Конспект урока № 47 Энергия связи атомного ядра

Бардикова А.Г.--------------------------------------------------------------------Гимназия № 52 г. Луганск

Физика                                                                                                             11 – А, Б классы

Урок № 47                                                                                                                        06.03

Тема: Энергия связи атомного ядра

Цель урока: ознакомить учащихся с понятием энергии связи атомных ядер, сформировать умение определять энергию связи и энергетический выход при синтезе ядер и делении ядер.

Задачи. Образовательные:  изучить диаграмму энергии связи атомных ядер, лежащую в основе выводов о поглощении или выделении энергии в ядерных реакциях; иметь представление о внутриядерных взаимодействиях.

Воспитательные: продолжить формирование научного мировоззрения путем изучения данной темы квантовой физики; формирование стремления к усвоению теоретических знаний.

Развивающие: активизация мыслительной деятельности, формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить; научить применять полученные знания для решения задач.

Тип  урока: урок предьявления новых знаний (усвоения новых предметных ЗУНов)

Методы: беседа, рассказ, объяснительно-иллюстративный, проблемный, метод суждений.

Оборудование: компьютер, видеоматериал:

V- /4.24/ Атомная физика. Энергия связи атомных ядер. Урок 109

V- /25.20/ Ядерные силы. Энергия связи частиц в ядре. Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция. Videouroki (от 0.01 – до 3.2, от 4.11 - до 9.25)

ХОД УРОКА

І. Оргмомент. Учитель приветствует детей, отмечает отсутствующих.

Обучающиеся записывают за учителем дату и тему урока.

П. Актуализация  чувственного опыта  и  опорных знаний. Вопросы.

На прошлом уроке говорилось о протонно-нейтронной моделью атомного ядра. Еще в 1913 году Эрнест Резерфорд сделал предположение, что в ядра атомов всех химических элементов входит ядро атома водорода, которое впоследствии стало называться протоном. Только в 1919 году Резерфорду удалось доказать, что его гипотеза верна. При бомбардировке ядер атомов азота a-частицами, образовывались ядра атомов совсем других химических элементов: кислорода и водорода. Однако очень скоро стало ясно, что в состав атомного ядра входят еще какие-то частицы. В 1932 году Джеймсу Чедвику и его группе удалось зарегистрировать частицу, которая выбивалась из ядра атома бериллия при бомбардировке a-частицами. Выяснилось, что эта частица электрически нейтральна и обладает массой, приблизительно равной массе протона. Такую частицу называли нейтроном. После открытия протона и нейтрона была предложена протонно-нейтронная модель атома, согласно которой, ядра атомов всех химических элементов состоят из протонов и нейтронов.

III.  Новый материал.

Возник вопрос: каким образом, нуклоны удерживаются в ядре, несмотря на электростатическое отталкивание между протонами?

 Силы, действующие в пределах атомных ядер, называются ядерными силами. Эти силы являются самыми мощными силами в природе.

·         Короткодействующие - действуют только внутри ядра.

·         Мощнее, чем электромагнитные.

·         Свойственно насыщение.

·         Зарядовая независимость (не зависят от величины заряда (действует и на нейтроны).

·         Не являются центральными (действуют не обязательно по прямой).

·         Являются обменными.

Ну, а раз в ядре действуют такие мощные силы, значит, там сосредоточена значительная энергия. Эту энергию стали называть энергией связи. То есть, энергия связи – это энергия, которая потребовалась бы для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны: E = mc².  Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц, и соответственно это та энергия, которая необходима для расщепления ядра на составляющие частицы. Энергия связи показывает на сколько уменьшается энергия системы при образовании нуклонов

Е_св = Δmс² = (Z m_p+ N m_n – М_я) с² )

Известно, что в результате экспериментов были определены массы протона и нейтрона. Но когда начали определять массу атомных ядер, выяснилась очень интересная особенность: масса ядра атома всегда оказывалась меньше, чем сумма масс, входящих в него частиц.       

Формула нахождения дефекта масс Δ m  = Z m_p+ N m_n – М_я

Порядковый номер кислорода в таблице Менделеева – это 8, а массовое число – 16. Значит, в ядре атома кислорода содержится 8 протонов и 8 нейтронов. Ядро атома данного изотопа кислорода имеет массу, равную 15,9949. Поскольку масса протона, как и масса нейтрона, чуть больше одной атомной единицы массы, ясно, что их суммарная масса будет больше массы ядра атома кислорода.

Такую разницу назвали дефектом масс. То есть, дефект масс – это разность между суммарной массой нуклонов, входящих в состав атомного ядра и массой самого ядра.

Но куда же пропадает эта масса? Дело в том, что при образовании ядра была затрачена некоторая энергия. В соответствии с известным уравнением Эйнштейна, масса может превращаться в энергию, и, наоборот – энергия – в массу.

Именно таким образом можно определить энергию связи ядер. Для этого нужно дефект масс умножить на скорость света в квадрате, и мы получим энергию в джоулях.

       Удельная (средняя) энергия связи – полная энергия связи ядра, деленная на число нуклонов в ядре. Есв.уд. =  Есв./А. В данной формуле масса должна измеряться в килограммах, а не в атомных единицах. Для удобства в атомной физике используют другую формулу: дефект масс в атомных единицах умножают на 931,5, и получают энергию в мегаэлектрон - вольтах.  Дело в том, что

III. Закрепление.

Задача 1. Определите энергию связи ядра Fe-56 в МэВ и найдите удельную энергию связи.

Задача 2. Найдите массу урана 238, расходуемую АЭС для выделения того же количества энергии, которое расходует ТЭС при сжигании 100 т нефти?

IV. Подведение итогов.

V. Домашнее задание:  § 80, 81, посчитать энергию связи и удельную энергию связи, элементов из домашнего задания прошлого урока:

Самостоятельно. Посчитать число нуклонов в ядре:

1-В           2-В          3-В           4-В           5-В          6-В

₈O¹⁶,         ₃Li⁷,         ₆C¹²,         ₇N¹⁴_{,          9}F¹⁹_{,            13}Al²⁷,

₉₂U^235;         ₈₂Pb²⁰⁷       ₉₀ Th²³²;    ₉₁Pa²³¹;       ₉₄Pn²⁴⁴;   ₉₃Np²³⁷

1 – Вариант решение:

Дано:                                              Решение:

₈O¹⁶                                                   Z_p=8; N_n=(A- Zp)=16-8=8;             

m_p=1,00728 а.е.м.            ∆m=( Zm_p + Nm_n - М_я);   ∆m=(8х1,00728 + 8х1,00867 – 15, 999)=0,1286 а.е.м.

m_n=1,00867 а.е.м.           Есв.=  ∆m х 931,5 = 119,79МэВ

M_я=15,999 а.е.м.             Есв.уд. =  Есв./А = 119,79/16 = 7,487 МэВ/нуклон

Есв. - ?, Есв.уд. - ?

Дано:                                              Решение:

₉₂U²³⁵                                                Z_p=92; N_n=(A- Zp)=235-92=143;    

m_p=1,00728 а.е.м.          ∆m=( Zm_p + Nm_n - М_я); ∆m=(92х1,00728 + 143х1,00867 – 235)=1,987 а.е.м.

m_n=1,00867 а.е.м.          Есв.=  ∆m х 931,5 = 1177,95 МэВ

M_я=235 а.е.м.                 Есв.уд. =  Есв./А = 1177,95/235 = 7,5657 МэВ/нуклон

Есв. - ?, Есв.уд. - ?

2 – Вариант решение:

Дано:                                              Решение:

₃Li⁷                                  Z_p=3; N_n=(A- Zp)=7-3=4;

m_p=1,00728 а.е.м.            ∆m=( Zm_p + Nm_n - М_я); ∆m=(3х1,00728 + 4х1,00867 – 15, 999)=0,11548 а.е.м.

m_n=1,00867 а.е.м.           Есв.=  ∆m х 931,5 = 107,5696 МэВ

M_я=6,941 а.е.м.             Есв.уд. =  Есв./А = 107,5696 /7 = 15,367 МэВ/нуклон

Есв. - ?, Есв.уд. - ?

Дано:                                              Решение:

₈₂Pb²⁰⁷                             Z_p=82; N_n=(A- Zp)=207-82=125;

m_p=1,00728 а.е.м.          ∆m=( Zm_p + Nm_n - М_я); ∆m=(82х1,00728 + 125х1,00867 – 207,19)=1,49 а.е.м.

m_n=1,00867 а.е.м.         Есв.=  ∆m х 931,5 = 1387,935 МэВ

M_я=207,19 а.е.м.            Есв.уд. =  Есв./А = 1387,935 /207 = 6,705 МэВ/нуклон

 Есв. - ?, Есв.уд. - ?

Краткое описание документа:

Конспект реального рабочего урока по физике с необходимо-достаточным количеством теоретического материала. Является очередным уроком раздела "Квантовая физика". В этап урока "изучение нового материала" включен видеофрагмент, в "закрепление" - решение задач. Предполагаются сообщения учеников о деятельности Резерфорда и его открытиях. План-конспект урока рассчитан ровно на 2 страницы листа А4.