Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом примерно 2500 лет назад. Частицы эти были названы атомами, что означает «неделимые». Атом - это мельчайшая, простейшая, не имеющая составных частей и поэтому неделимая частица.

Но примерно с середины XIX в. стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру и что в их состав входят электрически заряженные частицы.

Наиболее ярким свидетельством сложного строения атома явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896 г.

Анри Беккерель (1852-1908)
Французский физик. Один из первооткрывателей радиоактивности

Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т. е. без внешних воздействий) излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы радиоактивным излучением.

Поскольку радиоактивное излучение обладало необычными свойствами, многие учёные занялись его исследованием. Оказалось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы (например, радий) тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи. Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью (от лат. radio - излучаю и activus - действенный).

Эрнест Резерфорд (1871-1935)
Английский физик. Обнаружил сложный состав радиоактивного излучения радия, предложил ядерную модель строения атома. Открыл протон

В 1899 г. в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т. е. имеет сложный состав. Рассмотрим, как проводился этот опыт.

На рисунке 156, а изображён толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия происходит во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно тёмное пятно - как раз в том месте, куда попадал пучок.

Рис. 156. Схема опыта Резерфорда по определению состава радиоактивного излучения

Потом опыт изменяли (рис. 156, б): создавали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других - по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом - отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.

Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные - бета-частицами, а нейтральные - гамма-частицами или гамма-квантами.

Джозеф Джон Томсон(1856-1940)
Английский физик. Открыл электрон. Предложил одну из первых моделей строения атома

Некоторое время спустя в результате исследования различных физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы и др.) удалось установить, что β-частица представляет собой электрон, а α-частица - полностью ионизированный атом химического элемента гелия (т. е. атом гелия, потерявший оба электрона). Выяснилось также, что γ-излучение представляет собой один из видов, точнее диапазонов, электромагнитного излучения (см. рис. 136).

Явление радиоактивности, т. е. самопроизвольное излучение веществом α-, β- и α-частиц, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав. Поскольку было известно, что атом в целом нейтрален, это явление позволило сделать предположение, что в состав атома входят отрицательно и положительно заряженные частицы.

Опираясь на эти и некоторые другие факты, английский физик Джозеф Джон Томсон предложил в 1903 г. одну из первых моделей строения атома. По предположению Томсона, атом представляет собой шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд. Внутри этого шара находятся электроны. Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному отрицательному заряду электронов, поэтому электрический заряд атома в целом равен нулю.

Модель строения атома, предложенная Томсоном, нуждалась в экспериментальной проверке. В частности, важно было проверить, действительно ли положительный заряд распределён по всему объёму атома с постоянной плотностью. Поэтому в 1911 г. Резерфорд совместно со своими сотрудниками провёл ряд опытов по исследованию состава и строения атомов.

Чтобы понять, как проводились эти опыты, рассмотрим рисунок 157. В опытах использовался свинцовый сосуд С с радиоактивным веществом Р, излучающим α-частицы. Из этого сосуда α-частицы вылетают через узкий канал со скоростью порядка 15 000 км/с.

Рис. 157. Схема установки опыта Резерфорда по исследованию строения атома

Поскольку α-частицы непосредственно увидеть невозможно, то для их обнаружения служит стеклянный экран Э. Экран покрыт тонким слоем специального вещества, благодаря чему в местах попадания в экран α-частиц возникают вспышки, которые наблюдаются с помощью микроскопа М. Такой метод регистрации частиц называется методом, сцинтилляций (т. е. вспышек).

Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачан воздух (чтобы устранить рассеяние α-частиц за счет их столкновений с молекулами воздуха).

Если на пути α-частиц нет никаких препятствий, то они падают на экран узким, слегка расширяющимся пучком (рис. 157, а). При этом все возникающие на экране вспышки сливаются в одно небольшое световое пятно.

Если же на пути α-частиц поместить тонкую фольгу Ф из исследуемого металла (рис. 157, б), то при взаимодействии с веществом α-частицы рассеиваются по всем направлениям на разные углы φ (на рисунке изображены только три угла: φ1, φ2 и φ3).

Когда экран находится в положении 1, наибольшее количество вспышек расположено в центре экрана. Значит, основная часть всех α-частиц прошла сквозь фольгу, почти не изменив первоначального направления (рассеялась на малые углы). При удалении от центра экрана количество вспышек становится меньше. Следовательно, с увеличением угла рассеяния φ количество рассеянных на эти углы частиц резко уменьшается.

Перемещая экран вместе с микроскопом вокруг фольги, можно обнаружить, что некоторое (очень небольшое) число частиц рассеялось на углы, близкие к 90° (это положение экрана обозначено цифрой 2), а некоторые единичные частицы - на углы порядка 180°, т. е. в результате взаимодействия с фольгой были отброшены назад (положение 3).

Именно эти случаи рассеяния α-частиц на большие углы дали Резерфорду наиболее важную информацию для понимания того, как устроены атомы веществ. Проанализировав результаты опытов, Резерфорд пришёл к выводу, что столь сильное отклонение α-частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле. Такое поле могло быть создано зарядом, сконцентрированным в очень малом объёме (по сравнению с объёмом атома).

Один из примеров схематичного изображения ядерной модели атома, предложенной Э. Резерфордом

Рис. 158. Траектории полёта α-частиц при прохождении сквозь атомы вещества

Поскольку масса электрона примерно в 8000 раз меньше массы α-частицы, электроны, входящие в состав атома, не могли существенным образом изменить направление движения α-частиц. Поэтому в данном случае речь может идти только о силах электрического отталкивания между α-частицами и положительно заряженной частью атома, масса которой значительно больше массы α-частицы.

Эти соображения привели Резерфорда к созданию ядерной (планетарной) модели атома (о которой вы уже имеете представление из курса физики 8 класса). Напомним, что, согласно этой модели, в центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее очень малый объём атома. Вокруг ядра движутся электроны, масса которых значительно меньше массы ядра. Атом электрически нейтрален, поскольку заряд ядра равен модулю суммарного заряда электронов.

Резерфорд сумел оценить размеры атомных ядер. Оказалось, что в зависимости от массы атома его ядро имеет диаметр порядка 10 -14 - 10 -15 м, т. е. оно в десятки и даже сотни тысяч раз меньше атома (атом имеет диаметр около 10 -10 м).

Рисунок 158 иллюстрирует процесс прохождения α-частиц сквозь атомы вещества с точки зрения ядерной модели. На этом рисунке показано, как меняется траектория полёта α-частиц в зависимости от того, на каком расстоянии от ядра они пролетают. Напряжённость создаваемого ядром электрического поля, а значит, и сила действия на α-частицу довольно быстро убывают с увеличением расстояния от ядра. Поэтому направление полёта частицы сильно меняется только в том случае, если она проходит очень близко к ядру.

Поскольку диаметр ядра значительно меньше диаметра атома, то большая часть из числа всех α-частиц проходит сквозь атом на таких расстояниях от ядра, где сила отталкивания создаваемого им поля слишком мала, чтобы существенно изменить направление движения α-частиц. И только очень немногие частицы пролетают рядом с ядром, т. е. в области сильного поля, и отклоняются на большие углы. Именно такие результаты и были получены в опыте Резерфорда.

Таким образом, в результате опытов по рассеянию α-частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона, выдвинута ядерная модель строения атома и проведена оценка диаметров атомных ядер.

Вопросы

1. В чём заключалось открытие, сделанное Беккерелем в 1896 г.?
2. Расскажите, как проводился опыт, схема которого изображена на рисунке 156. Что выяснилось в результате этого опыта?
3. О чём свидетельствовало явление радиоактивности?
4. Что представлял собой атом согласно модели, предложенной Томсоном?
5. Используя рисунок 157, расскажите, как проводился опыт по рассеянию α-частиц.
6. Какой вывод был сделан Резерфордом на основании того, что некоторые α-частицы при взаимодействии с фольгой рассеялись на большие углы?
7. Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?

Около 2500 лет назад древнегреческие ученые-философы Левкипп и Демокрит предположили о том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, невидимых человеческому глазу. Они называли эти частицы атомы, что означало «неделимые». Тем самым подчеркивая, что атом есть мельчайшая из частиц, которую невозможно поделить, и она не имеет составных частей.

Но к середине 19 века, теория о неделимости атомов стала противоречить некоторым экспериментальным фактам. Стала зарождаться мысль о том, что атомы не являются мельчайшими частицами, а имеют сложную структуру, и возможно, в их состав входят другие электрически заряженные частицы.

Открытие явления

В 1896 году, физиком из Франции, Анри Беккерелем было открыто явление радиоактивности атомов. Он обнаружил, что химический элемент уран без каких-либо внешних воздействий, то есть самопроизвольно, излучает неизвестные науке невидимые лучи. Впоследствии эти лучи стали называть радиоактивным излучением. Это стало наиболее ярки свидетельством ошибочности теории о неделимости атомов.

В то время, многие ученые стали исследовать радиоактивное излучение . Выяснилось, что помимо урана, некоторые другие химические элементы тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи.

• Это свойство атомов некоторых химических элементов назвали радиоактивностью.

Обнаружение альфа-, бета- и гамма-частиц

Позже, в 1899 году, английским физиком Резерфордом, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия имеет сложный состав, то есть оно неоднородно. Для того чтобы это установить проводился следующий опыт: брался очень толстостенный свинцовый сосуд, и в него помещали крупицу радия. Сосуд имел очень узкое отверстие сверху. Через него радиоактивные лучи радия выходили наружу.

Сверху, над сосудом помещали фотопластинку. После того, как фотопластинку проявили, на ней обнаружили темное пятно именно в том месте, куда падал пучок радиоактивных лучей. Потом опыт изменили. Сосуд с радием поместили в сильное магнитное поле. После проявления пластинки на ней оказалось три пятна. Одно, как и прежде, в центре, а два других по разные стороны от него.

Отклонение свидетельствовало о том, что радиоактивные лучи, представляют собой потоки заряженных частиц. А так как произошло отклонение в разные стороны, значит, некоторые частицы имеет различные заряды. Некоторые частицы были положительно заряженными, некоторые отрицательно заряженными, а некоторые (центральный поток) не имели заряда вовсе.

Каждые из этих частиц получили свое название. Положительно заряженные частицы стали называть альфа-частицами, отрицательно заряженные частицы - бета-частицами, а нейтральные - гамма-частицами.

• Самопроизвольное испускание веществом радиоактивного излучения, послужило основанием для предположения о том, что атомы веществ имеют сложный состав и не являются неделимыми.

Урок № 50 Тема урока: Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов Подготовил: учитель физики Д.А. Мелентьев КУРСК 2013

Слайд 2

Слайд 3

Сегодня мы узнаем: 1. Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов. 2. Открытие явления радиоактивности. 3. Опыт по обнаружению сложного состава радиоактивного излучения. 4. 5.

Слайд 4

Демокрит Древнегреческий философ, основоположник атомистического учения. По Демокриту, существуют только атомы и пустота. Атомы – неделимые материальные элементы, вечные, неразрушимые, непроницаемые, различаются формой, положением в пустоте, величиной; движутся в различных направлениях, из их «вихря» образуются как отдельные тела, так и все бесчисленные миры; невидимы для человека; истечения из них, действуя на органы чувств, вызывают ощущения.

Слайд 5

Антуан Анри Беккерель В 1896 г. Беккерель случайно открыл радиоактивность во время работ по исследованию фосфоресценции в солях урана. Французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности. Антуан Анри Беккерель родился 15 декабря 1852 года в семье потомственных ученых. Его отец Александр Эдмонд Беккерель был профессором физики и руководителем Национального музея естественной истории. Как и дед Анри, он работал в области фосфоресценции и одновременно занимался вопросами фотографии.

Слайд 6

Фосфоресценция Фосфоресценция – это процесс, в котором энергия, поглощенная веществом, высвобождается относительно медленно в виде света. Фосфоресцентныйпорошок при облучении видимым светом, ультрафиолетовым светом и в полной темноте.

Слайд 7

Слайд 8

Радиоактивность Радиоактивность – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению

Слайд 9

Мария Склодовская-Кюри Польско-французский учёный-экспериментатор (физик, химик), педагог, общественный деятель. Дважды лауреат Нобелевской премии: по физике (1903) и по химии (1911), первый дважды нобелевский лауреат в истории.

Слайд 10

«Тогда я занялась изысканиями, не существует ли других элементов, обладающих тем же свойством, и с этой целью изучила все известные в то время элементы, как в чистом виде, так и в соединениях. Я нашла, что среди этих лучей только соединения тория испускают лучи, подобные лучам урана».

Слайд 11

«Тогда я выдвинула гипотезу, - писала Мария Склодовская-Кюри, - что минералы с ураном и торием содержат небольшое количество вещества, гораздо более радиоактивного, чем уран и торий; это вещество не могло принадлежать к известным элементам, потому все они уже были исследованы; это должен был быть новый химический элемент».

Слайд 12

18 июля 1898 года Пьер и Мария Кюри на заседании Парижской Академии наук выступили с сообщением «Оновом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке». «Вещество, которое мы извлекли из смоляной обманки, содержит металл, еще не описанный и являющийся соседом висмута по своим аналитическим свойствам. Если существование нового металла подтвердится, мы предлагаем назвать его полонием, по имени родины одного из нас».

Слайд 13

26 декабря 1898 года появляется следующая статья супругов Кюри: «Об одном новом, сильно радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной руде».

Слайд 14

Радиоактивные элементы Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Слайд 15

Эрнест Резерфорд Британский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года. В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Слайд 16

Опыт по обнаружению сложного состава радиоактивного излучения.

Слайд 17

Альфа, бета, и гамма – частицы.

Слайд 18

Альфа, бета, и гамма – частицы.

Слайд 19

Альфа, бета, и гамма – частицы.

Слайд 20

Альфа, бета, и гамма – частицы.

Слайд 21

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 22

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 23

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 24

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 25

Слайд 26

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 27

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 28

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 29

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Слайд 30

Слайд 31

До завершения тестирования осталось 5 минут

Слайд 32

До завершения тестирования осталось 4 минуты

Слайд 33

До завершения тестирования осталось 3 минуты

Слайд 34

До завершения тестирования осталось 2 минуты

Слайд 35

До завершения тестирования осталось 1 минута

Слайд 36

ТЕСТИРОВАНИЕ ЗАВЕРШЕНО

Слайд 37

Слайд 38

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 1. Переведите с древнегреческого слово «атом». 2. Кто из учёных впервые открыл явление радиоактивности? Маленький Простой Неделимый Твёрдый Д. Томсон Э. Резерфорд А. Беккерель А. Эйнштейн

Слайд 39

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 1. Переведите с древнегреческого слово «атом». 2. Кто из учёных впервые открыл явление радиоактивности? Маленький Простой Неделимый Твёрдый Д. Томсон Э. Резерфорд А. Беккерель А. Эйнштейн

Слайд 40

Слайд 41

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 3. - излучение – это 4.  - излучение – это Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц

Слайд 42

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 3. - излучение – это 4.  - излучение – это Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц

Слайд 43

Слайд 44

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 5. - излучение – это 6. Что представляет собой  - излучение? Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц

Слайд 45

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 5. - излучение – это 6. Что представляет собой  - излучение? Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты Поток положительных частиц Поток отрицательных частиц Поток нейтральных частиц

Слайд 46

Слайд 47

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 7. Что представляет собой - излучение? 6. Что представляет собой - излучение? Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты

Слайд 48

ПРОВЕРИМ ТЕСТ 7. Что представляет собой - излучение? 6. Что представляет собой - излучение? Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты Поток ядер гелия Поток протонов Поток электронов Электромагнитные волны большой частоты

Слайд 49

Критерии оценивания

Слайд 50

Вопросы 1. В чем заключается открытие, сделанное Беккерелем в 1896г? 2. Кто из ученых занимался исследованием данных лучей? 3. Как и кем было названо явление самопроизвольного излучения некоторыми атомами? 4. В ходе исследования явления радиоактивности, какие неизвестные ранее химические элементы были открыты? 5. Что доказывает опыт Резерфорда? 6. Как были названы частицы, входящие в состав радиоактивного излучения? 7. О чем свидетельствует явление радиоактивности?

Слайд 51

Домашнее задание § 55 (старый учебник), §65 (новый учебник) Ответьте на вопросы после параграфа. Вопрос??? Почему опыт Резерфорда доказывает сложное строение атома?

Посмотреть все слайды

Открытия конца XIX в. и первого пятилетия XX в. привели к революции в физическом миропонимании. Рухнуло представление о неизменных атомах, о массе как неизменном количестве вещества, о законах Ньютона как незыблемых устоях физической картины мира, об абсолютных пространстве и времени, в непрерывных процессах была обнаружена дискретность, прерывность.

Представление о неизменных, неразрушимых атомах, существовавшее в физике и философии со времен Демокрита, было разрушено открытием радиоактивности. Уже в самом начале исследований радиоактивности Мария Склодовская-Кюри писала: «Радиоактивность урановых и ториевых соединений представляется атомнымт, свойствами... Я исследовала с этой точки зрения урановые и ториевые соединения и произвела множество измерений их активности при различных условиях. Из совокупности этих измерений выходит, что радиоактивность этих соединений действительно есть атомное свойство. Она представляется здесь связанной с наличностью атомов обоих рассматриваемых элементов и не уничтожается ни переменой физического состояния, ни химическими преобразованиями».

Таким образом, оказалось, что атомы урана, тория и позднее открытых полония и радия не являются мертвыми кирпичиками, а обладают активностью, испускают лучи. Природа этих лучей была исследована рядом ученых, но первым обнаружил сложный состав радиоактивных лучей Резерфорд. В опубликованной в 1899 г. статье «Излучение урана и вызываемая им электропроводность» он показал электрическим методом, что излучение урана имеет сложный состав.

Одну из пластин конденсатора покрывали порошком солей урана и соединяли с полюсом батареи, вторую соединяли с квадрантом квадрантного электрометра, другую пару квадрантов которого подключали к заземленному полюсу батареи. Измеряли скорость разряда, обусловленного ионизирующим действием урановых лучей. Порошок накрывали тонкими листами металлической фольги. «Эти опыты,- писал Резерфорд, - показывают, что излучение урана неоднородно по составу, - в нем присутствуют по крайней мере два излучения различного типа. Одно очень сильно поглощается, назовем его для удобства а-излучением, а другое имеет большую проникающую способность, назовем его Р-излучением».

Во время исследований Резерфорд узнал о работе Шмидта, открывшего радиоактивность тория (об аналогичном открытии Склодовской-Кюри он, по-видимому, не знал). Он исследовал излучения тория и обнаружил, что а-излучение тория обладает большей проникающей способностью, чем а-излучение урана. Он также констатировал, что излучение тория «неоднородно по составу, в нем присутствуют какие-то лучи большой проникающей способности». Однако точного анализа ториевого излучения Резерфорд не проводил. В 1900 г. Вилар открыл сильно проникающее слабое излучение. Лучи Вилара стали называться 7-лучами.

Оказалось, что α -, β -, γ - лучи отличаются не только проникающей способностью. Беккерель в 1900 г. показал, что р -лучи отклоняются магнитным полем в ту же сторону, что и катодные лучи. Этот результат получили супруги Кюри, Мейер, Швейдлер и другие. Эти опыты показали, как писал Резер-форд в 1902 г., что «отклоняемые лучи во всех отношениях подобны катодным лучам». Резерфорд прямо говорит о β - лучах как об электронах. Проводя опыты именно с β - лучами, В. Кауфман в 1901 г. обнаружил зависимость массы ох скорости.

В феврале 1903 г. Резерфорд показал, что и «неотклоняемые» а-лучи на самом деле «отклоняются в сильном магнитном и электрическом полях. Эти лучи отклоняются в противоположную по сравнению с катодными лучами сторону и, следовательно, должны состоять из положительно заряженных частиц, движущихся с большой скоростью».

В 1903 г. в своей докторской диссертации «Исследования о радиоактивных веществах» М. Склодовская-Кюри дала схему структуры радиоактивного излучения по отклонению их в магнитном поле, вошедшую с тех пор во все учебники.

Вскоре после открытия полония и радия супруги Кюри установили, «что лучи, испускаемые этими веществами, действуя на неактивные вещества, способны сообщить им радиоактивность и что эта наведенная радиоактивность сохраняется в течение достаточно длительного времени».

Затем Резерфорд, изучая радиоактивность соединений тория, писал, что эти соединения, кроме обычных радиоактивных лучей, «непрерывно испускают какие-то радиоактивные частицы, сохраняющие радиоактивные свойства в течение нескольких минут». Резерфорд назвал эти частицы «эманацией». «По своим фотографическим и электрическим действиям эманация похожа на уран. Она способна ионизировать окружающий газ и действует в темноте на фотопластинку при экспозиции в несколько дней». Резерфорд на опытах с соединениями тория подтвердил их свойство возбуждать «в любом твердом веществе, расположенном рядом с ним, радиоактивность, которая со временем исчезает», т. е. ту наведенную радиоактивность, которую Кюри наблюдала за год до этого. Он показал далее, что между эманацией тория и возбужденной радиоактивностью существует тесная связь. «Эманация,- писал Резерфорд, - в некотором смысле есть непосредственная причина возбуждения радиоактивности». Резер-форд не обнаружил испускания эманации имевшимся в его распоряжении образцом «не совсем чистого радия». Однако Дорн позднее использовал более чистый образец радия и показал, что радий обладает такой же способностью испускать эманацию, как и торий.

«По мнению Резерфорда, - писала в своей диссертации Склодовская-Кюри, - эманация радиоактивного тела представляет собой материальный, радиоактивный газ, выделяющийся из этого тела». В 1902 г. Резерфорд и Содди выступили с первой статьей «Причина и природа радиоактивности». Исследуя способность соединений тория испускать эманацию, они химическими споcобами выделили из гидроокиси тория активный компонент, «обладающий специфическими химическими свойствами и активностью, по меньшей мере в 1000 раз большей активности вещества, из которого он был выделен».

Сославшись на пример Крукса, выделившего в 1900 г. из урана активный компонент, названный Круксом UX, Резерфорд и Содди назвали выделенный ими из тория компонент ThX. В результате тщательных исследований они пришли к выводу: «Радиоактивность тория в любой момент есть радиоактивность двух противоположных процессов:

1) образования с постоянной скоростью соединением тория нового активного вещества;

2) уменьшения со временем излучающей способности активного вещества.

Нормальная или постоянная радиоактивность тория есть равновесное состояние, при котором скорость роста радиоактивности, обусловленная образованием нового активного вещества, уравновешивается скоростью уменьшения радиоактивности уже образовавшегося вещества».

Отсюда следует кардинальный вывод, который Резерфорд и Содди формулируют так: «...радиоактивность есть атомное явление, одновременно сопровождаемое химическими изменениями, в результате которых появляются новые типы вещества, причем эти изменения должны протекать внутри атома, а радиоактивные элементы должны испытывать спонтанные превращения».

Первая статья Резерфорда и Содди появилась в сентябрьском номере «Philosophical Magazine». В ноябрьском номере появилась вторая статья. Описав эксперимент по измерению эманационной способности, Резерфорд и Содди писали далее: «Было приведено достаточно данных, чтобы ясно показать, что как в радиоактивности тория, так и радия проявляются сложнейшие превращения, каждое из которых сопровождается непрерывным образованием особого вида активного вещества». Образующаяся из радия и тория эманация является инертным газом. Ученые обращают внимание на связь радиоактивности с гелием, который, возможно, является конечным продуктом распада.

В апреле и мае 1903 г. появились новые работы Резерфорда и Содди - «Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория» и «Радиоактивное превращение». Теперь они уже со всей определенностью утверждают, что «все изучавшиеся случаи радиоактивного превращения сводятся к образованию одного вещества из другого (если не учитывать испускаемые лучи). Когда происходит несколько превращений, то они происходят не одновременно, а последовательно».

Далее Резерфорд и Содди формулируют закон радиоактивного превращения: «Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии».

Отсюда следует, что «скорость превращения все время пропорциональна количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению»:

Другими словами: «Относительное количество радиоактивного вещества, превращающегося в единицу времени, есть величина постоянная». Эту постоянную Резерфорд и Содди назвали радиоактивной постоянной, а теперь ее называют постоянной распада.

Из своего открытия Резерфорд и Содди делают важные выводы о существовании новых радиоактивных элементов, которые могут быть опознаны по их радиоактивности, даже если они имеются в ничтожно малых количествах.

Предвидение Резерфорда и Содди блестяще оправдалось, а методы радиохимии, созданные супругами Кюри, Резерфордом и Содди, стали мощным орудием в открытии новых элементов, позволившим отождествить новый, 101-й элемент-менделеевий - в количестве всего 17 атомов.

В своей классической работе Резерфорд и Содди коснулись фундаментального вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием а-частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения». При этом данные оценки энергии касаются лишь энергии излучения, а не полной энергии радиоактивного превращения, которая, в свою очередь, может составлять лишь часть внутренней энергии атома, так как внутренняя энергия образующихся продуктов остается неизвестной.

Резерфорд и Содди считают, что «энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

Вновь поражаешься прозорливости авторов, увидевших еще в 1903 г. космическую роль ядерной энергии. 1903 г. стал годом открытия этой новой формы энергии, о которой с такой определенностью высказывались Резерфорд и Содди, назвав ее внутриатомной энергией.

В том же году в Париже Пьер Кюри со своим сотрудником Лабордом измерил теплоту, самопроизвольно выделяемую солями радия. Он установил: «1 грамм радия выделяет количество теплоты порядка 100 малых калорий за один час». «Непрерывное выделение такого количества тепла, - писал Кюри, -не может быть объяснено обычным химическим превращением. Если искать причину образования тепла в каких-то внутренних превращениях, то эти превращения должны быть более сложной природы и должны быть вызваны какими-то изменениями самого атома радия».

Правда, Кюри допускал возможность и какого-то другого механизма выделения энергии. Мария Склодов-ская-Кюри предполагала, что радиоактивные элементы берут энергию из внешнего пространства. Оно «постоянно пронизывается некоторыми неизвестными еще радиациями, которые при встрече с радиоактивными телами задерживаются и преобразуются в радиоактивную энергию». Но эта гипотеза, высказанная ею в 1900 г., замечательная содержащейся в ней идеей космического излучения, была оставлена, и в 1903 г. Кюри признала: «Новейшие исследования благоприятствуют гипотезе атомных превращений радия».

1903 г. следует считать в истории радиоактивности красной датой. Это год открытия закона радиоактивных превращений и нового вида энергии - атомной энергии, проявляющейся в этих превращениях. Это год рождения первого прибора, позволяющего «видеть» отдельные атомы,- спинтарископа Крукса. «Существенная часть этого прибора, - писала Мария Склодовская-Кюри, - зернышко радиевой соли, укрепленное на конце металлической проволоки перед экраном из фосфоресцирующего цинка. Расстояние от радия до экрана очень мало (примерно 1/2 мм). В лупу наблюдают обращенную к радию сторону экрана. Глаз видит здесь настоящий дождь светящихся точек, которые постоянно вспыхивают и вновь исчезают; экран имеет вид как бы звездного неба».

Высказав гипотезу, что каждая вспышка экрана обусловлена ударом в него а-частицы, Кюри пишет, что в таком случае «здесь мы в первый раз имели бы перед собой явление, позволяющее различать индивидуальное действие частицы, имеющей атомные размеры». Так оно и оказалось.

Наконец, 25 июня 1903 г. Мария Склодовская-Кюри защищает свою докторскую диссертацию, из которой мы взяли описание спинтарископа, и становится первой женщиной во франции, получившей эту высокую ученую степень. Здесь мы вступили в область личных биографий и, поскольку это произошло, приведем краткую биографическую справку об одном из авторов закона радиоактивного распада - Фредерике Содди.

Фредерик Содди родился 2 сентября 1877 г. В 1896 г. он окончил университет в Оксфорде. Его имя вошло в историю науки с того времени, как он в 1900- 1902 гг работал вместе с Резерфордом в Монреале, в Канаде, и пришел вместе с ним к теории радиоактивных превращений. В 1903-1904 гг. Содди работал с У. Рамзеем в Лондонском университете, и здесь в 1903 г. он вместе с Рамзеем доказал спектроскопическим путем, что из эманации радия получается гелий. С 1904 по 1914 г. Содди был профессором университета в Глазго. Здесь он независимо от фаянса открывает закон радиоактивного смещения (1913) и вводит понятие изотопов.

С 1914 по 1919 г. Содди - профессор Абердинского университета, с 1919 по 1936 г. он -профессор Оксфордского университета. В 1921 г. Содди получил Нобелевскую премию по химии.

Его перу принадлежит ряд книг по радиоактивности и радиохимии, некоторые из них переведены на русский язык: «Радий и его разгадка», «Материя и энергия», «Химия радиоэлементов», «Радий и строение атома».

Содди был одним из первых адептов атомной энергии. В книге «Радий и его разгадка», русский перевод которой вышел в 1910 г, он ставит вопрос: обладают ли нерадиоактивные элементы запасом энергии? Он решает его в том смысле, что «этим внутренним запасом энергии, с которым мы впервые познакомились в связи с радием, в большей или меньшей степени обладают все элементы вообще и что он является неотъемлемой особенностью их внутреннего строения». При трансмутации (превращении) элементов происходит выделение энергии.

Открытие радиоактивности - страница №1/1

Физика 9 класс.

Тема:

"Открытие радиоактивности"

Учительница физики

МБОУ СОШ № 18

Абдуллаева Зухра Алибековна

Махачкала 2013 г.

Урок физики по теме "Открытие радиоактивности"

Учитель – Абдуллаева Зухра Алибековна

Цели урока:

• 
  обеспечить в ходе урока усвоение понятий "радиоактивность", альфа-, бета-, гамма - излучение.
• 
  продолжить формирование у обучающихся научного мировоззрения.
• 
  развивать навыки культуры речи, творческую активность, творческие способности учащихся.

Оборудование:

• 
  Компьютер, проектор, интерактивная доска.
• 
  Компьютерная презентация "Открытие радиоактивности"
• 
  Рабочая тетрадь ученика

Ход урока

I. Организационный момент (приветствие, проверка готовности обучающихся к уроку)

Изучение нового материала. (Приложение 1. Компьютерная презентация "Открытие радиоактивности")

Сегодня мы начинаем изучать четвертую главу нашего учебника, она называется "Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер". Тема нашего урока "Открытие радиоактивности" (запись в тетради даты и темы урока).

Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческим философом Демокритом еще 2500 лет назад. Частицы были названы атомами, что означает неделимые. Таким названием Демокрит хотел подчеркнуть, что атом - это мельчайшая, простейшая, не имеющая составных частей и поэтому неделимая частица. (Слайд 3) Но примерно с середины XIX века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру, и что в их состав входят электрически заряженные частицы.

Наиболее ярким свидетельством сложного строения атомов явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896г. Открытие радиоактивности было непосредственно связано с открытием Рентгена. Более того, некоторое время думали, что это один и тот же вид излучения.

Лучи Рентгена. В декабре 1895 г Вильгельм Конрад Рентген (Слайд) сообщил об открытии нового вида лучей, которые он назвал Х-лучами. До сих пор в большинстве стран они так и называются, но в Германии и России принято предложение немецкого биолога Рудольфа Альберта фон Кёлликера (1817–1905) называть лучи рентгеновскими. Эти лучи возникают, когда быстро летящие в вакууме электроны (катодные лучи) сталкиваются с препятствием. (Слайд) Было известно, что при попадании катодных лучей на стекло, оно испускает видимый свет – зеленую люминесценцию. Рентген обнаружил, что одновременно от зеленого пятна на стекле исходят какие-то другие невидимые лучи. Это произошло случайно: то в темной комнате светился находящийся неподалеку экран, покрытый тетрацианоплатинатом бария Ba (раньше его называли платиносинеродистым барием). Это вещество дает яркую желто-зеленую люминесценцию под действием ультрафиолетовых, а также катодных лучей. Но катодные лучи на экран не попадали, и более того, когда прибор был закрыт черной бумагой, экран продолжал светиться. Вскоре Рентген обнаружил, что излучение проходит через многие непрозрачные вещества, вызывает почернение фотопластинки, завернутой в черную бумагу или даже помещенной в металлический футляр. Лучи проходили через очень толстую книгу, через еловую доску толщиной 3 см, через алюминиевую пластину толщиной 1,5 см... Рентген понял возможности своего открытия: “Если держать руку между разрядной трубкой и экраном, – писал он, – то видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний руки”. Это было первое в истории рентгеноскопическое исследование.

Открытие Рентгена мгновенно облетело весь мир и поразило не только специалистов. В канун 1896 в книжном магазине одного немецкого города была выставлена фотография кисти руки. На ней были видны кости живого человека, а на одном из пальцев – обручальное кольцо. Это была снятая в рентгеновских лучах фотография кисти жены Рентгена.

Лучи Беккереля. Открытие Рентгена вскоре привело к не менее выдающемуся открытию. Его сделал в 1896 французский физик Антуан Анри Беккерель. (Слайд) Он был 20 января 1896 на заседании Академии, на котором физик и философ Анри Пуанкаре рассказал об открытии Рентгена и продемонстрировал сделанные уже во Франции рентгеновские снимки руки человека. Пуанкаре не ограничился рассказом о новых лучах. Он высказал предположение, что эти лучи связаны с люминесценцией и, возможно, всегда возникают одновременно с этим видом свечения, так что, вероятно, можно обойтись и без катодных лучей. Свечение веществ под действием ультрафиолета было знакомо Беккерелю: им занимались и его отец Александр Эдмонд Беккерель (1820–1891), и дед Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) – оба физики; физиком стал и сын Антуана Анри Беккереля – Жак, который “по наследству” принял кафедру физики при парижском Музее естественной истории, эту кафедру Беккерели возглавляли 110 лет, с 1838 по 1948.

Беккерель решил проверить, связаны ли лучи Рентгена с флуоресценцией. Яркой желто-зеленой флуоресценцией обладают некоторые соли урана, например, уранилнитрат UO2(NO3)2. Такие вещества были в лаборатории Беккереля, где он работал. С препаратами урана работал еще его отец, который показал, что после прекращения действия солнечного света их свечение исчезает очень быстро – менее чем за сотую долю секунды. Однако никто не проверял, сопровождается ли это свечение испусканием каких-то других лучей, способных проходить сквозь непрозрачные материалы, как это было у Рентгена. Именно это после доклада Пуанкаре решил проверить Беккерель.

(Слайд) Открытие радиоактивности – явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления пластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей.

Но однажды, в феврале 1896 г., провести очередной опыт ему 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 влияния внешних факторов создают какое-то излучение.

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.

Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри.
Открытие радия и полония.

(Слайд) В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер
Кюри, доказали радиоактивность тория, выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий. Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента - полоний и радий, Это был изнурительный труд, в течение долгих четырех лет супруги почти не выходили из своего сырого и холодного сарая. (Слайд) Полоний (Po-84) был назван в честь родины Марии – Польши. Радий (Ra-88)– лучистый, термин радиоактивность предложен был Марией Склодовской. Радиоактивными являются все элементы с порядковыми номерами более 83, т.е. расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств. Препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр. Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. (Слайд)

Недаром Маяковский сравнивал поэзию с добычей радия:

«Поэзия – та же добыча радия.
В грамм добыча, в год труды.
Изводишь единого слова ради
тысячи тонн словесной руды.»
В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерелю была присуждена Нобелевская премия по физике.

Беккерель и супруги Кюри создали первую научную школу изучения радиоактивности. В ее стенах было сделано немало выдающихся открытий. Судьба оказалась неблагосклонной к основателям школы. Пьер Кюри трагически погиб 17 апреля 1906 г., Анри Беккерель преждевременно скончался 25 августа 1908 г. (Слайд )

Мария Склодовская-Кюри продолжила исследования. Она получила поддержку со стороны государства. В Сорбонне была создана специально для нее Лаборатория радиоактивности. (Слайд)

В 1914 г. закончилось строительство Института радия, и она стала его директором. До последних дней своих она следовала девизу Пьера: "Что бы ни случилось, надо работать".

Марии предстояло завершить радиевую "эпопею": получить металлический радий. Ей помогал ее многолетний сотрудник Андрэ Дебьерн (кстати, именно он открыл новый радиоактивный элемент – актиний).

В мартовском номере "Докладов Парижской академии наук" за 1910 г. появилась их короткая статья, в которой сообщалось о выделении около 0,1 г металла. Позднее это событие включили в число семи наиболее выдающихся научных достижений первой четверти ХХ в.

В 1911 г. Мария Кюри получила свою вторую Нобелевскую премию – по химии.

Свойство элементов непрерывно и без каких -либо внешних воздействий испускать невидимое излучение которое способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизирующее действие получило название радиоактивности, а само излучение – радиоактивным излучением.

(слайд )
Свойства радиоактивного излучения (Слайд)

• 
  Ионизируют воздух;
• 
  Действуют на фотопластинку;
• 
  Вызывают свечение некоторых веществ;
• 
  Проникают через тонкие металлические пластинки;
• 
  Интенсивность излучения пропорциональна концентрации вещества;
• 
  Интенсивность излучения не зависит от внешних факторов (давление, температура, освещенность, электрические разряды).

Сложный состав радиоактивного излучения. Опыт Резерфорда

В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, (Слайд) был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. В результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав. Рассмотрим, как проводился этот опыт.

На слайде изображен толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия направлено во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно темное пятно - как раз в том месте, куда попадал пучок (Слайд)

Потом опыт изменяли, (Слайд) создали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других - по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом - отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда.

Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные - бета-частицами, а нейтральные - гамма квантами.

Проникающая способность различных видов излучений

Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами. Наименьшей проникающей способностью обладают-лучи. (Слайд) Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен. Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего -излучению.

Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество -лучи. (Слайд) Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров. Наибольшей проникающей способностью обладают .-лучи.

(Слайд) Интенсивность поглощения -лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя. Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой. При прохождении -лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое. Видео

Физическая природа -, - и -лучей, очевидно, различна.

Физическая природа различных видов излучения (Слайд)

Гамма-лучи. По своим свойствам -лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей. Это наводило на мысль, что -лучи представляют собой электромагнитные волны. Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция -лучей на кристаллах и измерена их длина волны. Она оказалась очень малой - от 10 -8 до 10 -11 см.

На шкале электромагнитных волн -лучи непосредственно следуют за рентгеновскими. Скорость распространения у -лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, - около 300 000 км/с.

Бета-лучи. С самого начала - и -лучи рассматривались как потоки заряженных частиц. Проще всего было экспериментировать c -лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.

Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц. При исследовании отклонения -частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света. Существенно, что скорости -частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы. Встречаются частицы с самыми различными скоростями. Это и приводит к расширению пучка -частиц в магнитном поле (см. рис. 13.6).

Альфа-частицы. Труднее было выяснить природу -частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду. Он измерил отношение заряда q частицы к ее массе m по отклонению в магнитном поле. Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона - ядра атома водорода. Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы 1 . Следовательно, у -частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.

Но заряд -частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными. Следовало измерить либо заряд, либо массу -частицы. С появлением счетчика Гейгера стало возможным проще и точнее измерить заряд. Сквозь очень тонкое окошко - частицы могут проникать внутрь счетчика и регистрироваться им.

Резерфорд поместил на пути -частиц счетчик Гейгера, который измерял число чacтиц, испускавшихся радиоактивным препаратом за определенное время. Затем он поставил на место счетчика металлический цилиндp, соединенный с чувствительным электрометром (рис. 13.7). Электрометром Резерфорд измерял заряд - частиц испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время (радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем). Зная суммарный заряд -частиц и их число, Резерфод определил отношение этих величин, т. е. заряд одной -частицы. Этот заряд оказался равным двум элементарным.

Таким образом, он устаиовил, что у -частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы. Следовательно, на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы. Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия. Из этого следует, что - часчица - это ядро атома гелия.

Не довольствуясь достигнутым результатом, Резерфорд затем еще прямыми опытами доказал, что при радиоактивном -распаде образуется именно гелий. Собирая -частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий (каждая -частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия).

Итак, явление радиоактивности, т.е. самопроизвольного излучения веществом -, - и - частиц, наряду с другими экспериментальными фактами, послужило основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав.

Закрепление знаний.

1. Первичное закрепление.

1. В чем заключается открытие, сделанное Беккерелем в 1896г?

2. Кто из ученых занимался исследованием данных лучей?

3. Как и кем было названо явление самопроизвольного излучения некоторыми атомами?

4. В ходе исследования явления радиоактивности, какие неизвестные ранее химические элементы были открыты

5. Как были названы частицы, входящие в состав радиоактивного излучения?

6. Почему в магнитном поле радиоактивное излучение распалось на три пучка?

7. Какова природа α-частицы? Каков ее заряд и масса?

8. Что представляют собой β-частицы?

9. С какой скоростью распространяются γ-лучи? Какие свойства γ-лучей вы знаете?

Самостоятельная работа. Самостоятельное выполнение заданий в рабочих тетрадях.

1. Кто впервые наблюдал радиоактивное излучение урана? __________________________.

2. Как были названы новые химические элементы, способные к самопроизвольному излучению, обнаруженные супругами Кюри? ____________________________________ .

3. Что такое радиоактивность? ________________________________________ .

4. Кто впервые ввел термин "радиоактивность"? _____________________________ .

5. Что представляет собой -излучение, -излучение, -излучение? __________________________________________________________________________ .

7. Каково направление индукции магнитного поля?

8. Заполните таблицу

Излучение	Заряд	Проник. способность	Примеры	Природа
α	+	min	бумага пробег в воздухе 3-9 см алюминий – 0,05 мм	Поток атомных ядер гелия 4 2 Не υ= 14.000 - 20.000 км/с
β	-	чуть > α	Пробег в воздухе 40 см свинец – 3 см	Поток электронов 0 - 1e υ≈ 300.000 км/с
γ	0	max	пробег в воздухе неск. сот метров свинец – до 5 см тело человека пронизывают насквозь	Поток коротких эл-магн. волн (фотонов) υ= 300.000 км/с

Учитель. 4. Радиоактивные превращения.
Изучение радиоактивности убеждает нас в том, что радиоактивные излучения испускаются атомными ядрами радиоактивных элементов. Это очевидно в отношении альфа частиц, так как в электронной оболочке их просто нет. Химические исследования обнаружили, что в веществах, испускающих бета излучение, накапливаются атомы элемента с порядковым номером на одну единицу превышающим порядковый номер бета излучателя. Например
20 10 Ne β → 20 11 Na β → 20 12 Mg β → 20 13 Al

Что же происходит с веществом при радиоактивном распаде?

Видео

Радиоактивные излучения испускаются атомными ядрами радиоактивных элементов

Испуская α- и β- излучение, атомы радиоактивного элемента изменяются, превращаясь в атомы нового элемента

В этом смысле испускание радиоактивных излучений называют радиоактивным распадом

Итак, запишите в тетрадь определение: Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью.
radio - излучаю, aсtivus – действенный.

Правила смещения -
это правила, указывающие смещение элемента в периодической системе, вызванное распадом.
Превращение ядер подчиняется правилу смещения, сформулированному впервые английским ученым Ф. Содди.
Сообщение учащихся о Ф. Содди (портрет).
Фредерик Содди (2.09.1877 – 22.09. 1956) – английский физик, один из пионеров радиоактивности, член Лондонского королевского общества.
Вместе с Резерфордом разработал в 1902-1903 г. теорию радиоактивного распада и сформулировал закон радиоактивных превращений. В 1903 г. доказал наличие гелия в продуктах излучения радия. Независимо от других в 1918 г. открыл протактиний. Сформулировал α – правило. В 1913 г. Установил правило смещения при радиоактивном распаде.

Учитель При радиоактивном распаде выполняются законы сохранения массы и зараяда
Учитель. α – распад: Ядро теряет положительный заряд 2ē и масса его убывает на 4 а.е.м. Элемент смещается на 2 клетки к началу

A Z Х → A-4 Z-2 Y + 4 2 He

β – распад: из ядра вылетает электрон, заряд увеличивается на единицу, а масса остается почти неизменной. Элемент смещается на 1 клетку к концу периодической системы. (Слайд)

A Z Х → A Z+1 Y +

• 
  При испускании ядрами атомов нейтральных γ-квантов ядерных превращений не происходит. Испущенный γ-квант уносит избыточную энергию возбужденного ядра; числа протонов и нейтронов в нем остаются неизменными.

Проблемная ситуация. Вопрос к классу:
Если вы внимательно следите за моими рассуждениями, то должны мне задать вопрос. (Как же из ядра вылетают электроны, если их там нет ?!!!) Ответ: приβ – распаде нейтрон превращается в протон с испусканием электрона
1 0 n → 1 1 p + 0 -1e + υ (υ - антинейтрино)(Слайд)
γ – излучение не сопровождается изменением заряда, масса же ядра меняется ничтожно мало.

Решение задач.

Учитель у доски разбирает решение задач на правило смещения:

Задача 1 : Изотоп тория 230 90 Th испускает α-частицу. Какой элемент при этом образуется?
Решение: 230 90 Th α → 226 98 Ra + 4 2 He
Задача 2 : Изотоп тория 230 90 Th β-радиоактивен. Какой элемент при этом образуется?
Решение: 230 90 Th β → 230 91 Рa + 0-1e
Решение задач учащимися у доски:
Задача : Протактиний 231 91 Рa α –радиоактивен. С помощью правил «сдвига» и таблицы элементов Менделеева определите, какой элемент получается с помощью этого распада.
Решение: 231 91 Рa α → 227 89 Ас + 4 2 Не
Задача : В какой элемент превращения уран 239 92 U после двух β – распадов и одного α – распада?
Решение: 239 92 U β → 239 93 Np β → 239 94 Pu α → 235 92 U
Задача: Написать цепочку ядерных превращений неона 20 10 Ne: β, β, β, α, α, β, α, α
Решение: 20 10 Ne β → 20 11 Na β → 20 12 Mg β → 20 13 Al α → 16 11 Na α → 12 9 F β → 12 10 Ne α → 8 8 O α → 4 6 C
Промежуточное закрепление

1. Что называется радиоактивностью?

2. Какие известные вам законы сохранения выполняются при радиоактивных превращениях?
Самостоятельная работа (индивидуально, по карточкам (дифференциальный подход к учащимся)).

Сообщение ученика
Биологическое действие радиоактивного излучения

Как-то Беккерель, собираясь на одну из лекций, обнаружил, что у него нет урановой соли. Зайдя в лабораторию Кюри, взял пробирку с урановой солью и положил ее в карман костюма. После лекции вновь положил в карман и проходил так до возвращения домой. На следующий день он обнаружил в том месте, где лежала пробирка покраснение кожи. Беккерель показал супругам Кюри, предположив о действии урана на кожу.

Пьер Кюри решил проверить и привязал урановую пластину к предплечью и проходил так 10 часов. Вызванное облучением покраснение перешло в сильную язву и не заживало в течение почти 2 лет. Таким образом, Пьер открыл биологическое действие радиоактивного излучения.

Вот что пишет М.П.Шаскольская: «В те далекие годы, на заре атомного века, первооткрыватели радия не знали о действии излучения. Радиоактивная пыль носилась в их лаборатории. Сами экспериментаторы спокойно брали руками препараты, держали их в кармане, не ведая о смертельной опасности. К счетчику Гейгера поднесен листок из блокнота Пьера Кюри (через 55 лет после того, как в блокноте велись записи!), и ровный гул сменяется шумом, чуть ли не грохотом. Листок излучает, листок как бы дышит радиоактивностью».

Сейчас известно, что радиоактивные излучения при определенных условиях могут представлять опасность для здоровья живых организмов. В чем причина негативного воздействия радиации на живые существа?

Дело в том что, что α-, и β - частицы, проходя через вещество, ионизирует его, выбивая электроны из молекул и атомов. Ионизация живой ткани нарушает жизнедеятельность клеток, из которых эта ткань состоит, что отрицательно сказывается на здоровье всего организма.

Степень и характер отрицательного воздействия радиации зависит от нескольких факторов, в частности, от того, какая энергия передана потоком ионизирующих частиц данному телу и какова масса этого тела. Чем больше энергии получает человек от действующего на него потока частиц и чем меньше при этом масса человека (т.е чем большая энергия приходится на каждую единицу массы),тем к более серьезным нарушениям в его организме это приведет.

Поглощенная доза-энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым теплом (тканями организма), в пересчете на единицу массы.

Эквивалентная доза - поглощенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма.

В СИ единице поглощенной дозы излучения является 1 грэй (1Гр).

Известно, что чем больше поглощенной дозы излучения, тем больший вред может нанести организму это излучение.

Необходимо учитывать также, что при одинаковой поглощенной дозе разные виды излучений вызывают разные по величине биологические эффекты.

Например, при одной и той же поглощенной дозе биологический эффект от действия α- излучения будет в 20 раз больше, чем от γ- излучения, от действия быстрых нейтронов эффект может быть в 10 раз больше, чем от γ- излучения.

Также различается чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению. Поэтому, необходимо учитывать соответствующие коэффициенты чувствительности тканей.

0,03- костная ткань

0,03- щитовидная железа

0,12- красный костный мозг

0,12- легкие

0,15- молочная железа

0,25- яичники и семенники

0,30- другие ткани

1,00- организм в целом

Даже малые дозы радиации не безвредны. Радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации. Установлено, что вероятность заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

Среди наиболее распространенных раковых заболеваний, вызванных облучением, выделяется лейкозы. За лейкозами «по популярности» следуют: рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.

Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушением, а в больших дозах приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

Учитель: Сегодня 26 апреля исполняется 27 лет со дня Чернобыльской трагедии. И мы, конечно, не могли обойти вниманием эту страшную дату.

Сообщение ученика об аварии на Чернобыльской АЭС

• 
  Чернобыльская авария - разрушение 26 апреля 1986 года 4 энергоблока ЧАЭС, расположенной на территории Украины. Разрушение носило взрывной характер, реактор был разрушен, и в окружающую среду было выброшено много радиоактивных веществ.
• 
  Около 200000 человек было эвакуировано из зон, подвергшихся загрязнению.
• 
  Излучение которым подверглись люди ведет к серьёзным дефектам, которые проявляются у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его отдаленных потомков.

• 
  Итог урока: Домашнее задание.
• 
  Во время подведения итога урока 2 учащихся проверяют самостоятельную работу.

Вопрос к классу:

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.

За каждым открытием стоят люди. Человек во многом бывает сам виноват в своих бедах и трагедиях.

Прав ли был Прометей, давший людям огонь?

Мир рванулся вперед, мир сорвался с пружин.

Из прекрасного лебедя вырос дракон,

Из запретной бутылки был выпущен джин.

Радиоактивность-это природное явление, не зависящее от того, открыли его ученые или нет. Радиоактивными являются почва, осадки, горные породы, вода. Ядерная энергия - источник всего существующего. Солнце и звезды сияют благодаря ядерным реакциям, происходящим в их недрах. Открытие этого явления повлекло за собой его использование на пользу и во вред. Ученые больше чем кто- либо осознают ответственность, которую они несут перед обществом, вмешиваясь в дела Природы.

В настоящее время идет много споров на тему: радиация - это добро или зло, радиация - наш друг или враг? Так что же это такое?

Так, что же такое радиоактивность: подарок или проклятие? Мы начинали урок с ваших ассоциаций со словом радиоактивность. Какой вы представляете себе радиоактивность теперь? Что бы вы могли рассказать о радиоактивности, например, младшим школьникам.

Творческая работа учащихся.

В вашей власти, в вашей власти.

Что бы все не раскололось

На бессмысленные части.

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. Радиоактивность отнюдь не новое явление, новизна лишь состоит в том, как люди пытались ее использовать

Жизнь на Земле хрупка и беззащитна перед человеком. Один неверный шаг, и она прервется. Первый человек планеты, кому посчастливилось увидеть землю из Космоса, Ю.А.Гагарин сравнил цветовую гамму красок Земли с красками полотен Николая Рериха. Но он же поведал о том, какой хрупкой и беззащитной кажется из Космоса наша планета…