Урок по физике в 11 классе "Состав ядра. Ядерные силы"


Подписи к слайдам:
Урок по физике в 11 классе «Состав ядра. Ядерные силы.»

  • Конищева Т.А.
  • Урок по физике в 11 классе «Состав ядра. Ядерные силы»

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)
  • положительно заряженный атом
  • электроны
  • Рис. 1

  • Экспериментальная проверка модели атома Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом (рис. 2)
  • Рис.2

  • 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 20 (рис.3)
  • Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов.
  • Резерфорд предложил ядерную ( планетарную) модель строения атома (рис.4)
  • Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома (рис. 5)
  • В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.
  • Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.
  • Рис.3
  • Рис. 5
  • Рис.4

  • 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.6 приведена упрощенная схема установки для обнаружения нейтронов.    
  • Рис.6

  • Нейтрон – 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.
  • Протон-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 (рис. 7)
  • 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

  • Ядро атома состоит из нуклонов,
  • которые подразделяются на протоны и нейтроны.
  • 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 кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными ( рис.8)
  • Особенности ядерных сил:
  • Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов.
  • 2. 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 ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра – концентрация и 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 ведут себя одинаково в отношении сильного взаимодействия, т. е. ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия у частиц 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 (рис. 9). Химические свойства изотопов почти тождественны. 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. 9

Решение задач:

  • Сколько нуклонов, протонов и нейтронов содержится в ядрах следующих элементов:
  • 11 Na23
  • A = 23 N = 23 – 11 = 12 Z = 11
  • 11Na21
  • A = 21 N = 21 – 11 = 9 Z = 11
  • 4B 9
  • A = 9 N = 9 – 4 = 5 Z = 4
  • Самостоятельно: 8O16 3Li7 6C12 7N14 9F19 13Al27 92U235 82Pb207
  • 2. Чем отличаются следующие элементы:
  • 8О17 и 8О16 92U235 и 92U239

Домашнее задание:

  • Домашнее задание:
  • п. 105 упр. 14 (4)