 
Учитель физики Блохина Вероника Александровна
11.05.2012
|
МАОУ «Лицей №3 им. А.С. Пушкина»
|
Урок: Радиоактивные превращения атомных ядер.
|
|
Мы слишком часто даем детям ответы, которые надо выучить, а не ставим перед ними проблемы, которые надо решить.
Р. Левин
Тема урока: Радиоактивные превращения атомных ядер
Класс: 9.
Тема и номер урока в теме: Строение атома и атомного ядра – 3/55.
Цель урока: разъяснить природу радиоактивного распада и его закономерности.
Задачи:
обучающие: изучить явление радиоактивного распада; рассмотреть альфа-, бета- и гамма – распады; находить недостающие элементы в ядерных реакциях, записывать реакции альфа- и бета-распадов; способствовать развитию у учащихся компетентностей: информационной (аспект - извлечение первичной информации, 2 уровень; обработка информации – 3 уровень), разрешения проблем (аспект - действия по решению проблем, 3 уровень).
развивающие: развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний при решении проблемных физических задач; развитие операций (анализ, синтез, сравнение, обобщение, абстрагирование, конкретизация) и форм (суждение, умозаключение, аналогия) мышления в процессе изучения темы «Радиоактивные превращения атомов». Развитие психических функций внимания, восприятия и наблюдательности.
Формирование умения работать с информацией представленной в виде формул, рисунков, схем, таблиц (разворачивать) и умение представлять информацию (сворачивать).
воспитательные: формировать мировоззрение учащихся; формировать навыки общения, сотрудничества с учителем и учащимися на уроке при достижении учебных целей, воспитание отношения к физике как к элементу общечеловеческой культуры;
валеологические: обеспечить гигиенические условия для занятий, соответствующие нормам САНПиН; соблюдать валеологические требования к уроку; создание комфортного психологического климата в процессе обучения; избегать перегрузки учащихся за счет дозирования домашнего задания; учитывать возрастные и психологические особенности детей; использование личностных особенностей учащихся в процессе обучения; организация целесообразного чередования учебной нагрузки, смены видов деятельности; применение разнообразных форм, методов и средств обучения; организация подвижных пауз в ходе урока, минуток релаксации, проведение эмоционально отвлекающих разрядок на уроках.
Базовый учебник: Перышкин А.В., Гутник Е.М. Учебник «Физика-9». - Москва: Дрофа, 2011
Тип урока: урок формирования и совершенствования знаний.
Формы и методы работы: метод исследования, эвристическая беседа, тестирование, КОЗ—обработка информации, письменные упражнения.
Необходимое техническое оборудование: компьютер, проектор, экран, тесты, технологические карты.
ЦОР: Альфа-, бета- и гамма-распад (http://fcior.edu.ru/card/10502/alfa-beta-i-gamma-raspad.html) , презентация.
Принципы обучения: сознательности и активности, наглядности, систематичности и последовательности, научности, доступности, фундаментальности и прочности результатов обучения, связи теории с практикой.
Технологии обучения: партнерская технология, здоровьесберегающая технология, информационные технологии.
Межпредметные связи: биология, химия.
СТРУКТУРА И ХОД УРОКА
№
|
Этап урока
|
Деятельность учителя
|
Деятельность обучающихся
|
Время (мин)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Организационный этап.
|
Организационно-психологический момент, возможность подготовить учащихся к работе на уроке.
|
Эмоциональный и психологический настрой на урок.
|
2
|
|
Постановка цели. Актуализация опорных знаний.
|
Рассказывает, показывает, направляет.
Эпиграф к уроку: « Все человечество Земли — это ребенок, выросший в колыбели, пронизанной энергией радиации».
Мотивация «Облако слов».
Каждый из нас не только находится «под присмотром» радиационной неусыпной «няньки», каждый из нас немножко радиоактивен и сам по себе. Источники радиации находятся не только вне нас. Когда мы пьем, мы с каждым глотком вводим внутрь организма какое-то число атомов радиоактивных изотопов, то же происходит, когда мы едим. Более того, когда мы дышим, наш организм вновь получает из воздуха что-нибудь, способное к радиоактивному распаду — может быть, радиоактивный изотоп углерода С-14 , может быть калия К-40 или какой-то другой изотоп.
Откуда же берется такое количество радиоактивности, постоянно присутствующей вокруг и внутри нас? По данным ядерной геофизики в природе достаточно много источников природной радиоактивности. В породах земной коры, в среднем, на одну тонну пород приходится 2,5 – 3 грамма урана, 10 – 13 г тория (у него больше период полураспада), 15 – 25 г калия. Правда, радиоактивного К-40 всего до 3 миллиграмм на тонну. Все это обилие радиоактивных, неустойчивых ядер непрерывно распадается, выбрасывая альфа- и бета- частицы, испуская гамма-кванты. Каждую минуту в 1 кг вещества земных пород распадается в среднем 60 000 ядер К-40 , 15 000 ядер изотопа Rb-87 , 2400 ядер Th-232 , 2200 ядер U-238 . Полная величина естественной радиоактивности — около 200 тыс. распадов в минуту.
Основной гамма-фон над планетой создают распады К-40 и дочерних продуктов радия и тория. А знаете ли вы, что естественная радиоактивность различна у мужчин и женщин? Объяснение этого факта очевидно — мягкие и плотные ткани у них имеют различную структуру, по-разному поглощают и накапливают изотопы.
Вы сегодня самостоятельно сделает открытие и сформулируете правила, которые были предложены науке 99 лет назад.
|
Воспринимают информацию.
|
3
|
|
Актуализация опорных знаний.
|
Определение задания: форма – тестирование. (Приложение 1)
|
Выполнение теста.
Самоанализ в форме ключа.
|
5
|
|
Введение знаний.
|
1. Постановка проблемы: Атом имеет сложное строение.
Какое строение имеет атом?
В результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим свойствам от первоначального вещества.
|
Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Между нуклонами в ядре действуют ядерные силы.
|
10
|
|
Компетентностно-ориентированные задания
|
Определение задания. Координация работы.
Инструмент оценивания – модельный ответ.
|
Работа с технологическими картами (Приложение 3).
Представление результатов.
|
|
Физкультминутка
|
Рисуй глазами треугольник
Рисуй глазами треугольник.
Теперь его переверни
Вершиной вниз.
И вновь глазами ты по периметру веди.
Рисуй восьмерку вертикально.
Марк головою не крути,
А лишь глазами осторожно
Ты вдоль по линиям води.
И на бочок ее клади.
Теперь следи горизонтально,
И в центре ты остановись.
Зажмурься крепко, не ленись.
Глаза открываем мы, наконец.
Зарядка окончилась.
Ты – молодец!
|
Выполняют упражнения для глаз.
|
3
|
|
Первичное закрепление и систематизация знаний
|
Проблема: Если вы внимательно следите за моими рассуждениями, то должны мне задать вопрос. Как же из ядра вылетают электроны, если их там нет?
Как известно, атомные ядра всех элементов состоят только из протонов и нейтронов. Как же из ядер могут вылетать электроны, которых там нет, и нейтрино, которых там тоже нет?
Объяснить этот удивительный факт (из ядра вылетает то, чего там нет) можно только тем, что частицы — протоны и нейтроны, образующие ядро, способны взаимно превращаться друг в друга. В частности, бета-распад состоит в том, что один из нейтронов, входящих в ядро радиоактивного элемента, превращается в протон.
При этом в ядре оказывается одним протоном больше, чем было, а общее число частиц остается прежним. Просто один из нейтронов стал протоном. Но если бы дело только тем и ограничилось, был бы нарушен закон сохранения электрического заряда. Природа таких процессов не допускает! Так вот, оказывается, что вместе с превращением нейтрона в протон в ядре рождаются электрон, отрицательный заряд которого компенсирует положительный заряд появившегося протона, и нейтрино, которое уносит определенную долю энергии. Таким образом, при бета-распаде в ядре происходит превращение одного из нейтронов в протон и рождение двух частиц — электрона и нейтрино. Протон остается в ядре, электрон же и нейтрино, которым в ядре быть «не полагается», вылетают из него.
Заметим, что процесс бета-радиоактивного распада несколько напоминает процесс испускания светового кванта (фотона). Бета-частица и нейтрино рождаются в момент перехода ядра из одного состояния в другое, аналогично тому, как фотон испускается атомом при переходе электрона, входящего в состав электронной оболочки атома, с одного энергетического уровня на другой.
|
Исследуют проблему.
Предлагают пути ее разрешения.
|
3
|
|
Первичное закрепление знаний.
Обобщение и систематизация знаний.
|
Задание для коллективной работы: Таблица “Сравнение свойств радия и радона”
Таблица “Сравнение свойств радия и радона”
Физические свойства
|
Химические свойства
|
Агрегатное состояние
|
Масса ядра
|
Заряд ядра
|
Число электронов
|
Металл
|
Радий
|
Твердое
|
226
|
88
|
88
|
Инертный газ
|
Радон
|
газ
|
222
|
86
|
86
|
Решение задач (приложение 2).
|
Коллективная работа с таблицей.
Выполнение задания: индивидуальная и коллективная работа.
Обсуждение результатов.
|
7
|
|
Анализ и оценка итогов работы.
Рефлексия.
|
Подведение итогов. Синквейн – прием, позволяющий в нескольких словах изложить учебный материал на определенную тему. («Синквейн» от фран. «пять». Это специфическое стихотворение (без рифмы), состоящее из пяти строк, в которых обобщена информация по изученной теме).
Цель: добиться более глубокого осмысления темы.
Пример.
Радиоактивность
Коварная, загадочная
Разрушает, созидает
Отношение к опасности определяется знакомством с ней
Лучистая энергия
6 июня 1905г. Пьер выступил на заседании Академии наук. Свою Нобелевскую речь он закончил следующими словами:
"Легко, далее, понять, что в преступных руках радий может представить серьезную опасность, и встает вопрос: выиграет ли человечество от познания тайн природы, достаточно ли оно созрело, чтобы ими пользоваться, или это познание обратиться ему во вред? Пример открытий Нобеля показателен в этом отношении: мощные взрывчатые вещества позволили человеку выполнять замечательные работы, но они же стали ужасным
разрушительным средством в руках великих преступников, толкающих народы к войне. Я отношусь к числу тех, кто думает вместе с Нобелем, что человечество извлечет больше пользы, чем вреда из новых открытий".
В окно смотрели двое:
Один увидел дождь и грязь,
Другой листвы зелёной вязь
И небо голубое.
В окно смотрели двое.
Оценивание: средняя оценка- тест, технологическая карта, решение задач, синквейн.
|
Составление синквейна.
Правила составления синквейна:
В первой строке одним словом обозначается тема (именем существительным).
Вторая строка – описание темы двумя словами (прилагательные)
Третья строка – описание действия в рамках этой темы тремя словами (глаголы, причастия)
Четвертая строка – фраза из четырех слов, выражающая отношение к теме (разные части речи)
Пятая строка – одно слово, синоним темы.
|
5
|
|
Задание на дом
|
Разъяснение домашнего задания: § 67, упр.51.
|
Записывают задание
|
2
|
Приложение 1
1 вариант
1) Из каких частиц состоит атомное ядро?
Из протонов
Из протонов и электронов
Из протонов и нейтронов
Из нейтронов и электронов
2) Чем разные изотопы одного химического элемента отличаются друг от друга?
Вокруг их ядер движется разное количество электронов.
Они имеют разные порядковые номера в таблице химических элементов Д.И.Менделеева.
В их ядрах содержится разное количество нейтронов.
В их ядрах содержится разное количество протонов.
3) В ядре атома химического элемента 9 протонов и 10 нейтронов. Выберите правильное утверждение:
Этот химический элемент - неон
Этот химический элемент - фтор
Этот химический элемент - калий
Этот химический элемент - водород
4) Заряженная массивная частица, находящаяся в ядре называется ...
Протон
Нейтрон
Электрон
5) Сравните: масса протона в 1836 раз ... массы электрона.
Больше
Меньше
2 вариант
1) В состав ядра входят…
протоны и нейтроны
протоны, нейтроны, электроны
протоны и электроны
2) Чему равно число протонов в ядре?
Числу электронов в оболочке атома
Массовому числу
A-Z
A+Z
3) Чему равно число нейтронов в ядре?
Числу электронов в оболочке атома
Массовому числу
A-Z
A+Z
4) Какое утверждение об изотопах одного и того же элемента является неверным?
Изотопы одного и того же элемента обладают одинаковыми химическими свойствами
Ядра атомов у изотопов одного и того же элемента содержат одинаковое число нейтронов, но разное число протонов
Ядра атомов у изотопов одного и того же элемента содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов
Изотопы одного и того же элемента занимают в таблице Менделеева одно и то же место
5) Современная модель структуры атома обоснована опытами…
по сжимаемости жидкости
по рассеянию α-частиц
по электризации
по тепловому расширению
Приложение 2
При естественном радиоактивном распаде радий  испускает α−частицу. Какой химический элемент при этом образуется? Запишите реакцию.
Решение: 
Изотоп свинца при радиоактивном распаде испускает β−частицу. В ядро какого элемента при этом превращается ядро изотопа свинца? Запишите эту реакцию.
Решение:  ;
В результате какого радиоактивного распада натрий  превращается в магний  ? Запишите эту реакцию.
Решение: 
Какое ядро получается из ядра криптона  после шести β−распадов? Запишите эти реакции.
Решение: 
Дополнительное задание.
Сколько электронов испускает ядро ксенона  при превращении в стабильное ядро церия  ? Запишите эти реакции.
Изменяются ли массовое число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром γ−кванта?
Допишите недостающие символы в реакции радиоактивного распада:  ; 
Компетентностно – ориентированное задание
«Радиоактивные превращения атомных ядер»
|
Предмет
|
Физика
|
Класс
|
9
|
Компетентность
|
Компетентность:
1. Информационная
2. Разрешения проблем
|
Аспект
|
1. Извлечение первичной информации; обработка информации
2. Действия по решению проблемы
|
Уровень
|
1. Первый: второй
2. Второй
|
Ресурсы:
|
1. ЭОР: Альфа-, бета- и гамма-распад
2. Учебник «Физика - 9», А.В. Перышкин, § 58
|
Стимул
|
Представьте, что вам необходимо сделать «открытие». Вам предстоит самостоятельно сформулировать правила смещения.
|
Задачная формулировка
|
Составьте алгоритм записи ядерной реакции при:
1. α−распаде .
2. β−распаде .
3. γ−распаде .
|
Бланк выполнения задания
|
Таблица «Типы радиоактивного распада (Правило смещения)».
|
Инструмент проверки
|
Модельный ответ
Критерии оценки выполненного задания.
|
В 1913 Ф. Содди и К. Фаянс независимо друг от друга сформулировали правило смещения, позволяющее предсказать место в периодической системе элемента — продукта радиоактивного распада.
Представьте, что вам необходимо сделать «открытие». Вам предстоит самостоятельно сформулировать правило смещения.
Ознакомьтесь с дополнительной информацией, внимательно просмотрите анимацию: ЭОР: Альфа-, бета- и гамма-распад.
Составьте алгоритм записи ядерной реакции при: α−распаде, β−распаде, γ−распаде.
Сформулируйте правила, которые позволят определить химический элемент, являющийся продуктом радиоактивного распада.
Информацию внесите в таблицу.
Дополнительная информация.
α-распад
α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).
α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны.
Естественная радиоактивность мужчин и женщин
Естественная радиоактивность мужчин и женщин различна из-за разного содержания в их организме изотопа калия – 40.
Весь имеющийся на Земле калий-40 образовался одновременно с возникновением самой планеты и с тех пор постепенно распадался. Своим существованием на сегодняшний день нуклид обязан большому периоду полураспада (1,248·109 лет).
Распад калия-40 происходит по двум направлениям один из которых β−-распад (вероятность 89,28 %):
Калий-40 вынужденно присутствует в живых организмах наряду с другими изотопами калия. Концентрация этого элемента в питьевой воде составляет ~3·10−4 мг/л, что приводит к радиоактивности воды на уровне 2·10−12 Ки/л. Эта величина чрезвычайно мала и не ведёт к каким-либо вредным последствиям для организма.
Наличие калия-40 в теле человека обусловливает его природную радиоактивность на уровне 4-5 кБк в зависимости от массы. Это примерно 80-85 % всей радиоактивности организма. Оставшаяся часть исходит от изотопа 14С.
Изотоп калий-40 является бета-активным и имеет период полураспада 1.251·109 лет. Не смотря на невысокое содержание изотопа 40K в природном калии и довольно большой период его полураспада, радиоактивность калия можно легко обнаружить даже с помощью простых приборов. В грамме природного калия каждую секунду происходит 32 распада ядер калия-40. Это соответствует радиоактивности 32 беккереля, или 865 пикокюри.
Считается, что радиоактивный распад 40K является одним из основных источников геотермальной энергии, которая выделяется в недрах Земли (мощность оценивается в 44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается изотоп 40Ar, который является продуктом распада 40K. Измеряя соотношение между изотопами 40K и 40Ar можно измерять возраст горных пород. На этом принципе основан калий-аргоновый метод определения возраста, который является одним из основных методов ядерной геохронологии.
С другой стороны, калий является одним из важнейших биогенных элементов, которые необходимы для всего живого.
Таблица «Типы радиоактивного распада (Правило смещения)»
Тип распада
|
Уравнение распада
|
Сформулируйте правило
|
Схематическое изображение-инструкция для работы с таблицей Менделеева
|
α−распад
|
|
|
|
|
|
|
начало таблицы
|
|
|
конец таблицы
|
|
β−распад
|
|
|
|
|
|
|
начало таблицы
|
|
|
конец таблицы
|
|
γ−распад
|
|
|
|
|
Тип распада
|
Уравнение распада
|
Какое перемещение в таблице Менделеева происходит?
|
Схематическое изображение-инструкция для работы с таблицей Менделеева
|
α−распад
|
|
При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, происходит перемещение химического элемента на две клетки влево.
|
|
|
|
|
начало таблицы
|
|
|
конец таблицы
|
|
β−распад
|
|
При бета-распаде одного химического элемента образуется другой элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным (на одну клетку ближе к концу таблицы).
|
|
|
|
|
начало таблицы
|
|
|
конец таблицы
|
|
γ−распад
|
|
|
|
|
Модельный ответ:
Инструкция составлена самостоятельно, без подсказки
|
10 балла
|
Инструкция составлена с подсказкой (использование ЭОР)
|
3 балла за каждое уравнение
|
Инструкция не составлена
|
0 баллов
|
Сделан вывод
|
по каждому положению 2 балла
|
Критерии оценки выполненного задания:
10 баллов – «отлично»,
9 баллов – «хорошо»,
2 балла – «удовлетворительно»,
0 баллов – «неудовлетворительно»
Физика 9 Радиоактивные превращения атомных ядер
|
