Radioaktivitāte ir dažu ķīmisko elementu atomu spēja. Radioaktivitāte kā pierādījums atomu sarežģītajai struktūrai

Nodarbības mērķi:

Izglītības:

1. Nostiprināt zināšanas par radioaktivitāti un starojuma veidiem, veidot skolēnu zinātnisko pasaules uzskatu, labāk iepazīstināt skolēnus ar pasaules fizisko zināšanu procesu.
2. Ķīmijas stundā iegūto zināšanu sintēze, lai veidotu priekšstatu par atomu.
3. Studentiem jāzina Rezerforda eksperiments (instalācija, eksperimenta gaita, rezultāti), atoma planetārais modelis un jāspēj izskaidrot Raterforda eksperimenta rezultātus.

Attīstošā: turpināt attīstīt domāšanu, spēju analizēt, salīdzināt un izdarīt loģiskus secinājumus.

Izglītības:

1. intelektuālo prasmju attīstība komandas darbs; morālās pašapziņas pamatu izglītība (doma: zinātnieka, atklājēja atbildība par savu atklājumu augļiem);
2. rosināt skolēnos interesi par populārzinātnisko literatūru un konkrētu parādību atklāšanas priekšnosacījumu izpēti.

Nodarbības veids: jauna materiāla apguve.

Nodarbības forma: apvienotā nodarbība.

Nodarbību metodes: verbālā, vizuālā, praktiskā.

Aprīkojums:

• personālais dators; multimediju projektors; interaktīvā tāfele;

Izdales materiāls: tabula “Periodiskā tabula ķīmiskie elementi DI. Mendeļejevs".

Nodarbības progress

1. Darba organizācija.

Nodarbības tēmas un mērķa izziņošana, darba kārtība stundā.

2. Apgūtā atkārtošana. Sagatavošanās posms aktīvai un apzinātai materiāla asimilācijai (zināšanu atjaunošanai).

Pasaule ir sarežģīta -
Tas ir pilns ar notikumiem, šaubām
Un bezgalīgi noslēpumi,
Un drosmīgi minējumi.
Kā dabas brīnums
Ir ģēnijs
Un šajā haosā
Atrod kārtību.

Kas ir šis ģēnijs, šis ekscentriķis, kurš izdarīja pagājušā gadsimta lielāko atklājumu? Dīvaini cilvēki padara dzīvi gaišāku. Tie ir nemierīgi, neparasti zinātkāri un bezgala zinātkāri cilvēki, kas neatlaidīgi meklē neskaidras problēmas. Viņi neatlaidīgi kaut ko atklāj, izgudro, eksperimentē, izgatavo. Dzīve mūs sagādā daudz problēmu. Dažus no tiem ir ļoti viegli atrisināt. Vairākas zinātnieku paaudzes cīnās ar citiem. Šķiet, ka gandrīz bērnišķīgs jautājums "Kā darbojas atoms?" Un cilvēki uz to ir meklējuši atbildi apmēram 2500 gadus.

Iepriekšējā nodarbībā mēs runājām par faktu esamību, kas apstiprina atoma sarežģīto uzbūvi.

• Kāds ir A. Bekerela atklājums 1896. gadā?
• Kā viņi sauca dažu ķīmisko elementu atomu spēju spontāni izstarot?
• Pastāstiet, kā E. Rezerforda vadībā tika veikts eksperiments, kura diagramma ir parādīta slaidā. Kas izriet no šīs pieredzes?
• Kādi bija kompozīcijā iekļauto daļiņu nosaukumi? radioaktīvais starojums?
• Kas ir šīs daļiņas?

3. Jauna materiāla apgūšana.

Skolotājs: Hipotēze, no kuras sastāv visas vielas liels skaits atomi, radās pirms vairāk nekā diviem tūkstošiem gadu. Atomu teorijas piekritēji uzskatīja atomu par mazāko daļiņu un uzskatīja, ka visa pasaules daudzveidība ir nekas vairāk kā nemainīgu daļiņu - atomu - kombinācija.

Skolotājs: Konkrētas idejas par atoma uzbūvi radās, fizika uzkrājot faktus par matērijas īpašībām. Cilvēki saprata, ka atoms ir dalāms un dabā ir daļiņas, kas ir mazākas par atomu.

Jautājums. Kādas daļiņas, kuras jūs zināt, ir mazākas par atomu?

Studenti: elektrons, protons, neitrons.

Skolotājs: Pēc visiem šiem atklājumiem, kad kļuva skaidrs, ka atomam var būt sarežģīta struktūra, vairāki zinātnieki ierosināja dažādus teorētiskos atoma struktūras modeļus. Vispopulārākais no tiem bija Dž.Dž.Tomsona piedāvātais modelis.

Skolotājs: Džozefs Džons Tomsons rādīja, pamatojoties uz klasiku elektromagnētiskā teorija ka elektrona izmēriem jābūt 10 – 15 m robežās, turklāt bija zināms, ka atomu izmēri ir vairāki angstromi (viens angstroms ir vienāds ar 10 – 10 m).

Pamatojoties uz to, Tomsons 1903. gadā ierosināja atoma modeli, saskaņā ar kuru atomi ir viendabīgas pozitīvi lādētas vielas bumbiņas, kas satur elektronus. Kopējais (negatīvais) elektronu lādiņš ir vienāds ar atoma pozitīvo lādiņu. Tāpēc atoms kopumā ir neitrāls.

Šo modeli sauca par "pudiņu", jo elektroni bija mijas pozitīvā vidē, piemēram, rozīnes pudiņā.

Elektrona novirze atomā no tā līdzsvara stāvokļa rada rotējošu spēku. Tāpēc elektrons, kas kaut kādā veidā izņemts no līdzsvara stāvokļa, svārstās un tāpēc ir avots elektromagnētiskais starojums.

Tomsona modelis šķita pievilcīgs no tā viedokļa, ka tas pieņēma elektrona klātbūtni atomā. Tomēr tas ilga tikai līdz 1911. gadam.

Rezerforda pieredze.

Tātad atoma modelis ir uzbūvēts. Tagad mums tas jāpārbauda ar eksperimentu. Kas man tajā jāpārbauda? Protams, kā pozitīvais lādiņš sadalās atoma iekšienē un kā tajā atrodas elektroni. Bet, lai to izdarītu, jums jāiekļūst atomā! Vai tas ir iespējams? Lai iekļūtu atoma iekšpusē, ir nepieciešamas tāda paša vai mazāka izmēra daļiņas. Šādas daļiņas tika atklātas, pētot radioaktivitātes fenomenu.

Uzdevums 1. Aprēķiniet, cik reižu daļiņa ir smagāka par elektronu.

Skolēni: (Atrisinot patstāvīgi) 7350 reizes. Tāpēc jums ir jāizvēlas daļiņa kā šāviņš.

Skolotājs. Tev taisnība. Eksperiments, kas sniedza izšķirošu ieguldījumu mūsdienu atomu uzbūves teorijas izveidē, bija eksperiments, ko 1911. gadā veica Ernests Raterfords kopā ar saviem palīgiem G. Geigeru un E. Marsdenu.

Skolotājs: Ļaujiet mums sīkāk apsvērt Rezerforda eksperimenta shēmu. Radioaktīvās vielas rādija (Rn) graudi tika ievietoti svina traukā. No konteinera caur nelielu caurumu iznira šaurs daļiņu stars. Pretī caurumam bija ekrāns, kas pārklāts ar cinka sulfīdu. Kad daļiņas tam skāra, tās izraisīja scintilāciju nelielā ekrāna daļā, tieši pretī izejas caurumam. Kad ceļā tika ievietota plāna zelta folija, ekrāna laukums, kurā tika novērotas scintilācijas, ievērojami palielinājās. Tas nozīmēja, ka daļiņas mainīja savu sākotnējo virzienu un piedzīvoja izkliedi.

Jautājums. Kas, jūsuprāt, varēja izraisīt novirzi – daļiņas?

Studenti. Elektroni nevarēja mainīt daļiņu kustības virzienu, jo to masa ir daudzkārt mazāka par daļiņas masu. Tas nozīmē ko citu.

2. uzdevums. Ņemot vērā, ka cietā vielā atomi ir saspiesti cieši un attālums starp to centriem ir aptuveni 2,5 10 -10 m (saskaņā ar rentgenstaru struktūras analīzi), aprēķiniet, cik atomu slāņu biezumā ir zelta folijā ar biezumu 0 satur, 4 mikroni.

Studenti: (izlemjot paši) aptuveni 1600 slāņu.

Skolotājs: Tātad: no tā, ka daudzas daļiņas lido cauri tūkstošiem zelta atomu, ar tiem nesadarbojoties, izriet, ka atoms nav ciets. (Tomsona atomu modelis nav apstiprināts). Ja daļiņa nepiedzīvo atoma pozitīvā lādiņa darbību, tās kustības virziens nemainās. Ja ir tāda darbība, tad mainās kustības virziens, un jo spēcīgāka darbība, jo vairāk tā novirzās. Lai noteiktu visa veida daļiņu novirzes, ekrāns tika izveidots sfērisks.

Jautājums. Veicot eksperimentus, parasti tiek veikti mērījumi. Kādi mērījumi, jūsuprāt, tika veikti Rezerforda eksperimentos?

Studenti: Tika saskaitīts to daļiņu skaits, kurām nebija mijiedarbības ar zelta atomiem un kuras novirzījās dažādos leņķos.

Skolotājs: Izkliedēto daļiņu skaitīšana deva šādus rezultātus:

Neviens negaidīja pēdējo rezultātu, jo visi tajā laikā pieturējās pie Tomsona modeļa, saskaņā ar kuru atomi tika uzskatīti par tik "vaļīgiem", ka tie nevarēja izraisīt tik būtiskas daļiņu novirzes. Daudz vēlāk Raterfords stāstīja, kā pie viņa pienāca šausmīgi satraukts Geigers un teica: “Mums izdevās novērot daļiņas, kas atgriežas atpakaļ”. Šis bija neticamākais notikums, ko jebkad esmu piedzīvojis. Tas bija gandrīz tikpat neticami, it kā jūs raidītu 15 collu čaulu pa salvešu papīra gabalu, un tas atgrieztos un trāpītu jums. Pārdomājot, es sapratu, ka šai atpakaļizkliedei ir jābūt vienas sadursmes rezultātā, un, veicot aprēķinus, es sapratu, ka nav iespējams iegūt tādas pašas kārtas vērtību, ja vien jūs neapsverat sistēmu, kurā lielākā daļa atoma masa bija koncentrēta mazā kodolā.

Par teorētiskā analīze iegūtos datus, bija jāzina varbūtības teorija. Lai aizpildītu robus zināšanās par šo matemātikas nozari, Raterfords nekavējās atkal sēsties studentu solā, izraisot pārsteigumu paša studentos, kuri negaidīti ieraudzīja sev blakus savu profesoru.

Pēc eksperimentu rezultātu analīzes Rezerfords nonāca pie secinājuma:

Ka tik spēcīga daļiņu novirze ir iespējama tikai tad, ja atoma iekšpusē ir ārkārtīgi spēcīgs elektriskais lauks. Tika aprēķināts, ka šādu lauku var radīt lādiņš, kas koncentrēts ļoti mazā tilpumā (salīdzinot ar atoma tilpumu);

Tā kā m > m e aptuveni 8000 reižu, elektroni, kas veido atomu, nevarēja mainīt daļiņu kustības virzienu.

Pamatojoties uz šiem apsvērumiem, Rezerfords ierosināja atoma struktūras kodolmodeli (planētu). Atoms atgādina saules sistēma, tikai Saules vietā tajā ir kodols, un planētu vietā ir elektroni.

Kodolmodelis izrādījās ļoti elegants un daudz vienkāršāks nekā Tomsona atoma modelis. Rezerfords bija apmierināts. Protams! Galu galā viņš izrādījās pirmais cilvēks, kuram atklājās atoma uzbūves noslēpums.

Atoma skalu “pēc Rutherforda” var attēlot šādi:

Kodols ir tikpat reižu mazāks par atomu, cik magoņu sēkla ir mazāka par Maskavas universitātes ēku Zvirbuļkalnos;

Ja jūs palielināsiet atomu aptuveni 10 15 reizes, tas kļūs Maskavas pilsētas lielumā;

Ja ķirša lieluma atoma kodols atrodas Sarkanā laukuma centrā, tad ap apvedceļa apkārtmēru lidos elektrons putekļu gabala lielumā. Viss pārējais atomā ir tukšums

4. Jaunu zināšanu nostiprināšana.

Skolotājs: Tagad atveriet periodisko tabulu un uzmanīgi apskatiet to. Apskatīsim ķīmisko elementu ūdeņraža, hēlija, litija, berilija (H, He, Li, Be) atomu struktūru. Piemērs:Ūdeņraža atoms aizņem pirmo šūnu periodiskajā tabulā. Ūdeņraža atoma kodola elektriskais lādiņš ir pozitīvs un vienāds ar elementārā elektriskā lādiņa e un ķīmiskā elementa atomskaitļa Z reizinājumu periodiskajā tabulā. q=Ze Tas nozīmē, ka kodola lādiņš ir 1. Varam noteikt arī elektronu skaitu ūdeņraža atomā. Tā kā atoms ir neitrāls, tad elektronu skaits ūdeņraža atomā būs 1. Elektronam ir negatīvs lādiņš.

1. Kāds ir He,Li,Be atoma kodola lādiņš?
2. Cik elektronu ir He, Li, Be atomā?
3. Kā dažādu ķīmisko elementu atomi atšķiras viens no otra?
4. Kas ir galvenā īpašība noteiktu ķīmisko elementu?
5. Kāda ir atomu struktūras planētu modeļa būtība?

5. Attīstošā materiāla prezentācija.

Studentu ziņojumi: “Lapas no Ernesta Raterforda biogrāfijas”.

6. Rezumējot. Skolēniem, kuri stundas laikā atbild uz jautājumiem un patstāvīgi domā, tiek piešķirti vērtējumi. Atbildot tiek vērtēta ne tikai atbildes pareizība, bet arī argumentācijas gaita, kļūdu skaits un kvalitāte.

Mājas darbs §56. Uzzīmējiet litija, slāpekļa, skābekļa, fluora atoma modeļa diagrammu. Nosakiet katra atoma kodola lādiņu.

Literatūra

1. Fizika – 9. klase. A. V. Periškins, E. M. Gutņiks Maskava: Bustards, 2003.
2. Fizikas mācīšanas teorija un metodes skolā.
3. Privāti jautājumi. Rediģēja S.E. Kamenetsky Moscow: Akademia, 2000
4. Fizika – 11. klase. S.V. Gromovs Maskava: Apgaismība, 1999
5. P.S. Kudrjavceva fizikas vēstures kurss Maskava: Apgaismība, 1974.
6. Pirmais septembris. Fizikas pielikums Nr.10 2004.g

• Interneta resursi:
• http;//www-college.ru;
• http;//www.tdu.nstu.ru;

http;//bibliotekar.ru.

Priekšmets. Radioaktivitāte

Nodarbības mērķis: iepazīstināt skolēnus ar dabiskās radioaktivitātes fenomena atklāšanu un radioaktīvā starojuma īpašībām.

Nodarbības veids: nodarbība par jauna materiāla apguvi.

NODARBĪBAS PLĀNS		Zināšanu kontrole 1. Saites enerģija. 2. Masveida defekts. 4. Kodolreaktors.
Demonstrācijas		Video fragmenti no filmas “Dabas radioaktivitātes atklāšana”.
Jauna materiāla apgūšana		1. Radioaktivitātes atklāšana. 2. Radioaktīvā starojuma veidi. 3. Radioaktivitāte kā atomu sarežģītās uzbūves pierādījums. 4. Radioaktīvā sabrukšana.
Apgūtā materiāla nostiprināšana		1. Kvalitatīvie jautājumi. 2. Mācīšanās risināt problēmas.

JAUNS MĀCĪBAS MATERIĀLS

Radioaktivitātes fenomenu vienmēr pavada enerģijas izdalīšanās. Izrādījās, ka 1 g rādija izstaro 600 J enerģijas, kas ietver -, β- un γ-starojumu.

Eksperimentālie pētījumi ir parādījuši, ka radioaktivitātes fenomenu neietekmē tādas ārējās darbības, kas varētu ietekmēt elektronu apvalks atoms (sildošais, elektriskais un magnētiskais lauks, ķīmiskie savienojumi, fiziskais stāvoklis utt.). Tāpēc radioaktivitāte ir saistīta tikai ar atoma struktūru. Izrādījās, ka radioaktivitāte ir dažu atomu kodolu īpašība spontāni pārveidoties citos kodolos ar daļiņu emisiju.

Tādējādi vielas spontāna -, β- un γ-daļiņu emisija kopā ar citiem eksperimentāliem faktiem kalpoja par pamatu pieņēmumam, ka vielas atomi ir sarežģītas struktūras dēļ.

JAUTĀJUMI STUDENTIEM JAUNA MATERIĀLA Prezentācijas LAIKĀ

Pirmais līmenis

1. Uzskaitiet faktus un parādības, kas apstiprina atoma sarežģīto uzbūvi.

2. Kā viņi sauca dažu ķīmisko elementu atomu spēju spontāni izstarot?

3. No trim β un γ starojums nenovirza magnētiskos un elektriskos laukus?

Jautājumi.

1. Kāds bija Bekerela atklājums 1896. gadā?

Bekerels 1896. gadā atklāja, ka ķīmiskais elements urāns U spontāni izstaro neredzamus starus.

2. Kā viņi sauca dažu ķīmisko elementu atomu spēju spontāni izstarot?

Šo spēju sāka saukt par radioaktivitāti.

3. Pastāstiet, kā tika veikts eksperiments, kura diagramma parādīta 167., a, b attēlā. Kas izriet no šīs pieredzes?

Eksperimentā attēlā. 167 rādija Ra graudiņš tika ievietots traukā ar biezām sienām. No tā caur spraugu izplūst radioaktīvā starojuma stars, kas apgaismo fotoplati. Pēc tam tika iedarbināts stars magnētiskais lauks, kā rezultātā stars sadalās trīs plūsmās: pozitīvi lādēts, negatīvi lādēts un neitrāls, kas fiksēts, veidojoties trīs plankumiem uz fotoplates.

4. Kā sauca daļiņas, kas veido radioaktīvo starojumu? Kas ir šīs daļiņas?

Tika konstatēts, ka radioaktīvais starojums sastāv no trīs veidu daļiņām: α-daļiņām - jonizētiem hēlija atomi He, β-daļiņām - elektroniem un γ-daļiņām - fotoniem.

Pieņēmums, ka visi ķermeņi sastāv no sīkas daļiņas, apmēram pirms 2500 gadiem izteica senie grieķu filozofi Leikips un Demokrits. Šīs daļiņas sauca par atomiem, kas nozīmē "nedalāmas". Atoms ir mazākais, vienkāršākais, neeksistējošais sastāvdaļas un tāpēc nedalāma daļiņa.

Bet apmēram no 19. gadsimta vidus. Sāka parādīties eksperimentāli fakti, kas apšaubīja ideju par atomu nedalāmību. Šo eksperimentu rezultāti liecināja, ka atomiem ir sarežģīta struktūra un ka tie satur elektriski lādētas daļiņas.

Visspilgtākais atoma sarežģītās struktūras pierādījums bija franču fiziķa Anrī Bekerela radioaktivitātes fenomena atklājums 1896. gadā.

Anrī Bekerels (1852-1908)
franču fiziķis. Viens no radioaktivitātes atklājējiem

Bekerels atklāja, ka ķīmiskais elements urāns spontāni (t.i., bez ārējām ietekmēm) izstaro iepriekš nezināmus neredzamus starus, kurus vēlāk nosauca par radioaktīvo starojumu.

Tā kā radioaktīvajam starojumam bija neparastas īpašības, daudzi zinātnieki sāka to pētīt. Izrādījās, ka ne tikai urāns, bet arī daži citi ķīmiskie elementi (piemēram, rādijs) spontāni izstaro radioaktīvos starus. Dažu ķīmisko elementu atomu spēju spontāni izstarot sāka saukt par radioaktivitāti (no latīņu radio — emit un activus — efektīva).

Ernests Raterfords (1871-1935)
angļu fiziķis. Viņš atklāja rādija radioaktīvā starojuma sarežģīto sastāvu un ierosināja atoma struktūras kodolmodeli. Atklāja protonu

1899. gadā angļu fiziķa Ernesta Rezerforda vadībā veiktā eksperimenta rezultātā tika atklāts, ka rādija radioaktīvais starojums ir neviendabīgs, tas ir, tam ir sarežģīts sastāvs. Apskatīsim, kā šis eksperiments tika veikts.

156.a attēlā parādīts svina trauks ar biezām sienām ar rādija graudiņu apakšā. Radioaktīvā starojuma stars no rādija iziet caur šauru caurumu un ietriecas fotoplatē (radija starojums notiek visos virzienos, bet tas nevar iziet cauri biezam svina slānim). Pēc fotoplāksnes attīstīšanas uz tās tika atrasta viena lieta tumšs plankums- tieši tajā vietā, kur trāpīja stars.

Rīsi. 156. Rezerforda eksperimenta shēma radioaktīvā starojuma sastāva noteikšanai

Tad eksperiments tika mainīts (156. att., b): tika izveidots spēcīgs magnētiskais lauks, kas iedarbojās uz staru. Šajā gadījumā uz izstrādātās plāksnes parādījās trīs plankumi: viens, centrālais, atradās tajā pašā vietā, kur iepriekš, bet pārējie divi atradās dažādas puses no centrālās. Ja divas plūsmas magnētiskajā laukā novirzās no iepriekšējā virziena, tad tās ir lādētu daļiņu plūsmas. Norādīta novirze dažādos virzienos dažādas zīmes daļiņu elektriskie lādiņi. Vienā plūsmā bija tikai pozitīvi lādētas daļiņas, otrā - negatīvi lādētas. Un centrālā plūsma bija starojums, kam nebija elektriskā lādiņa.

Pozitīvi lādētās daļiņas sauca par alfa daļiņām, negatīvi lādētās – par beta daļiņām, bet neitrālās – par gamma daļiņām jeb gamma kvantiem.

Džozefs Džons Tomsons (1856-1940)
angļu fiziķis. Atklātais elektrons. Ierosināja vienu no pirmajiem atomu struktūras modeļiem

Kādu laiku vēlāk, pētījumu rezultātā par dažādām fiziskās īpašības un šo daļiņu īpašības (elektriskais lādiņš, masa utt.), bija iespējams konstatēt, ka β-daļiņa ir elektrons, bet α-daļiņa ir ķīmiskā elementa hēlija (t.i., hēlija) pilnībā jonizēts atoms. atoms, kas zaudējis abus elektronus). Izrādījās arī, ka γ-starojums ir viens no elektromagnētiskā starojuma veidiem, pareizāk sakot, diapazoniem (sk. 136. att.).

Radioaktivitātes fenomens, t.i., vielas spontāna α-, β- un α-daļiņu emisija, kopā ar citiem eksperimentāliem faktiem kalpoja par pamatu pieņēmumam, ka vielas atomiem ir sarežģīts sastāvs. Tā kā bija zināms, ka atoms kopumā ir neitrāls, šī parādība noveda pie pieņēmuma, ka atoms satur negatīvi un pozitīvi lādētas daļiņas.

Pamatojoties uz šiem un dažiem citiem faktiem, angļu fiziķis Džozefs Džons Tomsons 1903. gadā ierosināja vienu no pirmajiem atoma struktūras modeļiem. Saskaņā ar Tomsona pieņēmumu atoms ir sfēra, kuras visā tilpumā ir vienmērīgi sadalīts pozitīvais lādiņš. Šīs bumbiņas iekšpusē ir elektroni. Katrs elektrons var radīt svārstīgas kustības tuvu līdzsvara stāvoklim. Tāpēc lodes pozitīvais lādiņš ir vienāds ar kopējo elektronu negatīvo lādiņu elektriskais lādiņš atomam kopumā ir nulle.

Tomsona piedāvātajam atomu struktūras modelim bija nepieciešama eksperimentāla pārbaude. Jo īpaši bija svarīgi pārbaudīt, vai pozitīvais lādiņš patiešām ir sadalīts visā atoma tilpumā ar nemainīgu blīvumu. Tāpēc 1911. gadā Rezerfords kopā ar saviem līdzstrādniekiem veica virkni eksperimentu, lai pētītu atomu sastāvu un struktūru.

Lai saprastu, kā šie eksperimenti tika veikti, skatiet 157. attēlu. Eksperimentos tika izmantots svina trauks C ar radioaktīvā viela P, izstaro α-daļiņas. No šī kuģa alfa daļiņas izlido pa šauru kanālu ar ātrumu aptuveni 15 000 km/s.

Rīsi. 157. Rezerforda eksperimenta par atoma uzbūves izpēti uzstādīšanas diagramma

Tā kā α-daļiņas nav tieši saskatāmas, to noteikšanai tiek izmantots stikla ekrāns E Ekrāns ir pārklāts ar plānu speciālas vielas kārtu, kuras dēļ notiek uzplaiksnījumi vietās, kur α-daļiņas skar ekrānu, kas tiek novērots. izmantojot mikroskopu M. Šo daļiņu ierakstīšanas metodi sauc par metodi , scintilācijas (t.i., uzplaiksnījumi).

Visa šī iekārta ir ievietota traukā, no kura ir evakuēts gaiss (lai novērstu α-daļiņu izkliedi to sadursmes ar gaisa molekulām dēļ).

Ja α-daļiņu ceļā nav šķēršļu, tad tās šaurā, nedaudz izplešošā starā krīt uz ekrāna (157. att., a). Šajā gadījumā visi ekrānā redzamie mirgoņi saplūst vienā mazā gaismas vietā.

Ja α-daļiņu ceļā ievieto plānu foliju Ф, kas izgatavota no pētāmā metāla (157. att., b), tad, mijiedarbojoties ar vielu, α-daļiņas tiek izkliedētas visos virzienos dažādos leņķos φ (tikai trīs leņķi). ir parādīti attēlā: φ1, φ2 un φ3).

Kad ekrāns atrodas 1. pozīcijā, lielākais skaitlis zibspuldzes atrodas ekrāna centrā. Tas nozīmē, ka lielākā daļa no visām α-daļiņām izgāja cauri folijai, gandrīz nemainot sākotnējo virzienu (izkliedētas mazos leņķos). Zibšņu skaits samazinās, attālinoties no ekrāna centra. Līdz ar to, palielinoties izkliedes leņķim φ, šajos leņķos izkliedēto daļiņu skaits strauji samazinās.

Pārvietojot ekrānu kopā ar mikroskopu ap foliju, var konstatēt, ka noteikts (ļoti mazs) daļiņu skaits ir izkliedēts leņķos, kas ir tuvu 90° (šī ekrāna pozīcija ir apzīmēta ar numuru 2), un dažas atsevišķas daļiņas ir izkliedētas. 180° leņķos, t.i., mijiedarbības rezultātā ar foliju tika izmesti atpakaļ (3. pozīcija).

Tieši šie α-daļiņu izkliedes gadījumi lielos leņķos Raterfordam deva visvairāk svarīga informācija lai saprastu, kā ir strukturēti vielu atomi. Pēc eksperimentālo rezultātu analīzes Raterfords nonāca pie secinājuma, ka tik spēcīga α daļiņu novirze ir iespējama tikai tad, ja atoma iekšpusē ir ārkārtīgi spēcīgs elektriskais lauks. Šādu lauku varētu radīt lādiņš, kas koncentrēts ļoti mazā tilpumā (salīdzinot ar atoma tilpumu).

Viens piemērs shematiskam atoma kodolmodeļa attēlojumam, ko ierosinājis E. Rezerfords

Rīsi. 158. α-daļiņu lidojuma trajektorijas, ejot cauri matērijas atomiem

Tā kā elektrona masa ir aptuveni 8000 reižu mazāka par α daļiņas masu, elektroni, kas veido atomu, nevarēja būtiski mainīt α daļiņu kustības virzienu. Tāpēc šajā gadījumā var runāt tikai par elektriskās atgrūšanās spēkiem starp α-daļiņām un atoma pozitīvi lādēto daļu, kuras masa ir ievērojami lielāka par α-daļiņas masu.

Šie apsvērumi lika Rezerfordam izveidot atoma kodola (planētu) modeli (par kuru jums jau ir priekšstats no 8. klases fizikas kursa). Atcerēsimies, ka saskaņā ar šo modeli atoma centrā atrodas pozitīvi lādēts kodols, kas aizņem ļoti mazu atoma tilpumu. Ap kodolu pārvietojas elektroni, kura masa ir daudz mazāka par kodola masu. Atoms ir elektriski neitrāls, jo kodolā ir lādiņš vienāds ar moduli kopējais elektronu lādiņš.

Rezerfords spēja novērtēt atomu kodolu lielumu. Izrādījās, ka atkarībā no atoma masas tā kodola diametrs ir 10 -14 - 10 -15 m, t.i., tas ir desmitiem un pat simtiem tūkstošu reižu mazāks par atomu (atomam ir diametrs aptuveni 10-10 m).

158. attēlā parādīts process, kurā alfa daļiņas iet cauri vielas atomiem no kodolmodeļa viedokļa. Šis attēls parāda, kā alfa daļiņu lidojuma trajektorija mainās atkarībā no attāluma no kodola, ar kuru tās lido. Kodola radītā spriedze elektriskais lauks, kas nozīmē, ka iedarbības spēks uz α-daļiņu diezgan ātri samazinās, palielinoties attālumam no kodola. Tāpēc daļiņas lidojuma virziens ļoti mainās tikai tad, ja tā iet ļoti tuvu kodolam.

Tā kā kodola diametrs ir daudz mazāks par atoma diametru, lielākā daļa no visām α daļiņām iziet cauri atomam tādos attālumos no kodola, kur tā radītā lauka atgrūšanas spēks ir pārāk mazs, lai būtiski mainītu kustības virzienu. α daļiņas. Un tikai ļoti maz daļiņu lido tuvu kodolam, tas ir, spēcīga lauka reģionā, un tiek novirzītas lielos leņķos. Šie ir rezultāti, kas tika iegūti Rezerforda eksperimentā.

Tādējādi α-daļiņu izkliedes eksperimentu rezultātā tika pierādīta Tomsona atoma modeļa neatbilstība, izvirzīts atoma uzbūves kodolmodelis un novērtēti atomu kodolu diametri.

Jautājumi

1. Kāds bija Bekerels atklājums 1896. gadā?
2. Pastāstiet, kā tika veikts eksperiments, kura diagramma parādīta 156. attēlā. Kas radās šī eksperimenta rezultātā?
3. Par ko norādīja radioaktivitātes parādība?
4. Kas bija atoms saskaņā ar Tomsona piedāvāto modeli?
5. Izmantojot 157. attēlu, pastāstiet, kā tika veikts α-daļiņu izkliedes eksperiments.
6. Kādu secinājumu izdarīja Rezerfords, pamatojoties uz faktu, ka dažas alfa daļiņas, mijiedarbojoties ar foliju, tika izkliedētas lielos leņķos?
7. Kas ir atoms saskaņā ar Rezerforda kodolmodeli?

NODARBĪBAS TĒMA: “Radioaktivitātes atklāšana.

Alfa, beta un gamma starojums."

Nodarbības mērķi.

Izglītojoši – paplašināt studentu izpratni par pasaules fizisko ainu, izmantojot radioaktivitātes fenomena piemēru; studiju modeļi

Attīstošs – turpināt prasmju veidošanos: teorētiskā pētījuma metode fiziski procesi; salīdzināt, vispārināt; izveidot sakarības starp pētāmajiem faktiem; izvirzīt hipotēzes un tās pamatot.

Izglītojot – izmantojot Marijas un Pjēra Kirī dzīves un darba piemēru, parādīt zinātnieku lomu zinātnes attīstībā; parādīt nejaušu atklājumu nejaušību; (doma: zinātnieka, atklājēja atbildība par savu atklājumu augļiem), turpināt veidošanos kognitīvās intereses, kolektīvās prasmes, apvienojumā ar patstāvīgu darbu.

Nodarbības gaita un saturs

. Organizatoriskais brīdis

Nodarbības tēmas un mērķa paziņošana

2.Sagatavošanās mācībām posms jauna tēma

Studentu esošo zināšanu papildināšana pārbaudes veidā mājasdarbs un bēguļojošs frontālā aptauja studenti.

3. Jaunu zināšanu apguves posms (25 min)

Radioaktivitāte uz zemes ir parādījusies kopš tās veidošanās, un cilvēks visā savas civilizācijas attīstības vēsturē ir bijis dabisko starojuma avotu ietekmē. Zeme ir pakļauta fona starojumam, kura avoti ir Saules starojums, kosmiskais starojums, Zemē esošo radioaktīvo elementu starojums.

Kas ir radiācija? Kā tas rodas? Kādi starojuma veidi pastāv? Un kā sevi no tā pasargāt?

Vārds "starojums" nāk no latīņu valodas rādiuss un apzīmē staru. Principā starojums ir visa veida dabā esošais starojums - radioviļņi, redzamā gaisma, ultravioletais un tā tālāk. Bet ir dažādi starojuma veidi, daži no tiem ir noderīgi, daži ir kaitīgi. Parastā dzīvē mēs esam pieraduši lietot vārdu starojums, lai apzīmētu kaitīgo starojumu, kas rodas noteikta veida vielu radioaktivitātes rezultātā. Apskatīsim, kā fizikas stundās tiek skaidrots radioaktivitātes fenomens

Radioaktivitātes atklāšana bija nejaušība. Bekerels uz ilgu laiku pētīja vielu mirdzumu, kas iepriekš bija apstarotas ar saules gaismu. Viņš iesaiņoja fotoplati biezā melnā papīrā, uzlika virsū urāna sāls graudus un pakļāva to spilgtai saules gaisma. Pēc izstrādes fotoplāksne kļuva melna vietās, kur gulēja sāls. Bekerels domāja, ka urāna starojums rodas reibumā saules stari. Bet kādu dienu, 1896. gada februārī, viņš nevarēja veikt citu eksperimentu mākoņainā laika dēļ. Bekerels ielika ierakstu atvilktnē, uzliekot tam ar urāna sāli pārklātu vara krustu. Katram gadījumam attīstījis plāksni pēc divām dienām, viņš atklāja uz tās melnumu izteiktas krusta ēnas veidā. Tas nozīmēja, ka urāna sāļi spontāni, bez jebkādiem ārējām ietekmēm radīt sava veida starojumu. Sākās intensīva izpēte. Drīz Bekerels izveidojās svarīgs fakts: starojuma intensitāti nosaka tikai urāna daudzums preparātā, un tas nav atkarīgs no tā, kādos savienojumos tas ir iekļauts. Līdz ar to starojums ir raksturīgs nevis savienojumiem, bet gan ķīmiskajam elementam urāns. Tad līdzīga kvalitāte tika atklāta torija.

Bekerels Antuāns Anrī franču fiziķis. Viņš absolvējis Politehnisko skolu Parīzē. Galvenie darbi veltīti radioaktivitātei un optikai. 1896. gadā viņš atklāja radioaktivitātes fenomenu. 1901. gadā viņš atklāja radioaktīvā starojuma fizioloģisko ietekmi. 1903. gadā Bekerelam tika piešķirta Nobela prēmija par urāna dabiskās radioaktivitātes atklāšanu. (1903, kopā ar P. Kirī un M. Sklodovsku-Kirī).

Radija un polonija atklāšana.

1898. gadā citi francūži zinātniece Marija Sklodovska-Kirī un Pjērs Kirī no urāna minerāla izdalīja divas jaunas vielas, daudz radioaktīvākas lielākā mērā nekā urāns un torijs. Tādējādi tika atklāti divi iepriekš nezināmi radioaktīvie elementi - polonijs un rādijs. Tas bija nogurdinošs darbs, četrus ilgus gadus pāris gandrīz nepameta savu mitro un auksto šķūni. Polonijs (Po -84) tika nosaukts Marijas dzimtenes Polijas vārdā. Rādijs (Ra -88) ir starojošs, terminu radioaktivitāte ierosināja Marija Sklodovska. Visi elementi ar sērijas numuri vairāk nekā 83, t.i. atrodas periodiskajā tabulā aiz bismuta. 10 gadu laikā sadarbību viņi daudz darīja, lai pētītu radioaktivitātes fenomenu. Tas bija pašaizliedzīgs darbs zinātnes vārdā - slikti aprīkotā laboratorijā un nepieciešamo līdzekļu trūkuma dēļ pētnieki saņēma rādija preparātu 0,1 g apjomā. Lai to paveiktu, viņiem bija nepieciešami 45 mēneši intensīva darba un vairāk nekā 10 000 ķīmiskās atbrīvošanas un kristalizācijas operāciju.

Nobela prēmija fizikā.

RADIOAKTIVITĀTE ir dažu atomu kodolu spēja spontāni pārveidoties citos kodolos, izstarot dažādas daļiņas: jebkuras spontānas radioaktīvā sabrukšana eksotermisks, tas ir, tas izdala siltumu.

Marijas Sklodovskas-Kirī līķis, ielikts svina zārkā, joprojām izstaro radioaktivitāti ar intensitāti 360 bekereli/M3, ar normu aptuveni 13 bq/M3... Viņa tika apglabāta kopā ar vīru...

Radioaktīvā starojuma kompleksais sastāvs

1899. gadā angļu zinātnieka E. Rezerforda vadībā tika veikts eksperiments, kas ļāva noteikt radioaktīvā starojuma sarežģīto sastāvu.

Eksperimenta rezultātā, kas veikts angļu fiziķa vadībā , Tika atklāts, ka rādija radioaktīvais starojums ir nevienmērīgs, t.i. tam ir sarežģīts sastāvs.

Raterfords Ernsts (1871-1937), angļu fiziķis, viens no radioaktivitātes un atoma uzbūves doktrīnas pamatlicējiem, zinātniskās skolas dibinātājs, Krievijas Zinātņu akadēmijas ārvalstu korespondentloceklis (1922) un Krievijas Zinātņu akadēmijas goda loceklis. PSRS Zinātņu akadēmija (1925). Cavendish laboratorijas direktors (kopš 1919). Atklāja (1899) alfa un beta starus un noteica to būtību. Radīja (1903, kopā ar F. Sodiju) radioaktivitātes teoriju. Piedāvāja (1911) atoma planētu modeli. Veikts (1919) pirmais mākslīgais kodolreakcija. Paredzēja (1921) neitrona esamību. Nobela prēmija (1908).

Klasisks eksperiments, kas ļāva noteikt radioaktīvā starojuma sarežģīto sastāvu.

Rādija preparāts tika ievietots svina traukā ar caurumu. Pretī caurumam tika novietota fotoplāksne. Radiāciju ietekmēja spēcīgs magnētiskais lauks.

Gandrīz 90% zināmo kodolu ir nestabili. Radioaktīvie kodoli var izstarot trīs veidu daļiņas: pozitīvi lādētas (α-daļiņas – hēlija kodoli), negatīvi lādētas (β-daļiņas – elektroni) un neitrālas (γ-daļiņas – īsviļņu elektromagnētiskā starojuma kvanti). Magnētiskais lauks ļauj atdalīt šīs daļiņas.

4) Iespiešanās jauda α .β. γ starojums

α-stariem ir vismazākā iespiešanās spēja. 0,1 mm bieza papīra kārta viņiem jau ir necaurspīdīga.

. β-starus pilnībā bloķē vairākus mm bieza alumīnija plāksne.

γ-stari, izejot cauri 1 cm svina slānim, samazina to intensitāti 2 reizes.

5) Fiziskā dabaα .β. γ starojums

γ-starojuma elektromagnētiskie viļņi 10 -10 -10 -13 m

Gamma starojums ir fotoni, t.i. elektromagnētiskais vilnis, nesot enerģiju. Gaisā tas var ceļot lielus attālumus, pakāpeniski zaudējot enerģiju sadursmes ar vides atomiem rezultātā. Intensīvs gamma starojums, ja nav no tā pasargāts, var sabojāt ne tikai ādu, bet arī iekšējos audus. Blīvi un smagi materiāli, piemēram, dzelzs un svins, ir lieliski šķēršļi gamma starojumam.

β-stari ir elektronu plūsma, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam.

α – stari – hēlija atomu kodoli

Jaunu zināšanu nostiprināšanas posms.

1. Kāds bija Bekerela atklājums 1896. gadā?

2. Kā viņi sauca dažu ķīmisko elementu atomu spēju spontāni izstarot?

3. Pastāstiet, kā tika veikts eksperiments, kura diagramma ir parādīta attēlā. Kas izriet no šīs pieredzes?

4. Kā sauca daļiņas, kas veido radioaktīvo starojumu?

5. Ko šīs daļiņas attēlo?

6. Par ko liecināja radioaktivitātes fenomens?

5. Apkopošanas posms, informācija par mājas darbiem.

Mājas darbs §§ 99,100