Урок физики "Ядерные реакции. .Энергетический выход ядерных реакций " (8 класс)

Тема: Ядерные  реакции. .Энергетический  выход  ядерных  реакций                                                                                                                 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:подвести учащихся к пониманию точки зрения собеседника и признанию права на иное мнение; формирование положительных мотивов обучения; экологическое воспитание.Развивающие:развитие логического мышления при сравнении энергетического выхода реакций в результате решения задач; развитие монологической и диалогической речи; развитие у учащихся мыслительных операций: анализа, сравнения, обучения.Тип урока: урок усвоения новых знаний.Проблема: почему ядро устойчиво?

Ход урока

Актуализация знаний.

 Решение задач на правило смещения. За решение задачи на доске – 12 баллов, за решение в тетради – 7 баллов

а) Протактиний Ра α- радиоактивен. Определить, какой элемент получится после этого распада.

(Ра =   + Ас)

б) В какой элемент превращается  U после двух β-распадов и одного α-распада?

(U = U  + 2е

            На уроке мы научимся рассчитывать энергию, которая необходима для того, чтобы разрушить связь. Энергия  – это работа, которую нужно затратить для того, чтобы эту связь полностью разрушить. Другими словами – это минимальная энергия, необходимая для полного расщепления атомного ядра. Она носит название энергии связи атомных ядер. Исходя из закона сохранения энергии, такая же по величине энергия выделяется при образовании ядра из нуклонов

Теперь рассмотрим способ  расчёта Е. Возьмём ядро Не . Сравним сумму масс нуклонов ядра Не и самого ядра. 

m=1,67265×10^-27кг, m_n=1,67495×10^-27кг

М_яНе.= 6,64648×10^-27кг

2 m + 2 m_n= 2× 10^-27 (1,67265 + 1,67495) =6,6952 ×10^-27кг

            Вывод: масса ядра меньше суммы составляющих его протонов и нейтронов:  М_{я Не}<(Z× m+N× m_n) _.

            Численно рассчитаем эту энергию

Согласно формуле Эйнштейна энергия связи равна Е = Мс²,  где

М - дефект масс

М = (Z× m+N× m_n) - М_я = (6,6952 – 6,64648) ×10^-27кг =0,04872 ×10^-27кг

Е = 0,04872 ×10^-27 кг × 9 ×  10¹⁶ м²/с² = 4,3748 ×10^-12 Дж

Существует только два принципиально различных  способа высвобождения внутриядерной энергии:

1. Слияние очень лёгких ядер.

 Пример: реакция соединения ядер дейтерия и трития  в ядро гелия:

Н Н=Не +п

Рассчитаем энергетический выход данной реакции через относительные массы частиц:

m (Н) = 3,01605 а. е. м.

m (Н) = 2,01410 а. е. м.

m(Не) = 4,0026 а. е. м.

m (Н) + m (Н) = 3,01605 а. е. м. + 2,01410 а. е. м. = 5,03015 а. е. м.

М = 5,03015 а. е. м. - 4,0026 а. е. м. = 1,02755 а. е. м.

Переведём относительную атомную массу в МэВ: для этого надо относительную атомную массу умножить на 931 МэВ/ а. е. м.

1,02755 а. е. м × 931 МэВ/ а. е. м. = 956,64905

2. Другая возможность высвобождения энергии заключается в делении ядер  тяжёлых элементов (элементов конца периодической системы) 

Слайд:

U  +n =  Kr +  Ba  + 3 n

Реакция идёт с выделением энергии, т. к. энергия покоя конечных частиц меньше, чем начальных.

Теперь сделаем сравнение:

                    Е=6,5 МэВ/ а. е. м. – при термоядерном синтезе

                    Е=0,89 МэВ/ а. е. м. – при делении ядра урана.

            На Солнце и звёздах силы тяготения не позволяют раскалённоё плазме расшириться, и термоядерные реакции протекают в центральной зоне на неизменном уровне в течение миллионов лет. Но запасы водорода уменьшаются, поэтому дальнейшая судьба звезды определяется величиной её массы.

Закрепление: решение задач.  Решение задачи на доске,  решение в тетради.

. Рассчитайте энергию, выделяющуюся при превращении 1 г водорода в гелий, если энергия связи ядра для гелия Е=4,53× 10^-12 Дж.

Дано:                                            Решение

Е_св = 4,53×10^-12 Дж.             

N_A= 6,02×10²³                 ν===0,25 моль

m = 1 г                                          N= ν×N_A=0,25 моль×6,02×10²³  =             

М = 4 г/моль                                 =1,505×10²³

       Е - ?                                     Е= 4,53×10^-12 Дж×1,505×10²³=6,82×10¹¹Дж

Сравним эти значения.

3. Рассчитайте энергию, выделяемую при делении 1 г урана. Энергия связи ядра для урана 200 МэВ.

Дано:                              Решение

Е_св = 200 МэВ               N= ν×N_A=  ×6,02×10²³= 2,56×10²¹

m = 1 г                        

М = 235 г/моль           Е = Е_св × N =2,56×10²¹×200 МэВ × 1,6 ×10¹⁹Дж/эВ =              Е - ?                                = 8,19   ×10¹⁰  Дж

Вывод: более выгоден энергетический выход реакций синтеза лёгких ядер.

Домашнее задание:

п.26 изуч.,стр119№26.1,26.4  реш(.2 гр.)

Рефлексия.