На этом уроке мы познакомимся с новой темой и узнаем всё о радиоактивности как свидетельстве сложного строения атомов. На нём мы узнаем, когда и кем впервые была открыта радиоактивность и почему она подтверждает сложное строение атомов. Также мы рассмотрим опыт Беккереля с солями урана, на основе которого была установлена эта сложность.
Мы начинаем изучение новой темы «Строение атома и атомного ядра». Начнем мы ее с изучения явления радиоактивности. Мы будем говорить о том, что радиоактивность является подтверждением сложности строения атомов.
Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем. Если взять фосфор, подержать его на свету, потом внести в темную комнату, можно заметить, что он продолжает светиться. Как это происходит, почему это происходит, при каких условиях? В связи с тем, что в 1895 году другой ученый - Рентген - открыл рентгеновские лучи, Беккерель решил выяснить, как связаны рентгеновские лучи с таким свечением. В поисках ответа на эти вопросы Беккерель занимался исследованием излучений, которые создают соли урана.
Опыт Беккереля был достаточно простым. Он брал соли урана, заворачивал их в темную плотную бумагу, а затем выставлял на солнце, чтобы посмотреть, как накопленная энергия потом будет переизлучаться этим веществом. Но случилось так, что однажды он заметил, что фотопластинка засвечивается, даже когда соли урана на солнце не выставлялись. Именно это привело к открытию радиоактивности. Сам Беккерель это излучение называл Х-лучами по аналогии с лучами Рентгена. И в дальнейшем, изучая излучения солей урана, он пришел к выводу: это как раз лучи, которые связаны с особенностями самого вещества, - наличие урана обеспечивает вот это самое Х-излучение.
Вслед за Беккерелем за изучение радиоактивности принялись и другие ученые. В первую очередь французские ученые Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри. Супруги Кюри , в течение двух лет изучая вопрос, связанный с радиоактивностью, установили, что и другие элементы обладают аналогичным излучением, не только уран, а, например, торий.
Исследуя радиоактивность, Кюри удалось получить ряд новых химических элементов (рис. 1). Один элемент - это радий. Радий - в переводе «лучистый»; как оказалось, он в миллионы раз более активен, чем уран. Второй элемент - полоний , менее активный, но тоже обладающий радиоактивностью. Он, кстати, назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри - Польши.
Рис. 1. Некоторые радиоактивные элементы
Вслед за супругами Кюри изучением радиоактивности стал заниматься английский ученый Эрнест Резерфорд. И в 1899 году он провел эксперимент по изучению состава радиоактивного излучения. В чем заключался опыт Э.Резерфорда?
В свинцовый цилиндр была помещена соль урана. Через очень узкое отверстие в этом цилиндре луч попадал на фотопластинку, расположенную над этим цилиндром (рис. 2).
Рис. 2. Схема опыта Резерфорда
В самом начале эксперимента магнитного поля не было. Поэтому фотопластинка так же, как и в опытах супругов Кюри, так же, как в опытах А. Беккереля, засвечивалась в одной точке. Затем было включено магнитное поле, причем так, что величина этого магнитного поля могла изменяться. В результате при малом значении магнитного поля луч разделился на две составляющие. А когда магнитное поле стало еще больше, появилось третье темное пятно. Вот эти пятна, которые образовались на фотопластинке, назвали a-, b-, и g-лучами.
Вместе с Резерфордом над проблемой изучения радиоактивности работал английский химик по фамилии Содди. Содди вместе с Резерфордом поставили эксперимент по изучению химических свойств этих излучений. Стало ясно, что:
a -лучи - поток достаточно быстрых ядер атомов гелия,
b -лучи - на самом деле поток быстрых электронов,
g -лучи - электромагнитное излучение высокой частоты.
Выяснилось, что внутри ядра, внутри атома происходят некие сложные процессы, которые приводят к такому излучению. Вспомним, что само слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». И со времен Древней Греции все считали, что атом - это мельчайшая частица химического элемента со всеми его свойствами, и уже меньше этой частицы в природе не существует. В результате открытия радиоактивности , самопроизвольного излучения различных электромагнитных волн и новых частиц ядер атомов можно говорить о том, что и атом тоже является делимым. Атом тоже состоит из чего-то и имеет сложную структуру.
Список литературы
- Бронштейн М.П. Атомы и электроны. «Библиотечка “Квант”». Вып. 1. - М.: Наука, 1980.
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. - М.: «Просвещение».
- Китайгородский А.И. Физика для всех. Фотоны и ядра. Книга 4. - М.: Наука.
- Кюри П. Избранные научные труды. - М.: Наука.
- Мякишев Г.Я., Синякова А.З. Физика. Оптика Квантовая физика. 11 класс: учебник для углубленного изучения физики. - М.: Дрофа.
- Ньютон И. Математические начала натуральной философии. - М.: Наука, 1989.
- Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. - М.: Наука.
- Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. - М.: Наука.
- Слободянюк А.И. Физика 10. Часть 1. Механика. Электричество.
- Филатов Е.Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. - ВШМФ «Авангард».
- Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. - М.: Наука, 1965.
« Не существует ничего, кроме атомов» Демокрит «Начало вселенной-атомы и пустота. Миров бесчисленное множество. Ничего не возникает из небытия, не исчезает в небытие. Атомы бесчислены по величине и множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля.Последне- суть соединения некоторых атомов. Атомы же неизменяемы вследствие твердости»
Открытие радиоактивности 1895год В.К. Рентген поведал миру об икс-лучах. Эти лучи 22 декабря лучи заинтересовали Антуана Анри Беккереля год Анри Беккерель открыл самопроизвольное излучение солей урана. 26 декабря 1898года - Пьер и Мария Кюри называют это свойство радиоактивностью. 1905год А. Эйнштейн сформулировал основное уравнение фотоэффекта. Исторические сведения
Радиоактивное излучение Радиоактивность появились на земле со времени ее образования, и человек за всю историю развития своей цивилизации находился под влиянием естественных источников радиации. Земля подвержена радиационному фону, источниками которого служат излучения Солнца, космическое излучение, излучение от залегающих в Земле радиоактивных элементов.
Открытие новых радиоактивных элементов Мария Склодовская-Кюри обнаружила излучения тория. Позже она с мужем открыла неизвестные ранее элементы: полоний, радий. В последствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри
Эксперимент, доказывающий, что атом имеет сложный состав: 1899 год «Опыты показывают, что излучение урана неоднородно по составу- в нем присутствуют, по крайней мере, два излучения различного типа, одно очень сильно поглощается, назовем его - излучением, а другое имеет большую проникающую способность, назовем его - излучением»
α - частица Полностью ионизированный атом химического элемента гелия. Положительно заряжены. m = 4 а.е.м. q =2e. Ее скорость м/с
Гамма-частицы частицы Вид электромагнитного излучения Электромагнитное излучение Скорость электромагнитных волн – км/с.
Атом – шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд. Внутри шара находятся электроны. Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю.
Эрнест Резерфорд РЕЗЕРФОРД Эрнст (), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).
« Теперь я знаю как выглядит атом!» mядра = 99,4 mатома Rядра
Планетарная модель атома Н ВОДОРОД 1 1, ЯДРО АТОМ ИОН + ИОН –
Cлайд 1
Радиоактивность как свидетельство сложного строения атома МОУ гимназия №1 городского округа – город Галич Костромской области © Наньева Юлия Владимировна – учитель физикиCлайд 2
Исторические сведения 22 декабря 1895 год: Рентген В.К. (немецкий ученый) поведал миру об икс-лучах (русские физики назвали их икс лучами) Французский ученый Анри Пуанкаре заинтересовался этим открытием, организовал публичную лекцию в Парижской академии наук Среди присутствующих в зале был Антуан Анри Беккерель, который позже, 1 марта 1896 года открыл явление радиоактивности 1898 год: Мария Складовская-Кюри во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория. Впоследствии было обнаружено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными 18 июля 1898 год: Пьер и Мария Кюри сообщили об открытии нового металла, который назвали полонием, в честь родины Марии Кюри, его активность в 400 раз выше активности урана 26 декабря 1898 года супруги сообщили об открытии нового элемента, похожего по химическим свойствам на барий, его активность в 900 раз превышала активность урана. Его назвали радием.
Cлайд 3
Антуан Анри Беккерель (1852–1908), французский физик. Родился в Париже 15 декабря 1852. Окончил Политехническую школу. Отец Беккереля Александр Эдмон Беккерель (1820–1891) и его дед Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) были выдающимися физиками, профессорами Парижского национального естественно-исторического музея. В 1892 Беккерель тоже стал профессором этого музея, а в 1895 был назначен профессором Политехнической школы. Основные работы посвящены оптике (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры) и радиоактивности. В 1896, исследуя действие различных люминесцирующих минералов на фотопластинку, Беккерель случайно обнаружил, что некоторые соли урана вызывают почернение фотопластинок, завернутых в светонепроницаемую черную бумагу или металлическую фольгу. За открытие естественной радиоактивности Беккерель в 1903 был удостоен Нобелевской премии по физике, разделив ее с Пьером и Марией Кюри. Умер Беккерель в Круасике (Бретань) 25 августа 1908.
Cлайд 4
Радиоактивность Открытие естественной радиоактивности – явление, доказывающее сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Антуан Анри Беккерель обнаружил, что некоторые соли урана вызывают почернение фотопластинок, завернутых в светонепроницаемую черную бумагу или металлическую фольгу. Дальнейшие исследования показали, что излучение солей урана не имеет ничего общего с люминесценцией и происходит без всякого выдерживания их на свету. Оказалось, что излучение урановых солей ионизирует воздух и разряжает электроскоп. Радиоактивность (radio – излучаю, activus – действенный) – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению
Cлайд 5
Опыты Резерфорда В 1899 году Эрнестом Резерфордом было доказано, что радиоактивное излучения радия неоднородно.
Cлайд 6
Виды радиоактивных излучений α-частицы – полностью ионизированные атомы гелия (положительно заряженные частицы) β-частицы – быстрые электроны (отрицательно заряженные частицы) γ-излучение – один из диапазонов электромагнитного излучения (нейтральные компоненты излучения) Радиоактивность – свидетельство сложного строения атома
Cлайд 7
Природа α-, β-, γ- излучений mα = 4 а.е.m. qα = 2 е Скорость α-частиц лежит в пределе 10 000 - 20 000 км/с α-частицы - ядра гелия mβ = me qβ = qe Скорость β-частиц доходит до 0,99 скорости света β-частицы – быстрые электроны α -частицы β -частицы γ -излучение Действует на фотопластинку, ионизирует воздух, не отклоняется магнитным путем, поэтому это электромагнитные волны. Энергия гамма-излучения значительно превышает энергию, которую могут излучать электроны из внешней оболочки атома.
Cлайд 8
Проникающая способность излучений Лист бумаги (о,1 мм) Алюминий (5 мм) Свинец (1 см)
Cлайд 9
Радиоактивность Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении? Удивительное постоянство, которым радиоактивные элементы испускают излучения. На протяжении суток, месяцев, лет интенсивность излучения заметно не изменяется. На него не оказывает влияние нагревание или увеличение давления, химические реакции, в которые вступал радиоактивный элемент. Радиоактивность сопровождается выделением энергии, и она выделяется непрерывно на протяжении ряда лет. Откуда же берется эта энергия? При радиоактивности вещество испытывает какие-то глубокие изменения. Было сделано предположение, что превращения претерпевают сами атомы. В дальнейшем было обнаружено, что в результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального. Однако, это новое вещество неустойчиво и испытывает превращения с испусканием характерного радиоактивного излучения.
Cлайд 10
Роль открытия радиоактивности Важная роль радиоактивности в физике ядра связана с тем, что радиоактивное излучение несет информацию о типах частиц и энергетических уровней ядра. Например, испускание альфа-частиц из ядра и относительная устойчивость образования из двух протонов и двух нейтронов косвенно указывает на возможность существования альфа-частиц внутри ядра. Атомное ядро имеет сложное строение. Изучение естественных радиоактивных рядов позволило сделать важные выводы относительно возраста Земли и использовать такие элементы в качестве источников бомбардирующих частиц задолго до того, как были изобретены ускорители частиц.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов
– годы жизни 460-370 до н.э. Древнегреческий ученый, философ – материалист, главный представитель древней атомистики. Считал, что во Вселенной существует бесконечное множество миров, которые возникают, развиваются и гибнут. (предпол. 500-440 до н.э.) - древнегреческий философ-материалист. (ок. 460 - ок. 370 до н.э.) Древнегреческий ученый, философ – материалист, главный представитель древней атомистики. Все тела состоят из частиц – атомов (неделимые)
Открытие радиоактивности В 1896 г. французский физик А.Беккерель обнаружил явление радиоактивности: соли урана самопроизвольно создавали излучение. При проявлении фотоэмульсии след частицы становится видимым. Фотография куска урановой руды и негатив фотопленки, на которую был положен этот кусок руды.
Радиоактивность В 1898г. Мария Склодовская – Кюри обнаружила излучение тория. Совместно с мужем Пьером Кюри выделила полоний № 84, названный так в честь родины М. Склодовской-Кюри – Польши. Был открыт еще один элемент, дающий интенсивное излучение – радий № 88, т.е. лучистый. Явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью. Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными
«Существует на Урале старинное поверье: если вы отправились в лес и увидели там заманчивое кольцо из грибов, никогда не становитесь внутрь. Это кольцо называется “ведьминым”, и ничего хорошего оно не сулит... Однако есть в нашем красивом краю куда более страшное и “заколдованное” колечко, точнее, рукотворный эллипс-восточно-уральский радиоактивный след. Но жить внутри него или даже просто поехать туда на отдых-Боже упаси!» (Сергей Парфенов «Урал» №8 2006г Ежемесячный литературно-художественный и публицистический журнал)
Радиоэкологическая обстановка на Урале неблагоприятна 29 сентября 1957 года на химическом комбинате “Маяк”, произошла крупнейшая авария-взрыв промышленной емкости, где хранились высокорадиоактивные отходы и их мгновенный выброс в окружающую среду.
Южный Урал - аномально-естественная зона по природной радиоактивности. Высокая концентрация радионуклидов особенно в районах Южного Урала, прежде всего в пределах гранитных интрузий, где выявлено Санарское месторождение урана (Челябинская область).
Опыт по обнаружению сложного состава атома В 1899 году под руководством английского ученого Э. Резерфорда, был проведен опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.
Толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Опыт Резерфорда На фотопластинке после проявления обнаружилось тёмное пятно На фотопластинке после проявления обнаружилось три пятна: Центральное (на том же месте, что и раньше) (Ф. Вилард 1900г); Два других – по обе стороны от центрального (1899г Э. Резерфорд).
Три вида излучения α – лучи (излучение)- положительно заряженные частицы β – лучи (излучение)- отрицательно заряженные частицы γ – лучи (излучение) – нейтральные частицы
Свойства радиоактивных излучений
Как должна быть направлена индукция магнитного поля, чтобы наблюдалось указанное на рисунке направление? Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?
Код к тесту 1 вариант 1 Г 2 В 3 В 4 Б 5 Б 2 вариант 1 А,В 2 Б 3 А 4 А 5 В
Правильных ответов Оценка 5 5 (отлично) 4 4 (хорошо) 3 3(удовлетворительно)
Из истории развития науки о строении атома 1897 год – английский учёный Томсон открывает элементарную частицу электрон 1903 год – открытие протона 1903 год - Томсон предлагает “пуд и нговую модель” строения атома, согласно которой атом представляет собой сферу, внутри которой, словно изюм в кексе, располагаются электроны
Модель атома Томсона До открытия атомного ядра в физике существовала модель атома Томсона. Атом считали однородно заряженной положительной сферой, в которую вкраплены электроны
Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно, без внешних воздействий излучает неизвестные невидимые луч) А. Беккерель, М. и П. Кюри, Э.Резерфорд М. и П. Кюри, “радиоактивность” Полоний и радий – частицы Гамма-кванты или лучи – это коротковолновое электромагнитное излучение. Бета – частицы представляют собой поток быстрых электронов, летящих со скоростями близкими к скорости света. Альфа частицы – это потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц 20000км/с Атомы вещества имеют сложный состав.
Домашнее задание § 55
«Строение атома» - Изменение в составе ядер атомов химических элементов. Э. Резерфорд. Открытие радиоактивности. Молекулы. Ученые древности о строении вещества. Строение атома. Джозеф Томсон. Характеристики элементарных частиц. Анри Беккерель. Уильям Крукс. Число электронов в атоме равно числу протонов. Расщепление радиоактивного излучения.
«Урок Радиоактивность» - Для радиоактивных атомов (точнее ядер) не существует понятия возраста. Повторить и расширить знания учащихся по основным темам раздела "Ядерная физика". Не существует стабильных ядер с зарядовым числом Z > 83 и массовым числом A > 209. Искусственная радиоактивность- радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.
«Атом и его строение» - В данных атомах содержится следующее число электронов: кислород - 8, алюминий - 13, хлор - 17. Строение атома. Ответы: Обучающая: повторить, обобщить и систематизировать теоретические знания по темам: "Строение атомов. Сколько электронов содержится в атомах химических элементов: кислорода, алюминия, хлора?
«Физика Радиоактивность» - Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. Французский физик Анри Беккерель 1 марта 1896 года обнаружил по фотопластинке испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности.
«Радиоактивные излучения» - Бета - частица – испускаемый при бета-распаде электрон. Период полураспада. Альфа - частица (a-частица) – ядро атома гелия. Природа радиоактивных излучений. Соль урана самопроизвольно излучает. Правила смещения при a- и b- радиоактивном распаде. Альфа содержит два протона и два нейтрона. Ядра изотопов одного элемента содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
«Явление радиоактивности» - Каковы свойства и природа различных видов радиоактивного излучения? Родился в Одессе 4 марта 1904 года. К таким веществам принадлежат соли урана, с которыми экспериментировал Беккерель. Вопросы для закрепления. Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности. Само же явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.
