Урок по физике на тему Ядерные силы, ядерные реакции. Энергия связи. Дефект масс

9 класс

МКОУ «Кегультинская СОШ»

Тема урока: Ядерные силы, ядерные реакции.

Энергия связи. Дефект масс.

Цели урока : дидактические

1. проверка знаний учащихся в виде тестовой работы о видах излучения, строении атома, правила смещения.

2. познакомить учащихся с понятием ядерной реакции, дефекта масс, энергии связи

3. ознакомить учащихся с решением задач на дефект масс

Оборудование : карточки для самостоятельной работы, таблица Менделеева.

Ход урока:

1. Проверка домашнего задания, повторение

--- Что происходит с ядром радиоактивного элемента при α- распаде?

--- Приведите пример реакции α- распада.

--- Как читается правило смещения для α- распада?

--- Что происходит в ядре атома, претерпевшего β- распад? Какие частицы при этом излучаются? Что происходит с зарядом ядра и почему?

---- Сформулируйте правило смещения для β - распада.

---- Изменится ли массовое число ядра при β - распаде? Почему?

---- Каким видом излучения часто сопровождается α- и β- распад?

2. Самостоятельная работа:

Вариант I

1.Какой заряд имеют α - частица, β- частица?

а) α - частица - отрицательный, β -частица - положительный

б) α - частица и β - частица - положительный

в) α - частица - положительный, β -частица - отрицательный.

2. α - излучение - это :

а) поток электронов

б) поток ядер атомов гелия

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

_z^AМ → _z-2^A-4M + ₂⁴X

а) ядро гелия

б) электрон

в) ядро гелия и электрон

4. Тот факт, что при радиоактивных превращения из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов

б) электронные оболочки

в) кристаллы

5. В результате β- распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее

б) на две клетки левее

в) на одну клетку правее

г) на одну клетку левее.

Вариант II

1. Какой заряд имеют β - частица, γ - частица?

а) β - частица - положительный, γ- излучение - отрицательный

б) β - частица - отрицательный, γ - излучение не имеет заряда

в) β - частица и γ - излучение - отрицательный.

2. β - излучение - это:

а) поток квантов энергии

б) потом ядер гелия
в) поток электронов.
3. в результате какого радиоактивного распада натрия ²²Na превращается в ²²Mg?
а) α - распада
б) β - распада.
4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах ?
а) чтобы избежать опасного излучения
б) чтобы увеличить период полураспада
в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.
5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?
а) α - частицы
б) γ -излучения
в) β -излучения.

III. Изложение нового материала.

Гипотеза о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов , подтверждается многими экспериментами. Это свидетельствует о справедливости протонно-нейтронной модели строения ядра.
Но почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны под действием сил электростатического отталкивания между положительными заряженными протонами?
Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электромагнитные. Это самые мощные силы из всех, которыми располагает природа . Поэтому взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными взаимодействиями.
Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре , называются ядерными силами.

Тема урока: Ядерные силы, ядерные реакции.

Энергия связи. Дефект масс.

Свойства ядерных сил:
1)являются только силами притяжения
2)во много раз больше кулоновских сил
3)не зависят от наличия заряда
4)короткодействующие: заметны на r ≈ 2,2 x 10м
5)взаимодействуют с ограниченными числом нуклонов
6)не являются центральными.

- записать в тетрадь.

Важную роль во всей ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи позволяет объяснить устойчивость ядер, выяснить, какие процессы ведут к выделению ядерной энергии.
Под энергией связи ядра понимают ту энергию , которая необходим для полного расщепления ядра на отдельные частицы .
На основании закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.
Энергия связи атомных ядер очень велика .
Например: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, что и сгорание 1,5-2 вагонов каменного угля .
Наиболее простой путь нахождения этой энергии основан на применении закона о взаимосвязи массы и энергии:
E=mc²
Масс покоя ядра M всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов:
M_я<Zm_р+Nm_n
Т.е существует дефект масс:
Δm=Zm_p+Nm_n-M_я
Энергия связи ядра:
E_св= Δmc²=(Zm_р+Nm_т-M_я )c².

Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г. Удалось расщепить литий на две α- частицы:

₃⁷Li + ₁¹H = ₂⁴He + ₂⁴He

IV Вопросы на закрепление

--- Какие силы действуют между нуклонами в атомном ядре?

--- Проявлением какого вида фундаментального взаимодействия являются эти силы?

--- Какими свойствами обладают ядерные силы притяжения?

--- Что называют энергией связи атомного ядра?

--- Что называют дефектом массы?

--- Напишите формулу дефекта массы.

--- Что называют ядерными реакциями?

V. Решение задач

Задача1

Вычислите дефект масс кислорода ¹⁷₈О.

Дано: Решение:

¹⁷₈О

m_p= 1,6724*10^-27кг Дефект массы ядра равен:

m_n= 1,6748*10^-27кг

M_я=28,2282*10^-27кг Δm= Z*m_p + (A-Z)*m_p- M_я

Δm=?

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

Тогда выражение для дефекта масс можно записать:

Δm=8*1,6724*10^-27 +9*1,6748*10^-27- 28,2282*10^-27= 0, 1656*10^-27= 1,656 *10^-28кг

Ответ: Δm=1,6* 10^-28кг

Задача 2 Чему равна энергия связи ядра изотопа лития ⁷₃Li?

Дано: Решение:

⁷₃Li Энергия связи ядра Е_св= Δm*c², где

Δm- дефект массы ядра:

m_p= 1,6724*10^-27кг Дефект массы ядра равен:

m_n= 1,6748*10^-27кг Δm= Z*m_p + (A-Z)*m_p- M_я

M_я= 11,6475*10^-27кг Отсюда Е_св =(Z*m_p+ (A-2)*m_n-M_Я)*c².

c=3*10⁸м|c Из символьной записи изотопы ⁷₃Li видим,

Е_св =? Что A=7 и Z=3 ,т.е. в ядре изотопа лития 7 нуклонов, из них 3протона и 4 нейтрона (N=A-Z).

Подставив значения А и Z в выражение энергии связи, получим:

Е_св =(3* m_p+4* m_n)*с²

Е_св =(3*1,6724*10^-27 +4*1,6748*10^-27*)*(3*10⁸)²= 0, 6201*10^-27*9*10¹⁶=5,58*10^-13Дж.

Ответ: Е_св =5,58*10^-13Дж

VI.Домашнее задание

1.Прочитать и выучить п.64-65,

2.Решитьзадачи

1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

¹⁴₇N+⁴₂ He→¹₁H+X ²⁷₁₃Al+¹₀ n→⁴₂He +X

⁹₄B+¹₁H→⁴₂He+X ⁹₄ В+ ⁴₂Не→¹₀n +X

2. Допишите недостающие обозначения:

²₁H+ ? →X+ ¹₀n X+¹₁H→³₂ He +?

⁶³₂₉Cu + ? → ⁶²₂₉ Cu +X X+ ? →¹⁸¹₇₄ W + ¹₀n