Le phénomène de radioactivité. Détection des particules alpha, bêta et gamma

Rayonnements alpha, bêta et gamma."

Objectifs de la leçon.

Pédagogique – élargir la compréhension des élèves de l’image physique du monde en utilisant l’exemple du phénomène de radioactivité ; modèles d'étude

Du développement – poursuivre la formation des compétences : la méthode théorique d'étude des processus physiques ; comparer, généraliser ; établir des liens entre les faits étudiés ; émettre des hypothèses et les justifier.

Éduquer – à l'aide de l'exemple de la vie et de l'œuvre de Marie et Pierre Curie, montrer le rôle des scientifiques dans le développement de la science ; montrer le caractère non aléatoire des découvertes aléatoires ; (pensée : la responsabilité d'un scientifique, d'un découvreur pour les fruits de ses découvertes), poursuivre la formation d'intérêts cognitifs, de compétences collectives, en combinaison avec un travail indépendant.

Type de cours didactique : étude et consolidation primaire de nouvelles connaissances.

Format du cours : traditionnel

Équipements et matériels nécessaires:

Panneau de danger radioactif ; portraits de scientifiques, ordinateur, projecteur, présentation, cahier d'exercices pour étudiants, tableau périodique de Mendeleev.

Méthodes :

• 
  méthode d'information (messages étudiants)
• 
  problème

« Il ne faut avoir peur de rien, il suffit de comprendre l’inconnu. »

Maria Sklodowska-Curie.

RÉSUMÉ DE LA LEÇON
Motivation des étudiants

Concentrer l'attention des étudiants sur la matière étudiée, les intéresser, montrer la nécessité et les avantages de l'étude de la matière. Les radiations sont des rayons inhabituels qui ne peuvent pas être vus à l'œil nu ni ressentis du tout, mais qui peuvent même pénétrer dans les murs et transpercer une personne.

Étapes de la leçon.

1. 
   Étape organisationnelle.
2. 
   L'étape de préparation à l'étude d'un nouveau sujet, de motivation et de mise à jour des connaissances de base.
3. 
   L'étape d'acquisition de nouvelles connaissances.
4. 
   L'étape de consolidation de nouvelles connaissances.
5. 
   Étape de synthèse, informations sur les devoirs.
6. 
   Réflexion.

1. 
   .Moment d'organisation

Mettre à jour les connaissances existantes des étudiants sous la forme d'une vérification des devoirs et d'une enquête frontale rapide auprès des étudiants.

Je montre un panneau de danger radioactif et pose la question : « Que signifie ce panneau ? Quel est le danger des radiations radioactives ?

3. Étape d'acquisition de nouvelles connaissances (25 min)

La radioactivité est apparue sur terre depuis sa formation, et l'homme tout au long de l'histoire du développement de sa civilisation a été sous l'influence de sources naturelles de rayonnement. La Terre est exposée à un rayonnement de fond dont les sources sont le rayonnement solaire, le rayonnement cosmique et le rayonnement des éléments radioactifs présents dans la Terre.

Qu’est-ce que le rayonnement ? Comment cela se produit-il ? Quels types de rayonnement existe-t-il ? Et comment s’en protéger ?

Le mot « rayonnement » vient du latin rayon et désigne un rayon. En principe, le rayonnement désigne tous les types de rayonnement existant dans la nature : ondes radio, lumière visible, ultraviolette, etc. Mais il existe différents types de rayonnements, certains sont utiles, d’autres sont nocifs. Dans la vie ordinaire, nous avons l’habitude d’utiliser le mot rayonnement pour désigner les rayonnements nocifs résultant de la radioactivité de certains types de substances. Voyons comment le phénomène de radioactivité est expliqué dans les cours de physique
Découverte de la radioactivité par Henri Becquerel.

Peut-être qu'on ne se souviendrait d'Antoine Becquerel que comme d'un expérimentateur très qualifié et consciencieux, mais pas plus, sans ce qui s'est passé le 1er mars dans son laboratoire.

La découverte de la radioactivité était un hasard. Pendant longtemps, Becquerel a étudié la lueur de substances préalablement irradiées par la lumière solaire. Il a enveloppé la plaque photographique dans du papier noir épais, a placé des grains de sel d'uranium dessus et l'a exposée à la lumière du soleil. Après développement, la plaque photographique est devenue noire dans les zones où se trouvait le sel. Becquerel pensait que le rayonnement de l'uranium se produisait sous l'influence de la lumière solaire. Mais un jour, en février 1896, il ne put mener une autre expérience en raison du temps nuageux. Becquerel a mis le disque dans un tiroir du bureau, plaçant dessus une croix de cuivre recouverte de sel d'uranium. Après avoir développé la plaque au cas où deux jours plus tard, il y découvrit un noircissement en forme d'ombre distincte de croix. Cela signifiait que les sels d’uranium créaient spontanément, sans aucune influence extérieure, une sorte de rayonnement. Des recherches intensives ont commencé. Becquerel a rapidement établi un fait important : l'intensité du rayonnement est déterminée uniquement par la quantité d'uranium contenue dans la préparation et ne dépend pas des composés dans lesquels il est inclus. Par conséquent, le rayonnement n’est pas inhérent aux composés, mais à l’élément chimique uranium. Puis une qualité similaire a été découverte dans le thorium.

Becquerel Antoine Henri Physicien français. Il est diplômé de l'Ecole Polytechnique de Paris. Les principaux travaux sont consacrés à la radioactivité et à l'optique. En 1896, il découvre le phénomène de la radioactivité. En 1901, il découvre les effets physiologiques des radiations radioactives. En 1903, Becquerel reçoit le prix Nobel pour la découverte de la radioactivité naturelle de l'uranium. (1903, avec P. Curie et M. Skłodowska-Curie).

Découverte du radium et du polonium.

En 1898, leurs collègues scientifiques français Marie Sklodowska-Curie et Pierre Curie ont isolé deux nouvelles substances du minéral d'uranium qui étaient beaucoup plus radioactives que l'uranium et le thorium. Ainsi, deux éléments radioactifs jusqu'alors inconnus ont été découverts : le polonium et le radium. Pendant quatre longues années, le couple a à peine quitté leur grange humide et froide. Le polonium (Po-84) doit son nom à la patrie de Mary, la Pologne. Le radium (Ra-88) est radiant, le terme radioactivité a été proposé par Maria Sklodowska. Tous les éléments dont le numéro de série est supérieur à 83 sont radioactifs, c'est-à-dire situé dans le tableau périodique après le bismuth. Au cours de 10 années de travail ensemble, ils ont beaucoup fait pour étudier le phénomène de la radioactivité. C'était un travail altruiste au nom de la science - dans un laboratoire mal équipé et en l'absence des fonds nécessaires, les chercheurs ont reçu la préparation de radium en 1902 à raison de 0,1 g. Pour ce faire, il leur a fallu 45 mois de travail intense et plus de 10 000 opérations chimiques de libération et de cristallisation.

Il n’est pas étonnant que Maïakovski ait comparé la poésie à l’extraction du radium :

« La poésie, c’est la même chose que l’extraction du radium. Production par gramme, main d'œuvre par an. Vous épuisez un seul mot pour mille tonnes de minerai verbal.

En 1903, les époux Curie et A. Becquerel reçoivent le prix Nobel de physique pour leur découverte dans le domaine de la radioactivité.

RADIOACTIVITÉ –

Il s'agit de la capacité de certains noyaux atomiques à se transformer spontanément en d'autres noyaux, émettant diverses particules :

Toute désintégration radioactive spontanée est exothermique, c'est-à-dire qu'elle se produit avec dégagement de chaleur.

Message étudiant

Maria Skłodowska-Curie - Physicienne et chimiste polonaise et française, l'une des fondatrices de la doctrine de la radioactivité, est née le 7 novembre 1867 à Varsovie. Elle est la première femme professeur à l'Université de Paris. Pour ses recherches sur le phénomène de radioactivité en 1903, avec A. Becquerel, elle reçut le prix Nobel de physique, et en 1911, pour l'obtention du radium à l'état métallique, elle reçut le prix Nobel de chimie. Elle mourut d'une leucémie le 4 juillet 1934. Le corps de Marie Skłodowska-Curie, enfermé dans un cercueil en plomb, émet encore de la radioactivité avec une intensité de 360 ​​becquerel/M3, avec une norme d'environ 13 bq/M3... Elle a été enterrée avec son mari...

Message étudiant

– Pierre Curie - Physicien français, l'un des créateurs de la doctrine de la radioactivité. Découvert (1880) et étudié la piézoélectricité. Recherches sur la symétrie des cristaux (principe de Curie), le magnétisme (loi de Curie, point de Curie). Avec son épouse M. Sklodowska-Curie, il découvre le polonium et le radium (1898) et étudie les rayonnements radioactifs. Inventeur du terme « radioactivité ». Prix ​​Nobel (1903, conjointement avec Skłodowska-Curie et A. A. Becquerel).

La composition complexe du rayonnement radioactif

En 1899, sous la direction du scientifique anglais E. Rutherford, une expérience fut réalisée permettant de détecter la composition complexe du rayonnement radioactif.

À la suite d'une expérience réalisée sous la direction d'un physicien anglais , Il a été découvert que le rayonnement radioactif du radium est inhomogène, c'est-à-dire il a une composition complexe.

Rutherford Ernst (1871-1937), physicien anglais, l'un des créateurs de la doctrine de la radioactivité et de la structure de l'atome, fondateur d'une école scientifique, membre correspondant étranger de l'Académie des sciences de Russie (1922) et membre honoraire de l'Académie des sciences de Russie. Académie des sciences de l'URSS (1925). Directeur du Laboratoire Cavendish (depuis 1919). Découverte (1899) des rayons alpha et bêta et établi leur nature. Créé (1903, avec F. Soddy) la théorie de la radioactivité. Propose (1911) un modèle planétaire de l'atome. Réalisé (1919) la première réaction nucléaire artificielle. Prédit (1921) l'existence du neutron. Prix ​​Nobel (1908).

Une expérience classique qui a permis de détecter la composition complexe du rayonnement radioactif.

La préparation de radium a été placée dans un récipient en plomb percé d'un trou. Une plaque photographique a été placée en face du trou. Le rayonnement était affecté par un puissant champ magnétique.

Près de 90 % des noyaux connus sont instables. Les noyaux radioactifs peuvent émettre des particules de trois types : chargées positivement (particules α - noyaux d'hélium), chargées négativement (particules β - électrons) et neutres (particules γ - quanta de rayonnement électromagnétique à ondes courtes). Un champ magnétique permet de séparer ces particules.
4) Pouvoir de pénétration α .β. rayonnement γ

Les rayons α ont la capacité de pénétration la plus faible. Une couche de papier de 0,1 mm d'épaisseur leur est déjà opaque.

. Les rayons β sont complètement bloqués par une plaque d'aluminium de plusieurs mm d'épaisseur.

Les rayons gamma, lorsqu'ils traversent une couche de plomb de 1 cm, réduisent leur intensité de 2 fois.

Ondes électromagnétiques de rayonnement γ 10 -10 -10 -13 m

Le rayonnement gamma est constitué de photons, c'est-à-dire onde électromagnétique porteuse d’énergie. Dans l'air, il peut parcourir de longues distances, perdant progressivement de l'énergie à la suite de collisions avec des atomes du milieu. Un rayonnement gamma intense, s'il n'est pas protégé, peut endommager non seulement la peau, mais également les tissus internes. Les matériaux denses et lourds comme le fer et le plomb constituent d’excellentes barrières contre les rayonnements gamma.

S. Becquerel

Les rayons 2. sont….

A. flux d'électrons

3. À la suite de la désintégration , l'élément est déplacé

Option 2

1. Lequel des scientifiques suivants est le découvreur de la radioactivité ?

A. Les Curie

W. Rutherford

S. Becquerel

2. Les rayons  représentent...

A. flux d'électrons

B. flux de noyaux d'hélium

C. ondes électromagnétiques

3. À la suite de la désintégration , l'élément se déplace

A. par cellule vers la fin du tableau périodique

B. deux cellules au début du tableau périodique

C. par cellule au début du tableau périodique
5. Étape de synthèse, informations sur les devoirs.

6. Réflexion sur les activités de la leçon

Terminez la phrase

1. 
   aujourd'hui j'ai découvert...
2. 
   Je me demandais...
3. 
   J'ai réalisé que...
4. 
   maintenant je peux...
5. 
   J'ai appris...
6. 
   Je l'ai fait...
7. 
   J'ai été surpris...
8. 
   m'a donné une leçon de vie...
9. 
   Je voulais...

Maria Sklodowska-Curie.

§§ 99,100
REVOIR

pour l'élaboration méthodologique d'un cours dans la discipline académique Physique

1. 
   Nom, prénom, patronyme de l’auteur – Shepeleva Raïssa Alexandrovna
2. 
   Titre d'emploi - professeur d'enseignement général
3. 
   Nom du développement méthodologique : Découverte de la radioactivité. Rayonnement alpha, bêta et gamma
4. 
   Nom complet de l'établissement d'enseignement OGAOU SPO "Collège Agrotechnologique Rakityan"
5. 
   Adresse de l'établissement d'enseignement village Rakitnoïe, Belgorodskaïa région, st. Kommounarov, 11 ans

Au stade du contrôle et de l'évaluation, il est proposé de procéder à des tests de contrôle. Le matériel de travail vise non seulement à tester les connaissances et les compétences, mais favorise également une utilisation ultérieure au cours de l'étude du sujet.

Les principales formes d'organisation des activités éducatives sont les formes de travail frontal, de groupe et individuel. L'inclusion active des enfants dans le processus éducatif se fait grâce à un processus correctement planifié de définition d'objectifs et de pose de questions problématiques.

Méthodes d'enseignement de base : explicative-illustrative, reproductive, recherche partielle. Les supports pédagogiques sélectionnés contribuent à une meilleure perception et assimilation de la matière.

La consolidation primaire du matériel est réalisée sous forme de travaux d'essais, organisés en groupes.

L'utilisation d'un PC permet non seulement d'améliorer la représentation visuelle de la matière étudiée, mais contribue également à une assimilation plus significative de celle-ci. La présentation de diapositives contient tout le matériel visuel et pratique nécessaire. Tout cela permet d'augmenter la densité du cours et d'augmenter son rythme de manière optimale. L’étape réflexive-évaluative s’est déroulée sous la forme d’un polylogue, pour déterminer le degré de difficultés des étudiants dans l’étude du sujet, ainsi que pour planifier des objectifs individuels à long terme.

1. 
   Nom, prénom, patronyme du critique (au complet) ___________________
2. 
   Titre d'emploi ___________________________________________________
3. 
   Lieu de travail _________________________________________________

Type de cours– une leçon d’apprentissage de nouveau matériel

Formulaire pour apprendre du nouveau matériel– cours magistral donné par un enseignant avec la participation active des étudiants.

Méthodes de cours– verbal, visuel, pratique

Objectifs de la leçon :

• (didactique ou pédagogique) pour assurer pendant le cours l'assimilation des notions de « radioactivité », rayonnement alpha, bêta, gamma. En préparation de la certification finale, répétez les notions : courant électrique, intensité du courant, tension, résistance, loi d'Ohm pour une section de circuit. Continuez à améliorer vos compétences en assemblage de circuits électriques. Poursuivre la formation de compétences pédagogiques générales : planifier une histoire, travailler avec de la littérature supplémentaire
• (des objectifs pédagogiques sont fixés pour l'année) pour continuer à former une vision scientifique du monde chez les étudiants.
• (des tâches de développement sont fixées pour l'année) pour développer les compétences en culture de la parole ; afin de développer l'intérêt cognitif des élèves pour le sujet, des références historiques intéressantes sont prévues pendant la leçon.

Démonstration. Portraits de scientifiques : Démocrite, A. Becquerel, E. Rutherford, M. Sklodowska – Curie, P. Curie.

Tableau« Expérience dans l'étude de la radioactivité »

Progression de la leçon

I. Moment organisationnel. (salut, vérification de l'état de préparation des élèves pour le cours)

II. Discours d'ouverture du professeur.(1 à 3 minutes)

Aujourd'hui, en classe, nous continuons à réviser le matériel étudié précédemment et à préparer la certification finale. Aujourd'hui, nous répétons des concepts tels que

• Courant électrique.
• Force du courant électrique.
• Tension électrique.
• Résistance électrique.
• Loi d'Ohm pour une section d'un circuit.

et améliorer nos compétences dans l'assemblage de circuits électriques simples.

III. Redoublement, préparation à la certification finale. (8-10 minutes)

L'enseignant donne des tâches individuelles aux élèves faibles sous forme de cartes et ils sont autorisés à utiliser des manuels pour accomplir la tâche.

Les étudiants qui ont choisi la physique pour la certification finale reçoivent des travaux pratiques sur l'assemblage de circuits électriques.

Solution du problème expérimental. Assemblez un circuit électrique à partir d'une source de courant, d'une résistance, d'une clé, d'un ampèremètre, d'un voltmètre. À l'aide des lectures de l'instrument, déterminez la résistance de la résistance.

Le reste des étudiants participe à une enquête frontale

• Qu’est-ce que le courant électrique ?
• Quelles particules chargées connaissez-vous ?
• Que faut-il créer dans un conducteur pour qu'un courant électrique y apparaisse et y existe ?
• Énumérez les sources de courant électrique.
• Énumérez les effets du courant électrique.
• Quelle valeur détermine l’intensité du courant dans un circuit électrique ?
• Comment s’appelle l’unité de courant ?
• Quel est le nom de l'appareil de mesure du courant et comment est-il connecté au circuit ?
• Qu’est-ce qui caractérise la tension et qu’est-ce qui est pris comme unité de tension ?
• Quel est le nom de l'appareil de mesure de tension, quelle tension est utilisée dans le circuit d'éclairage de la ville ?
• Qu’est-ce qui cause la résistance électrique et quelle est l’unité de résistance d’un conducteur ?
• Formulez la loi d'Ohm pour une section du circuit et notez sa formule.

Donnez des notes aux élèves pour avoir répété la matière qu'ils ont apprise.

IV. Écrivez vos devoirs : paragraphe 55, répondez aux questions page 182 Répéter 8e année Chapitre 4 « Phénomènes électromagnétiques »

V. Apprendre du nouveau matériel.

Aujourd'hui, nous commençons à étudier le quatrième chapitre de notre manuel, il s'intitule « Structure de l'atome et du noyau atomique ». Utiliser l’énergie des noyaux atomiques.

Le sujet de notre cours est « La radioactivité comme preuve de la structure complexe des atomes » (notez la date et le sujet du cours dans votre cahier).

L’hypothèse selon laquelle tous les corps sont constitués de minuscules particules a été exprimée par le philosophe grec Démocrite il y a 2 500 ans. Les particules étaient appelées atomes, ce qui signifie indivisible. Avec ce nom, Démocrite a voulu souligner qu'un atome est le plus petit, le plus simple, n'ayant aucun élément constitutif et donc une particule indivisible.

Certificat d'information (les messages sont rédigés par les étudiants).

Démocrite – années de vie 460-370 av. Scientifique grec ancien, philosophe - matérialiste, principal représentant de l'atomisme antique. Il croyait que dans l'Univers, il existe un nombre infini de mondes qui naissent, se développent et meurent.

Mais à partir du milieu du XIXe siècle environ, des faits expérimentaux ont commencé à apparaître qui remettaient en question l’idée de​​l’indivisibilité des atomes. Les résultats de ces expériences suggèrent que les atomes ont une structure complexe et qu’ils contiennent des particules chargées électriquement.

La preuve la plus frappante de la structure complexe des atomes fut la découverte du phénomène de radioactivité par le physicien français Henri Becquerel en 1896.

Note d'information

Becquerel Antoine Henri, physicien français, est né le 15 décembre 1852. Il est diplômé de l'École Polytechnique de Paris. Les principaux travaux sont consacrés à la radioactivité et à l'optique. En 1896, il découvre le phénomène de la radioactivité. En 1901, il découvre les effets physiologiques des radiations radioactives. En 1903, Becquerel reçoit le prix Nobel pour la découverte de la radioactivité naturelle de l'uranium. Décédé le 25 août 1908

La découverte de la radioactivité était un hasard. Becquerel a passé beaucoup de temps à étudier la lueur de substances préalablement irradiées par la lumière du soleil. Ces substances comprennent des sels d'uranium, que Becquerel a expérimentés. Il se posait alors une question : les rayons X n'apparaissent-ils pas, avec la lumière visible, après l'irradiation des sels d'uranium ? Becquerel a enveloppé la plaque photographique dans du papier noir épais, a placé des grains de sel d'uranium dessus et l'a exposée à la lumière du soleil. Après développement, la plaque photographique est devenue noire dans les zones où se trouvait le sel. Par conséquent, l’uranium a créé une sorte de rayonnement qui pénètre dans les corps opaques et agit sur la plaque photographique. Becquerel pensait que ce rayonnement était provoqué par les rayons du soleil. Mais un jour, en février 1896, il ne put mener une autre expérience à cause du temps nuageux. Becquerel a mis le disque dans un tiroir, plaçant dessus une croix de cuivre recouverte de sel d'uranium. Après avoir développé la plaque au cas où deux jours plus tard, il y découvrit un noircissement en forme d'ombre distincte de croix. Cela signifiait que les sels d’uranium créaient spontanément, sans aucune influence extérieure, une sorte de rayonnement. Des recherches intensives ont commencé. Becquerel a rapidement établi un fait important : l'intensité du rayonnement est déterminée uniquement par la quantité d'uranium contenue dans la préparation et ne dépend pas des composés dans lesquels il est inclus. Par conséquent, le rayonnement n’est pas inhérent aux composés, mais à l’élément chimique uranium et à ses atomes.

Naturellement, les scientifiques ont tenté de découvrir si d’autres éléments chimiques avaient la capacité d’émettre spontanément. Marie Skłodowska-Curie a apporté une contribution majeure à ces travaux.

Note d'information

Maria Sklodowska-Curie - Physicienne et chimiste polonaise et française, l'une des fondatrices de la doctrine de la radioactivité, est née le 7 novembre 1867 à Varsovie. Elle est la première femme professeur à l'Université de Paris. Pour ses recherches sur le phénomène de radioactivité en 1903, avec A. Becquerel, elle reçut le prix Nobel de physique, et en 1911, pour l'obtention du radium à l'état métallique, elle reçut le prix Nobel de chimie. Elle mourut d'une leucémie le 4 juillet 1934.

En 1898, M. Sklodowska-Curie et d'autres scientifiques découvrirent le rayonnement du thorium. Par la suite, les principaux efforts de recherche de nouveaux éléments ont été déployés par M. Sklodowska-Curie et son mari P. Curie. Une étude systématique des minerais contenant de l'uranium et du thorium leur a permis d'isoler un nouvel élément chimique jusqu'alors inconnu - le polonium n° 84, du nom de la patrie de M. Sklodowska-Curie - Pologne. Un autre élément a été découvert qui produit un rayonnement intense - le radium n° 88, c'est-à-dire radiant. Le phénomène même de rayonnement aléatoire était appelé radioactivité par les Curie.

Notez « radioactivité » dans votre cahier – (latin) radio – émettre, astivus – efficace.

Par la suite, il a été constaté que tous les éléments chimiques ayant un numéro atomique supérieur à 83 sont radioactifs.

En 1899, sous la direction du scientifique anglais E. Rutherford, une expérience fut réalisée permettant de détecter la composition complexe du rayonnement radioactif.

Note d'information

Ernest Rutherford Physicien anglais, né le 30 août 1871 en Nouvelle-Zélande. Ses recherches portent sur la radioactivité, la physique atomique et nucléaire. Avec ses découvertes fondamentales dans ces domaines, Rutherford a jeté les bases de la doctrine moderne de la radioactivité et de la théorie de la structure atomique. Décédé le 19 octobre 1937

À la suite d'une expérience menée sous la direction du physicien anglais Ernest Rutherford, il a été découvert que le rayonnement radioactif du radium est inhomogène, c'est-à-dire il a une composition complexe. Voyons comment cette expérience a été réalisée.

La figure 1 montre un récipient en plomb à paroi épaisse avec un grain de radium au fond. Un faisceau de rayonnement radioactif provenant du radium sort par un trou étroit et frappe une plaque photographique (le rayonnement du radium est dirigé dans toutes les directions, mais il ne peut pas traverser une épaisse couche de plomb). Après avoir développé la plaque photographique, une tache sombre a été découverte (Fig. 1) - exactement à l'endroit où le faisceau a frappé.

Ensuite, l'expérience a été modifiée (Fig. 2) , créé un champ magnétique puissant qui agissait sur le faisceau. Dans ce cas, trois taches sont apparues sur la plaque développée : l’une, la centrale, était au même endroit qu’avant, et les deux autres étaient sur les côtés opposés de la plaque centrale. Si deux flux s’écartent de leur direction précédente dans un champ magnétique, alors ce sont des flux de particules chargées. Des écarts dans différentes directions indiquaient différents signes des charges électriques des particules. Dans un flux, il n'y avait que des particules chargées positivement, dans l'autre, des particules chargées négativement. Et le flux central était un rayonnement sans charge électrique.

Les particules chargées positivement étaient appelées particules alpha, celles chargées négativement étaient appelées particules bêta et les neutres étaient appelées quanta gamma (Fig. 2). Quelque temps plus tard, grâce à l'étude de certaines caractéristiques physiques et propriétés de ces particules (charge électrique, masse, pouvoir pénétrant), il a été possible d'établir que les quanta ou rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques à ondes courtes, la vitesse de propagation des rayonnements électromagnétiques le rayonnement est le même que celui de toutes les ondes électromagnétiques – 300 000 km/s. Les rayons gamma pénètrent à des centaines de mètres dans l’air.

Les particules bêta sont un flux d'électrons rapides volant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ils pénètrent dans l'air jusqu'à 20 m.

Les particules alpha sont des flux de noyaux d'atomes d'hélium. La vitesse de ces particules

20 000 km/s, soit 72 000 fois plus élevée que la vitesse d'un avion moderne (1 000 km/h). Les rayons alpha pénètrent jusqu'à 10 cm dans l'air.

Ainsi, le phénomène de radioactivité, c'est-à-dire émission spontanée de la matière ? -, ? - Et? – les particules, ainsi que d’autres faits expérimentaux, ont servi de base à l’hypothèse selon laquelle les atomes de la matière ont une composition complexe.

V. Consolidation des connaissances.

VII. Résumer la leçon.

L’idée selon laquelle tous les corps sont constitués de minuscules particules a été formulée par les philosophes grecs Leucippe et Démocrite il y a environ 2 500 ans. Ces particules étaient appelées atomes, ce qui signifie « indivisibles ». Un atome est la particule la plus petite et la plus simple qui ne comporte aucun élément constitutif et est donc indivisible.

Mais vers le milieu du 19e siècle. Des faits expérimentaux ont commencé à apparaître qui remettent en question l’idée de l’indivisibilité des atomes. Les résultats de ces expériences suggèrent que les atomes ont une structure complexe et qu’ils contiennent des particules chargées électriquement.

La preuve la plus frappante de la structure complexe de l’atome fut la découverte du phénomène de radioactivité par le physicien français Henri Becquerel en 1896.

Henri Becquerel (1852-1908)
Physicien français. L'un des découvreurs de la radioactivité

Becquerel a découvert que l'élément chimique uranium émet spontanément (c'est-à-dire sans influences extérieures) des rayons invisibles jusqu'alors inconnus, appelés plus tard rayonnement radioactif.

Les rayonnements radioactifs ayant des propriétés inhabituelles, de nombreux scientifiques ont commencé à les étudier. Il s'est avéré que non seulement l'uranium, mais également certains autres éléments chimiques (par exemple le radium) émettent également spontanément des rayons radioactifs. La capacité des atomes de certains éléments chimiques à émettre spontanément a commencé à être appelée radioactivité (du latin radio - émettre et activus - efficace).

Ernest Rutherford (1871-1935)
Physicien anglais. Il a découvert la composition complexe du rayonnement radioactif du radium et a proposé un modèle nucléaire de la structure de l'atome. J'ai découvert le proton

En 1899, à la suite d'une expérience menée sous la direction du physicien anglais Ernest Rutherford, il a été découvert que le rayonnement radioactif du radium est inhomogène, c'est-à-dire qu'il a une composition complexe. Voyons comment cette expérience a été réalisée.

La figure 156a montre un récipient en plomb à paroi épaisse avec un grain de radium au fond. Un faisceau de rayonnement radioactif provenant du radium sort par un trou étroit et frappe la plaque photographique (le rayonnement du radium se produit dans toutes les directions, mais il ne peut pas traverser une épaisse couche de plomb). Après avoir développé la plaque photographique, une tache sombre a été découverte - exactement à l'endroit où le faisceau a frappé.

Riz. 156. Schéma de l'expérience de Rutherford pour déterminer la composition du rayonnement radioactif

Ensuite, l'expérience a été modifiée (Fig. 156, b) : un puissant champ magnétique a été créé qui agissait sur le faisceau. Dans ce cas, trois taches sont apparues sur la plaque développée : l’une, la centrale, était au même endroit qu’avant, et les deux autres étaient sur les côtés opposés de la plaque centrale. Si deux flux s’écartent de leur direction précédente dans un champ magnétique, alors ce sont des flux de particules chargées. Des écarts dans différentes directions indiquaient différents signes des charges électriques des particules. Dans un flux, il n'y avait que des particules chargées positivement, dans l'autre, des particules chargées négativement. Et le flux central était un rayonnement sans charge électrique.

Les particules chargées positivement étaient appelées particules alpha, celles chargées négativement étaient appelées particules bêta et les neutres étaient appelées particules gamma ou quanta gamma.

Joseph John Thomson(1856-1940)
Physicien anglais. Électron découvert. Proposé l'un des premiers modèles de structure atomique

Quelque temps plus tard, grâce à l'étude de diverses caractéristiques physiques et propriétés de ces particules (charge électrique, masse, etc.), il a été possible d'établir que la particule β est un électron et que la particule α est un corps entièrement ionisé. atome de l’élément chimique hélium (c’est-à-dire un atome d’hélium qui a perdu ses deux électrons). Il s'est également avéré que le rayonnement γ est l'un des types, ou plutôt des gammes, de rayonnement électromagnétique (voir Fig. 136).

Le phénomène de radioactivité, c'est-à-dire l'émission spontanée de particules α, β et α par une substance, ainsi que d'autres faits expérimentaux, ont servi de base à l'hypothèse selon laquelle les atomes d'une substance ont une composition complexe. Puisqu’on savait que l’atome dans son ensemble était neutre, ce phénomène conduisait à supposer que l’atome contenait des particules chargées négativement et positivement.

Sur la base de ces faits et de quelques autres, le physicien anglais Joseph John Thomson a proposé en 1903 l'un des premiers modèles de la structure de l'atome. Selon l'hypothèse de Thomson, l'atome est une sphère dans tout le volume de laquelle une charge positive est uniformément répartie. Il y a des électrons à l’intérieur de cette boule. Chaque électron peut effectuer des mouvements oscillatoires autour de sa position d'équilibre. La charge positive de la boule est égale en ampleur à la charge négative totale des électrons, donc la charge électrique de l'atome dans son ensemble est nulle.

Le modèle de structure atomique proposé par Thomson nécessitait une vérification expérimentale. Il était notamment important de vérifier si la charge positive est bien répartie dans tout le volume de l’atome avec une densité constante. C'est pourquoi, en 1911, Rutherford et ses collaborateurs menèrent une série d'expériences pour étudier la composition et la structure des atomes.

Pour comprendre comment ces expériences ont été réalisées, considérons la figure 157. Les expériences utilisaient un récipient en plomb C contenant une substance radioactive P, émettant des particules α. De ce vaisseau, les particules alpha s'envolent à travers un canal étroit à une vitesse d'environ 15 000 km/s.

Riz. 157. Schéma d'installation de l'expérience de Rutherford sur l'étude de la structure de l'atome

Étant donné que les particules α ne sont pas visibles directement, un écran de verre E est utilisé pour les détecter. L'écran est recouvert d'une fine couche d'une substance spéciale, à cause de laquelle des éclairs se produisent aux endroits où les particules α frappent l'écran, qui sont observées. à l'aide d'un microscope M. Cette méthode d'enregistrement des particules est appelée méthode des scintillations (c'est-à-dire des flashs).

L'ensemble de cette installation est placé dans une cuve dont l'air a été évacué (afin d'éliminer la diffusion des particules α dues à leurs collisions avec les molécules d'air).

S'il n'y a aucun obstacle sur le chemin des particules α, elles tombent sur l'écran dans un faisceau étroit et légèrement en expansion (Fig. 157, a). Dans ce cas, tous les flashs apparaissant sur l’écran se fondent en un seul petit point lumineux.

Si une fine feuille Ф constituée du métal étudié est placée sur le trajet des particules α (Fig. 157, b), alors lors de l'interaction avec la matière, les particules α sont dispersées dans toutes les directions sous différents angles φ (seulement trois angles sont représentés sur la figure : φ1, φ2 et φ3).

Lorsque l'écran est en position 1, le plus grand nombre de flashs se situe au centre de l'écran. Cela signifie que la majeure partie de toutes les particules α ont traversé la feuille, presque sans changer leur direction d'origine (dispersées selon de petits angles). Le nombre de flashs diminue à mesure que vous vous éloignez du centre de l'écran. Par conséquent, avec l’augmentation de l’angle de diffusion φ, le nombre de particules diffusées à ces angles diminue fortement.

En déplaçant l'écran avec le microscope autour de la feuille, vous pouvez constater qu'un certain (très petit) nombre de particules sont dispersées à des angles proches de 90° (cette position de l'écran est indiquée par le chiffre 2) et que certaines particules uniques sont dispersées. à des angles de l'ordre de 180°, c'est-à-dire suite à l'interaction avec le foil, ont été rejetés (position 3).

Ce sont ces cas de diffusion de particules α à de grands angles qui ont fourni à Rutherford les informations les plus importantes pour comprendre la structure des atomes des substances. Après avoir analysé les résultats expérimentaux, Rutherford est arrivé à la conclusion qu'une telle déviation des particules α n'est possible que s'il existe un champ électrique extrêmement puissant à l'intérieur de l'atome. Un tel champ pourrait être créé par une charge concentrée dans un très petit volume (comparé au volume d’un atome).

Un exemple de représentation schématique du modèle nucléaire d'un atome proposé par E. Rutherford

Riz. 158. Trajectoires de vol des particules α lors du passage à travers des atomes de matière

Étant donné que la masse d’un électron est environ 8 000 fois inférieure à la masse d’une particule α, les électrons qui composent l’atome ne pourraient pas changer de manière significative la direction du mouvement des particules α. Par conséquent, dans ce cas, nous ne pouvons parler que des forces de répulsion électrique entre les particules α et la partie chargée positivement de l'atome, dont la masse est nettement supérieure à la masse de la particule α.

Ces considérations ont conduit Rutherford à créer le modèle nucléaire (planétaire) de l'atome (dont vous avez déjà une idée grâce au cours de physique de 8e année). Rappelons que, selon ce modèle, au centre de l'atome se trouve un noyau chargé positivement qui occupe un très petit volume de l'atome. Les électrons se déplacent autour du noyau dont la masse est bien inférieure à la masse du noyau. Un atome est électriquement neutre car la charge du noyau est égale au module de la charge totale des électrons.

Rutherford a pu estimer la taille des noyaux atomiques. Il s'est avéré que, selon la masse de l'atome, son noyau a un diamètre de l'ordre de 10 -14 - 10 -15 m, c'est-à-dire il est des dizaines voire des centaines de milliers de fois plus petit qu'un atome (un atome a un diamètre d'environ 10 à 10 m).

La figure 158 illustre le processus des particules α traversant les atomes de matière du point de vue du modèle nucléaire. Cette figure montre comment la trajectoire de vol des particules alpha change en fonction de la distance qui les sépare du noyau qu'elles volent. L'intensité du champ électrique créé par le noyau, et donc la force d'action sur la particule α, diminue assez rapidement à mesure que l'on s'éloigne du noyau. Par conséquent, la direction de vol d’une particule ne change considérablement que si elle passe très près du noyau.

Étant donné que le diamètre du noyau est beaucoup plus petit que le diamètre de l'atome, la plupart des particules α traversent l'atome à des distances du noyau telles que la force répulsive du champ qu'elles créent est trop faible pour changer de manière significative la direction du mouvement. des particules α. Et très peu de particules volent à proximité du noyau, c'est-à-dire dans la région d'un champ intense, et sont déviées selon de grands angles. Ce sont les résultats obtenus dans l'expérience de Rutherford.

Ainsi, à la suite d'expériences sur la diffusion des particules α, l'incohérence du modèle atomique de Thomson a été prouvée, un modèle nucléaire de la structure de l'atome a été proposé et les diamètres des noyaux atomiques ont été estimés.

Questions

1. Quelle a été la découverte faite par Becquerel en 1896 ?
2. Racontez-nous comment a été réalisée l'expérience dont le schéma est présenté à la figure 156. Qu'est-ce qui est ressorti de cette expérience ?
3. Qu’indique le phénomène de radioactivité ?
4. Qu'est-ce qu'un atome selon le modèle proposé par Thomson ?
5. À l’aide de la figure 157, expliquez comment l’expérience de diffusion des particules α a été réalisée.
6. Quelle conclusion Rutherford a-t-il tirée sur la base du fait que certaines particules alpha, lorsqu'elles interagissaient avec la feuille, étaient diffusées à de grands angles ?
7. Qu'est-ce qu'un atome selon le modèle nucléaire de Rutherford ?

Il y a environ 2 500 ans, les philosophes grecs Leucippe et Démocrite suggéraient que tous les corps qui nous entourent étaient constitués de minuscules particules invisibles à l’œil humain. Ils appelaient ces particules des atomes, ce qui signifiait « indivisibles ». Soulignant ainsi qu’un atome est la plus petite particule qui ne peut pas être divisée et qu’elle n’a aucun élément constitutif.

Mais vers le milieu du XIXe siècle, la théorie de l’indivisibilité des atomes commença à contredire certains faits expérimentaux. L'idée a commencé à émerger que les atomes ne sont pas les plus petites particules, mais qu'ils ont une structure complexe et qu'ils contiennent peut-être d'autres particules chargées électriquement.

Découverte du phénomène

En 1896, un physicien français, Henri Becquerel, découvre le phénomène de radioactivité des atomes. Il a découvert que l'élément chimique uranium, sans aucune influence extérieure, c'est-à-dire spontanément, émet des rayons invisibles inconnus de la science. Par la suite, ces rayons ont commencé à être appelés rayonnements radioactifs. Cela est devenu la preuve la plus frappante de l’erreur de la théorie de l’indivisibilité des atomes.

À cette époque, de nombreux scientifiques ont commencé à étudier les rayonnements radioactifs. Il s'est avéré qu'en plus de l'uranium, certains autres éléments chimiques émettent également spontanément des rayons radioactifs.

• Cette propriété des atomes de certains éléments chimiques est appelée radioactivité.

Détection des particules alpha, bêta et gamma

Plus tard, en 1899, le physicien anglais Rutherford découvrit que le rayonnement radioactif du radium avait une composition complexe, c'est-à-dire qu'il était hétérogène. Pour établir cela, l'expérience suivante a été réalisée : un récipient en plomb à paroi très épaisse a été pris et un grain de radium y a été placé. Le navire avait une ouverture très étroite au sommet. Des rayons radioactifs de radium en sortaient.

Une plaque photographique a été placée sur le dessus du navire. Après le développement de la plaque photographique, une tache sombre a été trouvée exactement à l'endroit où tombait le faisceau de rayons radioactifs. Ensuite, l’expérience a changé. Un récipient contenant du radium a été placé dans un champ magnétique puissant. Après avoir développé la plaque, il y avait trois points dessus. L’un, comme précédemment, est au centre et les deux autres sont sur les côtés opposés.

L'écart indiquait que les rayons radioactifs sont des flux de particules chargées. Et comme il y a eu une déviation dans des directions différentes, cela signifie que certaines particules ont des charges différentes. Certaines particules étaient chargées positivement, d’autres négativement et certaines (le flux central) n’avaient aucune charge.

Chacune de ces particules a reçu son propre nom. Les particules chargées positivement ont commencé à être appelées particules alpha, particules chargées négativement - particules bêta et neutres - particules gamma.

• L'émission spontanée de rayonnement radioactif par une substance a servi de la base de l'hypothèse selon laquelle les atomes des substances ont une composition complexe et ne sont pas indivisibles.