На этом уроке мы познакомимся с новой темой и узнаем всё о радиоактивности как свидетельстве сложного строения атомов. На нём мы узнаем, когда и кем впервые была открыта радиоактивность и почему она подтверждает сложное строение атомов. Также мы рассмотрим опыт Беккереля с солями урана, на основе которого была установлена эта сложность.
Мы начинаем изучение новой темы «Строение атома и атомного ядра». Начнем мы ее с изучения явления радиоактивности. Мы будем говорить о том, что радиоактивность является подтверждением сложности строения атомов.
Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем. Если взять фосфор, подержать его на свету, потом внести в темную комнату, можно заметить, что он продолжает светиться. Как это происходит, почему это происходит, при каких условиях? В связи с тем, что в 1895 году другой ученый - Рентген - открыл рентгеновские лучи, Беккерель решил выяснить, как связаны рентгеновские лучи с таким свечением. В поисках ответа на эти вопросы Беккерель занимался исследованием излучений, которые создают соли урана.
Опыт Беккереля был достаточно простым. Он брал соли урана, заворачивал их в темную плотную бумагу, а затем выставлял на солнце, чтобы посмотреть, как накопленная энергия потом будет переизлучаться этим веществом. Но случилось так, что однажды он заметил, что фотопластинка засвечивается, даже когда соли урана на солнце не выставлялись. Именно это привело к открытию радиоактивности. Сам Беккерель это излучение называл Х-лучами по аналогии с лучами Рентгена. И в дальнейшем, изучая излучения солей урана, он пришел к выводу: это как раз лучи, которые связаны с особенностями самого вещества, - наличие урана обеспечивает вот это самое Х-излучение.
Вслед за Беккерелем за изучение радиоактивности принялись и другие ученые. В первую очередь французские ученые Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри. Супруги Кюри , в течение двух лет изучая вопрос, связанный с радиоактивностью, установили, что и другие элементы обладают аналогичным излучением, не только уран, а, например, торий.
Исследуя радиоактивность, Кюри удалось получить ряд новых химических элементов (рис. 1). Один элемент - это радий. Радий - в переводе «лучистый»; как оказалось, он в миллионы раз более активен, чем уран. Второй элемент - полоний , менее активный, но тоже обладающий радиоактивностью. Он, кстати, назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри - Польши.
Рис. 1. Некоторые радиоактивные элементы
Вслед за супругами Кюри изучением радиоактивности стал заниматься английский ученый Эрнест Резерфорд. И в 1899 году он провел эксперимент по изучению состава радиоактивного излучения. В чем заключался опыт Э.Резерфорда?
В свинцовый цилиндр была помещена соль урана. Через очень узкое отверстие в этом цилиндре луч попадал на фотопластинку, расположенную над этим цилиндром (рис. 2).
Рис. 2. Схема опыта Резерфорда
В самом начале эксперимента магнитного поля не было. Поэтому фотопластинка так же, как и в опытах супругов Кюри, так же, как в опытах А. Беккереля, засвечивалась в одной точке. Затем было включено магнитное поле, причем так, что величина этого магнитного поля могла изменяться. В результате при малом значении магнитного поля луч разделился на две составляющие. А когда магнитное поле стало еще больше, появилось третье темное пятно. Вот эти пятна, которые образовались на фотопластинке, назвали a-, b-, и g-лучами.
Вместе с Резерфордом над проблемой изучения радиоактивности работал английский химик по фамилии Содди. Содди вместе с Резерфордом поставили эксперимент по изучению химических свойств этих излучений. Стало ясно, что:
a -лучи - поток достаточно быстрых ядер атомов гелия,
b -лучи - на самом деле поток быстрых электронов,
g -лучи - электромагнитное излучение высокой частоты.
Выяснилось, что внутри ядра, внутри атома происходят некие сложные процессы, которые приводят к такому излучению. Вспомним, что само слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». И со времен Древней Греции все считали, что атом - это мельчайшая частица химического элемента со всеми его свойствами, и уже меньше этой частицы в природе не существует. В результате открытия радиоактивности , самопроизвольного излучения различных электромагнитных волн и новых частиц ядер атомов можно говорить о том, что и атом тоже является делимым. Атом тоже состоит из чего-то и имеет сложную структуру.
Список литературы
Слайд 2
22 декабря 1895 год: Рентген В.К. (немецкий ученый) поведал миру об икс-лучах (русские физики назвали их икс лучами) Французский ученый Анри Пуанкаре заинтересовался этим открытием, организовал публичную лекцию в Парижской академии наук Среди присутствующих в зале был Антуан Анри Беккерель, который позже, 1 марта 1896 года открыл явление радиоактивности 1898 год: Мария Складовская-Кюри во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория. Впоследствии было обнаружено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными 18 июля 1898 год: Пьер и Мария Кюри сообщили об открытии нового металла, который назвали полонием, в честь родины Марии Кюри, его активность в 400 раз выше активности урана 26 декабря 1898 года супруги сообщили об открытии нового элемента, похожего по химическим свойствам на барий, его активность в 900 раз превышала активность урана. Его назвали радием.
Слайд 3
Антуан Анри Беккерель (1852–1908), французский физик. Родился в Париже 15 декабря 1852. Окончил Политехническую школу. Отец Беккереля Александр Эдмон Беккерель (1820–1891) и его дед Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) были выдающимися физиками, профессорами Парижского национального естественно-исторического музея. В 1892 Беккерель тоже стал профессором этого музея, а в 1895 был назначен профессором Политехнической школы. Основные работы посвящены оптике (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры) и радиоактивности. В 1896, исследуя действие различных люминесцирующих минералов на фотопластинку, Беккерель случайно обнаружил, что некоторые соли урана вызывают почернение фотопластинок, завернутых в светонепроницаемую черную бумагу или металлическую фольгу. За открытие естественной радиоактивности Беккерель в 1903 был удостоен Нобелевской премии по физике, разделив ее с Пьером и Марией Кюри. Умер Беккерель в Круасике (Бретань) 25 августа 1908.
Слайд 4
Открытие естественной радиоактивности – явление, доказывающее сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Антуан Анри Беккерель обнаружил, что некоторые соли урана вызывают почернение фотопластинок, завернутых в светонепроницаемую черную бумагу или металлическую фольгу. Дальнейшие исследования показали, что излучение солей урана не имеет ничего общего с люминесценцией и происходит без всякого выдерживания их на свету. Оказалось, что излучение урановых солей ионизирует воздух и разряжает электроскоп. Радиоактивность (radio – излучаю, activus – действенный) – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению
Слайд 5
В 1899 году Эрнестом Резерфордом было доказано, что радиоактивное излучения радия неоднородно. Толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне Пучок радиоактивного излучения, выходящий через узкое отверстие в сосуде Фотопластинка Магнит, источник сильного магнитного поля, которое действует на пучок радиоактивного излучения После проявления на фотопластинке возникало три пятна Три пучка радиоактивных излучений: альфа, бета, гамма
Слайд 6
α-частицы – полностью ионизированные атомы гелия (положительно заряженные частицы) β-частицы – быстрые электроны (отрицательно заряженные частицы) γ-излучение – один из диапазонов электромагнитного излучения (нейтральные компоненты излучения) Радиоактивность – свидетельство сложного строения атома
Слайд 7
mα= 4 а.е.m. qα = 2 е Скорость α-частиц лежит в пределе 10 000 - 20 000 км/с α-частицы - ядра гелия mβ = me qβ = qe Скорость β-частиц доходит до 0,99 скорости света β-частицы – быстрые электроны α-частицы β-частицы γ-излучение Действует на фотопластинку, ионизирует воздух, не отклоняется магнитным путем, поэтому это электромагнитные волны. Энергия гамма-излучения значительно превышает энергию, которую могут излучать электроны из внешней оболочки атома.
Слайд 8
α β γ Лист бумаги (о,1 мм) α β γ Алюминий (5 мм) α β γ Свинец (1 см)
Слайд 9
Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении? Удивительное постоянство, 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. 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. Однако, это новое вещество неустойчиво и испытывает превращения с испусканием характерного радиоактивного излучения.
Слайд 10
Важная роль радиоактивности в физике ядра связана с тем, что радиоактивное излучение несет информацию о типах частиц и энергетических уровней ядра. Например, испускание альфа-частиц из ядра и относительная устойчивость образования из двух протонов и двух нейтронов косвенно указывает на возможность существования альфа-частиц внутри ядра. Атомное ядро имеет сложное строение. Изучение естественных радиоактивных рядов позволило сделать важные выводы относительно возраста Земли и использовать такие элементы в качестве источников бомбардирующих частиц задолго до того, как были изобретены ускорители частиц.
Слайд 11
Кем было сделано важное открытие в 1896 г., повлиявшее на развитие ядерной физики? В чем заключалось открытие, сделанное этим ученым? Что такое радиоактивность? Как проводился опыт по выявлению радиоактивности? Что выяснилось в результате этого опыта? Какие три вида излучения удалось выявить? Что представляют из себя эти излучения? О чем свидетельствовало явление радиоактивности?
Слайд 12
Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению называется … Это явление было открыто французским ученым … В результате опытов, проведенных под руководством Эрнеста Резерфорда было доказано, что радиоактивное излучение имеет неоднородный состав. Были выявлены следующие виды излучения: … α-частицы представляют из себя … β-частицы – это … γ-излучение – это … Явление, которое было открыто в 1896 г. доказывает, что …
Слайд 13
§ 55 учебник Физика- 9 класс, Перышкин А.В. ответить на вопросы после параграфа подготовить доклад на одну из тем: «Беккерель Антуан Анри и его открытие радиоактивности» «Открытие рентгеновских лучей» «Пьер и Мария Кюри и их исследования»
Посмотреть все слайды
(Слайд 1)
. (Слайд 2)
Начнем с Демокрита. (Сообщение 1 Демокрит)
(Слайд 3)
радиоактивностью.
. (Сообщение 2 Беккерель)
(Слайд 5)
(Слайд 6)
Информационная справка (Слайд 7, 8)
Запишем в тетради
(Слайд 9).
Слайд 10
Ответьте на вопросы (Слайд 11)
Альфа Ветта Гамма (Слайд 12-14)
.(Слайд 12)
.(Слайд13)
.(Слайд 14)
.(Конспект п 1)
конспекте (п 20).
Сообщение о Д. Томсоне (Слайд 15)
(Слайд 17.18)
(Слайд 19)
Ответьте на вопросы:
? (Слайд 21)
Как же теперь вылядит атом?
(Слайд 26)
. (Слайд 27)
IV. Закрепление.
. (Слайд 28)
VI. Домашнее задание. (Слайд 29)
Список литературы
V. Изучение нового материала.
Сегодня мы начинаем изучать четвертую главу нашего учебника, она называется “Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер”.
Тема нашего урока “Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов. Модели атомов. Опыт Резерфорда.” (Слайд 1) (запись в тетради даты и темы урока). Пользоваться будем конспектами, которые у вас на столах. Понятие « атом» нами было введено еще в 8 классе, а так же на уроках химии. Давайте вспомним его.
Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческим философом Демокритом еще 2500 лет назад. « Не существует ничкго, кроме атомов» . (Слайд 2)
Сейчас мало для кого реальность атомов менее очевидна, чем движение Земли вокруг Солнца. У каждого с атомом связано инстиктивное представление о чем-то очень маленьком. Какой же смысл вкладывает в понятие атом современная физика? Как он выглядит?
Начнем с Демокрита. (Сообщение 1 Демокрит)
Хотелось бы вспомнить важные в истории даты(Слайд 3)
1898года - Пьер и Мария Кюри называют это свойство радиоактивностью.
Наиболее ярким свидетельством сложного строения атомов явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896г. (Слайд 4)
. (Сообщение 2 Беккерель)
Радиоактивность появились на земле со времени ее образования, и человек за всю историю развития своей цивилизации находился под влиянием естественных источников радиации. Земля подвержена радиационному фону, источниками которого служат излучения Солнца, космическое излучение, излучение от залегающих в Земле радиоактивных элементов. (Слайд 5)
Фрагмент фильма (Опыт Беккереля) (Слайд 6)
Трудами Беккереля заинтересовались Пьер Кюри и Мария Складовская -Кюри.
Информационная справка Фрагмент фильма (Работы Пьера и Марии Кюри) (Слайд 7, 8)
Запишем в тетради “радиоактивность” - (лат) radio - излучаю, aсtivus - действенный.
Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. (Слайд 9). Посмотрите в таблице Менделеева.
Что представляет собой радиоактивное излучение?
В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. Слайд 10
Ответьте на вопросы (Слайд 11)
Альфа Ветта Гамма (Слайд 12-14)
Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные - бета-частицами, а нейтральные - гамма (рис. 2) квантами. Некоторое время спустя в результате исследования некоторых физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы, проникающей способности) удалось установить, что гамма - кванты или лучи - это коротковолновое электромагнитное излучение, скорость распространения электромагнитного излучения такая же, как и у всех электромагнитных волн - 300000 км/с. Гамма - лучи проникают в воздух на сотни метров. .(Слайд 12)
Бета - частицы представляют собой поток быстрых электронов, летящих со скоростями близкими к скорости света. Они проникают в воздух до 20 м. .(Слайд13)
Альфа частицы - это потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц
20000 км/с, что превышает скорость современного самолета (1000 км/ч) в 72000 раз. Альфа - лучи проникают в воздух до 10 см.(Слайд 14)
Итак, явление радиоактивности, т.е. самопроизвольного излучения веществом альфа, ветта и гамма- частиц, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.
Если опыты Беккереля доказали сложный состав атома, тол как же он выглядит?
Еще в 1865 году Йозеф Лондшмидт нашел, что размеры атомов примерно 10 -10см, а масса атома водорода примерно 10-27 г.(Конспект п 1)
Недавно мы изучили тему « Спектры» ,« Дисперсия света». Обратите внимание на даты и факты в конспекте (п 20).
Объяснение спектров нужно искать в свойствах атомов. Этим и занимались Д. Максвелл и Л.Больцман.
На своем пути атомистическая теория встречала много препятствий пробивая себе дорогу и окончательно утвердилась в XIX в. Яркий след в изучении строения атома оставил Д.Д. Томсон.
Сообщение о Д. Томсоне (Слайд 15)
ПО его мнению атом выглядел так (Слайд 17.18)
Это был 1904 год. А еще в 1903 году об электроне знали следущее
(Конспект п5)Запишите в тетрадь.
Проверку этой модели провел английский физик Э. Резерфорд в 1906 году
Информационная справка о Резерфорде. (Слайд 19)
Видеофрагмент « Опыт Резерфорда» (Слайд 20)
Ответьте на вопросы:
Отклонения некоторых частиц на углы больше 90 градусов ученый описывал так:? (Слайд 21) « Это было так же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в лист папирусной бумаги, а он отрекошетил и снова попал в вас».
Как же теперь вылядит атом? (Слайд 22-25) и конспект п6.
Каково значение этого открытия? (Слайд 26)
«Быть может, эти электроны-Миры, где пять материков, Искусства, знания, войны, троны И память сорока веков! Еще, быть может, каждый атом-Вселенная, где сто планет; Там все, что здесь, в объеме сжатом, Но также то чего здесь нет.»
А.Эйнштейн сравнил открытие Резерфорда с открытием огня. (Слайд 27)
ад?[? `?g??? ядковым номером химического элемента.
А.Эйнштейн сравнил открытие Резерфорда с открытием огня. (Слайд 27)
IV. Закрепление.
Проверка усвоения нового материала.
3. Сконструируйте модели атомов: лития, бериллия, бора используя модель положительных и отрицательных частиц на магнитах. (Слайд 28)
V. Подведение итогов уроков. Анализ ответов, выставление оценок.
VI. Домашнее задание. (Слайд 29)
Список литературы
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: учеб. для 11 кл.сред.шк. [Текст] М.: Просвещение, 1991. - 254 с.
Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. - 2-е изд., испр. и дополн. [Текст] М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 400 с.
