Радиоактивность. Период радиоактивного распада и дифференциальные уравнения

*
Повторить и расширить знания учащихся по основным темам раздела "Ядерная физика".
Изучить новые физические процессы и явления, используя дифференциальные уравнения.
Рассмотреть необходимость защиты от действия радиоактивного излучения.
Используя Интернет-ресурсы, найти дополнительные сведения по теме урока.
Цель урока:

*
Ход урока
1.Подготовка к восприятию нового материала
(фронтальная беседа)
Вопросы:
1.Историческая справка об открытии радиоактивности
2.Опыт Резерфорда по изучению строения атома.
3.Квантовые постулаты Бора.Какова их роль?
4.Каков состав атомного ядра?
5. Что такое стабильность ядра?
6.Что такое энергия связи нуклонов в ядре?

*
Дифференциальные уравнения.
Биологическое действие радиации
Естественная радиоактивность
Задача интегрированного урока следующая:
показать, что многие процессы природы, можно описать с помощью математических уравнений. Недаром говорят: «Математика- царица всех наук».
I I. Изучение нового материала.
Период полураспада
Тесты
План:

*
1932 г Иваненко и Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель
атомного ядра
Модель ядра

*
Силы, связывающие нуклоны в ядре, называются ядерными.
Ядерные силы короткодействующие (радиус действия 10-15 м)
Ядерные силы >> сил электрического взаимодействия зарядов
Ядерные силы действуют между нуклонами независимо от их заряда (протон-протон, нейтрон-протон, нейтрон-нейтрон)
Каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом
ближайших к нему нуклонов

*
Естественная радиоактивность- радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе. У больших ядер нестабильность возникает вследствие конкуренции между притяжением
нуклонов ядерными силами и кулоновским отталкиванием протонов.
Не существует стабильных ядер с зарядовым числом Z > 83 и массовым числом A > 209.
Искусственная радиоактивность- радиоактивность изотопов,
полученных искусственно при ядерных реакциях.
Виды радиоактивности

*
Радиоактивность – это
самопроизвольное превращение
одних ядер в другие,
сопровождаемое испусканием
различных частиц.
Естественная радиоактивность

*
Закон радиоактивного распада
Период полураспада

*
Дифференциальные уравнения
Решение многих задач физики сводится к задаче нахождения функций,
удовлетворяющих уравнению
Зная формулу производной показательной функции, легко догадаться,
что решением уравнения (1) является любая функция вида
Так как С произвольно, у уравнения (1) бесконечно много решений.
Докажем, что других решений, кроме функций вида(2), уравнение (1)
не имеет
Для этого рассмотрим произвольную функцию f, удовлетворяющую
уравнению (1), и вспомогательную функцию

*
:
Подставляя
Из равенства производной функции g нулю следует, что g(x)=C
при всех X
Из (3) получаем:
Найдем ее производную

*
Радиоактивный распад
Пусть в начальный момент времени масса радиоактивного вещества равна:
m(0)=
(4)
Экспериментально установлено, что скорость уменьшения массы
вещества m(t) со временем t пропорциональна его количеству, т.е.
Промежуток времени T, через который масса радиоактивного
вещества уменьшается в 2 раза, называется периодом полураспада
этого вещества.
Зная T, можно найти К. Так как

*
Например, для радия Т=1550 лет.
Поэтому К=ln2\1550=0,000447
Через миллион лет от начальной
массы радия
Следовательно,

*
Сам закон радиоактивного распада прост
N=N0 2-t/ Т ,
представить его непросто.
Скорость распада не меняется. Радиоактивные атомы «не старают»
Распад любого атомного ядра – это так сказать, не «смерть от старости», а «несчастный случай» в его жизни. Для радиоактивных атомов (точнее ядер) не существует понятия возраста. Можно определить лишь среднее время жизни Т. Предсказать, когда произойдёт распад данного атома, не возможно. Этот закон справедлив для большого количества частиц.
Период полураспада постоянная величина, которая не может быть изменена
такими доступными воздействия, как охлаждение, нагрев, давление и т.д.
этого закона
Физический смысл :

*
Закрепление и проверка знаний
Решить задачи.
1. К началу радиоактивного распада имели 1г радия А.
Через сколько минут его останется 0,125г,
если его период полураспада равен 3 минуты?(9минут)
2. Период полураспада радиоактивного вещества равен 1 час. Через сколько часов его количество уменьшится в 10 раз? (1\lg2=3,322ч.)
3.Имелось некоторое количество радиоактивного радона. Количество радона уменьшилось в 8 раз за 11,4 дня. Каков период полураспада радона?(3,8 дня) Решение:
4.Какие силы действуют между нуклонами в атомных ядрах и какими свойствами они обладают?

*
5.Сколько протонов и нейтронов содержит
следующий химический элемент?
Закрепление знаний

*
Количество электронов-29
Количество протонов-29
Количество нейтронов-64-9=35
Ответ на 5 вопрос

*
6.При бета-распаде из ядра вылетает электрон. Внутри ядер электроны существовать не могут .
Объясни этот парадокс.?
Закрепление

*
Электроны возникают при β-распаде в результате превращения нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами. Среднее время жизни свободного нейтрона составляет около 15 минут. При распаде нейтрон превращается в протон и электрон
Бета распад
Ответ на вопрос №6

*
8.Что называют периодом полураспада радиоактивного вещества?.
9.Что он характеризует?
10.Каков характер этого распада?
11.Как выглядит график зависимости спада активности радиоактивного элемента от времени?
12.Приведите примеры периодов полураспада некоторых радиоактивных элементов?
Закрепление

*
Биологическое действие радиации.
Способы защиты от радиации.
Как курение связано с радиацией? (презентация суда над«Никотиновой».)
Изотопы. Их получение и применение.
Ядерное оружие.
Дополнительные сведения
полученные из интернета

*
Подводный взрыв атомной бомбы.
Взрыв атомной бомбы

*
Ядерная свалка

*
Биологическое действие
ионизирующих излучений
D=Е/m
1 Гр=1Дж/кг
Доза поглощенного излучения – это отношение энергии ионизирующего
излучения к массе облучаемого тела.
Ионизация атомов
и молекул
вещества
Переход атомов и
молекул в возбужденное
состояние
Курить-здоровью вредить

*
Допустимая доза облучения
< 0,25 Гр
Доза облучения, вызывающая лучевую болезнь
1 - 6 Гр
Смертельная доза облучения
6 - 10 Гр
Это стоит запомнить

*
Рассмотрев вопросы радиоактивности, периода полураспада и его описание с помощью дифференциальных уравнений, биологического действия радиации и курения, последствия после радиоактивного облучения, пришли к следующему заключению: необходимо изучать законы природы,разумно их использовать для нужд человека ,беречь, и охранять окружающую среду. Всегда помнить, что мы маленькая частичка нашей Вселенной, которую можно так легко разрушить, а вместе с ней и погубить себя.
Результаты тестов показатели степень усвоения материала.
Интегрированный урок помог лучшему усвоению материала а также показал большие возможности использования Интернета.
Оценки за урок.
Выводы