некоторые данные о строении частиц и химической связи, которые пригодятся нам в ходе урока.

Найдем путь из «физического лабиринта», ответив «да» или «нет» на соответствующие вопросы каждого этапа.

Слайд 1

Запишите через запятую цифры, соответствующие выбранному вами пути.

(1, 2, 6, 9, 13, 18, 19)

II. Мотивация.

Итак, мы в творческой лаборатории.

Любое исследование строится по определенной траектории (схеме). Слайд 2.

Как видно из схемы, в основе исследования лежит проблема, на основе которой формулируется цель и задачи работы.

Слайд 3. До недавнего времени в Австралии существовала легенда о долине Смерти. Каждый, кто попадал в эту местность, размером чуть больше классной комнаты, спустя незначительное время погибал. Местные жители говорили, что его забрали духи.

Какое научное объяснение данного факта вы можете предложить?

Полемика

Явление радиоактивности

Именно данное явление будет служить объектом нашего сегодняшнего исследования.

Что вы знаете об этом явлении? Каково Ваше отношение к нему?

Полемика → Обобщение полученных данных

Чего больше: позитива или негатива от информации об этом явлении?

Негатива

В чем же, на ваш взгляд, проблема?

Почему, не смотря на все неприятности, сопутствующие явлению радиоактивности, люди все равно широко используют его?

По мере продвижения нашей работы мы будем заполнять логико-смысловую модель, которая заменит вам краткий конспект. Ватман+маркер

Внесем в ее центр проблемный вопрос, который нам предстоит решить «Почему люди используют радиоактивность?»

Предлагаю сформулировать цель нашего исследования.

Цель и задачи формулируют школьники

Цель: Изучить явление радиоактивности и его значение для человека.

А теперь сформулируем задачи, которые служат этапами нашей работы.

1. Рассмотреть понятие радиоактивность.

2. Историю изучения радиоактивности

2) Рассмотреть виды радиоактивности

3) Сформировать представление о типах радиоактивного распада.

4) Ознакомиться с областями применения радиоактивности.

5) Определить значение радиоактивности для человека.

Заполнение названий стрелок в ЛСМ согласно сформулированным задачам.

Работа с интерактивной доской.

III. Решение проблемы

Чтобы решить данную проблему, нам придется решить несколько проблемных задач.

Для того, чтобы решить нашу первую задачу – сформулировать определение понятия «радиоактивности», - нужно вдуматься в смысл самого термина. Попробуем раскрыть его этимологию. Из каких двух основ состоит данное слово?

РАДИО АКТИВНОСТЬ Слайд 4

«radiare» - лат. испускать, лучи

Активность – само за себя говорит.

В каком случае вещество, атом что-то испускает?

Если он распадается.

Обратите внимание на второе значение латинского слова «radiare» - лучи.

Радиоактивность – это самопроизвольный распад ядер атомов с испусканием элементарных частиц

Заполнение ЛСМ (стрелка № 1)

Вывод: определение всегда кроется в смысле самого понятия. Слайд 5

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 из-за 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 каких либо внешних влияний создают какое-то 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 Склодовская-Кюри. Слайд 6

В 1898г М. Склодовская-Кюри и др. ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты М. Склодовской-Кюри и ее мужем П. Кюри. Слайд 7. Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый неизвестный ранее химический элемент - полоний № 84, названный так в честь родины М. Склодовской-Кюри - Польши. Был открыт еще один элемент, дающий интенсивное излучение - радий № 88, т.е. лучистый. Само же явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Заполнение ЛСМ (стрелка № 2)

Как вы думаете, на какие 2 вида делится радиоактивность по своей природе?

Искусственная и естественная (природная).Слайд 8

Даем определение

Заполнение ЛСМ (стрелка № 3)

Слайд 9. Как вы думаете, все ли изотопы химических элементов радиоактивны? Проанализируйте расположение элементов в Периодической системе и определите зависимость между расположением элемента в периодической системе и его радиоактивными свойствами, основываясь на той информации, которой вы владеете.

Число радиоактивных элементов увеличивается к нижней части периодической системы (Sr, Cs, U, Po, Pu).

Вернемся к определению радиоактивности: распад ядер с испусканием элементарных частиц.

Два ключевых понятия: «распад» и «элементарные частицы».

Исходя из типа частиц, которые образуются, распад бывает «альфа» и «бета».

Заполнение ЛСМ (стрелка № 4)

Химия – удивительная наука. Она позволяет судить о невидимых процессах благодаря моделированию.

Рассмотрим первый тип ядерного распада, что называется, изнутри.

Анимационная модель α – распада (Слайд 10)

В процессе α – распада выделяется ядро атома гелия, содержащее 2протона и 2 нейтрона.

Для того, чтобы составить общую схему α – распада, проанализируем, что происходит с ядром исходного изотопа.

Его заряд уменьшается на 2 единицы, масса – на 4 единицы.

Дописать схему (стр. 7).

И(и)_q^m → He₂⁴ + И(к)

На основе полученной схемы составьте продукт следующей реакций:

Ra²²⁶ → He₂⁴ + Rn²²²

Рассмотрим модель β-распада.

Анимационная модель β-распада (Слайд 11).

В процессе β-распада выделяется электрон.

Составьте самостоятельно схему данного распада в общем виде (стр. 7).

Заряд ядра исходного атома увеличивается на 1 единицу, масса остается неизменной.

И(и)_q^m → e + И(к)

Составьте продукт реакции:

Cs¹³⁸ → e + Ba¹³⁸

Рассмотрим «бета+» распад. Слайд 12

В процессе β-распада выделяется позитрон.

Составьте самостоятельно схему данного распада в общем виде (стр. 7).

Заряд ядра исходного атома уменьшается на 1 единицу, масса остается неизменной.

И(и)_q^m → e + И(к)

Составьте продукт реакции:

Проблемный вопрос: Как вы думаете, какой тип излучения (α или β) более опасен для организма человека и почему?

(Подсказка: сравните проникающий эффект тяжелого большого мяча и пули)

Полемика

Ядра атома гелия тяжелые, поэтому данный вид излучения имеет низкую проникающую способность и может задерживаться несколькими сантиметрами воздуха. Держать источник α-излучения в руках не опасно даже для кожи. Единственную угрозу большого количества α-лучи представляют при вдохе (при непосредственном попадании в организм).

Бета – частицы двигаются с огромной скоростью, масса их мала, поэтому их проникающая способность гораздо выше, и они представляют угрозу для кожи человека.

Ядра изотопов, полученных в результате ядерного распада, как правило, нестабильны и подвержены дальнейшему распаду.

Проблемный вопрос: Как вы думаете, что необходимо знать ученым для того, чтобы захоронить радиоактивные остатки?

Сколько времени может продолжаться распад образца радиоактивного материала.

Скорость распада радиоизотопов измеряется периодом полураспада.

Чтобы вникнуть в глубь данного понятия и сформулировать его определение, обратимся к модели, как способу познания связи между течением времени и количеством распавшихся ядер.

Выполните лабораторный эксперимент № 1 (стр. 8)

У вас на столах есть коробки с 40 монетами, лежащими «орлом» вверх. Мы их представим атомами гипотетического радиоактивного изотопа «орлия».

Задание

1. Потрясите коробки (это условно соответствует прохождению периода полураспада – какому-то промежутку времени).

2. Откройте и посчитайте, сколько монет перевернулось решкой, превратилось в новый элемент «решетий».

3. Отложите их в сторону и запишите в таблицу, сколько «орлиев» осталось в коробке.

Повторите все действия еще 3 раза.

Исследование всегда требует многократного повтора для точности результата. Чем больше повторов, тем меньше получается погрешность.

Мы суммируем все ваши данные в единую таблицу.

Работа с Microsoft Office Excel на интерактивной доске Слайд 13

Какую математическую закономерность вы наблюдаете? (погрешностью можно пренебречь)

Каждый раз количество перевернутых (распавшихся) монет уменьшается приблизительно в 2 раза.

Как будет звучать определение периода полураспада элемента?

T1/2 - Это промежуток времени, за который число атомов исходного изотопа распадается на половину.

Построим график зависимости между периодом полураспада (временем) и числом распавшихся изотопов.

Работа с Microsoft Office Excel на интерактивной доске

Сравним полученный график с графиком для изотопа фосфора – 32 (Слайд 14). Он аналогичен.

Кривая, полученная вами при моделировании процесса радиоактивного распада, применима к любым изотопам. Единственное различие заключается в разных периодах полураспада разных изотопов (от нескольких секунд до нескольких тысяч лет).

Мы приближаемся к концу нашего исследования.

IV. Анализ информации

Попробуем соотнести все «за» и «против» ядерных реакций.

Заполняем два столбика: условные «за» и «против». (Слайд 15)

2 мин. Работа в парах. Сбор информации.

Анализ, заполнение столбиков (сначала на основе информации от учеников, потом следует дополнение учителя).

ЗА

ПРОТИВ

Атомные электростанции – самые экологически чистые и экономически выгодные. Использование меченных атомов в медицине - Соединения, содержащие метку, могут вводиться в организм в виде раствора в виде инъекций или с пищей. По радиационному излучению врач определяет, правильным ли образом элемент распространяется в организме. Сo58 – степень поглощения витамина В12. Fe59 – скорость образования эритроцитов. H3 – количество воды в организме и усвоение витамина D. - Изотопы позволяют обнаружить опухоли разных органов, концентрируясь в местах быстро растущих клеток. Tc99 – опухоль мозга. P32 – опухоль костей. Изотопы способны убивать быстрорастущие клетки раковой опухоли. Cs137 - мелкие, Sr90 - глазные, Ir192 – глубоко расположенные. - Рентгеновские снимки Sr85 Использование меченных атомов в промышленности, научных исследованиях Стерилизация медицинского оборудования, разрушение микроорганизмов в пище, стерилизация мяса (Co60). Использование меченных атомов в научных исследованиях. Вспомните, какие основные задачи ставили перед собой алхимики. Получение «философского камня» и «эликсира жизни». Проблема получения золота из атомов других элементов была решена немецкими физиками в годы II мировой войны путем ядерной реакции. Какой изотоп был взят за основу для получения изотопа Au198? Tl202 → He+ Au Как вы думаете, почему ученые отказались от промышленного производства золота указанным путем? Во-первых, в ходе данной реакции был получен радиоактивный изотоп золота. Во-вторых, экономически не выгодно. Американский ученый – кибернетик Винер Норберт как-то сказал: «Человеческое существо, в принципе можно переправить по телеграфу, но трудности, возникающие при этом, значительно превышают результат».

Угроза аварий АЭС При облучении опухолевых клеток могут пострадать другие клетки. При медицинских обследованиях человек получает незначительную дозу облучения. Облученные продукты питания могут содержать радиоизотопы. Опасность радиоактивных отходов. Во время курения происходит сухая перегонка табака, выделяющая большое число токсичных веществ. В 1964 году американские химики установили, что в табачном дыме в небольших количествах содержится радиоактивный полоний Po216. От пачки сигарет курящий человек получает дозу радиоактивного облучения, превышающую норму в 4-5 раз. В первую очередь он поражает горло и легкие, а, распадаясь, образует Pb, накапливающийся в печени. Составить уравнение реакции Po → … + Pb(He)

Предлагаю отделить факты от эмоциональных оценок.

Что, на ваш взгляд, нельзя изменить: использование радиоактивности или вред, наносимый ею?

Во многом вреда можно избежать, если относиться к данному процессу грамотно и аккуратно.

Заполните листки самоанализа (Слайд 16), занося во второй столбик недостающие цифры в соответствие с вашими личными данными за последний год. Подсчитайте итоговую годовую дозу радиоактивного облучения.

Источник радиации	Доза за год, мбэр
Космические лучи на уровне моря	30
Дополнительно, в зависимости от расположением над уровнем моря а) 1000 м б) 2000 м в) 3000 м Магнитогорск – 310 м	10 30 90 1,5
Выберите материал, из которого построен ваш дом а) дерево б) кирпич в) бетон	40 75 85
Радиация от горных пород и почвы	15
Пища, вода, воздух	25
Осадки после испытания ядерного оружия (в среднем по стране)	4
Медицинские рентгеновские лучи а) флюорография (умножить на число раз за год) б) желудочно-кишечный тракт (умножить на число раз за год) в) рентген костей, зубов (умножить на число раз за год)	10 · … 200 · … 10 · …
Полеты на реактивных самолетах (умножить на число полетов)	3 · …
Соседство с АЭС	1
ИТОГО

Сравните с нормой – 170 мбэр в год.

Каким образом можно уменьшить воздействие радиации на организм человека?

V. Выводы

Какую роль может играть человек в уменьшении получаемой дозы радиоактивного облучения, занимая ту или иную позицию?

Почему, невзирая на все последствия, человечество продолжает активно использовать радиоактивность?

Потому что значение велико для человека, а последствий можно избежать при правильном подходе, использовании и образе жизни.

VI. Рефлексия.

Ребята, а сейчас я предлагаю вам проанализировать свою работу на сегодняшнем уроке, сам урок, ваше впечатление о сегодняшнем уроке. Для этого предлагаю вам «выстрелить» по мишени, на стикерах, пожалуйста, поставьте свои инициалы и приклейте к соответствующей оценке мишени, можете написать комментарии.

VII. Домашнее задание: подготовиться к решению задач, пр№14, конспект