Imię i nazwisko autora:

Tomasz Cap

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Aktywność promieniotwórcza

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach.
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
5) opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego; posługuje się pojęciem czasu połowicznego rozpadu.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
12) opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego; posługuje się pojęciem czasu połowicznego rozpadu; opisuje zasadę datowania substancji na podstawie węgla Indeks górny 14¹⁴C.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. definiuje czas połowicznego zaniku;

2. oblicza aktywność próbki promieniotwórczej;

3. na podstawie wykresu określa czas połowicznego zaniku próbki promieniotwórczej;

4. analizuje sens fizyczny stałej rozpadu;

5. stosuje zdobytą wiedzę do nowego zagadnienia – obliczania gęstości mocy radioizotopu promieniotwórczego.

Strategie nauczania:

formative feedback

Metody nauczania;

wykład informacyjny, rozwiązywanie zadań rachunkowych

Formy zajęć:

praca indywidualna, praca w parach

Środki dydaktyczne:

rzutnik lub ekran do wyświetlenia filmu samouczka

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Uczniowie przypominają prawo zaniku promieniotwórczego, ${\displaystyle N(t)=N_0(\frac{1}{2}{)}^{\frac{t}{T_{1/2}}}}$, oraz definicję czasu połowicznego zaniku TIndeks dolny 1/2_1/2. Nauczyciel podaje czasy połowicznego zaniku dla kilku nietrwałych izotopów, na przykład Indeks górny 3³H, Indeks górny 60⁶⁰Co, Indeks górny 210²¹⁰Po. Następnie rysuje krzywą zaniku dla radu‑226 nie podając dla czasu t=0 konkretnej liczby obiektów NIndeks dolny 0₀ i prosi uczniów, by na podstawie rysunku spróbowali określić czas połowicznego zaniku. Uczniowie rozwiązują w grupach zadanie 6 z zestawu ćwiczeń, a nauczyciel upewnia się, że wszyscy rozumieją pojęcie czasu połowicznego zaniku. Nauczyciel dzieli uczniów na grupy lub pary i każdej przypisuje jeden radioizotop, którym uczniowie będą się zajmować.
Pierwszym zadaniem jest obliczenie NIndeks dolny 0₀ dla 1 g rozważanego izotopu. W razie potrzeby, nauczyciel prosi o przypomnienie definicji liczby Avogadro oraz masy molowej.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel pyta uczniów, jaka część nietrwałych obiektów ulega przemianie w jednostce czasu dla danego radioizotopu. Następnie wprowadza pojęcie czasu życia τtau i stałej zaniku λlambda. Nauczyciel wyjaśnia te pojęcia, oblicza je dla radu‑226, a następnie prosi uczniów o obliczenie τtau i λlambda dla przypisanych im radioizotopów.

Nauczyciel wprowadza pojęcie aktywności promieniotwórczej oraz ilustruje je wzorem ${\displaystyle A(t)=\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}N(t)}$. Wyjaśnia wzór ${\displaystyle A(t)=A_0(\frac{1}{2}{)}^{\frac{t}{T_{1/2}}}}$, rysuje wykres aktywności dla wybranego radioizotopu i naprowadza uczniów na wniosek, że aktywność maleje w czasie w taki sam sposób, jak liczba nietrwałych obiektów w próbce.

Nauczyciel wprowadza jednostkę bekerel (Bq), następnie prosi jednego z uczniów o obliczenie, dla przykładu, aktywności promieniotwórczej 1 g radu‑226. Uczniowie rozwiązują zadanie 7 z zestawu ćwiczeń, w którym wynik należy podać w Bq oraz porównują otrzymany rezultat z aktywnościami radioizotopów, którymi się zajmują.
Uczniowie oglądają film samouczek i na jego podstawie wykonują znajdujące się poniżej polecenia aktywizujące. Nauczyciel upewnia się, że uczniowie potrafią obliczyć czas połowicznego zaniku dla radioizotopów, które mogą ulegać przemianom na drodze różnych procesów.

Faza podsumowująca:

Uczniowie podsumowują zebrane informacje na temat aktywności, a nauczyciel wprowadza pojęcie gęstości mocy. Uczniowie rozwiązują zadanie 8 z zestawu ćwiczeń, w którym oblicza się gęstość mocy polonu‑210. W razie potrzeby, nauczyciel służy pomocą. 
Uczniowie odnoszą się do postawionych sobie celów lekcji, ustalają które osiągnęli, a które wymagają jeszcze pracy, jakiej i kiedy. Nauczyciel dostarcza im informację zwrotną kształtującą.

Praca domowa:

W ramach powtórzenia i utrwalenia wiadomości uczniowie rozwiązują zadania: 2, 3, 4 i 5 z zestawu ćwiczeń.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Film samouczek może być także wykorzystany przez uczniów przy powtarzaniu i utrwalaniu wiadomości.