Что называется радиоактивностью физика 9 класс

Что называется радиоактивностью физика 9 класс

Раздел ОГЭ по физике: 4.1. Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Реакции альфа- и бета-распада.

Радиоактивностью называют явление самопроизвольного излучения некоторых химических элементов, а вид этого излучения называют радиоактивным излучением. Первым радиоактивное излучение обнаружил Анри Беккерель, который, проводя эксперименты с солями урана, по почернению фотопластинки установил, что они самопроизвольно испускают невидимое излучение сильной проникающей способности. В дальнейшем было обнаружено, что не только уран, но и такие элементы, как радий и полоний, тоже испускают невидимое излучение.

Радиоактивность, которой обладают вещества, существующие в природе, называют естественной радиоактивностью. Она проявляется у всех элементов таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер которых больше 83. В дальнейшем было установлено, что и некоторые искусственно полученные вещества радиоактивны.

Резерфорд, изучая радиоактивное излучение, обнаружил его сложный состав. Он поместил радиоактивный препарат в свинцовый сосуд с отверстием. Над сосудом расположил фотопластинку, на которую падало радиоактивное излучение, выходившее через отверстие и прошедшее через магнитное поле.

Когда фотопластинку проявили, то на ней обнаружили три тёмных пятна. Одно пятно располагалось точно напротив отверстия. Это значит, что магнитное поле на него не действовало и заряженных частиц в этом излучении нет. Его назвали гамма-излучением (γ-излучение). Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение или поток фотонов.

Наличие двух боковых пятен по разную сторону от центрального означает, что существуют два излучения, состоящие из частиц, имеющих заряды противоположных знаков. Эксперимент показывает, что одно из них представляет собой поток положительно заряженных частиц. Их назвали α-частицами. Другое излучение состоит из отрицательно заряженных частиц. Их назвали β-частицами.

Изучение этих излучений позволило сделать вывод, что α-частицы — это ядра атома гелия. Их массовое число — 4, а зарядовое число (электрический заряд) +2, т.е.

β-частицы представляют собой электроны. Их массовое число равно 0, а зарядовое число равно –1, т.е.

Радиоактивный распад

Радиоактивные элементы, испуская излучение, превращаются в другие элементы. При этом, поскольку излучение приводит к появлению нового химического элемента, можно сделать вывод, что изменения происходят именно с ядром атома. Радиоактивное превращение ядер одних элементов в ядра других элементов называют радиоактивным распадом. Существует три вида радиоактивного распада: альфа–, бета– и гамма–излучения.

Альфа–распад. Превращение атомных ядер, сопровождаемое испусканием альфа–частиц (ядер гелия ).

Если – материнское ядро, то превращение этого ядра при альфа–распаде происходит по следующей схеме (правило смещения): , где – символ дочернего ядра; – ядро атома гелия.

При альфа–распаде происходит смещение химического элемента на две клетки влево в таблице Менделеева.

Бета–распад. Радиоактивные ядра могут выбрасывать поток электронов, которые рождаются, согласно гипотезе Ферми, в результате превращения нейтронов в протоны. В соответствии с правилом смещения массовое число ядра не изменяется: .

При бета–распаде химический элемент перемещается на одну клетку вправо в периодической системе Менделеева и, кроме электронов, испускается антинейтрино.

Гамма–излучение. Возникает при ядерных превращениях и представляет собой электромагнитное излучение. Имеет высокую энергию.

Э. Резерфорд установил, что воздух сильнее всего ионизуют альфа–лучи, в меньшей степени – бета–лучи и совсем плохо – гамма–лучи. Поэтому проникающая способность оказалась самая малая у альфа–лучей (лист бумаги, несколько сантиметров слоя воздуха), а бета–лучи проходят сквозь алюминиевую пластину толщиной в несколько миллиметров. Очень велика проникающая способность у гамма–лучей (например, для алюминия – пластины толщиной в десятки сантиметров).

Период полураспада

В процессе радиоактивного распада число радиоактивных атомов уменьшается. Распад разных радиоактивных веществ происходит с разной интенсивностью. Например, радиоактивные изотопы йода распадаются значительно быстрее, чем изотопы стронция. Характеристикой интенсивности радиоактивного распада является величина, называемая периодом полураспада.

Периодом полураспада Т называют промежуток времени, в течение которого распадается половина первоначального числа атомов радиоактивного вещества. Чем меньше период полураспада, тем быстрее распадутся все радиоактивные атомы.

Например, имеется 4 • 10 8 атомов радиоактивного изотопа йода, период полураспада которого 25 минут. Это означает, что в течение 25 минут распадается половина ядер изотопа иода, т.е. 2 • 10 8 ядер, а 2 • 10 8 ядер останется нераспавшимися. Еще через 25 минут нераспавшимися останется 10 8 ядер йода, еще через 25 минут — 0,5 • 10 8 ядер и так далее.

Особенностью закона радиоактивного распада является то, что невозможно предсказать, когда произойдет распад каждого конкретного атома. Оно может произойти во время одного периода полураспада, или двух, или трех. Период полураспада относится не к конкретному атому, а к совокупности атомов радиоактивного вещества.

Конспект урока «Радиоактивность. Излучения».

Источник

Радиоактивность

Радиоакти́вность (от лат. radio — «излучаю», radius — «луч» и activus — «действенный»), радиоакти́вный распа́д — явление спонтанного превращения атомного ядра в другое ядро или ядра. Радиоактивный распад сопровождается испусканием одной или нескольких частиц (например, электронов, нейтрино, альфа-частиц, фотонов). Радиоактивностью называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада.

Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада. Например, висмут-212 распадается с вероятностью 64 % в таллий-208 (посредством альфа-распада) и с вероятностью 36 % в полоний-212 (посредством бета-распада).

Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро, а последовательность возникающих при этом нуклидов называется радиоактивным рядом. В частности, для радиоактивных рядов, начинающихся с урана-238, урана-235 и тория-232, конечными (стабильными) нуклидами являются соответственно свинец-206, свинец-207 и свинец-208.

Содержание

История

Радиоактивность открыта в 1896 г. А. Беккерелем, который обнаружил проникающее излучение солей урана, действующее на фотоэмульсию. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. То есть это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.

В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

Альфа-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4 He).

Правило смещения Содди для α-распада:

.

.

В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия.

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 10 19 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра ¹H, ²H, ³H и ³He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Источник

Радиоактивность

Всего получено оценок: 140.

Всего получено оценок: 140.

Одним из важных доказательств сложного состава атомного ядра является радиоактивность. Рассмотрим это явление подробнее.

Открытие радиоактивности

Радиоактивность была открыта в конце XIXв физиком А.Беккерелем. Он изучал явление послесвечения солей урана после облучения их солнечными лучами.

В один из пасмурных дней, Беккерель случайно обнаружил, что соли урана оставляют след на фотопластинке, даже тогда, когда они не облучаются солнцем. Вскоре подтвердилось, что соли урана сами, без облучения, выделяют какие-то невидимые лучи. При этом интенсивность излучения зависела исключительно от количества урана в пробе, никакие химические воздействия на излучение не влияли. Это говорило о том, что открытое излучение имеет не химическую природу, а свойственно самим атомам урана. В дальнейшем выяснилось, что таким же свойством обладают все элементы с порядковым номером более 83.

Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.

Способность излучать невидимые лучи была названа радиоактивностью.

Радиоактивные превращения

Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. Выяснилось, что атомы радиоактивного вещества, которые в то время считались неделимыми и неизменными, на самом деле серьезно меняются. В пробе чистого радиоактивного вещества со временем начинает появляться совсем другое вещество, существенно отличающееся по физическим и химическим свойствам от первоначального. При этом и это новое вещество может быть радиоактивным, и в свою очередь также может выделять энергию и невидимые лучи, превращаясь в третье вещество, отличающееся от двух первых. Таким образом, образуются целые ряды радиоактивных веществ, превращающихся одно в другое.

Рис. 2. Радиоактивные ряды.

Состав невидимых лучей

При изучении невидимых радиоактивных лучей выяснилось, что они имеют сложный состав, и могут быть разделены с помощью магнитного поля. Поскольку магнитное поле действует на движущиеся заряды, было ясно, что излучение состоит частиц разных типов с разным знаком заряда.

Положительно заряженные тяжелые частицы, входящие в состав радиоактивных лучей были названы α-частицами. Исследования показали, что масса этих частиц вчетверо больше, чем масса атома водорода, а заряд – вдвое больше. Стало ясно, что α-частицы, фактически, являются ядрами гелия.

Отрицательно заряженные частицы были названы β-частицами. Исследования показали, что это электроны.

Нейтральная часть радиоактивных лучей, названная γ-частицами по всем признакам соответствовала электромагнитному излучению очень большой проникающей способности с малой длиной волны.

Рис. 3. Состав радиоактивного излучения.

Понятие радиоактивности заключается в способности атомов радиоактивного вещества испытывать спонтанный распад. При этом из атомов вылетают «осколки» разных видов, и кроме того, выделяется энергия – тепловая и лучистая.

Период полураспада

Важным свойством радиоактивного распада была его постоянная скорость, своя для каждого вещества, зависящая только от начального количества пробы. Чтобы характеризовать эту скорость было введено понятие периода полураспада.

Что мы узнали?

Радиоактивность – это способность атомов вещества распадаться, превращаясь в атомы другого вещества. При этом из атома вылетают «осколки» разных видов – α и β-частицы, а кроме того, выделяется тепловая и лучистая энергия. Период, за который распадается половина исходного вещества называется периодом полураспада.

Источник

Урок физики по теме «Радиоактивность. Радиоактивные превращения». 9-й класс

Разделы: Физика

Класс: 9

Цель урока: изучить явление радиоактивности; радиоактивных превращений.

образовательная – формировать умения и навыки анализа, сравнения, навыки переноса знаний в новые ситуации, планирования деятельности при построении ответа, выполнения заданий и поисковой деятельности при изучении явления радиоактивности и его физической природы, правил смещения;

развивающая – развивать устную монологическую речь, логическое мышление, умение пользоваться научной терминологией, способствовать умению излагать свою точку зрения и отстаивать свою позицию;

воспитательная – воспитывать уважение к собеседнику, индивидуальную культуру общения.

Оборудование: периодическая таблица Менделеева Д.И.; таблица физической природы радиоактивности, ПК, мультимедийный проектор.

I. Мотивация учебной деятельности (приветствие, проверка готовности к уроку, эмоционального настроя)

Здравствуйте, ребята! Я рада приветствовать вас на уроке, на котором мы продолжим познание окружающего нас мира.

У природы много тайн и загадок, раскрывает она их нам не охотно, поэтому каждая очередная разгадка – важный шаг человечества на путь к познанию мира. Вот и вам сегодня предлагается приоткрыть занавес тайны. Готовы? Тогда приступим…

Перед вами три портрета учёных:

Скажите, пожалуйста, что может их объединять?

(Предполагаемые ответы детей: они родственники, проводили опыты, занимались исследованием одного и того же явления)

Может, кто- то знает, какого явления?

Может ли это явление быть связано с понятием атом?

II. Актуализация знаний

Вопросы об атоме и атомном ядре:

1. Какие частицы входят в состав атома:

Б) Нуклоны и электроны.

B) Нейтроны и электроны

Г) Протоны и нейтроны.

2.Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Между какими парами частиц внутри ядра действуют ядерные силы?

3.В ядре атома кальция содержится:

A) 20 нейтронов и 40 протонов.

Б) 40 нейтронов и 20 электронов.

B) 20 протонов и 40 электронов.

Г) 20 протонов и 20 нейтронов.

Давайте посмотрим то явление, которое обнаружил Анри Беккерель.

Просмотр опыта (видео 1 из ЭОР) без звука. Приложения

Что вы увидели? Попытайтесь это объяснить …

— Сегодня на уроке я хочу вам предложить поговорить о явлении …

— Как вы считаете, с чем у вас ассоциируется это слово?

Гипотеза. Радиоактивность – это ключ к новым великим открытиям, созданию модели атома, овладению атомной энергией.

III. Выполнение пробного действия и выявление места и причины затруднения

— Почему в магнитном поле радиоактивное излучение распалось на три пучка?

— Какова природа альфа-частицы? Каков ее заряд и масса?

— Что представляют собой бета-частицы?

— С какой скоростью распространяются гамма-лучи? Какие свойства гамма-лучей?

IV. Построение проекта выхода из затруднения

Как вы думаете, что нужно сделать, чтобы выяснить, что это за явление? (Дети предлагают план изучения явления радиоактивности)

1. Какова физическая природа радиоактивности.

2. Рассмотреть ситуацию, почему в процессе радиоактивного распада ядра атомов могут превращаться в другие ядра с испусканием частиц? (Радиоактивные превращения, правила смещения)

V. Реализация построенного проекта

Физическая природа радиоактивности.

Как вы думаете? Каков состав, природа и свойства радиоактивных излучений? Дети по рисунку описывают опыт самостоятельно.

Классический опыт показан на рисунке. (Плакат на доске). Радиоактивный препарат помешался на дно узкого канала в куске свинца. Против канала помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, перпендикулярное пучку. Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поле на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно, точно против канала, а в магнитном поле пучок распадался на 3 пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это определенно указывало на наличие у этих составляющих электрических зарядов противоположных знаков; отрицательная компонента излучения отклонялась в магнитным полем гораздо больше, чем положительная. Третья составляющая не отклонялась магнитным полем.

Положительно заряженная компонента получило название альфа-лучей, отрицательно заряженная – бета-лучи и нейтральная – гамма-лучи.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности, т.е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Теперь представьте себе, что много веков торжествовала идея о неизменности атома и в начале ХХ века она ставится под сомнение.

Цепочки превращений испытали радиоактивные элементы: актиний, торий, уран. Общий вывод, к которому пришли ученые, сформировал Резерфорд. Давайте попробуем его сформулировать… (Найдите в учебнике)

Итак, запишите в тетрадь определение: радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц или ядер.

Таблица (на экране монитора)

Три вида излучения

Что же происходит с веществом при радиоактивном распаде?

Обратимся к просмотру (видео 2 (3) из ЭОР)

Уже самые первые опыты, проделанные Резерфордом совместно с английским ученым Ф. Содди, убедили их, что при радиоактивном распаде происходит превращение одних химических элементов в другие.

(Давайте разберёмся, по каким правилам происходит преобразование ядер).

Превращение ядер подчиняется правилу смещения, сформулированному впервые английским ученым Ф. Содди.

Обратимся к просмотру (видео 2(5) из ЭОР)

Давайте уточним и запишем, какие правила смещения существуют? (Cхемы правил на доске б – распад и в – распад обозначены разными цветами)

альфа – распад: Ядро теряет положительный заряд 2з и масса его убывает на 4 а.е.м. Элемент смещается на 2 клетки к началу периодической системы.

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

гамма – излучение не сопровождается изменением заряда, масса же ядра меняется ничтожно мало.

— Вы внимательно следили за рассуждениями, не возникли ли у вас вопросы?

Как же из ядра могут вылетать электроны, если их там нет?

Какие преобразования могут происходить?

Ответ: при бета – распаде нейтрон превращается в протон с испусканием электрона

VI. Первичное закрепление

1. Блиц-опрос (Продолжи вопрос…)

А. Атом имеет сложную структуру.

Б. В состав атома входят электроны.

В. Все вещества состоят из неделимых частиц-атомов

2. В состав атома входят следующие частицы:

А. Нейтроны и электроны

Б. Нуклоны и электроны.

В. Протоны и нейтроны.

3. Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внутреннем облучении человека?

4. При альфа-распаде атомных ядер…

А. Масса ядра остаётся практически неизменной, поэтому масса числа сохраняется, а заряд увеличивается на единицу.

Б. Массовое число увеличивается на 4, а заряд остаётся неизменным.

В. Массовое число уменьшается на 4, а заряд также уменьшается на 2.

2. Работа с учебником (решение задач). (Приложение)

3. Работа с ЭОР (видео 3) 2 варианта

(Решение задач разных типов на ЭВМ)

Приложение 3. Вариант 1

Приложение 3. Вариант 2

4. Самостоятельная работа с самопроверкой (индивидуально, по карточкам (дифференциальный подход к учащимся)). (Приложение)

4. В ядро, какого элемента превращается ядро изотопа тори, если оно претерпевает три последовательных альфа-распада?

5. В результате, какого радиоактивного распада плутоний превращается в уран?

6. Написать реакцию бета-распада свинца.

VII. Включение в систему знаний

Давайте дополним наши знания следующей информацией. (Применение радиоактивности)

Просмотр (видео 5 из ЭОР)

Видеоролик-анимация «Определение возраста образца изотопным анализом»

Просмотр (видео 4 из ЭОР)

http://fcior.edu.ru/search.page?phrase=%D0%BE%D0%BF%D1%8B%
D1%82+%D0%BE+%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B0%D0%
BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8

Что можно сказать о значении радиоактивности?

— Радиоактивность явилось таким научным открытием, которое перевернуло научные представления о строении и свойствах материи.

Какие ещё учёные внесли вклад в изучение явления радиоактивности? (Вопрос к следующему уроку)

VIII. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

— § 65, 67; вопросы; упр.51 (5),

— сообщение по теме “Интересные факты о радиоактивности,

— “Учёные, внёсшие вклад в изучение явления радиоактивности”,

— используя интернет, подготовить презентацию на тему “Радиоактивность…”.

“Блажен, кто явственно узрел

Хотя бы скорлупу природы”

Иоганн Вольфганг Гёте

Наш урок подошёл к концу. Спасибо, ребята, за совместную работу. Я была рада встретиться с вами. До встречи!

[1] А.В.Пёрышкин, Е.М. Гутник Физика 9 класс. М.: Дрофа, 2012 г.

[2] Ф.М. Дягилев. Из истории физики и жизни ее творцов. М, Просвещение, 1986 г.

Источник