Радиоактивность. Открытие естественной радиоактивности

Цель:

• Обучающая: Ввести понятие о естественной радиоактивности; познакомить с явлением радиоактивности, методами научного познания на примере открытия радиоактивности, с выдающимися учеными; рассказать о трудностях изучения радиоактивности и значении открытия этого явления для развития квантовой физики.
• Развивающая: развивать мировоззрение учащихся; навыки умений анализировать, сопоставлять и делать выводы; формирование модели строения атома.
• Воспитание основ нравственного самосознания: на примере жизни и деятельности Марии и Пьера Кюри показать роль ученых в развитии науки; показать неслучайность случайных открытий; (мысль: ответственность ученого, первооткрывателя за плоды своих открытий).

Оборудование: мультимедийный проектор. Для достижения целей урока необходимо создать все условия для эмоционального восприятия: музыкальное сопровождение, позволяющее “заинтриговать” и подготовить учащихся; эмоциональность учителя; подготовленность детей класса для восприятия информации; а так же: визуализация сложного и опасного явления – радиоактивности; визуализация событий из жизни выдающихся людей, моделирование физических явлений, недоступных человеческим органам чувств; темп урока (набирается постепенно).

Тип урока: лекция с элементами беседы

Форма проведения урока: традиционная

Место урока в учебном плане: вхождение в тему “Атом и атомное ядро”.

Приложение, Приложение 1 (видеофильмы)

План урока

Методические рекомендации к изложению нового материала

На наших глазах наука проникает во все сферы жизни, становится элементом быта "вполне и настоящим образом", превращается в непосредственную производительную силу.

Начало нового века стало временем фундаментальных естественнонаучных открытий, прежде всего в области физики и математики.

Мир сложен –
Он полон событий, сомнений
И тайн бесконечных,
И смелых догадок.
Как чудо природы
Является гений
И в хаосе этом
Находит порядок.

Лучи Рентгена. Открытие радиоактивности было непосредственно связано с открытием Рентгена. Более того, некоторое время думали, что это один и тот же вид излучения. Конец 19 в. вообще был богат на открытие различного рода не известных до того “излучений”. В 1880-е английский физик Джозеф Джон Томсон приступил к изучению элементарных носителей отрицательного заряда, в 1891 ирландский физик Джордж Джонстон Стони (1826–1911) назвал эти частицы электронами. Наконец, в декабре Вильгельм Конрад Рентген 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. 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[Pt(CN)4] (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. Первое сообщение Рентгена О новом роде лучей было опубликовано в “Отчетах Вюрцбургского физико-медицинского общества” 28 декабря оно было немедленно переведено и опубликовано в разных странах, выходящий в Лондоне самый известный научный журнал “Nature” (“Природа”) опубликовал статью Рентгена 23 января 1896.

Лучи Беккереля. Открытие Рентгена вскоре привело к не менее выдающемуся открытию. Его сделал в 1896 французский физик Антуан Анри Беккерель. 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 – флуоресценция или фосфоресценция (в 19 в. не было строгого разграничения этих понятий) было знакомо Беккерелю: ею 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 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.

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.

Беккерель хотел установить, испускают ли фосфоресцирующие вещества (калийуранилсульфат) рентгеновские лучи. Но наблюдал нечто другое. И, подобно Рентгену, в одиночку более полутора лет изучал открытое явление. В частности, установил, что источником нового вида лучей является элемент уран – последний в периодической системе.

Друг Беккереля – Пьер Кюри и его супруга Мария Склодовская продолжили начатые им исследования. В 1898 г. они открыли новые радиоактивные элементы – полоний и радий.

Спустя четыре года, после изнурительной работы исследователи из нескольких тонн урановой руды выделили 0,1 грамма радиевой соли. Мария предложила термин "радиоактивность" и доказала, что она имеет атомарный характер. Так были созданы основные предпосылки для всестороннего изучения радиоактивности.

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.

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

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.

Но вот что представляется символичным. В этот год лауреатом премии по литературе стал бельгийский писатель и драматург Морис Метерлинк – автор пьесы-притчи, пьесы-сказки "Синяя птица", исполненной глубокого философского смысла, веры в победу человека над силами природы, в возможности познания ее тайн.

Для Склодовской-Кюри "синей птицей" стала радиоактивность, изучению которой она отдала все силы и способности. Что еще представляется символичным, так то, что в год смерти Марии за открытие искусственной радиоактивности дочь Марии – Ирен и ее муж Фредерик были удостоены Нобелевской премии. Это была первая “цепная” реакция в человеческом исполнении. И её было не удержать. Весь мир занимался проблемой атома. И эта цепная реакция привела к открытию первого атомного реактора и первой атомной бомбы.

Эрнест Резерфорд – великий английский физик, уроженец Новой Зеландии. Своими экспериментальными открытиями Резерфорд заложил основы современного учения о строении атома и радиоактивности. Он первым исследовал состав излучения радиоактивных веществ. Резерфорд открыл существование атомного ядра и впервые осуществил искусственное превращение атомных ядер. Все поставленные им опыты носили фундаментальный характер, отличались исключительной простотой и ясностью.

Существуют три типа радиоактивных излучений. При этом ядро выбрасывает свои составные части в виде частиц, за которыми следует излучение.

Когда ядро испускает частицы, выделяется энергия и образуется другое ядро (атом). Если новое ядро радиоактивно, процесс продолжается, пока не образуется стабильное ядро. Такая последовательность распадов называется радиоактивным рядом.

Изменения, происходящие в ядрах, можно разбить на три группы:

1) изменение одного из нуклонов в ядре;
2) перестройка внутренней структуры ядра;
3) перегруппировка нуклонов из одних ядер в другие.

Было выяснено, что существуют три типа радиоактивного излучения, получившие название альфа-, бетта- и гамма – радиоактивности.

Альфа – лучи состоят из положительно заряженных частиц и обладают наименьшей проникающей способностью (они полностью поглощаются поставленным на их пути листком бумаги)

Бетта-лучи сильно отклоняются в противоположную альфа-лучам сторону, т.е. их заряд отрицателен. При этом пучок бета-лучей расширяется при отклонении, что свидетельствует о разных скоростях частиц в пучке. Проникающая способность больше, чем у альфа-лучей.

Подведение итогов

Запись ОК в тетрадь.