Состав атомного ядра ядерные силы кратко 9 класс физика

Обновлено: 02.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Строение атомного ядра..doc

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ

Выполнила: Алёнкина Ольга Васильевна, учитель физики и информатики, высшая квалификационная категория

Слайд 1. Состав атомного ядра. Изотопы. Ядерные силы.

Слайд 2. Цель урока: познакомить учащихся с особенностями строения атомного ядра.

Слайд 3. Задачи урока:

Повторить, обобщить и углубить знания о составе атомных ядер;

Изучить свойства ядерных сил;

Развить умения совершать мыслительные операции: анализ, синтез, систематизацию, сравнение, конкретизация;

Развивать интерес к физике;

Показать связь теоретических знаний с практикой;

Научить пользоваться Периодической системой Менделеева для определения состава атомного ядра;

Продолжить формирование умения применять теоретические знания при решении задач;

Способствовать развитию гибкого мышления учащихся;

Способствовать развитию у учащихся внимания;

Воспитание целостной картинки мира;

Воспитать умение использовать знания, полученные учащимися при изучении других предметов;

Показать связь физики с химией.

Оборудование: интерактивная доска, Периодическая система Менделеева, презентация к уроку.

Слайд 4. Фронтальный опрос:

Кто первый выдвинул гипотезу о том, что в состав атомных ядер всех химических элементов входит ядро атома водорода? (английский физик Эрнест Резерфорд )

В каком году были получены факты подтверждающие справедливость данной гипотезы? (В 1919 г при наблюдении взаимодействия α – частиц с ядрами атомов азота)

Как иначе называется ядро атома водорода? (протон от греческого слова protos – первый)

Благодаря изобретению, какого прибора окончательно было доказано существование протона? (камера Вильсона)

Запишите на доске символьное обозначение протона ( 1 ₁ Н, 1 ₁ р)

О существовании, каких частиц входящих в атомное ядро в 1920 году выдвинул предположение Эрнест Резерфорд? (нейтрон)

Кем и когда данное предположение было доказано? (в 1932 г - английский физик Джеймс Чедвиг (ученик Резерфорда))

Запишите на доске символьное обозначение нейтрон ( 1 ₀ n ).

Проведенный опрос показал, что вы многое уже знаете о составе атомных ядер, поэтому сейчас мы окончательно все обобщим и дополним еще некоторыми интересными открытиями и фактами.

(Запись даты и темы урока на доске

а также Д/з §61, 62, упр. 45.

Слайд 7. Ядро имеет форму шара R ≈ 10 -15 м, в нем сконцентрировано приблизительно 99,96% всей массы атома, ρ = 2,7∙10 17 кг/м³.

Протон: р (1919 г), время жизни 10³¹ лет, m = 1836,2 m _e , q _p = + e

Нейтрон: n , q =0, время жизни вне ядра 15 мин, m =1838,7 m _e

Обе эти частицы часто называют еще нуклонами.

Слайд 8. Число частиц входящих в состав атомного ядра называется массовым числом и обозначается A .

Число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается Z .

Число нейтронов входящих в состав ядра обозначается N .

Дальнейшее исследование атомных ядер привело к обнаружению того, что у одного и того же химического элемента атомы могут иметь ядра разной массы.

Причем все эти атомы обладали одинаковыми химическими свойствами, а, следовательно, имеют одинаковый заряд ядра. Если заряды ядер одинаковы, значит, имеют один и тот же порядковый номер в таблице Д.И.Менделеева, т.е. занимают в таблице одну и туже клетку.

Слайд 9 . Определите общее число частиц, входящих в состав атомного ядра магния, из них, сколько будет соответственно протонов и нейтронов. Заполнить таблицу.

Слайд 10. Все разновидности одного химического элемента назвали изотопами .

Сейчас уже экспериментально доказано, что почти все химические элементы имеют изотопы.

2 ₁ Н - дейтерий

Наличие, каких частиц входящих состав ядра различно для изотопов? (нейтронов)

Именно наличие, различного числа нейтронов в ядрах изотопов является причинной различных физических свойств химических веществ, которые более подробно будут изучены в 11 классе.

Гипотеза о протонно – нейтронном составе атомного ядра подтвердилась, но возникает следующий вопрос: почему ядро не распадается на отдельные частицы?

Слайд 11. Чтобы ответить на поставленный вопрос вспомним ранее изученный материал:

Между всеми телами имеющими массу существует взаимное притяжение. Сила тяготения рассчитывается по закону всемирного тяготения: F=G m ₁ m ₂ / r 2 .

Протоны, входящие в состав ядра обладают положительным зарядом, а значит, между ними возникает отталкивание, к тому же сила электрического отталкивания в 10 39 раз больше чем сила гравитационного притяжения. Только из этого факта можно сделать вывод, что между частицами входящими в состав ядра возникает взаимодействие еще более сильное, чем электрическое, иначе протоны, входящие в состав ядра разлетелись с огромной скоростью.

Слайд 12. Ученые пришли к выводу, что в природе существует еще один вид взаимодействия, которое было названо сильным.

Слайд 13. Силы притяжения между частицами входящими в состав ядра назвали ядерными.

Слайд 14. Свойства ядерных сил:

являются только силами притяжения;

во много раз больше кулоновских сил;

не зависят от наличия заряда;

короткодействующие: заметны на расстоянии r ≈ 2,2∙10 -15 м;

взаимодействуют с ограниченным числом нуклонов (свойство насыщения).

Поскольку ядерные силы не зависят от наличия заряда и существуют между любыми парами p p,p n,n n именно поэтому протоны и нейтроны, входящие в состав ядра назвали нуклонами (от латинского слова nucleus – ядро).

Определить недостающий химический элемент.

Слайд 17. Составьте вопросы к кроссворду(1 вариант – к словам расположенным по горизонтали, 2 вариант – к словам расположенным по вертикали)

Подведение итогов урока: выставление оценок и запись домашнего задания.

Слайд 18. Д/з: §61, 62 упр. 45 (учебник: А.В. Перышкин, Е.М. Гутник)

В этом видеоуроке мы дадим строгие определения зарядовому и массовому числу. Также вы узнаете, каково общее название протонов и нейтронов в ядре атома. Познакомитесь с изотопами и научитесь объяснять их существование на основе протонно-нейтронной модели ядра. А также узнаете, как называются силы, действующие между протонами и нейтронами в ядре, и каковы их характерные особенности.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Состав атомного ядра. Ядерные силы"

Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А. Оно ставится вверху перед буквенным обозначением химического элемента.

Например, массовое число кислорода равно 16, а углерода — 12.

Мы уже говорили о том, что массовое число принято выражать в атомных единицах массы (сокращённо, а. е. м.) и округлять до целых чисел. Напомним также, что атомную единицу массы выражают через массу атома углерода; она равна 1/12 части массы атома углерода:

Число протонов в ядре соответствует порядковому или атомному номеру элемента в таблице Менделеева и называется зарядовым числом, поскольку оно определяет заряд ядра. Обозначается зарядовое число буквой Z.

В наших примерах, зарядовое число кислорода равно восьми, а углерода — 6.

Как видно из приведённых примеров, зарядовое число ставится внизу перед буквенным обозначением элемента.

Напомним, что заряд протона положителен и равен элементарному электрическому заряду. Следовательно, зарядовое число численно равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах.

Так как атом в целом электрически нейтрален, то зарядовое число определяет одновременно и число электронов в атоме.

Число нейтронов в ядре обозначают большой буквой N. Нетрудно догадаться, что оно равно разнице между массовым и зарядовым числом:

Таким образом, ядро любого атома обозначается буквенным символом элемента. Вверху указывается значение его массового числа, а внизу — зарядового.

В общем случае любой химический элемент периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева можно представить в виде:

где под X подразумевается символ химического элемента.

Ещё раз уточним, каким образом определяется число протонов, электронов и нейтронов в ядре атома любого химического элемента. Во-первых, необходимо посмотреть в таблице Менделеева порядковый номер интересующего нас химического элемента. Таким образом мы найдём зарядовое число, то есть количество протонов и электронов в ядре. Затем, всё в той же таблице, необходимо посмотреть атомную массу этого элемента и округлить её до целых. Тем самым мы найдём массовое число, то есть общее количество нуклонов в ядре. И наконец, чтобы определить количество нейтронов в ядре атома, мы должны будем вычесть из массового числа зарядовое.

На основании многих экспериментов, было установлено, что изотопы одинаково вступают в химические реакции и образуют одинаковые соединения. Это говорило о том, что число электронов в электронных оболочках, а, значит, и заряд ядра у изотопов одинаковы. Следовательно, ядра изотопов различаются только числом нейтронов. Иными словами, химические свойства элементов определяются не атомной массой, а зарядовым числом ядра. Действительно, например, нуклиды водорода-три и гелия-три имеют близкие по величине атомные массы, но принципиально разные химические свойства.

Из всех известных на сегодняшний день изотопов (а они есть у всех химических элементов) только изотопы водорода имеют названия:

Протий является самым распространённым изотопом в природе, а его ядро содержит только один протон. Изотоп дейтерия (его ещё называют тяжёлой водой), содержит в своём ядре один протон и один нейтрон. Соответственно, у трития — один протон и два нейтрона. В настоящее время в лабораториях получены изотопы водорода и с большим числом нейтронов: тремя, четырьмя, пятью и даже шестью.

Следует отметить, что у разных атомов существует разное количество изотопов. Например, у урана их 26, но самыми распространёнными в природе являются два — это уран-235 (около 0,7 %), и уран-238 (чуть более 99 %). Вы, наверное, обратили внимание на то, что мы не называли зарядового числа изотопов урана. Дело в том, что обычно изотопы называют по их массовым числам, так как зарядовые числа у них одинаковые.

Отметим, что изотопы бывают устойчивые (или стабильные) и неустойчивые (то есть радиоактивные). Стабильные изотопы сохраняются сколь угодно долго.

А нестабильные изотопы со временем превращаются в другие химические элементы в результате радиоактивных превращений.

В настоящее время известно около 280 стабильных изотопов химических элементов и более 2 тыс. радиоактивных изотопов.

Как правило, природные элементы представляют собой смесь нескольких изотопов, поэтому возникает задача их разделения. Как мы уже знаем, магнитное поле искривляет траекторию движения заряженных частиц. На этом свойстве магнитного поля основано действие устройства, называемого масс-спектрографом, который используется для разделения изотопов по массовому числу.

Закрепления материала.

В заключении отметим, что предложенная Иваненко и Гейзенбергом протонно-нейтронная модель строения ядра впоследствии полностью была подтверждена экспериментально. Однако оставался нерешённым ещё один вопрос: почему ядра атомов не распадаются на отдельные нуклоны? Действительно, ведь мы знаем, что ядра атомов являются весьма устойчивыми образованиями, хотя в их состав входят одинаково заряженные частицы — протоны. А поскольку размеры ядер очень малы, то между протонами должны существовать огромные силы электрического отталкивания — порядка 230 ньютонов, что для частиц с массой порядка 10 –27 степени килограмм является очень большой силой. Поэтому возникает вопрос: какое взаимодействие препятствует взаимному отталкиванию между одноимённо заряженными частицами?

Мы знаем, что, кроме электромагнитных сил, в природе существуют также гравитационные силы. Может быть, стабилизирующую роль в ядрах играет именно гравитационное взаимодействие между нуклонами?

Нет, так как расчёты показывают, что сила гравитационного притяжения между двумя протонами в ядре пренебрежимо мала по сравнению с силой электростатического отталкивания. Этот результат позволяет сделать вывод о том, что между ядерными частицами, по-видимому, действуют силы особой природы, радикально отличающиеся от гравитационных и электромагнитных сил. Эти силы принято называть ядерными силами. А так как ядерное взаимодействие во много раз превосходит электромагнитное, то его ещё называют сильным взаимодействием.

Другой особенностью ядерных сил является то, что они очень быстро убывают с увеличением расстояния между ядерными частицами. Проще говоря, они действуют на расстояниях, сравнимыми с размерами самих ядер.

Раздел ОГЭ по физике: 4.3. Состав атомного ядра. Изотопы.

Экспериментальное изучение строения атомного ядра осуществлял Резерфорд. Он облучал β-частицами атомы азота и других элементов.

Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Число нуклонов в ядре называется массовым числом.

Заряд ядра кратен элементарному электрическому заряду Q = Ze. Число Z называется зарядовым числом, оно совпадает с номером элемента в периодической системе элементов Менделеева. Число нейтронов N равно разности массового и зарядового чисел: N = A – Z.

То, что ядра химических элементов устойчивы, нельзя объяснить гравитационным взаимодействием нуклонов:

оно слишком мало, поскольку мала масса нуклонов;
электромагнитное взаимодействие между этими частицами отсутствует, так как нейтрон не имеет электрического заряда.

Соответственно, между нуклонами в ядре действуют силы другой природы. Их называют ядерными силами, они характеризуют взаимодействие, называемое сильным. Ядерное взаимодействие очень сильное, но существует на малых расстояниях.

Ядро химического элемента обозначается как , где X – символ химического элемента. Например,

Например: в ядре атома лития содержится: протонов Z = 3 и нейтронов N = А — Z = 4.

Ядра одного и того же химического элемента могут содержать разное число нейтронов. При этом они имеют одинаковое зарядовое число, но разное массовое число. Например, ядра и имеют по 143 и 146 нейтронов соответственно. Ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов являются ядрами одного и того же химического элемента и называются изотопами.

Изотопы имеют одинаковые химические свойства, что обусловлено одинаковым электрическим зарядом ядра, но разные физические свойства.

В 1932г. после открытия протона и нейтрона учеными Д.Д. Иваненко (СССР) и В. Гейзенберг (Германия) предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра.
Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют массовым числом A: A = Z + N. Ядра химических элементов обозначают символом :
X – химический символ элемента.

Например, – водород, – кислород, – уран.

Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений. Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Заряд ядра равен Ze, где e – элементарный заряд. Число нейтронов обозначают символом N.

Ядерные силы

Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов.

Ядерные силы обладают следующими свойствами:

обладают силами притяжения;
является силами короткодействующими (проявляются на малых расстояниях между нуклонами);
ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия у частиц электрического заряда.

Дефект массы и энергия связи ядра атома

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра.

Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра M_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

Разность масс называется дефектом масс. По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc 2 можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E_св:

Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.

Ядерная энергетика

В нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция и запущена в 1954 году в СССР, в городе Обнинске. Развивается строительство мощных атомных электростанций. В настоящее время в России 10 действующих АЭС. После аварии на Чернобыльской АЭС приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.

практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива;
экологическая чистота при правильной эксплуатации.

тяжелые последствия аварий;
радиоактивные отходы;
тепловое загрязнение;
содействие распространению ядерного оружия. Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

Читайте также: