Цель: Изучить протонно–нейтронную модель ядра – основу всех выводов в школьном курсе о строении и свойствах ядра; познакомить учащихся с силами- ядерными, существенно отличающиеся от ранее известных.
Оборудование: презентация «Ядерные силы».
Ход урока.
I.Организационный момент.
II. Актуализация знаний.
А). Викторина.
1. Расставьте по порядку единицы измерения энергии, начиная с наибольшей.
а. Джоуль. б. Килоджоуль. в. Электрон-вольт. г. Мегаджоуль. (Верный ответ. мегаджоуль, килоджоуль, джоуль, электрон-вольт)
2. Расположите частицы в ряд по размеру, начиная с наибольшей.
а. Ядро. б. Атом. в. Протон. г. Электрон. (Атом, ядро, протон, электрон)
3. Расставьте фамилии ученых в соответствии со временем их рождения
а. Демокрит. б. Ж.Алферов. в. А.Беккерель. г. Н.Бор.
( Историческая справка: Демокрит родился около 460 г.до н.э.; Ж.И. Алферов – в 1930 г.; А.Беккерель – в 1852 г.; Н.Бор – в 1885 г. Ответ. Демокрит, А.Беккерель, Н.Бор, Ж.Алферов)).
Б). Ответы на вопросы.
1.Кто автор планетарной модели атома?
2. В чем сущность планетарной модели атома?
3. Что можно узнать по порядковому номеру элемента?
4. Каков физический смысл массового числа?
5. Что такое ионы?
6.Что называют изотопами?
7.Что называют изотопами хим. элемента? (атомы)
8.Как называются изотопы водорода?
9.Каков физический смысл массового числа в модели атомного ядра? (ск нуклонов в ядре)
III. Изучение нового материала.
Конкретные 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 Х. 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(-10) м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд
Экспериментальная проверка модели атома Томсона была осуществлена в 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом.
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:
-
Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. -
В ядре сконцентрирована почти вся масса атома. -
Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему.
Резерфорд высказал идею о существовании тяжелой нейтральной частицы, 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 α - частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Так был открыт нейтрон.
Это не протон-электронная пара, как первоначально предполагал Резерфорд. По современным измерениям масса нейтрона mn = 1,67493·10-27 кг = 1,008665 а.е.м. В энергетических единицах масса нейтрона равна 939,56563 МэВ. Масса нейтрона приблизительно на две электронные массы превосходит массу протона.
Сразу же после открытия нейтрона российский 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 равен элементарному 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 mр = 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. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными.
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 0,000 000 000 000 001 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 электрического заряда.
Ядерные силы: силы притяжения; действуют между всеми нуклонами в ядре; короткодействующие.
IV. Закрепление изученного материала.
А).Ответьте на вопросы:
1. Опишите строение атома; опишите строение ядра.
2. Что такое нуклоны?
3. Каков знак заряда ядра атома? Каковы знаки зарядов протона, нейтрона, электрона?
4. Каких частиц в атоме равное число?
5. Какие силы называются ядерными?
6. Каковы основные свойства ядерных сил?
7. На каких расстояниях проявляются ядерные силы?
8. Почему ядро атома не распадается?
Б). Решение задач:
1. Сколько нуклонов, протонов и нейтронов содержится в ядрах следующих элементов:
11 Na23 A = 23 N = 23 – 11 = 12 Z = 11
11Na21 A = 21 N = 21 – 11 = 9 Z = 11
4B9 A = 9 N = 9 – 4 = 5 Z = 4
8O16 3Li7 6C12 7N14 9F19 13Al27 92U235 82Pb207
2. Чем отличаются следующие элементы: 8О17 и 8О16 92U235 и 92U239
V. Итог урока.
VI. Домашнее задание: §104. Упр.№14 (4).