Методическая разработка урока по физике по теме: Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Дефект массы ядра.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ТОРЕЗСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬСТВА, ТЕХНОЛОГИЙ И СЕРВИСА»

Преподаватель физики: Петриченко Ольга Васильевна

Конспект урока по физике

Тема: Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Дефект массы ядра.

Цели урока: познакомить обучающихся с понятиями: дефект масс, ядерные силы и энергия связи ядра;

сформировать умение определять энергию связи

Задачи урока:

развивать умение сравнивать, анализировать, строить аналогии, обобщать;

формировать практические навыки решении задач;
продолжить формирование познавательного интереса;

активизация мыслительной деятельности, формирование мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: опорные конспекты, карточки-задания. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

Ход урока

1.     Организационный момент.

1) Приветствие.

2) Проверка готовности обучающихся к уроку.

3) Организация внимания.

4) Сообщение темы и целей урока.

2.     Актуализация опорных знаний

3.     Изучение нового материала.

Проработка теоретического материала

4.     Закрепление нового материала

5.     Подведение итогов урока. Рефлексия

6.     Домашнее задание

2. Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос

1. Когда и кем были открыты протон и нейтрон?
2. Какие свойства имеет протон?
3. Какие свойства имеет нейтрон?
4. Почему была предложена нуклонная модель ядра Гейзенберга-Иваненко?
5. Как определяется заряд ядра?
6. Как определяется массовое число ядра?
7. Почему изотопы называют разновидностями атомов одного и того же химического элемента?
8. Почему изотопы делятся на стабильные и нестабильные

3.      Изучение нового материала.

Теоретический материал

В состав атомного ядра входят положительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Назревает закономерные вопрос: как частицы одного знака держатся вместе, ведь на них действуют электрические силы отталкивания. Значит, должны существовать какие-то еще силы, гораздо мощнее электрических, которые сдерживали бы все частицы, составляющие ядро атома, вместе. Такие силы назвали ядерными. Особенностью ядерных сил является то, что они действуют только на коротких расстояниях. Именно этим объясняется тот факт, что действие этих сил в самом ядре

Г. Мозли (Англия) установил, что положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен числу протонов.

Масса протона, как и масса нейтрона, приблизительно в 1840 раз больше массы электрона. Протоны и нейтроны находятся в ядре, поэтому масса атома почти равна массе ядра. Масса ядра, как и масса атома, определяется суммой числа протонов и числа нейтронов. Эта сумма называется массовым числом атома. Массовое число атома (A) = Число протонов (Z) + Число нейтронов (N) A=Z+N 

Протоны и нейтроны, входящие в состав любого ядра, не являются неделимыми элементарными частицами, а состоят из кварков.

Кварки, в свою очередь, взаимодействуют друг с другом, непрерывно обмениваясь глюонами – переносчиками истинно сильного взаимодействия (оно в тысячи раз сильнее того, которое действует между протонами и нейтронами в ядре). В результате протоны и нейтроны оказываются очень сильно связанными системами, которые невозможно разбить на составные части.

Энергия связи нуклонов в ядре, дефект массы.

Устойчивость атомного ядра характеризуется энергией связи (Е_св.).

Точнейшие измерения показывают, что масса покоя ядра М всегда меньше суммы масс покоя составляющих ее протонов и нейтронов: М_я< Zm_p+ Nm_n.

Дефект масс – величина, на которую уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра. Дефект масс равен разности между суммой масс покоя нуклонов и массой ядра М_я: ∆М=[Zm_p + (A-Z)m_n] – М_я, где m_p, m_n – массы протона и нейтрона, соответственно.

Энергия связи – минимальная энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны или энергия, выделяющаяся при слиянии свободных нуклонов в ядро. Расчетная формула энергии связи:

Е_св = ∆mc² = [Zm_p+(A-Z)m_n- М_я]c², где с=3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

Если в этой формуле массы протона, нейтрона и ядра выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи Е_св будет измерена в Джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектрон-вольтах (МэВ): 1 МэВ = 1,6·10^{- 13} Дж.

Решая соответствующие задачи, можно получить энергию связи в джоулях, а затем, если требуется, перевести ее в мегаэлектрон-вольты, разделив полученное число джоулей на 1,6·10^{- 13}. Но гораздо проще получить значение энергии связи в мегаэлектрон-вольтах, если оставить массы протона, нейтрона и ядра выраженными в атомных единицах массы и умножить дефект массы ∆М не на с², а на число 931. Одной атомной единице массы соответствует энергия связи 931 МэВ.

Е_св= 931·∆М или Е_св=931(Zm_p + Nm_n – М_я) МэВ

Энергия связи переходит в энергию излучаемых при ядерных превращениях γ-квантов, которая равна как раз Е_св, а масса которых: ∆М = Е /с².

Если в результате реакции Е=∆Мc² > 0, то энергия выделяется, если Е=∆М c² < 0 – поглощается.

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи ε_св.

Удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра, равна отношению энергии связи Е_св к массовому числу ядра атома А: ε_св=Е_св/А, Удельная энергия связи определяется экспериментально.

Закрепление нового материала

 Решение задач

ПPИMEP PACЧETA

Энергия свази ядра атома гелия (He) где A = 4, Z = 2

Считаем энергию свази ядра в электронвольтах (дефект масс в a.e.м.) пo преобразованной формуле 1.

Е_{св =} ∆m•932 МэВ

Расчёт дефекта масс

B ядре атома гелия содержится 2 протона и 2 нейтрона, значение массы ядра гелия и масс покоя протона и нейтрона берем из справочника.

М_я = 4,002603 а.е.м.

2m_p = 2,01730 а.е.м.

2m_n = 2,015680 а.е.м.

тогда ∆m = 4,032980 – 4,002603 = 0,030377 а.е.м.

Е_св = 0,030377 а.е.м.•931 МэВ/а.е.м. = 28,2 МэВ

Удельная энергия свази ядра атома гелиям:

 _{=   =  7 МэВ/нуклон}

где 4 соответствует числу нуклонов в ядре атома гелия.

Задача 1. Вычислите дефект масс ядра кислорода ¹⁷₈О.

Дано: Решение:

¹⁷₈О                                                    Дефект массы ядра равен:

m_p = 1,6724 ∙10^-27 кг .                        ∆m = Zm_p+( А – Z)m_n – М_я

m_n = 1,6748 ∙10^-27 кг                  из символической записи элемента ¹⁷₈О                              следует, что А = 17 и Z =8, т.е в состав ядра кислорода входит 8 протонов и 9 нейтронов: N = A – Z = 17-8 = 9

М_я = 28,2282 ∙10^-27 кг

∆m = ?                                                  Тогда выражение для дефекта масс

                                                             можно записать:

∆m = (8•1,6724 + 9•1,6748 – 28,2282)•10^-27 = 1,656•10^-28 кг

Ответ: ∆m = 1,656•10^-28 кг

Решить самостоятельно:

Задача 2. Найти энергию связи изотопа лития ⁷₃Li.

Дано: ⁷₃ Li.

M_p = 1,6724•10^-27 кг

m_n= 1,6748•10^-27 кг

М_я = 11,6475•10^-27 кг

с = 3•10⁸ м/с ,

Е_св = ?

Ответ: Е_св = 5,58•10^-13 Дж

Домашнее задание: Учить § 80, повторить §78,  написать конспект,

Решить задачу:

Найдите дефект масс и энергию связи ядра атома ртути. Масса протона 1,00728 а.е.м., масса нейтрона 1,00866 а. е. м. Масса покоя ядра 200,028 а.е.м.

Информационные источники (основные учебники по предмету)

1.                 Мякишев Г.Я. Физика. 11класс. Учеб. Для общеобразоват. Организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2016. – 432 с.: ил. – (Классический курс).

2.                 https://ok.ru/video/3542197405072

3.                 https://interneturok.ru/lesson/physics/9-klass/stroenie-atoma-i-atomnogo-yadra-ispolzovanie-energii-atomnyh-yader/energiya-svyazi-defekt-mass

Примерные ответы на вопросы

1. Когда и кем были открыты протон и нейтрон?
2. Какие свойства имеет протон: положительно заряженная частица, заряд которой по абсолютной величине равен заряду электрона?
3. Какие свойства имеет нейтрон: элементарная частица, не имеющая заряда, то есть нейтральная?
4. Почему была предложена нуклонная модель ядра Гейзенберга-Иваненко?
5. Как определяется заряд ядра: он определяется числом протонов, входящих в состав ядра, и кратен абсолютной величине заряда электрона?
6. Как определяется массовое число ядра: это общее число нуклонов, то есть протонов и нейтронов, содержащихся в нём?
7. Почему изотопы называют разновидностями атомов одного и того же химического элемента: их атомные ядра имеют одинаковое число протонов, но различное число нейтронов?
8. Почему изотопы делятся на стабильные и нестабильные: стабильные изотопы сохраняются неизменными сколь угодно долго, а нестабильные изотопы со временем превращаются в другие химические элементы в результате радиоактивного распада?

2025  год

Скачано с www.znanio.ru