Атомная физика 11 класс опорный конспект

Обновлено: 05.07.2024

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Строение атомного ядра.doc

Проверка домашнего задания

α -излучение – это поток …

β -излучение – это поток …

γ -излучение – это …

Какой заряд имеет α -частица?

Какой заряд имеет β -частица?

Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

Какие частицы излучаются при указанном процессе распада: ?

В результате какого радиоактивного распада натрий превращается в ?

Какое уравнение имеет ядерная реакция для β -распада ?

Изучение нового материала

Цепочка открытий, которые позволили заглянуть внутрь атомного ядра, сжатая до одной строки, выглядит так: атом — электрон - атомное ядро – частицы внутри ядра.

Последние шаги были сделаны после открытия радиоактивности, когда физики получили прекрасный инструмент для проникновения вглубь вещества — альфа-частицы, или ядра гелия.

1911 г. Э. Резерфорд на основании опытов по рассеянию альфа-частиц делает заключение о существовании атомного ядра. Это открытие показало, что вещество состоит в основном из. пустоты. Вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре, размеры которого (10 -14 — 10 -15 м) в 10 4 — 10 5 раз (!) меньше, чем размеры облака легких отрицательных электронов.

1919 г. Эксперименты Резерфорда и его сотрудников по облучению альфа-частицами легких газов привели к расщеплению атомных ядер. Процесс сопровождался вылетом ядер водорода (протонов, как позднее назвал их Резерфорд). Тогда ученый приходит к выводу, что протоны являются структурной частью всех более тяжелых ядер.

1932 г. Английский ученый Дж. Чедвик открывает нейтрон, существование которого было предсказано Э. Резерфордом еще в 1921 г. Масса нейтрона оказалась очень близкой к массе протона. И в этом открытии важную роль сыграли альфа-частицы: нейтроны возникали при бомбардировке ими бериллиевой мишени.

После открытия нейтронов сразу и почти одновременно физики из разных стран предложили модель ядра, состоящего из протонов и нейтронов. В 1932 году В.Гейзенберг и Д.Иваненко предложили протонно-нейтронную модель ядра. Все ядра состоят из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов . В современной ядерной физике эти частицы объединяют общим названием нуклоны .

Ядро любого химического элемента может быть описано всего двумя числами: (слайд 3)

Порядковым номером атома в таблице Менделеева – атомный номер Z .

Массовым числом – А.

Z – атомный номер показывает число протонов в ядре, он так же численно равен заряду ядра.

А – массовое число представляет собой сумму числа протонов и нейтронов в ядре.

Число нейтронов обозначается буквой N и может быть вычислено как N = A – Z

В то же время, все атомы одного и того же элемента не обязательно содержат одинаковое количество нейтронов. Атомы одного элемента с разным количеством нейтронов называют изотопами этого элемента. Например: изотопы водорода.

Нуклид – любое атомное ядро с заданным числом протонов и нуклонов.

Большинство элементов существует в природе как смесь изотопов в разных пропорциях:

Если посмотреть в таблицу Менделеева, то мы увидим, что атомные массы химических элементов иногда сильно отличаются от целых чисел. Это означает, что в таблице указано среднее значение массы, с учетом процентного содержания всех изотопов.

Еще одна характерная особенность ядерных сил: из-за их короткого действия нуклоны чувствуют только ближайших своих соседей.

Ядерные силы (в той области, где они действуют) очень интенсивные. Их интенсивность значительно больше интенсивности электромагнитных сил, так как ядерные силы удерживают внутри ядра, одноимённо заряженные протоны, отталкивающиеся друг от друга с огромными электрическими силами.

Важнейшим свойством ядерных сил является их зарядовая независимость, то есть тождественность трёх типов ядерного взаимодействия: между двумя протонами, между протоном и нейтроном и между двумя нейтронами.

Вычислите отношение силы кулоновского отталкивания к силе гравитационного притяжения двух протонов в ядре.

Вычислите плотность вещества, из которого состоит ядро гелия, считая радиус равным 10 -15 м.

Планетарная модель атома Резерфорда

Противоречия модели атома (по Резерфорду)

Оставаясь в рамках классической механики, Резерфорд не смог разрешить данные противоречия.

Постулаты Бора

1. В атоме существуют устойчивые (стационарные) орбиты, движение электрона по которым не сопровождается излучением или поглощением энергии.
2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое происходит излучение или поглощение кванта энергии:

h • v_mn = Е_m – Е_n.

1. Момент импульса электрона, находящегося на стационарной орбите, квантуется:

m • υ_n • r_n = n • ħ,

где n — номер стационарной орбиты, ħ = h/2p = 1,05 • 10 –34 Дж•с — постоянная Планка (аш (h) с чертой).

Боровская модель атома водорода. Серия Бальмера.
Спектры испускания и спектры поглощения

Атом с одним вращающимся вокруг ядра электроном называется водородоподобным атомом.

Боровская модель атома водорода описывает атом водорода и водородоподобные атомы.

Энергетический уровень — энергия, которой обладает электрон в атоме, находящемся в определенном стационарном состоянии.

Основное состояние атома — состояние с минимальной энергией.

где k = 9•10 9 Н•м 2 /Кл 2 ; m = 9,1 • 10 –31 кг — масса электрона; е = –1,6 • 10 –19 Кл — заряд электрона; h = 6,62 • 10 –34 (Дж•с) — постоянная Планка.

Линейчатый спектр — спектр излучения, состоящий из отдельных узких спектральных линий различной интенсивности. Излучение, которое испускают атомы, образует линейчатый спектр.

Линейчатый спектр включает в себя резко очерченные цветные линии, которые обязательно отделяются друг от друга широкими темными промежутками. Расположение спектральных линий строго упорядочено и индивидуально для каждого вещества.

Атом испускает квант энергии, если m > n — все возможные частоты, вычисленные по данной формуле, дают спектр излучения атома водорода.

Атом поглощает квант энергии, если m

Протон – стабильная элементарная частица, ядро атома водорода.

Нейтрон – элементарная частица, не имеющая заряда.

Протонно-нейтронная модель ядра Гейзенберга-Иваненко: ядро любого атома состоит из положительно-заряжённых протонов и электронейтральных нейтронов.

Массовое число – сумма числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре.

Нуклоны – протоны и нейтроны в составе атомного ядра.

Изотопы – разновидность данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер, т. е. числом нейтронов.

Ядерные силы – это силы притяжения между нуклонами в ядре.

Дефект масс – разность масс нуклонов, составляющих ядро, и массы ядра

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Просвещение, 2014. С. 299-307.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М.: Дрофа, 2009.

Савельев И.В. Курс общей физики, Т.3. М.: Наука, 1987. С. 231-244.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В 1919 году Резерфорд открыл протон при бомбардировке ядра атома азота α-частицами.

Это была первая ядерная реакция, проведённая человеком. Превращение одних атомных ядер в другие при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом называют ядерной реакцией.

Протон – стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. Свойства протона:

или – символ протона.

Нейтрон был открыт в 1932 г. Д. Чедвиком при облучении бериллия α-частицами. Нейтрон - элементарная частица, не имеющая заряда. Свободный нейтрон, который находится вне атомного ядра, живёт 15 минут. Потом он превращается в протон, испуская электрон и нейтрино – безмассовую нейтральную частицу.

В 1932 году советский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра. Справедливость этой гипотезы была доказана экспериментально. Согласно этой модели ядра состоят из протонов и нейтронов. Так как атом не имеет заряда, т.е. электрически нейтрален, число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке. Значит, число протонов в ядре равно порядковому номеру химического элемента Z в периодической таблице Менделеева.

Сумму числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А:

Ядерные частицы – протоны и нейтроны – называют нуклонами.

Радиус ядра находится по формуле:

Изотопы – разновидность данного химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер, т. е. числом нейтронов.

Устойчивость ядер зависит от отношения числа нейтронов к числу протонов.

Свойства ядерных сил:

1) это силы притяжения;

2) примерно в 100 раз больше кулоновских сил;

3) зарядовая независимость;

4) короткодействующие, проявляются на расстояниях порядка 10 -12 -10 -13 см;

5) взаимодействуют с конечным числом нуклонов.

Масса любого атомного ядра всегда меньше, чем масса составляющих его частиц:

Дефект масс - разность масс нуклонов, составляющих ядро, и массы ядра:

Энергия связи – это минимальная энергия, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные частицы:

Удельная энергия связи – это полная энергия связи ядра, деленная на число нуклонов:

Алхимикам не удалось преобразовать ядра атомов, т.е. из одного химического элемента получить другой, потому что энергия связи в ядрах (в расчете на одну частицу), примерно в миллион раз (!) превышает химическую энергию связи атомов между собой.

Английский же ученый Фрэнсис Астон сконструировал масс-спектрограф. На нём он сделал точнейшие измерения. И в 1927 году построил кривую, которая описывает энергию связи. Более устойчивы к распаду и имеют большие значения энергии связи ядра атомов, которые содержат определенные, так называемые магические, числа протонов и нейтронов. В подмосковной Дубне был получен 114-й химический элемент при поисках таких стабильных ядер.

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

• подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
• по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 933 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

• Курс добавлен 31.01.2022
• Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

• ЗП до 91 000 руб.
• Гибкий график
• Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 610 167 материалов в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

• 20.08.2017 1697
• DOCX 1.6 мбайт
• 4 скачивания
• Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Данилюк Лариса Александровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

• Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
• Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Время чтения: 2 минуты

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

Академическая стипендия для вузов в 2023 году вырастет до 1 825 рублей

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Цель: изучить планетарную модель атомного ядра; дать определение понятию
атомного ядра; рассмотреть опыты Резерфорда; сравнить модели атома Томсона
и Резерфорда.

I. Организационный момент

Учитель и ученики приветствуют друг друга. Проверяется готовность к уроку. Выявление отсутствующих на уроке.

II. Проверка домашнего задания

Учитель берёт тетради для проверки выполнения домашнего задания у 2–3 учащихся.

III. Актуализация опорных знаний учащихся

– Какую тему мы изучали на прошлом уроке?

– Чем отдельные молекулы поглощают световую энергию?
– На какие составные части при поглощении углекислого газа листья расщепляют его молекулы? Где это происходит? Кто это установил?

IV. Постановка темы и целей урока

– Как вы думаете, можно ли увидеть атомы? Выслушиваю ответы учащихся.

– В современном мире существуют микроскопы, благодаря которым возможно увидеть атомы. Размеры атомов составляют десятые доли нанометров.

– Верна ли гипотеза о неделимости атома? Попробуем разобраться! На это уроке мы узнаем о планетарной модели строения атома.

V. Изучение нового материала
1. Идея электронной структуры атома

– Идею электронной структуры атома теоретически и гипотетически формулировались учёными. В 1896 году Хендрик Лоренц создал электронную теорию о том, что электроны являются частью атома. Эту гипотезу в 1897 году подтвердили эксперименты Джозефа Джона Томсона. Именно им был сформулирован вывод о том, что существуют частицы с наименьшим отрицательным зарядом–электроны, и они являются частью атома.

2. Как связаны булочка с изюмом с физикой?

– К началу ХХ века было известно, что атомы материи имеют сложную внутреннюю структуру, они являются электрически нейтральными системами, а носителями отрицательного заряда атома являются лёгкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов.

Учитель делает запись на доске:

Электрон – наименьшая электроотрицательная заряженная элементарная частица.

Масса покоя электрона:

т_е = 9,1  10 -31 кг

Отношение заряда электрона к его массе:

= 1,759  10 11 Кл/кг.

Однако, модель атома Томсона противоречила результатам экспериментов по изучению распределения положительных зарядов.

4. Опыты Эрнеста Резерфорда

К лассические опыты по проверке характера
распределения заряда атома были осуществлены
английским физиком Эрнестом Резерфордом.
Эрнест Резерфорд в 1906 году предложил
применить зондирование атома ɑ-частицами,
скорость которых составляет скорости света.
Эти частицы возникают при распаде, например
радия и некоторых других радиоактивных
элементов. Сами же ɑ-частицы это
ионизированные атомы гелия. Положительный
заряд гелия по модулю в 2 раза больше заряда
электрона. Этими частицами Резерфорд
бомбордировал атомы тяжёлых элементов –
золото, медь и др. Если бы электроны были
распределены равномерно по всему объёму атома,
как в модели атома Томсона, электроны не могли
бы заметно изменять траекторию ɑ-частиц,
т.к. размеры и масса электронов в 8000 раз меньше массы ɑ-частиц.

т_е  т_ɑ

-Изменение направления движения альфа-частиц может вызвать только массивная часть атома, при этом только положительно заряженная.

Схема опытов Резерфорда показана на рисунке:

Учитель строит схему опытов Резерфорда на доске, а учащиеся у себя в тетради.

- Весь прибор размещался в сосуде, из которого был откачен воздух. Радиоактивный препарат помещался внутри свинцового цилиндра, вдоль которого был высверлен узкий канал. Пучок ɑ-частиц из канала падал на тонкую фольгу из тяжёлого металла. После рассеивания альфа-частицы попадали на полупрозрачный экран, покрытый ZnS. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось сцинтилляцией – вспышкой света, которую можно было наблюдать в микроскоп. Сотрудники Резерфорда вели счёт альфа-частиц, попадающих в регистрирующее устройство, при отклонении их от первоначального направления на определённый угол .

Угол отклонения
ɑ-частиц , 

-Отсюда можно сделать вывод: такое поведение ɑ-частиц возможно только в том случае, если они упруго взаимодействуют с массивным положительно заряженным телом малых по сравнению с атомом размеров. Так Резерфорд пришёл к мысли о существовании атомного ядра.

Ученики делают запись в тетрадь:

Атомное ядро – тело малых размеров, в котором сконцентрированы почти вся масса и весь положительный заряд атома.

-Подсчитывая число ɑ-частиц, рассеянных на различные углы, Резерфорд смог установить размеры ядра. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10 -12 –10 -13 см. Размер самого атома – 10 -8 , т.е. от 10 до 100000 раз превышает размеры ядра. Впоследствии удалось определить и заряд ядра.

Планетарная модель атома Резерфорда состоит в следующем:

В целом атом нейтрален

В центре атома расположено положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома

Число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равны порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева

5. Электроны внутри атома

- Как же ведут себя электроны внутри атома? Находится в покое они не могут, т.к. упали бы на ядро. Они движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца.

Такой характер движения электронов определяется действием кулоновских сил притяжения со стороны ядра.

Запись на доске:

Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

F_max = k

– модули двух точечных зарядов;
R – радиус атома;
k – коэффициент пропорциональности

k = 9  10 9 Нм 2 /Кл 2

6. Строение атома водорода

- В атоме водорода вокруг ядра обращается всего лишь один электрон. Ядро атома водорода имеет положительный заряд, который по модулю равен заряду электрона, и массу примерно 1836,1 раза больше массы электрона. Это ядро было названо протоном и стало рассматриваться как элементарная частица. Размер атома водорода – это радиус орбиты его электрона.

7 . Планетарная модель атома

-Простая и наглядная планетарная модель атома имеет
прямое экспериментальное обоснование. Она кажется
необходимой для объяснения опытов, по рассеиванию
альфа-частиц. Но на основе этой модели нельзя объяснить
факт существования атома, его устойчивость, ведь
движение электронов по орбитам происходит с
ускорением.

-Ускоренно движущийся заряд должен излучать электромагнитные волны с чистотой, равной чистоте его обращения вокруг ядра. Электроны должны приближаться к тому, как спутник приближается к Земле, при торможении в верхних слоях атмосферы. Атом должен прекратить своё существование. В действительности ничего подобного не происходит. Атомы устойчивы и в невозбуждённом состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны. Несогласующийся с опытом вывод о неизбежной гибели атомов, вследствие потери энергии на излучение, это результат применения законов классической физики к явлениям внутри атома. Отсюда следует, что к таким явлениям законы классической физики нельзя применять.

VI. Закрепление изученного материала. Решение упражнений

Учащимся выдаются карточки:

ФИЗИКА
11 КЛАСС
УРОК №48

2. Установите соответствие между физической величиной и её значением.

1) Размер атома (см) а) 8000
2) Диаметр ядра (см) б) 10 -8
3) Скорость ɑ-частицы от скорости света в) 1/15
составляет (из опыта Резерфорда) г) 10 -12 –10 -13
4) Масса частицы больше массы
электрона в _______ раз

3. Заполните пропуски в тексте:
Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю
заряду ________________, и массу, примерно в 1836,1 раза больше массы
____________________.

4. В ядре атома серебра 108 частиц. Вокруг ядра атома обращается 47 электронов. Зарядовое число атома серебра составляет:
а) + 108; б) – 46;
в) – 61; г) + 47.

5. В ядре атома Дубния 262 частицы. Вокруг ядра обращается 105 электронов. Чему равно зарядовое число ядра атома Дубния?

6. В ядре атома Резерфордия 261 частица. Вокруг ядра обращается 104 электрона. Чему равно зарядовое число ядра атома Резерфордия?

7. Вставьте нужное число в пропуск:

Электрон в атоме водорода радиусом 3,26⋅10 –11 м движется со скоростью _________ ⋅10 6 м/с по ближайшей орбите к ядру.

Рекомендации к решению упражнений на уроке:

Задания 1 – 4 решают учащиеся с низкой успеваемостью.
Задания 5 и 7 решают учащиеся с средней успеваемостью.
Задание 6 даётся для самостоятельного решения на уроке.

VII. Анонс домашнего задания

Отвечать на вопросы из §94

Решить задачу:
Во сколько раз уменьшится сила кулоновского отталкивания двух маленьких бусинок с равными зарядами, если, не изменяя расстояния между ними, перенести две трети заряда с первой бусинки на вторую бусинку?

VIII. Подведение итогов урока

Учитель выставляет оценки за работу на уроке, тем самым подводит итоги занятия.

Читайте также:

  
• Рисование ладошками ежик 2 3 года конспект
  
• Основы резания древесины и заточки режущих инструментов краткий конспект
  
• Россия наша родина урок по опк 4 класс конспект урока с презентацией
  
• Конспект наблюдения за животными в средней группе
  
• Насекомые друзья и враги конспект