Урок по физике в 11 классе «Квантовая физика»

Обобщающий урок по теме: «Квантовая физика»

Цель: Обеспечить в ходе урока повторение и закрепление основных понятий по теме: «Атомная физика. Физика атомного ядра»;

- продолжить формировать умения применять знания к решению задач базового уровня и повышенного;

- добиваться обобщенности, системности, действенности знаний через учебную деятельность;

- развивать мышление учащихся в ходе решения задач;

- развивать самостоятельность учащихся, трудолюбие, навыки групповой работы, коммуникативные способности.

Памятка.

Самостоятельная работа учащихся в группе:

• Четкий и последовательный порядок действий учащихся, обеспечивающий их сотрудничество;

• Планировать и регулировать порядок своих действий, оценивать и контролировать результат;

• Соблюдение порядка действий, регулирование регламента времени;

• Каждый участник выполняет две функции, с одной стороны, он включается в коммуникацию наравне с остальными, а с другой - направляет других в соответствии со своей ролью.

• Общий результат во многом определяется качеством действий каждого.

Задание № 1: Даны утверждения, правильные и неправильные. Если вы согласны с утверждением поставьте «+», если не согласны «-»

Время: 5 мин.

Цель: Проверить знания основных понятий по теме

1. С помощью счетчика Гейгера можно увидеть след (трек) пролетевшей частицы. ( )

2. Самой большой проникающей способностью обладают бета-лучи. ( )

3. Самая большая проникающая способность у гамма-лучей. ( )

4. Изотопы представляют собой ядра с одним и тем же значением массового числа, но различным зарядовым числом. ( )

5. Цепная ядерная реакция осуществляется в результате того, что при делении ядра урана выделяются два - три нейтрона. ( )

6. При радиоактивном распаде происходит превращение атомных ядер. ( )

7. Выделяющийся при делении ядра энергия имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. ( )

8. Термоядерные реакции - это реакции деления тяжелых ядер при очень высокой температуре. ( )

9. Масса покоя ядра всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов. ( )

10. Удельной энергией связи ядра называют отношение энергии связи к числу протонов в ядре. ( )

Задание № 2: Заполни таблицу

Время: 5 мин.

Цель: проверить знания основных формул по теме

п/п

Вопросы

Ответы

1.

Как можно определить массу ядра, зная относительную атомную массу?

2.

По какой формуле расписывается массовое число?

3.

В каких единицах измеряется поглощенная доза излучения?

4.

Запишите правило смещения для β -распада.

5.

Запишите формулу для определения дефекта масс.

6.

Запишите закон радиоактивного распада.

7.

По какой формуле находится энергия связи ядра?

8.

Запишите правило смещения для α -распада.

9.

Запишите формулу для определения дозы излучения.

10.

Запишите формулу для удельной энергии связи.

Задание 3. Решение задач:

Время: 20 мин.

Цель: уметь применять знания при рении задач базового и повышенного уровня

A1. На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева.

Под названием элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов, нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространенность изотопа в природе. Число протонов и число нейтронов в ядре самого распространенного изотопа бора соответственно равно

1) 6 протонов, 5 нейтронов
2) 10 протонов, 5 нейтронов
3) 6 протонов, 11 нейтронов
4) 5 протонов, 6 нейтронов

Решение.
Порядковый номер элемента в таблице Менделеева совпадает с числом протонов в ядре атома этого элемента, а массовое число равняется суммарному числу протонов и нейтронов. Из приведенного фрагмента Периодической системы элементов видно, что порядковый номер бора 5, следовательно, число протонов в ядре бора равно 5. Наиболее же распространенным изотопом бора является изотоп с массовым числом 11 (). Таким образом, число нейтронов в ядре самого распространенного изотопа бора равно .
Правильный ответ: 4.

A 2 Гамма-излучение - это

1) поток ядер гелия
2) поток протонов
3) поток электронов
4) электромагнитные волны

Решение.
Гамма-излучение - это вид электромагнитного излучения с очень малой длиной волны.
Правильный ответ: 4.

A 3 Атом натрия содержит

1) 11 протонов, 23 нейтрона и 34 электрона
2) 23 протона, 11 нейтронов и 11 электронов
3) 12 протонов, 11 нейтронов и 12 электронов
4) 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов

Решение.
Число электронов в нейтральном атоме совпадает с числом протонов, которое записывается внизу перед наименованием элемента. Число вверху обозначает массовое число, то есть суммарное число протонов и нейтронов. Таким образом, атом натрия содержит 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов.
Правильный ответ: 4.

A 4. В каком из перечисленных ниже приборов для регистрации ядерных излучений прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление импульса электрического тока в газе?

1) в счетчике Гейгера
2) в камере Вильсона
3) в фотоэмульсии
4) в сцинтилляционном счетчике

Решение.
Счётчик Гейгера - газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц. Прохождение быстрой заряженной частицы через него вызывает появление импульса электрического тока в газе.
Правильный ответ: 1.

A 5. Как изменится число нуклонов в ядре атома радиоактивного элемента, если ядро испустит -квант?

1) увеличится на 2
2) не изменится
3) уменьшится на 2
4) уменьшится на 4

Решение.
Испускание -кванта, кванта электромагнитного излучения, не приводит к изменению числа нуклонов в ядре радиоактивного элемента.
Правильный ответ: 2.

A 6. Ядро изотопа тория претерпевает три последовательных -распада. В результате получается ядро

1) полония
2) кюрия
3) платины
4) урана

Решение.
Ядро изотопа тория имеет 90 протонов. При -распаде ядро испускает -частицу (ядро атома гелия), имеющую заряд 2 (в единицах заряда протона). Согласно закону сохранения электрического заряда, получившееся ядро имеет на два протона меньше. Таким образом, после трех получается ядро, имеющее на 6 протонов меньше, чем исходный торий, то есть протонов, а значит, это полоний . В качестве проверки можно вычислить, какое массовое число будет у получившегося ядра: . Следовательно, это действительно полоний.
Правильный ответ: 1.

A 7. В результате столкновения ядра урана с частицей произошло деление ядра урана, сопровождающееся излучением -квантов в соответствии с уравнением

.

Ядро урана столкнулось с

1) протоном
2) электроном
3) нейтроном
4) -частицей

Решение.
В ходе ядерной реакции выполняется закон сохранения электрического заряда, отсюда находим, что . Значит заряд неизвестной частицы равен нулю. Кроме того выполняется закон сохранения массового числа, то есть суммарного числа протонов и нейтронов. Следовательно, . Значит, массовое число неизвестной частицы равно 1. Отсюда заключаем, что уран столкнулся с нейтроном.
Правильный ответ: 3.

A 8. В результате реакции синтеза ядра дейтерия с ядром образуется ядро бора и нейтрон в соответствии с реакцией:

.

Каковы массовое число X и заряд Y (в единицах элементарного заряда) ядра, вступившего в реакцию с дейтерием?

1)
2)
3)
4)

Решение.
В ходе ядерной реакции выполняется закон сохранения массового числа, то есть суммарного числа протонов и нейтронов. Следовательно, массовое число неизвестного ядра равно Кроме того выполняется закон сохранения электрического заряда, отсюда находим, что заряд ядра равен .
Правильный ответ: 3.

A 9. Период полураспада радиоактивного изотопа кальция составляет 164 суток. Если изначально было атомов , то примерно сколько их будет через 328 суток?

1)
2)
3)
4) 0

Решение.
Согласно закону радиоактивного распада, по истечении времени от первоначального количества радиоактивных атомов останется примерно

.

Правильный ответ: 2.

A10. Может ли ядро атома одного химического элемента самопроизвольно превратиться в ядро атома другого химического элемента?

1) может любое ядро
2) не может никакое ядро
3) могут только ядра атомов радиоактивных изотопов
4) могут только ядра атомов, стоящие за ураном в таблице Д. И. Менделеева

Решение.
Ядра атомов радиоактивных изотопов нестабильны, в результате радиоактивного распада изменяется их состав, они самопроизвольно превращаются в ядра атомов других химических элементов.
Правильный ответ: 3.

A11. Для какой цели в ядерных реакторах применяются замедлители?

1) замедление нейтронов уменьшает вероятность деления ядер урана
2) замедление нейтронов увеличивает вероятность деления ядер нейтронами
3) для замедления осколков атомных ядер
4) для замедления скорости протекания цепной ядерной реакции

Решение.
Естественный уран состоит в основном из двух изотопов и . Но изотоп составляет всего 1/140 долю от более распространенного . Ядра делятся под влиянием как быстрых, так и медленных нейтронов, но вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядра в сотни раз больше, чем быстрых. Ядра могут делиться лишь под влиянием нейтронов с энергией более 1 МэВ. Замедлитель в ядерных реакторах используется для замедления нейтронов с целью увеличения вероятности деления ядер нейтронами. Существуют реакторы на быстрых нейтронах, но в них необходимо использовать не естественный уран, а обогащенный, в котором доля значительно увеличена.
Правильный ответ: 2.

A12. Ядро изотопа тория претерпевает -распад, затем два электронных -распада и еще один -распад. После этих превращений получится ядро

1) франция
2) радона
3) полония
4) радия

Решение.
Ядро изотопа тория имеет 90 протонов. При -распаде оно испускает -частицу (ядро атома гелия), имеющую заряд (в единицах заряда протона). Согласно закону сохранения электрического заряда, получившееся ядро имеет на два протона меньше, чем исходный торий. Далее, при -распаде один из нейтронов в ядре превращается в протон, испуская электрон. Поскольку ядро испытало 2 -распада, образовавшееся ядро имеет опять столько же протонов, как и исходный торий. Наконец, после еще одного -распада число протонов вновь уменьшается на два. Таким образом, получившееся ядро имеет 88 протонов, а значит, это радий . Данный ответ можно также проверить проследив за изменением массового числа: после -распада после двух -распадов после -распада.
Правильный ответ: 4.

A13. На рисунке показан график изменения массы находящегося в пробирке радиоактивного изотопа с течением времени.

Период полураспада этого изотопа равен

1) 1 месяца
2) 2 месяца
3) 4 месяца
4) 8 месяца

Решение.
Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Из графика видно, что масса радиоактивного изотопа в пробирке уменьшается вдвое за 2 месяца. Это и есть искомый период полураспада.
Правильный ответ: 2.

A14. Радиоактивный уран , испытав семь -распадов и четыре -распада, превратился в изотоп

1) свинца
2) полония
3) свинца
4) висмута

Решение.
Каждый -распад приводит к уменьшению зарядового числа ядра на 2 и уменьшению массового числа на 4. Каждый -распад не изменяет массовое число ядра и увеличивает зарядовое число ядра на 1. Таким образом, после семи -распадов и четырех -распадов зарядовое число станет равно , а массовое -. Следовательно, конечный продукт реакции будет представлять собой изотоп свинца .
Правильный ответ: 3.

A15. Какое уравнение противоречит закону сохранения заряда в ядерных реакциях?

1)
2)
3)
4)

Решение.
Число внизу перед обозначением элемента или частицы обозначает заряд в единицах заряда протона. Легко видеть, что закону сохранения заряда в ядерных реакция противоречит уравнение под номером 4: , поскольку .
Правильный ответ: 4.

A 16. На рисунке показана схема цепочки радиоактивных превращений, в результате которой изотоп тория превращается в изотоп радия .

Пользуясь этой схемой, определите, какие частицы обозначены на ней буквами X и Y.

1) X - электрон, Y - -частица
2) X - -частица, Y - электрон
3) X - -частица, Y - протон
4) X - протон, Y - электрон

Решение.
При радиоактивных превращениях выполняются законы сохранения зарядового и массового чисел. Зарядовое число пишут перед обозначением элемента внизу, а массовое - перед обозначением элемента вверху.

Из рассмотрения первого распада сразу получаем, что заряд частицы X равен , а массовое число: . Такими характеристиками как раз обладает -частица (ядро атома гелия ). В качестве проверки можно рассмотреть последний распад, он дает такие же параметры для X. Следовательно, X - это -частица.

Проведем аналогичные вычисления для Y на основе, например, второго распада. Зарядовое число неизвестной частицы равно , а массовое - . Это соответствует электрону . Таким образом, Y представляет собой электрон.

Правильный ответ: 2.

B1. Радиоактивное ядро испытало -распад. Как изменились в результате этого число нуклонов в ядре, заряд ядра и число протонов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась;
2) уменьшилась;
3) не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число нуклонов в ядре

Заряд ядра

Число протонов в ядре

?

?

?

Решение.
При -распаде радиоактивное ядро испускает электрон. Согласно закону сохранения электрического заряда, заряд ядра должен увеличиться. При этом один из нейтронов превращается в протон, следовательно, число протонов в ядре увеличивается. Так как один нуклон превращается в другой, число нуклонов в ядре при -распаде не изменяется.

Ответ: 311

B 2. Как изменяются при -распаде ядра следующие три его характеристики: число протонов, число нейтронов, заряд ядра? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится;
2) уменьшится;
3) не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число протонов

Число нейтронов

Заряд ядра

?

?

?

Решение.
В ходе -распада выполняется закон сохранения зарядового и массового чисел. Ядро испускает -частицу, то есть ядро атома гелия , а значит, ядро теряет два протона и два нейтрона. Таким образом, число протонов и число нейтронов при -распаде уменьшается. Заряд ядра определяется количеством протонов в нем, следовательно, заряд ядра также уменьшается.

Ответ: 222

C 1. Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при синтезе 1 кг гелия из изотопов водорода - дейтерия и трития: .

Массы атомных ядер

Решение.

№ этапа

Содержание этапа решения

Чертёж, график, формула

Оценка этапа в баллах

1

Выход ядерной реакции синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития вычислен по дефекту массы :
Найдем дефект массы ядерной реакции:

,
.



или

.

1

2

Используя переводной коэффициент или умножая массу на квадрат скорости света, получаем энергетический выход ядерной реакции:

или
.

1

3

Найдем число N ядер в 1 кг гелия: Умножив выход реакции на число ядер в 1 кг гелия, получим искомое количество энергии, освобождаемой при синтезе:

,



или

.

1

C2. Определите, ядро какого изотопа X освобождается при осуществлении ядерной реакции:

.

Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при осуществлении этой ядерной реакции.

Массы атомных ядер

Решение.

№ этапа

Содержание этапа решения

Чертёж, график, формула

Оценка этапа в баллах

1

Освобождается ядро изотопа .
Выход ядерной реакции можно вычислить по дефекту массы :
Найдем дефект массы ядерной реакции:

.
.

1

2

Вычисляем дефект массы:

или


.

1

3

Используя переводной коэффициент или умножая массу на квадрат скорости света, получаем энергетический выход ядерной реакции:

или

.

1

Максимальный балл

3

C 3. Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при осуществлении ядерной реакции (энергетический выход):

.

Массы атомных ядер

Решение.

№ этапа

Содержание этапа решения

Чертёж, график, формула

Оценка этапа в баллах

1

Выход ядерной реакции можно вычислить по дефекту массы :
Найдем дефект массы ядерной реакции:

.
.

1

2

Вычисляем дефект массы:

или


.

1

3

Используя переводной коэффициент или умножая массу на квадрат скорости света, получаем энергетический выход ядерной реакции:
Знак минус в ответе показывает, что ядерная реакция происходит с поглощением энергии.

или

.

1

Максимальный балл

3

Задание 4: «Самопроверка и самооценка»

Цель: формировать умение объективно оценивать свои знания, свою работу в группе через деятельность на уроке.

Время: 5 мин.

Используя ответы к заданиям, сравните свои результаты.

Используя алгоритм самооценки, объективно оцените свою работу в группе

Алгоритм самооценки (основные вопросы после выполнения задания)

Основу алгоритма составляют четыре первых вопроса. Ответь на четыре этих вопроса:

1. Какие были задания? (Учимся вспоминать цель работы.)

2. Удалось выполнить задания? (Учимся сравнивать результат с целью.)

3. Задания выполнены, верно, или не совсем? (Учимся находить и признавать ошибки.)

4. Выполнили самостоятельно или с чьей-то помощью? (Учимся оценивать процесс.)

Продолжение алгоритма самооценки:

5. Какие умения развивали при выполнении заданий?

6. Каков был уровень задач (заданий)?

• Такие задачи мы решали уже много раз, понадобились только «старые», уже усвоенные знания? (Необходимый уровень)

• В этой задаче мы столкнулись с необычной ситуацией (либо нам нужны уже усвоенные знания в новой ситуации, либо нам нужны новые знания по теме, которую только сейчас изучаем)? (Повышенный уровень)

5) По каким признакам мы различаем отметки?

Показатели:

«5» - идеально правильно выполненные задания;

- задания выполнены самостоятельно, без помощи учителя;

- задания выполнены с одной не грубой ошибкой, но задание Повышенного уровня.

«4» - одна-две не грубые ошибки;

«3» - 50% правильно выполненных заданий.

6) Оцените работу каждого в группе и работу всей группы.

Заполни карточку. Карточка выдана каждой группе отдельно.

Карточка для оценки деятельности учеников в группе

Группа № _____

№ п/п

Состав группы:

Ф.И.

Деятельность ученика

(от 1 до 5 баллов)

Деятельность группы

(от 1 до 5 баллов)

1

2

3

4

5

Выступление групп по оценки. Какая была цель? Какой результат получили?

Задание № 5: «Рефлексия деятельности»

Подведение итогов урока, связь со следующим уроком.

Ответь на вопросы:

1. С каким настроением ты работал?

____________________________________________________________________

2. Доволен ли ты собой?

____________________________________________________________________

3. Комфортно ли было работать в группе?

____________________________________________________________________

4. Какие затруднения возникли в ходе работы?

_____________________________________________________________________

5. Как ты можешь преодолеть свои учебные проблемы

_____________________________________________________________________

Домашнее задание: Повторить гл. 12,13

Р. №