Конспект урокам Открытие нейтрона. Модель ядра. Ядерные силы. Превращение ядер. Ядерные реакции 11 класс.
Урок физики в 11-м классе "Открытие нейтрона. Модель ядра. Ядерные силы. Превращение ядер. Ядерные реакции".
Цели урока:
Изучить протонно–нейтронную модель ядра – основу всех выводов в школьном курсе о строении и свойствах ядра;
Познакомить учащихся с силами- ядерными, существенно отличающиеся от ранее известных.
План урока:
Орг момент.
Введение (1-2 мин.) - сообщение учителя.
Повторение материала (опрос домашнего задания)
Изучение нового материала (20-25 мин.) - рассказ учителя, беседа с учениками.
Закрепления нового материала (15 мин.) - выполнение упражнений.
Домашнее задание (1-2 мин.) - запись на доске.
Ход урока.
Повторение
1. Каков состав атомных ядер?
Ядро (атомное)– это положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточено 99,96% его массы. Радиус ядра ~10–15м, что приблизительно в сто тысяч раз меньше радиуса всего атома, определяемого размерами его электронной оболочки.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Их общее количество в ядре обозначают буквой А и называют массовым числом. Число протонов в ядре Z определяет электрический заряд ядра и совпадает с атомным номером элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Число нейтронов в ядре может быть определено как разность между массовым числом ядра и числом протонов в нем. Массовое число – это число нуклонов в ядре.
Строение атома
Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли электрон, измерили его массу. Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 г., развил Х. Лоренц. Именно он создал электронную теорию: электроны входят в состав атома.
Опираясь на эти открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10-10 м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд(рис.1).
Рис.1
Экспериментальная проверка модели атома Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом (рис. 2).
Рис.2
Рис.3
Пропуская пучок Альфа - частиц через тонкую золотую фольгу, Э. Резерфорд обнаружил, что какая-то часть частиц отклоняется на довольно значительный угол от своего первоначального направления, а небольшая часть – отражается от фольги. Но согласно модели атома Томсона, частицы могли отклоняться только на углы около 200, но появлялись частицы, угол отклонения которых был больше 900 (рис. 3).
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов (рис. ).
Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:
Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.
В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему (рис. 3, 4)
Рис. 4
Рис. 5
Открытие нейтрона
Идея о существовании тяжелой нейтральной частицы казалась Резерфорду настолько привлекательной, что он незамедлительно предложил группе своих учеников во главе с Дж. Чедвиком заняться поиском такой частицы.
Через 12 лет в 1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия? - частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Так был открыт нейтрон. На рис.5 приведена упрощенная схема установки для обнаружения нейтронов.
Рис. 6
Рис.2 – это элементарная частица.
Это не протон-электронная пара, как первоначально предполагал Резерфорд. По современным измерениям масса нейтрона mn = 1,67493·10–27 кг = 1,008665 а.е.м.
В энергетических единицах масса нейтрона равна 939,56563 МэВ.
Масса нейтрона приблизительно на две электронные массы превосходит массу протона.
Протонно-нейтронная модель ядра
Сразу же после открытия нейтрона российский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими исследованиями.
По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду e = 1,60217733·10–19 Кл, то есть равен по модулю отрицательному заряду электрона. В настоящее время равенство зарядов протона и электрона проверено с точностью 10–22. Такое совпадение зарядов двух непохожих друг на друга частиц вызывает удивление и остается одной из фундаментальных загадок современной физики.
Масса протона, по современным измерениям, равна mp = 1,67262·10-27 кг.
Протоны и нейтроны в ядре принято называть нуклонами.
Рис. 7
Символическое обозначение ядра атома
А - число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов (или атомная масса)
Z - число протонов (равно числу электронов)
N - число нейтронов (или атомный номер )
N = A – Z
Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы нуклоновского отталкивания протонов.
Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными.
Особенности ядерных сил:
Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов.
Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер. Ядерные силы заметно проявляются, как показали опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц, лишь на расстояниях порядка размеров ядра (10–14–10–15 м). Ядерные силы очень быстро спадают с расстоянием.
Радиус их действия порядка 0,000 000 000 000 001 метра.
Для этой сверхмалой длины, характеризующей размеры атомных ядер, ввели специальное обозначение Фм (в честь итальянского физика Э. Ферми, 1901-1954).
Все ядра имеют размеры нескольких Ферми.
Радиус действия ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра - концентрация очень плотной материи. Возможно, самой плотной в земных условиях. Ядерные силы - сильные взаимодействия.
На больших расстояниях проявляется действие сравнительно медленно убывающих кулоновских сил.
На основании опытных данных можно заключить, что протоны и нейтроны в ядре притягиваются не зависимо от наличия заряда т. е. ядерные силы не зависят электрического заряда.
ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ
силы притяжения;
действуют между всеми нуклонами в ядре;
короткодействующие.
Рис. 8
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?
В середине XX века теория ядра предсказала существование стабильных элементов с порядковыми номерами Z = 110 - 114.
В Дубне был получен 114-й элемент с атомной массой А = 289, который "жил" всего 30 секунд, что невероятно долго для атома с ядром такого размера. Сегодня теоретики уже обсуждают свойства сверхтяжелых ядер массой 300 и даже 500.
Атомы с одинаковыми атомными номерами называют изотопами: в таблице Менделеева
они расположены в одной клеточке (по-гречески изос - равный, топос - место).
Химические свойства изотопов почти одинаковы. Если элементов всего в природе - около 100, то изотопов - более 2000.
Многие из них неустойчивы, то есть радиоактивны, и распадаются, испуская различные виды излучений.
Изотопы одного и того же элемента по составу отличаются лишь количеством нейтронов в ядре (рис.7).
Рис. 9
Решение задач:
1. Сколько нуклонов, протонов и нейтронов содержится в ядрах следующих элементов:
11 23Na A = 23 N = 23 – 11 = 12 Z = 11
1121 Na A = 21 N = 21 – 11 = 9 Z = 11
49 B A = 9 N = 9 – 4 = 5 Z = 4
Самостоятельно: 816O 37Li 612C 714N 1327Al 92235U 82207Pb
2. Чем отличаются следующие элементы:
817О и 816О 92235U и 92239U
Самостоятельная работа 1
Вариант 1
1. Напишите уравнения следующих ядерных реакций:
алюминий (2713Al) захватывает нейтрон и испускает
·-частицу;
азот (147N) бомбардируется
·-частицами и испускает протон.
2. Закончите уравнение ядерных реакций:
3517
·Cl + 10n 11p +
136C + 11p
73Li + 11p 2
105B + 42He 10n +
2412Mg + 42He 2714Si +
5626Fe + 10n 5625Mn +
Ответы: а) 137N; б) 11p; в) 10n; г) 147N; д) 42He; е) 3516S
3. Определите энергетический выход реакций:
73Li + 10n 42He + 13H;
94Be + 42He 10n + 136C.
Вариант 2
1. Напишите уравнения следующих ядерных реакций:
фосфор(3115Р) захватывает нейтрон и испускает протон;
алюминий (2713Al) бомбардируется протонами и испускает
·-частицу.
2. Закончите уравнение ядерных реакций:
188О + 11p 10n +
115B + 42He 10n +
147N + 42He 178О +
126C + 10n 94Be +
2713Al + 42He 3015Р +
2411Na 2412Mg + 0-1е +
Ответы: а) 42He; б) 189F; в) 147N; г) 10n; д)
·; е) 11p
3. Определите энергетический выход реакций:
63Li + 11p 42He + 32He;
199F + 11p 42He + 168O.
После выполнения самостоятельной работы проводится самопроверка.
1 вариант.
1. Кто открыл явление радиоактивности?
А) М. Кюри; Б) Дж. Томсон; В) Беккерель; Г) Э. Резерфорд
2. Изменяется ли атом в результате радиоактивного распада?
А) не изменяется; Б) изменяется запас энергии атома, но атом остается того же химического элемента; В) атом изменяется, превращается в атом другого химического элемента; Г) в результате радиоактивного распада атом полностью исчезает.
3. Что такое [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]- излучение?
А) поток быстрых двухзарядных ионов гелия; Б) поток быстрых электронов; В) поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии; Г) поток нейтральных частиц.
4. Какой прибор позволяет наблюдать следы заряженных частиц в виде полосы из капель воды в газе?
А) фотопластинка; Б) счетчик Гейгера-Мюллера; В) камера Вильсона; Г) электронный микроскоп.
5. В атомном ядре содержится 25 протонов и 30 нейтронов. Каким положительным зарядом, выраженным в элементарных электрических зарядах +е, обладает это атомное ядро?
А) +5е; Б) +30е; В) +25е; Г) 0.
6. Из каких частиц состоят ядра атомов?
А) из протонов; Б) из нейтронов; В) из протонов, нейтронов и электронов; Г) из протонов и нейтронов.
7. Сколько электронов содержится в электронной оболочке нейтрального атома, у которого ядро состоит из 6 протонов и 8 нейтронов?
А) 6; Б) 8; В) 2; Г) 14.
8. Какие частицы из перечисленных ниже легче других способны проникать в атомное ядро и вызывать ядерные реакции?
А) электроны; Б) нейтроны; В) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]-частицы; Г) все перечисленные в выше.
9. Какая частица Х образуется в результате реакции [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Li + [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]?
А) гамма-квант; Б) электрон; В) позитрон; Г) нейтрон.
10. Массовое число – это:
А) число протонов в ядре; Б) число нейтронов в ядре; В) число электронов в электронной оболочке; Г) число нуклонов в ядре.
1 вариант
В
В
Б
В
В
Г
А
Б
Г
Г
2 вариант.
1. По какому действию было открыто явление радиоактивности?
А) по действию на фотопластинку; Б) по ионизирующему действию; В) по следам в камере Вильсона; Г) по вспышкам света, вызываемым в кристаллах ударами частиц.
2. Что такое [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]-излучение?
А) поток быстрых двухзарядных ионов гелия; Б) поток быстрых электронов; В) поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии; Г) поток нейтральных частиц.
3. Что такое [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]-излучение?
А) поток быстрых двухзарядных ионов гелия; Б) поток быстрых электронов; В) поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии; Г) поток нейтральных частиц.
4. Что одинаково у атомов разных изотопов одного химического элемента и что у них различно?
А) одинаковы заряды и массы атомных ядер, различны химические свойства атомов; Б) одинаковы заряды, различны массы ядер и химические свойства; В) одинаковы заряды ядер и химические свойства, различны массы ядер; Г) одинаковы массы ядер, различны химические свойства и заряды ядер.
5. Какой прибор при прохождении через него ионизирующей частицы выдает сигнал в виде кратковременного импульса электрического тока:
А) счетчик Гейгера; Б) фотоэлемент; В) динамик; Г) камера Вильсона.
6. В атомном ядре содержится Z протонов и N нейтронов. Чему равно массовое число М этого ядра?
А) Z; Б) N; В) Z-N; Г) Z+N.
7. Энергия связи рассчитывается по формуле:
А) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Е=[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]m·c; Б) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Е=[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]m·c2; В) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Е=m·c2; Г) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Е=[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]m·V2.
8. Для вычисления энергии связи ядра в СИ в каких единицах нужно выразить значение дефекта массы?
А) в а. е. м; Б) в МэВ; В) в мг; г) в кг.
9. В реакции [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]ядром какого изотопа является ядро Х?
А) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; Б) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; В) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; Г) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
10. Ядро изотопа [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]содержит:
А) 3р и 7n; Б) 3р и 4 n; В) 3р и 10n; Г) 7р и 3 n.
Самооценивание
Проведем самопроверку. Выставим себе оценку по объему мешка:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ](маленький) –“3”, (средний) –“4”, (большой) –“5”
- Проведем самопроверку. Вспомним слайд №2 (мешки знаний) и выставим себе оценку по объему мешка: (маленький) –“3”, (средний) –“4”, (большой) –“5”
Спасибо за работу на уроке!
- Урок подошел к завершению, запишем домашнее задание: §38, 39, упр. 11 (8,9) стр.153
- Домашнее задание: с чувством, толком изучить записи в тетради по пройденной теме. До свидания. Урок окончен.
Средняя школа № 31
Методическая разработка урока по физике
"Открытие нейтрона. Модель ядра. Ядерные силы. Превращение ядер. Ядерные реакции".
11 «Б» класс
(общественно-гуманитарное направление)
Учитель физики Иванченко Галина Николаевна
5.03.2015 год
Пос. Жалагаш
Рисунок 1Рисунок 7