Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Новосибирской области
«Барабинский медицинский колледж»
Цикловая методическая комиссия общих гуманитарных,
социально-экономических дисциплин
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
комбинированного занятия
для преподавателя
Дисциплина: Физика
Раздел 4 «Квантовая физика и элементы астрофизики»
Тема 4.4 Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность
для специальности:«Сестринское дело»
по программе базовой подготовки
курс 1
Барабинск, 2014 г
Рассмотрена на заседании
ЦМК ОГСЭД
Протокол № ___________
От ____________ 20___г.
Председатель ЦМК
______________________
(Ф. И. О.)
______________________
(подпись)
Разработчик: преподавательфизики 1 квалификационной категорииВашурина Т. В.
Содержание
Методический лист ………………………………………………………4
Формирование требований ФГОС при изучении темы ………………5
Выписка из тематического плана дисциплины «Физика» ……...…….6
Актуальность изучения темы ……………………………………………7
Примерная хронокарта занятия ………………………………………...8
Блок информации по теме ………………………………………………11
План самостоятельной работы студентов ……………………………..18
Приложение №1 ………………………………………………………….19
Приложение №2 …………………………………………………………20
Приложение №3 …………………………………………………………21
Приложение №4 …………………………………………………………21
Домашнее задание ……………………………………………………….22
Перечень оборудования и оснащения …………………………………23
Перечень литературы …………………………………………………...23
Методический лист
Тема 4.4 «Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность»
Вид занятия: комбинированный урок.
Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный.
Уровень усвоения информации:первый (узнавание ранее изученных объектов, свойств) + второй (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством)
Образовательные цели: углубить знания о структуре атома, сформировать представления обучающихся о радиоактивности, ознакомить с природой альфа-, бета- и гамма-излучений. Рассмотреть вклад российских и зарубежных ученых в исследование радиоактивности различных элементов.
Воспитательные цели: развивать коммуникативные способности через организацию работы в малых группах; создавать содержательные и организационные условия для развития самостоятельности в добывании студентами знаний, скорости восприятия и переработки информации, культуры речи, воспитании настойчивости в достижении цели; формировать умение работать в коллективе, команде.
Развивающие цели: развивать активность студентов, умения анализировать, сравнивать, делать выводы и обобщать.
Формирование требований ФГОС при изучении темы
«Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность»
В результате изучения темы обучающийся должен знать:
смысл понятий: - элементарные частицы, радиоактивность, ионизирующее излучение;
смысл закона радиоактивного распада;
вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие физики.
В результате изучения темы обучающийся должен уметь:
описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов: радиоактивность тория;
применять полученные знания для решения физических задач;
использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернета).
Изучение темы 4.4 способствует формированию у обучающихся следующих общих компетенций:
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения задач, оценивать их выполнение и качество.
ОК 6. Работать в коллективе и команде.
Выписка из тематического плана
дисциплины «Физика»
специальность сестринское дело
| Тема 4.4 Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность.
| Содержание учебного материала | 2
|
| Атомное ядро. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Подбор и изучение литературных источников, работа с периодической печатью. |
| Лабораторная работа | - |
| Практическое занятие | - |
| Контрольная работа | - |
| Самостоятельная работа обучающихся: - Работа с электронным приложением к учебнику «Физика 11»; - работа с учебником [2, с. 286-296]; - работа с конспектом лекции.
| 1 |
Актуальность изучения темы
Развитие жизни на земле всегда происходило в присутствии радиационного фона окружающей среды. Радиоактивное излучение - это не нечто новое, сотворенное разумом человека, а вечно существующее явление.
Многие загрязняющие среду вещества, которые являются по своей сути побочными продуктами нашего технологического века, новы и уникальны в том смысле, что объем их производства в настоящее время значительно превышает тот, что был ранее. Например, ряд химических веществ, используемых в качестве пищевых добавок и пестицидов, дым и многочисленные продукты сжигания угля и нефти не существовали на Земле в значительном количестве до тех пор, пока люди не начали развивать промышленное производство. В результате своей деятельности человечество встретилось с абсолютно новой опасностью. Ранее ни одно из живых существ в своей естественной среде обитания не подвергалось столь интенсивному и продолжительному воздействию дыма и продуктов сгорания. Так появилось вредное воздействие, которое испытали в основном рабочие фабрик и заводов, а в XX веке - каждый городской житель.
Радиация - совсем иное дело, она присутствовала всегда. И все, чем мы сегодня на нее влияем, заключается в добавлении к существующему фону дополнительной дозы излучения, в результате использования созданных человеком устройств. С самого начала жизнь во всех ее проявлениях развивалась на Земле на фоне постоянно существующей радиации. Поэтому есть все основания полагать, что живые организмы должны хорошо переносить ее воздействие в том случае, если уровень последней не слишком высок.
Особое беспокойство у нас вызывает рост применения ионизирующего излучения в медицине, промышленности и энергетике. Никогда еще человечество не внедряло свою новую технологию с такой опаской.
Примерная хронокарта занятия по теме «Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность»
(время занятия 90 минут)
| № | Этапы занятия | Деятельность | Цель этапа занятия | Оснащение этапа | Мин. |
| преподавателя | студентов |
| 1 | Орг. момент. | Приветствие. Проверка готовности аудитории. | Дежурный информирует об отсутствующих. Контроль внешнего вида студентов. | Мобилизация внимания, выявление готовности аудитории к занятию. | Журнал группы. | 1 |
| 2 | Актуализация опорных знаний. | Предоставляет возможность повторить домашнее задание, озвучивает вопрос и заслушивает ответы студентов. | Повторяют домашнее задание, отвечают устно с места. | Выявление степени подготовки студентов к занятию и степень усвоения материала по предыдущей теме. Развитие грамотной речи обучающихся, самоконтроль своих знаний. | Вопросы для устного опроса (Приложение №1) | 10 |
| 3 | Сообщение темы занятия, постановка цели, обозначение актуальности данной темы. | Сообщает тему занятия, определяет цель, обосновывает значимость изучаемой темы. | Слушают, записывают дату и тему занятия в рабочих тетрадях. | Обозначить цель занятия, заинтересовать обучающихся, сконцентрировать их внимание. | Методическая разработка, мультимедийное оборудование, мультимедийная презентация. | 2 |
| 4 | Изучение нового материала по плану. | Излагает новый материал, демонстрирует презентацию. | Слушают, конспектируют. | Дать понятие регистрирующего устройства, рассмотреть методы регистрации частиц, их преимущества и недостатки. Рассмотреть исторические факты, свидетельствующие о радиоактивности химических элементов, правила смещения. | Методическая разработка (блок информации), мультимедийное оборудование, мультимедийная презентация, ЭОР, таблица Менделеева Д. И. | 25 |
| 5 | Первичное закрепление знаний | Раздает вопросы для первичного закрепления материала. | Отвечают на вопросы. | Первичное закрепление и систематизация материала, ликвидация пробелов в понимании в полученных знаниях. | Методическая разработка, презентация. Приложение №2 | 15 |
| 6 | Решение задач на запись реакции при альфа- и бета-распаде | Разбор задачи, алгоритма ее решения. Контролирует решение задач студентами, указывает на ошибки. | Работают на местах и у доски. | Отработать навык решения задач на правила смещения при альфа- и бета-распадах. Организация собственной деятельности, выбор типовых методов и способов решения задач, оценка их выполнения. | Физика11 Разноуровневые самостоятельные и контрольные работ А. Кирик стр. 141 №1-6 устно, стр. 146 №1,2,3 | 15 |
| 7 | Задание на самостоятельную работу. | Раздает контролирующий материал, проводит инструктаж по выполнению работы, определяет время самостоятельной работы студентов. | Слушают преподавателя, задают вопросы. | Развитие скорости восприятия и переработки информации, пунктуальности. | Слайд презентации с инструкциями, задания для самостоятельной работы студентов. | 2 |
| 8 | С. р. Контроль текущих теоретических и практических знаний, контроль конечного уровня знаний. | Контролирует ход работы, помогает, указывает на ошибки. | Работают в малых группах, используют текст учебника, решают задачи по образцу. | Закрепление материала, формирование умения делать выводы, обобщать. Формирование умения работать в команде. Контроль усвоения знаний и умений учащихся. | Задания для итогового контроля. Приложение №3 | 15 |
| 9 | Итоговый контроль. | Контролирует взаимопроверку, поясняет критерии оценки. | Предоставляют выполненное задание, сопоставляют ответы с эталонами, выставляют оценки. | Закрепление знаний по теме, выявление степени усвоения материала. | Слайд презентации с эталонами ответов и критериями отметки (приложение №4). | 3 |
| 10 | Подведение итогов занятия, выставление оценок. | Оценивает работу группы в целом, индивидуально, обоснование полученных студентами оценок. | Слушают, задают вопросы, участвуют в обсуждении. | Развитие эмоциональной устойчивости, объективности оценки своих действий, умения работать в малых группах, команде. | Журнал группы. | 1 |
| 11 | Домашнее задание | Проводит инструктаж по выполнению домашнего задания. | Слушают, записывают, задают вопросы. | Оптимизация самоподготовки, определение объема самостоятельной внеаудиторной работы. | Слайд презентации с дифференцированным домашним заданием. | 1 |
Блок информации
План изложения учебного материала по теме «Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность»
1. Методы регистрации элементарных частиц
1.1 Газоразрядный счётчик Гейгера
1.2 Камера Вильсона
1.3 Пузырьковая камера
1.4 Метод толстослойных фотоэмульсий
2. Из истории открытия
3. Естественная радиоактивность
Изучение нового материала
1. Методы регистрации элементарных частиц
1.1 Газоразрядный счётчик Гейгера
Счётчик Гейгера- один из важнейших приборов для автоматического счёта частиц.
Счётчик состоит из стеклянной трубки, покрытой изнутри металлическим слоем (катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод).
Рис. 1
Трубка заполняется газом, обычно аргоном. Действие счётчика основано на ударной ионизации. Заряженная частица (электрон, Ј- частица и т.д.), пролетая в газе, отрывает от атомов электроны и создаёт положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между анодом и катодом (к ним подводится высокое напряжение) ускоряет электроны до энергии, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счётчик резко возрастает. При этом на нагрузочном резисторе R образуется импульс напряжения, который подаётся в регистрирующее устройство. Для того чтобы счётчик мог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд необходимо погасить. Это происходит автоматически. Так как в момент появления импульса тока падение напряжения на разгрузочном резисторе R велико, то напряжение между анодом и катодом резко уменьшается – настолько ,что разряд прекращается.
Счётчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов и Y-квантов (фотонов большой энергии). Однако непосредственно Y- кванты вследствие их малой ионизирующей способности не регистрируются. Для их обнаружения внутреннюю стенку трубки покрывают материалом, из которого Y-кванты выбивают электроны.
Счётчик регистрирует почти все попадающие в него электроны; что же касается Y- квантов,то он регистрирует приблизительно только один Y-квант из ста. Регистрация тяжёлых частиц ( например , Ј-частиц) затруднена, так как сложно сделать в счётчике достаточно тонкое «окошко», прозрачное для этих частиц.
1.2 Камера Вильсона
Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды. Эти ионы создаёт вдоль своей траектории движущаяся заряженная частица.
Прибор представляет собой цилиндр с поршнем 1 (рис. 2), накрытый плоской стеклянной крышкой 2. В цилиндре находятся насыщенные пары воды или спирта. В камеру вводится исследуемый радиоактивный препарат 3, который образует ионы в рабочем объеме камеры. При резком опускании поршня вниз, т.е. при адиабатном расширении, происходит охлаждение пара и он становится перенасыщенным. В этом состоянии пар легко конденсируется. Центрами конденсации становятся ионы, образованные пролетевшей в это время частицей. Так в камере появляется туманный след (трек) (рис.3), который можно наблюдать и фотографировать. Трек существует десятые доли секунды. Вернув поршень в исходное положение и удалив ионы электрическим полем, можно вновь выполнить адиабатное расширение. Таким образом, опыты с камерой можно проводить многократно.
Рис.3
Если камеру поместить между полюсами электромагнита, то возможности камеры по изучению свойств частиц значительно расширяются. В этом случае на движущуюся частицу действует сила Лоренца, что позволяет по искривлению траектории определить значение заряда частицы и ее импульс. На рисунке 4 приведен возможный вариант расшифровки фотографии треков электрона и позитрона. Вектор индукции В магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости чертежа за чертеж. Влево отклоняется позитрон, вправо — электрон.
1.3 Пузырьковая камера
Отличается от камеры Вильсона тем, что перенасыщенные пары в рабочем объеме камеры заменяются перегретой жидкостью, т.е. такой жидкостью, которая находится под давлением, меньшим давления ее насыщенных паров.
Пролетая в такой жидкости, частица вызывает возникновение пузырьков пара, образуя тем самым трек (рис.5).
В исходном состоянии поршень сжимает жидкость. При резком понижении давления температура кипения жидкости оказывается меньше температуры окружающей среды.
Жидкость переходит в неустойчивое (перегретое) состояние. Это и обеспечивает появление пузырьков на пути движения частицы. В качестве рабочей смеси применяются водород, ксенон, пропан и некоторые другие вещества.
Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. Пробеги частиц вследствие этого оказываются достаточно короткими , и частицы даже больших энергий застревают в камере . Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции.
1.4 Метод толстослойных фотоэмульсий
Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующие действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра.
Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При появлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зёрен серебра образует трек частицы.
По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими, но при фотографировании их можно увеличить. Преимущество фотоэмульсии состоит в том, что время экспозиции может быть сколько угодно большим. Это позволяет регистрировать редкие явления. Важно и то, что благодаря большой тормозящей способности фотоэмульсии увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.
2. Из истории открытия
Именно плохая погода стала причиной открытия естественной радиоактивности, т.к. из-за пасмурной погоды в течение нескольких дней Анри Беккерель не мог изучать флюоресценцию солей металлов. Открытие явления - 1896 г. французский ученый Анри Беккерель при постановке опытов с солями урана.
Без каких-либо внешних влияний на уран А. Беккерелем было зарегистрировано неизвестное излучение.
В 1898 г. М. Склодовская - Кюри обнаружила излучение тория. а также открыла новые радиоактивные химические элементы полоний и радий.
В 1911 году на Южном Урале работала специальная экспедиция Академии наук, одним из результатов работы которой стала находка 15 килограммов самарскита. Это радиоактивный минерал. Экспедиция носила специальный "радиевый" характер и найденный радиоактивный минерал предназначался для Марии Склодовской-Кюри.
3. Естественная радиоактивность
Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение атомных ядер одного химического элемента в ядра атомов другого химического элемента, сопровождаемое радиоактивным излучением.
Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
Естественная радиоактивность химических элементов не зависит от внешних условий.
Три вида радиоактивного излучения
В 1899 г. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух компонентов, которые он назвал "альфа-лучи" и "бета-лучи".
В 1900г. французский физик Ф. Вилард установил, что в состав излучения входят еще и гамма-лучи.
Опыт Резерфорда
Поведение радиоактивного излучения было изучено в магнитном поле. Радиоактивный элемент был помещен в узкий свинцовый стакан, напротив которого размещалась фотопластинка. Вся установка размещалась в вакууме.
В отсутствие магнитного поля на фотопластинке было обнаружено в центре одно пятно засветки от излучения.
В магнитном поле пучок излучения распался на три. Составляющие отклонялись в противоположные стороны: пятно на фотопластинке по середине оставляла составляющая, не имеющая заряда, две другие составляющие радиоактивного излучения отклонялись в противоположные стороны, что доказывало присутствие заряженных частиц в излучении.
В результате опыта Э. Резерфорд доказал, что радиоактивное излучение является неоднородным.
Свойства радиоактивных лучей
Альфа-излучение (альфа лучи) - это поток полностью ионизированных ядер атомов гелия.
Бета-излучение (бета-лучи) - это поток электронов.
Гамма-излучение (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение.
для 
распада,
для 
распада
План самостоятельной работы студентов
Тема «Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность»
| № | Название этапа | Описание этапа | Цель | Время |
| 1 | Актуализация опорных знаний. | Фронтальный опрос домашнего задания. Приложение №1. | Выявление степени усвоения материала по предыдущей теме. | 10 |
| 2 | Первичное закрепление знаний. | Самостоятельно отвечают на вопросы, затем вслух формулируют ответы к ним. Приложение№2. | Закрепление полученных знаний, формирование умений анализировать, сравнивать и обобщать. | 15 |
| 3 | Решение расчетных задач. | Самостоятельное решение задачи по образцу. Физика11 Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы А. Кирик стр. 141 №1-6 устно, стр. 146 №1,2,3 | Отработка навыка решения задач по теме. | 15 |
| 4 | Контроль конечного уровня знаний. | Выполнение задания для итогового контроля. Приложение№3. Взаимопроверка. Приложение №4. | Контроль усвоения знаний и умений учащихся. Выработка умения оценивать конечный результат выполнения заданий. Выявление степени достижения цели занятия. | 15 |
Приложение №1
Устный опрос по теме «Уровни энергии в атоме. Излучение и поглощение энергии атома»
Основные вопросы темы:
1. Квантовые постулаты Бора
2. Модель атома водорода по Бору
3. Первый тип квантового перехода (без излучения и поглощения электромагнитной энергии атомом)
4. Поглощение света
Приложение №2
Вопросы для первичного закрепления материала
1. Какие методы регистрации элементарных частиц вам известны?
2. Каков принцип действия и устройство счетчика Гейгера?
3. Каков принцип действия и устройство камеры Вильсона?
4. Каков принцип действия и устройство пузырьковой камеры?
5. В чем заключается метод толстослойных фотоэмульсий?
6. Что представляют собой α-лучи? (α-лучи – это поток частиц, представляющих собой ядра гелия)
7. Что представляют собой β-лучи? (β-лучи – это поток электронов, скорость которых близка к скорости света в вакууме)
8. Что представляет собой γ-излучение? (γ-излучение – это электромагнитное излучение, частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.)
9. Что такое радиоактивность? (самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие называется естественной радиоактивностью.)
10 Правило смещения для альфа-распаде (При α-распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м. В результате α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической системы Менделеева)
11 Правило смещения для бета-распаде (При β-распаде из ядра вылетает электрон, что увеличивает заряд ядра на 1, масса же остается почти неизменной. В результате β-распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической таблицы Менделеева)
12 Что происходит при гамма-излучении? (γ-излучение – не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало.)
Приложение №3
Задания для итогового контроля
ВАРИАНТ 1.
1. Написать реакцию α-распада магния 2212Mg .
2. Написать реакцию β-распада натрия 22 11Na
3. В результате какого радиоактивного распада плутоний 23994Pu превращается в уран 235 92U?
4. Написать реакцию двух α-распадов радия 226 88Ra.
ВАРИАНТ 2.
1. Написать реакцию α-распада урана 235 92U.
2. Написать реакцию β-распада плутония 239 94Pu .
3. В результате какого радиоактивного распада натрий
22 11Na превращается в магний 22 12Mg?
4. Написать реакцию двух β-распадов свинца 209 82Pb
Приложение №4
Эталоны ответов к заданиям итогового контроля
| № задания/вариант | 1 вариант | 2 вариант |
| 1 | 18 10Ne | 231 90Th |
| 2 | 22 12Mg | 239 95Am |
| 3 | Альфа-распад | Бета-распад |
| 4 | 218 84Po | 209 84Po |
Критерии оценки: за решение 2-х заданий – «3» балла
за решение 3-х задач (имеются незначительные недочеты) – «4» балла
за решение 4-х задач – «5» баллов
Домашнее задание
Цель: Определить объем информации для самостоятельной работы, обратить внимание на значимые моменты.
На оценку «3»: Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г.&97-100 читать, конспект учить.
На оценку «4»: Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г.&97-100 читать, пересказ, конспект учить, упр. 14 (1).
На оценку «5»: Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г.&97-100 читать, пересказ, конспект учить, упр. 5 (1), доклады по желанию студентов: «Анри Беккерель», «Мария Складовская-Кюри», «Влияние радиации на организм человека».
Перечень оборудования и оснащения
1. Доска
2. Компьютерное и мультимедийное оборудование
3. Электронное учебное пособие (приложение к учебнику)
4. Таблица Менделеева Д. И.
4. Мультимедийная презентация
5. Задания для итогового контроля
Литература
Основные источники:
Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон.носителе: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 20-е изд. - М. : Просвещение, 2011. – 399 с.
Физика. Задачник. 10-11 кл. [Текст]: пособие для общеобразоват. учреждений / А. П. Рымкевич. – 9-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2005. – 188, [4] с.
Дополнительные источники:
1. Электронное учебное пособие (приложение к учебникуГ. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс)
2. Физика-11. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы [Текст] / Л. А. Кирик ; Харьков: «Гимназия», 2001. – 191 с.
10
Получите свидетельство
Вход
Урок физики "Методы регистрации заряженных частиц. Естественная радиоактивность" (0.3 MB)
0
569
26
Нравится
0
