Радиоактивность. Радиоактивные превращения атомных ядер - СТРОЕНИЕ АТОМА И АТОМНОГО ЯДРА. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ АТОМНЫХ ЯДЕР - Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Цель урока:

Дать учащимся представление о радиоактивности.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания, повторение

- Что представляет собой атом согласно модели, предложенной Томсоном?

- Как проводился опыт по расстоянию α-частиц?

- Какой вывод был сделан Резерфордом на основании того, что некоторые α-частицы при взаимодействии с фольгой рассеивались на большие углы?

- Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?

- Расскажите, как проходят α-частицы сквозь атомы вещества согласно ядерной модели.

II. Новый материал

Открытие естественной радиоактивности - явление, доказывающее сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности.

Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т. е. без каких-либо внешних воздействий) излучает ранее невидимые лучи. Начались интенсивные исследования. Обнаружилось, что излучение урановых солей ионизирует воздух и разрежает электроскоп.

Было установлено, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Свойство присуще химическому элементу урану.

1898 г. Мария Склодовская-Кори (1867-1934 г.) во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри. Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

1898 г. подвергая радиоактивное излучение действию магнитного поля Э. Резерфорд выделил два вида излучения: α-лучи (тяжелые положительные заряженные частицы, ядра атома гелия) и β -лучи (отрицательно заряженные частицы). В 1900 г. П. Виклард открыл γ-лучи - нейтральное излучение, где масса покоя равна нулю.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности. Наименьшей проникающей способностью обладают α-лучи. Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен. Для β-лучей непрозрачной является алюминиевая пластинка при толщине несколько миллиметров. Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, слой свинца толщиной 1 см не является для них непреодолимой преградой.

По своим свойствам γ-лучи напоминают рентгеновские. Это электромагнитные волны с длиной волны от 10^-8 см до 10^-11 см.

Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильно отклонялись как в магнитном, так и в электрическое поле. При исследовании было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.

Труднее оказалось выявить природу α-частиц. Окончательно эту задачу решил Резерфорд, α-частицы оказались ядрами атома гелия.

Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении? Уже в самом начале исследования радиоактивности обнаружилось много странного и необычного.

Во-первых, удивительное постоянство, с которым радиоактивные элементы испускают излучения. На протяжении суток, месяцев, лет интенсивность излучения заметно не изменяется. На него не оказывает влияние нагревание или увеличение давления, химические реакции в которые вступал радиоактивный элемент, так же не влияли на интенсивность излучения.

Во-вторых, радиоактивность сопровождается выделением энергии, и она выделяется непрерывно на протяжении ряда лет. Откуда же берется эта энергия? При радиоактивности вещество испытывает какие-то глубокие изменения. Было сделано предположение, что превращения претерпевают сами атомы.

В дальнейшем было обнаружено, что в результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального. Это новое вещество, однако, само так же неустойчиво и испытывает превращения с испусканием характерного радиоактивного излучения.

Домашнее задание

1. § 55, 57;

2. Выполнить упражнение 43.

3. Ответить на вопрос:

Можно ли рентгеновские лучи, применяемые для обнаружения внутренних дефектов изделий, заменить гамма-лучами, испускаемыми препаратом с искусственной радиоактивностью? (Ответ: можно.)

Приложение к уроку

Беккерель Антуан Анри

Антуан Беккерель - французский физик, родился 15 декабря 1852 года родился в Париже. Сын Александра Эмонда Беккереля, прославившегося своими исследованиями фосфоресценции. Беккерели: отец, сын и дел - жили в доме французского естествоиспытателя Кювье, принадлежащем Национальному музею естественной истории. В этом доме Анри и сделал свое великое открытие.

Сначала он работает репетитором Политехнической школы, а с 1878 года, после смерти деда, становится ассистентом своего отца.

В 1888 года Анри защищает докторскую диссертацию и ведет вместе с отцом разностороннюю научную работу. Через год его избирают в Академию наук. С 1892 года он становится профессором Национального музея естественной науки.

Основные работы посвящены оптике (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры) и радиоактивности. В 1896 года изучая действие различных люминесцирующих веществ на фотопластинку, в частности солей урана, открыл неизвестное излучение, присущее самой урановой соли и ничего общее не имеющее с люминесцирующим излучением. Это явление самопроизвольного излучения солями урана лучей особой природы было названо радиоактивностью.

Пропуская β-лучи через пересекающиеся электрическое и магнитные поля, первый измерил отношение заряда к массе β-частиц и установил, что оно такого же порядка, как и для частиц катодных лучшей (1900 г.). Обнаружил в 1901 году (независимо от П. Кюри) физиологическое действие радиоактивного излучения, а также способность ионизировать газ.

За открытие явления естественной радиоактивности урана Беккерель в 1903 году был удостоен Нобелевской премии. Обладатель всех знаков отличия Парижской Академии наук, Член Лондонского королевского общества. Летом 1908 года академия избирает его непременным секретарем физического отделения.

Открытие рентгеновских лучей

Открытие рентгеновских лучей произошло в 1895 году. Сообщение об открытии датировано 28 декабря. Более полутора месяцев ученый тщательно исследовал неведомые лучи. Ему удалось установить, что они возникают там, где стенки трубки сильно флюоресцируют под ударами катодных лучей. В понедельник 20 января 1896 года Анри Пуанкаре на заседании Парижской Академии рассказал об открытии новых лучей, продемонстрировал рентгеновские снимки и высказал предположение, что рентгеновское излучение связано с флююресценцией и, возможно возникает всегда в люминесцирующих веществах, и никакой катодной трубки для получения Х-лучей не надо.

Среди участников заседания был Анри Беккерль. Он решил проверить гипотезу Пуанкаре. Еще в феврале 1896 года Шарль Анри демонстрировал действие флюоресцирующего сернистого цинка на фотопластинку, завернутую в черную бумагу. Беккерель решил использовать соли урана. Он взял из коллекции минералов своего отца двойной сульфат уранила калия. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластинку причудливой формы, покрытую слоем урановой соли, и выставил на несколько часов на яркий солнечный свет. После проявления пластинки на ней было отчетливо видно изображение металлической формы.

К концу февраля он убрал пластинку. Но погода была пасмурной и оставалась такой до 1 марта. Утром 1 марта было солнечным и опыты можно было возобновить. Беккерель решил, однако, проявить пластинки, лежавшие несколько дней в темном шкафу. На проявленных пластинках четко обозначились силуэты образцов минерала, лежавших на непрозрачных экранах пластинок.

Минерал без предварительного освещения испускал невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель немедленно ставит повторные опыты. Оказалось, что соли урана сами по себе без всякого воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и проходящие через непрозрачный слой. 2 марта Беккерель сообщил о своем открытии.

Длинным рядом экспериментов Беккерель шаг за шагом опровергал гипотезу Пуанкаре. Оказалось, что лучи могут испускать только соединения урана - это урановые лучи, или лучи Беккеля, как их потом стали называть. Они способны ионизировать воздух и разряжать заряженный электроскоп.

Способность урана испускать лучи не ослабевали месяцами. 18 мая 1896 года Беккерель со всей определенностью констатировал наличие этой способности у урановых соединений и описал свойства излучения. Но чистый уран оказался в распоряжении Беккереля только осенью, и 23 ноября 1896 года Беккерель сообщил о свойстве урана испускать невидимые урановые лучи вне зависимости от его химического и физического состояния.