Конспект урока по теме «Атомное ядро. Ядерные силы»

ТЕМА: Атомное ядро. Ядерные силы

Э пиграф урока:

«Другого ничего в природе нет… Ни здесь, ни там – в космических глубинах. Все: от песчинок малых до планет Из элементов состоит единых»

С. Щипачев.

Цель урока:

1. Познакомить учащихся с особенностями строения атомного ядра и ядерными силами, существенно отличающихся от ранее изученных сил.

2. Сформировать понятия «нуклон», «протонно-нейтронная модель ядра», «изотопы».

3. Формировать диалектико-материалистическое восприятие мира.

4. Развить умения анализировать, систематизировать знания, применять теоретические знания при решении задач. 

Методы обучения:  

беседа, наглядные материалы (презентация), работа с Периодической

системой Менделеева для определения состава ядра атома, решение задач.

Оборудование:

мультимедийная презентация, Периодическая система Менделеева.

Тип урока: изучение новых знаний

План урока:

1. Введение (3 мин.) – актуализация опорных знаний.

2. Изучение нового материала (25 мин.) - рассказ, беседа с учащимися.

3. Закрепления нового материала (15 мин.) - выполнение упражнений, викторина.

4. Домашнее задание (2 мин.)

Ход урока

1. Актуализация опорных знаний – межпредметная связь с учебной дисциплиной «Химия»

Представление о том, что мир состоит из фундаментальных частиц, имеет долгую историю. Впервые мысль о существовании мельчайших невидимых частиц, из которых состоят все окружающие предметы, была высказана за 400 лет до нашей эры греческим философом Демокритом. Он назвал эти частицы атомами, то есть неделимыми частицами. Наука начала использовать представление об атомах только в начале XIX века.

1. Изучение нового материала

Открытие сложного строения атома – важнейший этап становления современной физики. В древние времена атомы считались неделимыми. Большую роль в развитии атомистической теории сыграл Д.И. Менделеев, разработавший в 1869 г. периодическую систему элементов.

К онкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли электрон, измерили его массу.

Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 г., развил Христиан Лоренц. Именно он создал электронную теорию: электроны входят в состав атома.

Опираясь на эти открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10^-10м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд.

Экспериментальная проверка модели атома Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом

Обобщая результаты своих опытов Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:

1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.

2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему

1. Открытие нейтрона

Идея о существовании тяжелой нейтральной частицы казалась Резерфорду настолько привлекательной, что он незамедлительно предложил группе своих учеников во главе с Дж. Чедвиком заняться поиском такой частицы.

Через 12 лет в 1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия альфа - частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Так был открыт нейтрон. На рис. приведена упрощенная схема установки для обнаружения нейтронов.   

По современным измерениям масса нейтрона

m_n = 1,67493·10^–27 кг = 1,008665 а.е.м.

Масса нейтрона приблизительно на две электронные массы превосходит массу протона.

1. Протонно-нейтронная модель ядра

Сразу же после открытия нейтрона советский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими исследованиями.

По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равенэлементарному заряду e = 1,60217733·10^–19 Кл, то есть равен по модулю отрицательному заряду электрона. В настоящее время равенство зарядов протона и электрона проверено с точностью 10^–22. Такое совпадение зарядов двух непохожих друг на друга частиц вызывает удивление и остается одной из фундаментальных загадок современной физики.

Масса протона, по современным измерениям, равна m_p = 1,67262·10^-27 кг.

Протоны и нейтроны в ядре принято называть нуклонами.

Символическое обозначение ядра атома

А- число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов (или атомная масса)

Z - число протонов (равно числу электронов)

N - число нейтронов (или атомный номер): N = A – Z

Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы нуклоновского отталкивания протонов.

1. Ядерные силы - силы, удерживающие нуклоны в ядре.

Особенности ядерных сил:

1. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов.

2. Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер. Ядерные силы заметно проявляются, как показали опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц, лишь на расстояниях порядка размеров ядра (10^–14–10^{–15 м}). Ядерные силы очень быстро спадают с расстоянием.

Радиус их действия порядка 10 ^{- 15} метра.

Для этой сверхмалой длины, характеризующей размеры атомных ядер, ввели специальное обозначение Фм (в честь итальянского физика Э. Ферми, 1901-1954).

Все ядра имеют размеры нескольких Ферми.

Радиус действия ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра - концентрация очень плотной материи. Возможно, самой плотной в земных условиях. Ядерные силы - сильные взаимодействия. На больших расстояниях проявляется действие сравнительно медленно убывающих кулоновских сил.

На основании опытных данных можно заключить, что протоны и нейтроны в ядре притягиваются не зависимо от наличия заряда т.е. ядерные силы не зависят от электрического заряда.

С войства ядерных сил:

• действуют между всеми нуклонами в ядре;

• короткодействующие: проявляются на расстояниях порядка

1,5–2,2 · 10 ^{– 15} м;

• примерно в 100 раз больше кулоновских сил и на десятки порядков превосходит силы гравитационного взаимодействия;

• не являются центральными - не действуют вдоль прямой,

соединяющей частицы

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?

В середине XX века теория ядра предсказала существование стабильных элементов с порядковыми номерами Z = 110 - 114.

В Дубне был получен 114-й элемент с атомной массой А = 289, который "жил" всего 30 секунд, что невероятно долго для атома с ядром такого размера. Сегодня теоретики уже обсуждают свойства сверхтяжелых ядер массой 300 и даже 500.

4. Изотопы - атомы с одинаковыми атомными номерами: в таблице Менделеева они расположены в одной клеточке (по-гречески изос - равный, топос - место).

Х имические свойства изотопов почти одинаковы. Если элементов всего в природе - около 100, то изотопов - более 2000. Многие из них неустойчивы, то есть радиоактивны, и распадаются, испуская различные виды излучений. Изотопы одного и того же элемента по составу отличаются лишь количеством нейтронов в ядре

1. Закрепление знаний:

Решение задач

1. Сколько нуклонов, протонов и нейтронов содержится в ядрах следующих элементов:

₁₁ Na²³ : A = 23; Z = 11; N = 23 – 11 = 12

₁₁Na²¹: A = 21; Z = 11; N = 21 – 11 = 9

2. Чем отличаются следующие элементы:

₈О¹⁷и₈О¹⁶; ₉₂U²³⁵ и₉₂U²³⁹

4. Викторина: Биография атома

1. В переводе с греческого языка слово «атом» означает… неделимый

2. С каких элементарных частиц состоит ядро атома… протоны, нейтроны

3. Как называется частица, которая имеет отрицательный заряд… электрон

4. Сколько разновидностей атомов существует в природе… более 100

5. Какая частица не имеет заряда…нейтрон

6. Химические элементы у которых разное число нейтронов называются… изотопы

7. Как называется частица, которая имеет положительный заряд… протон

8. Как называется модель атома, которая была предложена англ. ученым Резерфордом... планетарная

9. Элементарные частицы протон и нейтрон, которые находятся в ядре атома называются… нуклоны

10. С именем какого ученого связано начало эры атомной науки … Д.И. Менделеев

5. Домашнее задание:

Определить состав ядра атома: ₈O¹⁶; ₃Li⁷; ₆C¹²; ₇N^14;;₉F¹⁹; ₁₃Al²⁷; ₉₂U²³⁵;₈₂Pb²⁰⁷

6. Релаксация:

Собрать, сколько надо, частиц всех сортов,
И атом - пожалуйста - вот он, готов!
Но в общее дело их вклады неравны...
Так кто же из этих частиц самый главный:
Пузатый протон, флегматичный нейтрон,
А может быть, юркий малец электрон?

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/641119-konspekt-uroka-po-teme-atomnoe-jadro-jadernye