Радиоактивность. Радиоактивные превращения атомных ядер - Физика атомного ядра - Квантовая физика

Цель: дать учащимся представление о радиоактивности.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

- Что представляет собой атом согласно модели, предложенной Томсоном?

- Как проводится опыт по рассеиванию α-частиц?

- Какой вывод был сделан Резерфордом на основании того, что некоторые α-частицы при взаимодействии с фольгой рассеивались на большие углы?

- Что представляет собой атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом?

- Расскажите, как α-частицы проходят сквозь атомы вещества согласно ядерной модели.

III. Изучение нового материала

Открытие естественной радиоактивности - явление, доказывающее сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности.

Беккерель обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т. е. без каких-либо внешних воздействий) излучает ранее невидимые лучи. Начались интенсивные исследования. Обнаружилось, что излучение урановых солей ионизирует воздух и разряжает электроскоп.

Было установлено, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Свойство присуще химическому элементу урану.

В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) во Франции, а также другие ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем основные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри. Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

В 1989 г., подвергая радиоактивное излучение действию магнитного поля, Э. Резерфорд выделил два вида излучения: α-лучи (тяжелые положительно заряженные частицы, ядра атома гелия) и β-лучи (отрицательно заряженные частицы).

В 1900 г. П. Виклард открыл γ-лучи - нейтральное излучение, где масса покоя равна нулю.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности. Наименьшей проникающей способностью обладают α-лучи.

Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен. Для β-лучей непрозрачной является алюминиевая пластинка при толщине несколько миллиметров. Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, слой свинца толщиной 1 см не является для них непреодолимой преградой.

По своим свойствам γ-лучи напоминают рентгеновские. Это электромагнитные волны с длиной волны от 10^-8 до 10^-11 см.

Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильно отклонялись как в магнитном, так и в электрическом поле. При исследовании было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.

Труднее оказалось выявить природу α-частиц. Окончательно эту задачу решил Резерфорд, α-частицы оказались ядрами атома гелия.

Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении? Уже в самом начале исследования радиоактивности обнаружилось много странного и необычного.

Во-первых, удивительное постоянство, с которым радиоактивные элементы испускают излучения. На протяжении суток, месяцев и лет интенсивность излучения заметно не изменяется. На него не оказывает влияние нагревание или увеличение давления; химические реакции, в которые вступал радиоактивный элемент, также не влияли на интенсивность излучения.

Во-вторых, 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. Это новое вещество, однако, само так же неустойчиво и испытывает превращения с испусканием характерного радиоактивного излучения.

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 99.

Дополнительный материал

Антуан Беккерель

Антуан Беккерель - французский физик, родился 15 декабря 1852 г., в Париже. Сын Александра Эдмонда Беккереля, прославившегося своими исследованиями фосфоресценции. Беккерели: отец, сын и дед - жили в доме французского естествоиспытателя Кювье, принадлежащем Национальному музею естественной истории. В этом доме Анри и сделал свое великое открытие. Мемориальная доска на фасаде гласит: «В лаборатории прикладной физики Анри Беккерель открыл радиоактивность 1 марта 1896 года».

Антуан Беккерель учился в лицее, затем в Политехнической школе, по окончании которой работал инженером в Институте путей сообщения. Но вскоре его постигло горе: умерла его молодая жена, и молодой вдовец с сыном Жаном, будущим четвертым физиком Беккерелем, переезжает к отцу в Музей естественной истории. Сначала он работает репетитором Политехнической школы, а с 1878 г., после смерти деда, становится ассистентом своего отца.

В 1888 г. Анри защищает докторскую диссертацию и ведет вместе с отцом разностороннюю научную работу. Через год его избирают в Академию наук. С 1892 г. он становится профессором Национального музея естественной истории.

Основные работы посвящены оптике (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры) и радиоактивности. В 1896 г., изучая действие различных люминесцирующих веществ на фотопластинку, в частности солей урана, открыл неизвестное излучение, присущее самой урановой соли и ничего общее не имеющее с люминесцирующим излучением. Это явление самопроизвольного излучения солями урана лучей особой природы было названо радиоактивностью.

Пропуская бета-лучи через пересекающиеся электрическое и магнитные поля, он первый измерил отношение заряда к массе бета-частиц и установил, что оно такого же порядка, как и для частиц катодных лучей (1900 г.). Обнаружил в 1901 г. (независимо от П. Кюри) физиологическое действие радиоактивного излучения, а также способность ионизировать газ.

За открытие явления естественной радиоактивности урана Беккерель в 1903 г. был удостоен Нобелевской премии. Обладатель всех знаков отличия Парижской Академии наук, Член Лондонского королевского общества. Летом 1908 г. академия избирает его непременным секретарем физического отделения.

Умер Антуан Анри Беккерель 25 августа 1908 г.