Сокращения: "У" - учитель, "?" - вопрос, "О" - ответ
Цели урока:
- Образовательная: ввести понятие периода полураспада, вывести закон радиоактивного распада, научить решать задачи разного типа по теме урока.
- Развивающая: продолжить формирование умения анализировать, обобщать, применять полученные знания при решении задач (качественных, графических, расчетных), умения работать в группе, развитие самостоятельности.
- Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-материалистического мировоззрения учащихся (представлений о статистических закономерностях микромира).
Оборудование: мультимедиапроектор.
Ход урока
Организационный этап
Класс сразу, в начале урока делится на группы по уровням (по 4-5 человек). Списки групп - на столах. 1 уровень - более сильные учащиеся, планирующие сдавать ЕГЭ по физике - 2 группы (гомогенные). Остальные группы - 2 и 3 уровни - гетерогенные, смешанные.
Проверка Д/з
?: Что мы изучили на прошлом уроке?
О: : (был урок по теме "Радиоактивные превращения")
У: Проверим ваше домашнее задание: как вы усвоили основные теоретические выводы по теме прошлого урока.
1) Один человек на доске записывает решение карточки из домашнего задания с реакциями радиоактивных распадов. (Приложение 1)
2) Класс в это время пишет физический диктант "Да-нет" по домашнему заданию. (Приложение 2)
Инструктаж: В физическом диктанте 1 вариант, 7 вопросов. Ответы короткие: "да", если утверждение верное, "нет", если ложное. Ответы необходимо продублировать в двух столбцах таблицы. Подписать и сдать отрывной лист с одним экземпляром ответов, второй с текстом диктанта оставить у себя для последующей проверки и выставления себе оценки. Время выполнения - 3,5 мин. Критерии выставления оценок - на слайде.
Когда собраны ответы, диктант проверяем по презентации (Приложение 3): слайд с вопросом, учащиеся дают свой ответ, после чего следует слайд с ответом. И т.д. 8-й вопрос, которого не было в диктанте: "Одна из физических величин, характеризующих радиоактивный распад, называется периодом полураспада", создает проблемную ситуацию, осознание недостаточности имеющихся знаний для ответа на него, мотивацию изучения нового материала. Ответ "???" соответствует ощущениям учащихся, разряжает обстановку. Затем на экран еще раз выводится слайд с критериями выставления оценок и слайд с таблицей правильных ответов.
У: Кто поставил себе "5"? "4"? Молодцы! Проверим ваше Д/з (карточки). Посмотрите на доску. Со всем ли вы согласны?
Целеполагание
Тема сегодняшнего урока "Закон радиоактивного распада. Период полураспада". (слайд) (Приложение 4) Запишите тему урока в тетрадях.
Как вы уже сказали, на прошлом уроке мы рассмотрели радиоактивные превращения, научились записывать их уравнения. Экспериментальные факты свидетельствуют о том, что активность радиоактивных веществ, показывающая количество распадов в единицу времени, с течением времени убывает.
?: С одинаковой ли скоростью убывает активность различных радиоактивных веществ (интенсивность излучения)?
О: Нет.
У: Мы знаем, что активность (интенсивность излучения) некоторых радиоактивных элементов почти не меняется в течение лет, десятков лет и более (например, уран). А некоторых - убывает в разы за несколько минут (например, радий). Такое существенное различие! До сих пор мы описывали его лишь качественно. Но физика - точная наука, она требует количественного описания процессов. Как описать процесс радиоактивного распада количественно? Что необходимо сделать?
О: Необходимо ввести новую физическую величину.
У: В физике такую величину ввели. Она называется периодом полураспада. Вам знакомо это понятие?
О: Нет.
?: Тогда что нам необходимо сделать? Как бы вы сформулировали цель сегодняшнего урока (глядя на тему)?
О: Ввести понятие (сформулировать определение) периода полураспада; вывести закон радиоактивного распада; научиться решать задачи по новой теме.
У: Совершенно верно. Сегодня мы выясним, что в физике называется периодом полураспада, выведем закон радиоактивного распада, решим задачи. Это будет целью урока. (слайд)
Изучение нового материала
1. ?: Давайте вспомним, при изучении каких физических процессов вы встречались с понятием "период"?
О: При изучении движения тела по окружности, колебательных и волновых процессов.
?: Как мы определяли период при рассмотрении движения тела по окружности?
О: Период - время одного полного оборота.
?: При рассмотрении колебательных и волновых процессов?
О: Период - время одного полного колебания.
?: То есть что такое период для любого периодического процесса?
О: Время, характеризующее процесс, его повторяемость.
?: Что называют радиоактивностью?
О: Самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.
Иначе говоря, распад одних ядер и превращение их в другие.
Пусть в начальный момент времени имелось некоторое количество (N0) радиоактивных атомов некоторого химического элемента.
2. ?: Давайте расшифруем, "разберем по составу" термин "полураспад": "полу" и "распад". Что эти два слова могут означать вместе?
О: Распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.
3. ?: Попытайтесь сформулировать определение понятия "период полураспада".
О: Это время, за которое распадается половина имевшихся радиоактивных ядер.
У: Совершенно верно. Запишите это определение в тетрадь. (слайд):
Опр.: период полураспада - время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.
Обозначение: Т
Единица измерения: с
У: Период полураспада - постоянная величина, зависящая только от свойств радиоактивного изотопа.
ЗАДАНИЕ: Найдите рис. 13.8. в учебнике (стр. 299) или см. на экран (слайд)
На рисунке изображен график зависимости активности некоторого радиоактивного изотопа от времени. (Вспомните: активность пропорциональна числу радиоактивных атомов.) Чему равен период полураспада этого изотопа?
О: 5 сут.
Верно. Объясните, как получили ответ (покажите на графике). 1 человек у доски.
4. Вывод формулы
Закон радиоактивного распада - закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий. Получим математическую формулу закона радиоактивного распада.
Итак, N0 - количество радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0).
Пусть N - количество радиоактивных атомов, оставшихся нераспавшимися через время t. Тогда при t = 0 N = N0
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии одного периода полураспада, к моменту времени t = Т?
О: 
?: Сколько радиоактивных атомов N останется нераспавшимися по прошествии двух периодов полураспада, к моменту времени t = 2Т?
О: 
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии трех периодов полураспада, к моменту времени t = 3Т?
О: 
:
?: Сколько радиоактивных атомов N останется по прошествии n периодов полураспада, к моменту времени t = nТ?
О: 
, где 
. Подставим и
преобразуем: 
(для решения задач);
(более
компактная запись).
Последнее выражение - закон радиоактивного распада. Он позволяет вычислить количество нераспавшихся ядер в любой момент времени (зная количество атомов в начальный момент времени). Запишите. (слайд)
Аналогичную форму закон будет иметь для
активности: 
(вследствие пропорциональности активности
препарата количеству радиоактивных ядер). На
следующем уроке мы покажем, что такой же вид
будет иметь закон для масс: 
.
Согласно закону радиоактивного распада за
любые равные промежутки времени распадается
одна и та же доля имеющихся атомов (за период
полураспада - половина). В этом состоит
физический смысл записанного нами выражения. Чем
больше время, тем больше отношение , тем меньше число
нераспавшихся ядер. Со временем оно убывает.
Для решения задач введем еще одно обозначение:
пусть 
-
количество распавшихся ядер. Как тогда найти 
?
О: 
Зная N0 и N через время t, можно определить период полураспада любого радиоактивного вещества.
5. Значение периода полураспада для разных веществ (и их изотопов) колеблется в очень широких пределах - от миллионных долей секунды до миллиардов лет. См. таблицу. (слайд) (Приложение 5)
Период полураспада - одна из основных величин, определяющих скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем меньше "живут" радиоактивные ядра. И тем больше активность вещества. Так, активность урана на протяжении лет заметно не меняется (см. таб.). А активность радия значительно больше и со временем заметно убывает.
6. Закон радиоактивного распада существенно отличается от законов, изученных нами ранее. Этот закон описывает процессы, происходящие в микромире и носит статистический характер. Период полураспада - статистическая величина.
Причина - в том, что статистический, вероятностный характер носят процессы внутри радиоактивных атомных ядер. Все ядра одного радиоактивного изотопа совершенно одинаковы. Любое из них с одинаковой вероятностью может распасться в любой момент времени, и распад каждого ядра никаким образом не влияет на распады других ядер. Распад ядра - случайное событие. Предсказать, когда произойдет распад данного атома, невозможно. Математически оценить можно лишь вероятность распада атома (ядра) в конкретный момент времени.
Поскольку время существования отдельных ядер может колебаться от долей секунды до миллиардов лет, имеет смысл говорить о среднем времени жизни - среднем арифметическом времен жизни большого количества атомов данного вида (статистическая величина). По этой же причине не имеет смысла говорить о периоде полураспада для одного атома, о законе радиоактивного распада для малого числа атомов. Определенная закономерность проявляется лишь для большого количества ядер. При малом же их количестве неизбежными будут отклонения от средних значений, чем меньше атомов, тем отклонения будут заметнее.
Таким образом, на основе закона радиоактивного распада можно утверждать только то, что за время, равное периоду полураспада распадается в среднем (приблизительно) половина имеющихся радиоактивных ядер. Чем больше атомов, тем точнее выполняется закон. Он справедлив для большого количества частиц (границы применимости закона).
Закрепление
Коллективное решение задач
У: Выполним несколько заданий вместе. Задания тестового типа, с вариантами ответов (часть А ЕГЭ, базовый уровень). Будьте внимательны. (слайд):
1. Период полураспада атомов свинца 
составляет 3,3 ч.
Какое утверждение справедливо?
1) за 3,3 часа массовое число каждого ядра свинца уменьшится вдвое
2) за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер
3) за 6,6 часа распадутся все имеющиеся ядра
4) каждые 3,3 часа распадается в среднем одно ядро
О: (2) за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер
У: Тот же вопрос. Но обратите внимание на предложенные варианты ответов.
2. Период полураспада атомов свинца 
составляет 3,3 ч.
Какое утверждение справедливо?
1) за 3,3 часа распадется примерно половина из имеющихся ядер
2) за 3,3 часа распадется в точности половина из имеющихся ядер
3) за 6,6 часа распадутся все имеющиеся ядра
4) каждые 3,3 часа распадается в среднем одно ядро
О: (1) за 3,3 часа распадется примерно половина из имеющихся ядер
?: Почему же вы не выбрали второй вариант ответа, как в предыдущем задании? Ведь задание было тем же самым! (проблемность!)
О: : (слово "в точности" не соответствует действительности)
У: Итак, когда перед вами тестовое задание с вариантами ответа, вы должны из предложенных ответов выбрать тот, который больше соответствует действительности. В нашем случае, хотя вы знаете, что закон радиоактивного распада статистический и за время, равное периоду полураспада распадается приблизительно половина имевшихся радиоактивных ядер, но такого ответа в вопросе № 1 нет, вы выбираете второй вариант ответа (за 3,3 часа распадется половина имевшихся ядер). А вот в вопросе № 2 вас должны правильно сориентировать слова "в точности" и "примерно" (разница принципиальна).
Следующее задание. Вопрос после параграфа 101 из учебника (стр. 301): Счетчик регистрирует b-частицы радиоактивного препарата очень малой интенсивности. Происходят ли срабатывания счетчика через одинаковые интервалы времени?
О: Нет.
?: Почему вы так думаете?
О: Так как каждый распад - случайное событие.
У: Давайте проверим наше предположение. На экране - известный вам счетчик Гейгера. (слайд) Сейчас мы прослушаем запись звука его работы, два фрагмента (знаете: в счетчике Гейгера может использоваться звуковая индикация - щелчки-треск - регистрация частицы).
Ваша задача: внимательно прослушать фрагменты, попытаться заметить:
1) равномерно ли распадаются ядра;
2) меняется ли активность препарата;
3) если меняется, с одинаковой ли скоростью;
4) ответить на вопрос: это препараты одного и того же вещества или разных веществ?
1-й фрагмент (15 секунд)
О: Неравномерно, активность почти не убывает, значит, большой Т.
2-й фрагмент (10 секунд)
О: Неравномерно, активность убывает заметно даже за 10 с, значит, Т меньше, чем в первом случае.
Сравнение. О: Активность убывает с разной скоростью, у препаратов разные периоды полураспада. Значит, это разные вещества (или разные изотопы одного и того же вещества).
Групповая работа. Решение задач
Инструктаж: у каждого из вас на столе своя карточка с заданием. Есть задания общие, есть индивидуальные. Выполнять задания на карточках, в конце урока сдать (на оценку). Время на выполнение - 5-7 минут. Затем проверим. Работа в группе. Общие задания выполнять вместе, можно помогать друг другу в индивидуальных заданиях. Карточки: 1 уровень, 2 и 3 уровни (Приложение 6)
Проверка выполнения заданий группами: у первой группы общие задания - проверяем всем классом, по слайдам. Задача - у одного человека - на доску.
Вторая и третья группы: первое задание - на ватман (начертить графики маркерами разного цвета на одних осях координат, подписать. Один представитель из 1, 3 групп, один из 2, 4: графих зависимости количества распавшихся/нераспавшихся ядер), ответы второго задания - на доску в таблицу (командиры групп выходят к доске и вписывают ответы представителей своей группы в соответствующую строку таблицы. В столбцах ответы представителей разных групп должны совпасть), третье - задача - на доску (один человек).
Рефлексия, подведение итогов урока
Подведение итогов урока, оценки за урок
?: Какую цель мы ставили перед собой в начале урока? Достигли ли мы цели? (слайд)
Д/з: параграф 101, № 1201-1203 (Р) (слайд)
Учебник: Мякишев Г.Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. В.М. Чаругин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М.: Просвещение, 2008. - 399 с.
Приложение