Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі «Ұлттық ақпараттандыру орталығы» АҚ

136 
 
В.Рентген  посвятил  свою  жизнь  классической  физике.  Открытые  им  «нового  типа  лучи» 
явились отправной точкой для развития новой физики – физики атома и атомного ядра.  
Сейчас рентгеновские лучи находят широчайшее применение во множестве областей науки, 
техники и медицины. 
 
Рефлексия 
- 
Понравился ли вам сегодняшний урок?  
- 
Что интересного запомнилось? 
- 
Что оказалось для вас полезным?  
- 
Наиболее интересным? 
V. 
Подведение итогов 
- 
дать качественную  оценку работы класса и отдельных  учащихся; 
- 
подведение итогов самостоятельной работы учащихся; 
- 
замечания и выводы по уроку, устранение выявленных пробелов;   
-  
выставление  оценок. 
VI. 
Домашнее задание 
- «
Физика 9 класс»,  § 52, упр.40
; 
- 
обеспечить понимание  учащимися цели, содержания и способов  выполнения домашнего 
задания; 
- 
проверить, как учащиеся поняли содержание домашней работы. 
- 
решить 
задачи 
и 
выполнить 
 
задания 
 
 
ЦОР 
№ 
 
2749.   
                                        
 
 
 
 
 
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА НА ТЕМУ «ЯДЕРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.  
ДЕФЕКТ МАСС. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА» 
 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦОР №№ 2753,  2754,  2755 
 
                                                   
Цели и задачи урока:  
     
общеобразовательная: 
•
 
знать основные положения теории о строении атомного ядра; 
•
 
знать особенности ядерного взаимодействия; 
•
 
дать понятие дефекта массы, энергии связи ядра, удельной   энергия связи; 
•
 
формировать практические навыки решения задач по теме.  
     
развивающая: 
•
 
развитие логического мышления и творческих способностей  учащихся;  
•
 
умение применять теоретические знания для решения задач; 
•
 
развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать;  

137 
 
•
 
умение работать с информацией, пользоваться ИКТ; 
     
воспитательная: 
•
 
развитие познавательного интереса к предмету и окружающим   явлениям; 
•
 
развитие культуры общения и культуры ответа на вопросы; умение слушать; 
•
 
развитие личностных качеств: взаимопомощь, чувство коллективизма,  способность к 
сотрудничеству 
 
     
Тип урока: комбинированный урок. 
     
Форма проведения урока: объяснительно-иллюстративный, фронтальный опрос, 
самостоятельная работа, тестовые задания, использование компьютерной техники. 
     
Оборудование:  Е-библиотека Системы электронного обучения, ЦОР № 2753 
 «
Ядерное взаимодействие. Ядерные силы»,  ЦОР №2754. «Единицы физических величин, 
используемые в ядерной физике. Дефект масс». ЦОР № 2755  «Энергия связи ядра»,  ПК, 
мультимедийный проектор,  экран, презентация.     
.  
                                                       
Структура  урока  
I
. Организационный момент.  2 мин.    
II
. Актуализация знаний учеников. 3 мин. 
III
. Изучение нового материала.  20 мин. 
IV
. Закрепление знаний. 15 мин. 
V
. Подведение итогов, оценки за урок. 3-4 мин.  
VI
. Домашнее задание. 1 мин. 
  
 
 
                                                            
Ход урока 
                                       I
. Организационный момент    
 - 
обеспечить нормальную обстановку для работы на уроке, психологически настроить 
учащихся к занятию; 
 - 
включение учащихся в ритм работы. 
     
Сообщение  темы  урока. Формулирование  целей  урока совместно с учащимися. 
 
II
. Актуализация знаний учеников 
Составление хронологической карты открытий ученых. Открытия ученых конца XIX и 
начала XX вв. 
                      
 
В 1896 г. французский физик А.Беккерель установил, 
что некоторые материалы в природе испускают лучи, 
которые до него были неизвестны. В 1898 г. П.Кюри и 
М.Склодовская-Кюри выделили из урановой руды два 
новых химических элемента - радий и полоний. Мария 
Кюри назвала явление излучения радиоактивностью. В 
1903 г. она была удостоена Нобелевской премии за 
открытие радиоактивности, став первой женщиной-
лауреатом в истории этих премий. 

138 
 
       
 
Учитель. Мы продолжаем с вами работать над изучением строения атома и сегодня 
объектом нашего изучения станет атомное ядро. 
 
В связи с открытием атомного ядра перед учеными встала задача изучения структуры и 
свойства атомного ядра. Пред ними встали следующие вопросы: 
- 
из чего состоит атомное ядро; 
- 
какие силы удерживают составные части ядра около друг друга; 
- 
какие превращения ядер возможны. 
 
 
 
В 1899 г. Э. Резерфорд и П.Кюри экспериментально 
обнаружили, что радиоактивное излучение в магнитном 
поле распадаются на три вида. Их называют альфа-, 
бета- и гамма- лучами. После открытия Э. Резерфордом 
ядерного строения атомов было твердо установлено, что 
радиоактивность − это свойство атомных ядер.  
    
 
1911 г. Резерфорд,  исследуя  рассеяние  −
α
частиц 
веществом, установил существование атомного ядра. 
Резерфорд предложил планетарную модель атома: 
- 
в центре атома располагается положительно 
заряженное ядро, в котором сосредоточена вся 
массивная масса,  а по орбите вокруг ядра вращаются 
электроны. 
 
 
В 1919 г. Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода 
в продуктах расщепления ядер атомов многих 
элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он 
высказал предположение, что протоны входят в состав 
всех атомных ядер.   
 
В 1920 г. Резерфорд высказал гипотезу о существовании в составе ядра еще одной частицы.  
 
Через 12 лет, в 1932 г. Д. 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. 

139 
 
 
 
  
В настоящее время твердо установлено, что атомные ядра различных элементов состоят из 
частиц двух видов – протонов и нейтронов, в нем сосредоточена 
вся масса атома. Радиус атома составляет порядка 
10
10
−
≈
ат
R
м, а 
ядра 
15
14
10
10
−
−
−
≈
яд
R
 
м. Отсюда видно, что радиус ядра меньше 
радиуса  атома  примерно  в 
5
4
10
10
−
раз.  Следовательно,  ядро 
занимает  незначительный  объем  атома,  где  очень  плотно 
размещаются протоны и нейтроны. 
   
Сразу же после того, как в  опытах Чедвика был открыт нейтрон,  
российский ученый Д. Д. Иваненко немецкий 
физик В. Гейзенберг в 1932 г. 
выдвинули гипотезу о  протонно-нейтронном    строении атомных ядер, которая полностью 
подтвердилась последующими исследованиями. Согласно этой модели любое атомное ядро 
состоит из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами. Протоны и 
нейтроны принято называть нуклонами.  
 
                                                        III. 
Изучение нового материала 
 
     
Работа c ЦОР  № 2753. Учащиеся выполняют интерактивное задание анимации, изучают 
строение атома на примере химического элемента углерода 
C
12
6
. 
                                       
 
 
      
Ядерное  взаимодействие.  Как  известно,  ядра  весьма  устойчивы,  а  это  значит,  что 
протоны и нейтроны удерживаются внутри ядра какими-то силами, причем очень большими. 
     
Так  как  ядра  весьма  устойчивы,  то  положительно  заряженные  протоны  и  электрически 
незаряженные нейтроны должны удерживаться внутри ядра какими-то силами, причем очень 
большими. Это приводит нас к выводу, что кроме электрических сил отталкивания, в ядре 
действуют  и  значительные  силы  притяжения  между  нуклонами.  Но  эти  силы  не  являются  
гравитационными.  Простой  расчет  показывает,  что  силы  гравитационного  взаимодействия 
между двумя протонами в 
36
10
 
раз меньше электрических сил. 
     
Значит, между ядерными частицами− протонами и нейтронами действуют особые силы, 
называемые  ядерными силами, а осуществляемое ими взаимодействие – сильным. 
 
       
Работа с ЦОР № 2759.  Учащиеся изучают свойства и особенности ядерных сил, пишут 
конспект. 

140 
 
                                    
 
 
      
Особенности ядерных сил.  
     
• Являются короткодействующими – их действие проявляется на расстоянии 
15
10
−
м. 
     
• Ядерные силы относятся к силам притяжения, они не являются центральными.
 
     
•  Ядерные  силы  –  это  сильнодействующие  силы,    они  2-3  порядков  превышают 
электрические силы. 
     
• Ядерные силы обладают свойством зарядовой независимости: эти силы одинаковы при 
действии двух протонов, двух нейтронов  или протона и нейтрона. 
     
•  Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу. 
     
•  Им  свойственно  насыщение,  т.е.  каждый  нуклон  в  ядре  взаимодействует  только    с 
ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. 
     
Природа  этих  сил  пока  до  конца  не  выяснена,  поэтому  полной  законченной  теории 
ядерных сил, которая объясняла бы и предсказывала все их свойства, пока еще не создано. 
 
      
Единицы измерения физических величин в ядерной физике.                                                    
      
При изучении свойств элементарных частиц и нуклонов в ядерной физике использование 
ранее устоявшихся единиц измерения в системе СИ создает много неудобств. В этой связи в 
ядерной физике используются дополнительно специальные единицы измерения.  
     
Это единицы:  
– 
Длины,    в  качестве  единицы  длины  используется  фемтометр  (фм):  1  фм.  =10
-15
 
м.  Эту 
единицу часто называют ферми – в честь великого итальянского ученого Э.Ферми. 
– 
Массы  для  атомов,  ядер  и  элементарных  частиц,    используется  атомная  единица  массы  
(а.е.м.)  Атомная единица массы рана1/12 массы атома изотопа углерода атомной массой 12.                                    
1 а.е.м. = 1,6605∙10
-27
 
кг.  
 –
Энергии,  единицей энергии в атомной физике является электрон-вольт (эВ). 
 
                                                          
Работа с таблицей 
                            
 

141 
 
        
Энергия  связи    и  дефект  массы  ядра.  Так  как  атомное  ядро  состоит  из  протонов  и 
нейтронов, которые связаны между собой в ядре ядерными силами, то масса каждого ядра 
должна быть равна сумме масс содержащихся в нем протонов и нейтронов. Однако точные 
эксперименты  показали,  что  масса  ядра  атома  любого  покоящегося  химического  элемента 
меньше суммы масс нуклонов, составляющих это ядро: 
                                                          
n
p
я
m
N
m
Z
M
⋅
+
⋅
<
   
     
Разность  между  суммой  масс  отдельных  нуклонов  и  массой  ядра  называют  дефектом 
масс: 
                                                   
я
n
p
M
m
N
m
Z
m
−
⋅
+
⋅
=
∆
)
(
, 
где 
я
M – 
масса  ядра, 
p
m
 
и 
n
m – 
массы  протонов  и  нейтронов, 
−
Z
число  протонов  и 
−
N
число нейтронов. 
     
Если  из  суммы  масс  отдельных  частиц  ядра  вычесть  массу  целостного  ядра,  то 
оставшаяся  величина 
m
∆
 
называется дефектом массы данного ядра. 
 
      
Работа учащихся с ЦОР  № 2754.  Определение  дефекта массы атома гелия (решение у 
доски). 
      
В  ядре  атома  гелия-4  имеются  два  протона   
2
=
Z
и  два  нейтрона   
2
=
N
.    Атом  гелия 
содержит еще два электрона. Поэтому при расчете масс используем массу атома водорода-1, 
содержащего протон и электрон.  
      
Масса атома водорода -1 
H
M = 
1,007825 а.е.м.,   масса нейтрона 
n
m –  
1,008665 а.е.м.,  
масса атома гелия
He
M
  – 
4,002604 а.е.м. 
      
Найдем дефект массы гелия 
)
002604
,
4
03298
,
4
(
002604
,
4
)
008665
,
1
2
007825
,
1
2
(
−
=
−
⋅
+
⋅
=
∆m
а.е.м = 0,030376 а.е.м.  
 
       
Самостоятельная работа (учащиеся поделены на 5 групп). 
     
Рассчитать дефект массы  следующих элементов указанных в таблице (литий, углерод, 
кислород, золото, торий, уран). 
                                       
 
     
Измерения показали, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов. 
                                                                 
n
p
я
m
N
m
Z
M
⋅
+
⋅
<
 
     
Возникает вопрос: Куда исчезает разность масс? 
Ответ  дает  установленная  в  1905  г.  Эйнштейном  формула  связи  между    массой  
m
системы частиц и ее внутренней энергией 
0
E :                                                                                      
                                                           
2
0
mc
E
=
. 
      

142 
 
 
Из  формулы    вытекает,  что  изменение  внутренней  энергии  системы  на  величину   
0
E
∆     
вызывает и изменение массы системы на величину  
                                                       
2
0
c
E
m
∆
=
∆
 .                                           
     
Значит,  всякому  изменению  массы    должно  соответствовать  изменение  энергии, 
следовательно, при образовании ядра должна выделяться определенная энергия.  
     
Для того чтобы разбить ядро на отдельные, не взаимодействующие между собой нуклоны, 
необходимо  произвести  работу  против  действия  ядерных  сил,  то  есть  сообщить    ядру 
энергию.      Из  закона  сохранения  энергии  следует,  что  эта  энергия  равна  той  энергии, 
которая выделяется при соединении протонов и нейтронов в атомное ядро. 
                        
 
      
     
Энергия,  которая  выделяется  при  образовании  ядра  из  отдельных  частиц  за  счет 
возникающего дефекта массы, называется энергией связи ядра.  
     
Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ - квантов. 
     
Используя формулу дефекта массы ядра 
                                               
я
n
p
M
m
N
m
Z
m
−
⋅
+
⋅
=
∆
)
(
 
и    уравнение  Эйнштейна,  которая  устанавливает  взаимосвязь  между  массой  и  энергией 
можно вычислить энергия связи любого ядра: 
                                        
2
2
)
)
((
с
M
m
N
m
Z
c
m
E
я
n
p
св
⋅
−
⋅
+
⋅
=
⋅
∆
=
 
где 
−
∆m
 
дефект массы,  −
c
 
скорость света в вакууме. 
                                                          
     
Вывод.  Таким  образом,  когда  из  отдельных  нуклонов  образуется  ядро,    выделяется 
энергия, равная энергии связи ядра 
св
E
. Из-за выделения энергии масса ядра уменьшается на 
величину дефекта массы: 
2
c
E
m
св
=
∆
. 
     
Энергия  связи  ядра  является  одной  из  важнейших  величин,  характеризующих 
стабильность  ядра.  Энергия  связи позволяет объяснить  устойчивость  ядер,  выяснить  какие 
процессы ведут к выделению ядерной энергии.  
 
       
Удельная  энергия  связи.  Для  характеристики  устойчивости  ядер  вводится  также 
физическая величина – удельная энергия связи, приходящаяся на один нуклон, 
                              
А
E
E
св
уд
=
,    
−
A
 
число нуклонов в ядре. 
     
Она характеризует устойчивость атомных ядер, т.е. чем больше 
уд
E
, тем устойчивее ядро. 
Удельная энергия связи зависит от массового числа 
A
 
элемента.  
 

143 
 
     
Работа с ЦОР № 2755. Учащиеся выполняют интерактивное задание анимации, изучают 
изменение  удельной  энергии  связи  элементов  в  зависимости  от  их  положения  в 
периодической таблице. 
                                       
 
 
    
Удельные энергии связи в различных атомах различны. Результаты вычислений удельной 
энергии связи для всех химических элементов представлены на графике. 
    
Затем  учащиеся  выполняют интерактивное задание, изучая изменение удельной энергии 
связи нуклонов в ядре от массового числа элементов. 
                                       
 
 
       
Анализ графика.  С ростом массового числа 
A
 
удельная энергия связи начинает расти 
от значения 1,1МэВ/нуклон для ядра дейтерия    H
2
1
до значения  8,8 МэВ/нуклон для изотопа 
железа 
Fe
56
26
. Далее с ростом массового числа 
A
 
удельная энергия связи начинает 
уменьшаться. Например, для урана 
U
238
92
 
удельная энергия связи равна 7,6 МэВ/нуклон. 
      
Удельная  энергия  связи  нуклонов  для  легких  ядер  сначала  круто  возрастает,  затем, 
претерпев  ряд  скачков,  удельная  энергия  медленно  возрастает  до  максимальной 
величины 8,7 МэВ/нуклон   у  элементов  с  массовым  числом 
60
50
÷
=
A
,  а  потом 
сравнительно  медленно  снижается  у  тяжелых  элементов.  Отсюда  следует,    что  наиболее 
устойчивыми  с  энергетической  точки  зрения,  являются  ядра  элементов  средней  части 
системы  Менделеева.  Уменьшение  удельной  энергии  связи  при  переходе  к  тяжелым 
элементам  объясняется  тем,  что  с  возрастанием  числа  протонов  в  ядре  и  увеличивается  и 
энергия их кулоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами становится менее 
сильной, а сами ядра менее прочными.  
      
Такая зависимость энергии связи от массового числа делает энергетически возможным 
два процесса:        
      
а) деление тяжелых ядер на более легкие; 

144 
 
      
б) слияние легких ядер в более тяжелые.                                                                                                                                                          
В обоих этих процессах выделяется огромное количество энергии. В настоящее время оба 
процесса осуществлены практически: реакции деления и термоядерные реакции. 
 
                                                          IV. 
Этап закрепления знаний 
     
Задача 1. (Решение задачи у доски)/  
     
Определить  изменение  энергии  связи  ядра  при  изменении  массы  системы  на  величину, 
равную одной атомной массе (
1
=
∆m
а.е. м.). 
     
Масса и энергия связи   в  формуле  
                                              
2
c
m
E
св
⋅
∆
=
 
представлены   в единицах 
SI
. Чтобы перейти на единицы измерения, принятые в ядерной 
физике, предположим, что масса системы изменилась на величину, равную одной атомной 
массе (
1
=
∆m
а.е. м.). Насколько же изменится при этом ее внутренняя энергия? 
1 а.е.м.= 1,66054∙10
-27
 
кг;         1 эВ=1,6∙10
-19
 
Кл;                
8
10
9979
,
2
⋅
=
c
м/с 
      
Определим изменение внутренней энергии, соответствующей  
1
=
∆m
а.е.м = 1,66054∙10
-27
 
кг. по формуле Эйнштейна: 
                              
11
2
8
27
10
924
,
14
)
10
9979
,
2
(
10
66054
,
1
−
−
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
св
E
 
Дж 
     
Запишем изменение энергии в  электрон-вольтах. 
                                         
5
,
931
10
6022
,
1
10
924
,
14
19
11
=
⋅
⋅
=
−
−
ñâ
E
МэВ 
     
Как видно, если масса системы изменится на 1 а.е.м., то ее внутренняя энергия изменится 
на  931 МэВ. 
      
Единицы измерения, часто применяемые в ядерной физике 
                      
1
 
а.е.м = 1,66054∙10
-27
 
кг;       1 а.е.м. = 931,5 МэВ 
 

жүктеу/скачать 9,7 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: