Презентация "Строение атомного ядра"

Подписи к слайдам:
  • Добрый день !
  • Десяткова Татьяна Владимировна преподаватель физики Ачитского филиала ГБОУ СПО СО «Красноуфимский аграрный колледж»
Тема урока:
  • «Строение атомного ядра»
Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов.
  • Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов.
Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.
  • Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.
Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, и впоследствии были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий (И. Бальмер, 1885 г.).
  • Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, и впоследствии были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий (И. Бальмер, 1885 г.).
В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью.
  • В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью.
В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.
  • В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.
Модель атома Томсона(1903г)
  • Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 10 -10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него .
Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц
  • Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц
Опыт Резерфорда
  • K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком,
  • Ф – золотая фольга,
  • M – микроскоп.
  • Весь прибор в сосуде без воздуха.
Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.
  • Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.
Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад
  • Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад
  • Резерфорд пришёл к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома.
Планетарная модель атома
  • Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил электроны . Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.
К 20-м годам XX века физики уже не сомневались в том, что атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как и сами атомы, имеют сложную структуру
  • К 20-м годам XX века физики уже не сомневались в том, что атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как и сами атомы, имеют сложную структуру
В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.
  • В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.
  • Схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов в продуктах расщепления ядер. К – свинцовый контейнер с радиоактивным источником α-частиц, Ф – металлическая фольга, Э – экран, покрытый сульфидом цинка, М – микроскоп.
По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду 
  • 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.
Масса протона, по современным измерениям, равна
  • Масса протона, по современным измерениям, равна
  • m р = 1,67262·10 -27 кг.
  • 1 а. е. м. = 1,66057·10 -27 кг.
  • Следовательно, mр = 1,007276 · а. е. м.
После открытия протона было высказано предположение, что ядра атомов состоят из одних протонов
    • После открытия протона было высказано предположение, что ядра атомов состоят из одних протонов
В 1920 г. Резерфорд высказал гипотезу о существовании в составе ядер жестко связанной компактной протон - электронной пары, представляющей собой электрически нейтральное образование – частицу с массой, приблизительно равной массе протона. Он даже придумал название этой гипотетической частице – нейтрон
  • В 1920 г. Резерфорд высказал гипотезу о существовании в составе ядер жестко связанной компактной протон - электронной пары, представляющей собой электрически нейтральное образование – частицу с массой, приблизительно равной массе протона. Он даже придумал название этой гипотетической частице – нейтрон
Это была очень красивая, но, как выяснилось впоследствии, ошибочная идея. Электрон не может входить в состав ядра
  • Это была очень красивая, но, как выяснилось впоследствии, ошибочная идея. Электрон не может входить в состав ядра
1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона.
  • 1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона.
  • Так был открыт нейтрон.
  • Схема установки для обнаружения нейтронов.
Нейтрон – это элементарная частица
  • Нейтрон – это элементарная частица
  • 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.
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. Протоны и нейтроны принято называть нуклонами.
  • 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. Протоны и нейтроны принято называть нуклонами.
Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером
  • Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером
Заряд ядра равен Z∙ e, где e – элементарный заряд.
  • Заряд ядра равен Z∙ e, где e – элементарный заряд.
  • Число нейтронов обозначают символом N.
Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют
  • Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют
  • массовым числом A: A = Z + N.
Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами
  • Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами
У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода три изотопа: 11Н – обычный водород, 12 Н – дейтерий и 31Н – тритий.
  • У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода три изотопа: 11Н – обычный водород, 12 Н – дейтерий и 31Н – тритий.
  • У углерода – 6 изотопов,
  • У кислорода – 3.
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.
  • 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.
Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. 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.
  • Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. 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.
Энергия связи ядра Е св равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы.
  • Энергия связи ядра Е св равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы.
Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Z∙mp + N∙mn.
  • Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Z∙mp + N∙mn.
Разность масс ΔM = Z∙mp + N∙mn – Mя. называется
  • Разность масс ΔM = Z∙mp + N∙mn – Mя. называется
  • дефектом массы.
Энергия связи
  • Eсв = ΔM∙c2 = (Z∙mp + N∙mn – Mя)c2.
  • Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.
Образование всего 1 г гелия сопровождается выделением энергии порядка 1012 Дж. Примерно такая же энергия выделяется при сгорании почти целого вагона каменного угля.
  • Образование всего 1 г гелия сопровождается выделением энергии порядка 1012 Дж. Примерно такая же энергия выделяется при сгорании почти целого вагона каменного угля.
Удельная энергия связи -
  • энергия связи, приходящаяся на один нуклон
Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными
  • Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными
Самостоятельная работа
  • Определите состав ядра атома
  • 31
  • Р
  • 15
  • 2. Определите состав ядра атома
  • 16
  • О
  • 8
3. Рассчитайте энергию связи нуклонов в ядре атома азота 14 7 N
  • 3. Рассчитайте энергию связи нуклонов в ядре атома азота 14 7 N
  • ( m а = 14,003242)
  • Молодцы !