АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

УРОК 6/55

Тема. Ядерные силы

Цель урока: ознакомить учащихся с новым видом взаимодействия между частицами - ядерными силами.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Особенности взаимодействия частиц внутри ядра

Поскольку ядра достаточно устойчивы, то протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядра какими-то силами, причем очень значительными. Что это за силы? Наверное можно сказать, что это не гравитационные силы, которые слишком слабы. Устойчивость ядра не может быть объяснена также электромагнитными силами по той причине, что между одноименно заряженными протонами действует электрическое отталкивание. А нейтроны лишены электрического заряда.

Получается, между нуклонами в ядре действуют особые силы. Эти силы назвали ядерными.

Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электрические силы. Это самые мощные силы из всех, которыми обладает природа. Поэтому взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными взаимодействиями.

Устойчивость ядер, выделение энергии при образовании ядра из нуклонов свидетельствует о том, что ядерные силы вплоть до некоторого расстояния являются силами притяжения. Однако начиная с некоторого расстояния между нуклонами, силы притяжения сменяются силами отталкивания.

Другая важная особенность ядерных сил - их короткодіючий характер. Электромагнитные силы сравнительно медленно убывают согласно расстоянии. Ядерные силы заметно проявляются лишь на расстояниях, равных по величине размерам ядра (10-12 - 10-13 см). Ядерные силы - это, так сказать, «богатырь с очень короткими руками».

В ядерной физике введено особое единицу длины - ферме.

1 фм = 10-15 м.

Нейтрон начинает притягиваться к протона, находясь от него на расстоянии, меньшем по 2 фм. На расстоянии, меньшем 0,4 фм, действуют мощные силы отталкивания между ними. По расстоянию между нуклонами всего 4,2 фм ядерные силы изгоняются малые.

2. Радиоактивность

Весной 1896 г. французский физик А. Беккерель сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения (со временем его назвали радиоактивным), что соли урана испускают. Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветка была не фосфоресценция, а именно уран, в которой бы химическом соединении он не находился.

Начатый супругами П. и М. Кюри систематический поиск новых радиоактивных веществ и изучение свойств их излучения подтвердили догадку Беккереля о том, что радиоактивность урановых соединений пропорциональна числу атомов Урана, содержащихся в них.

Ø Радиоактивность - способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.

Химические элементы, которым присуща радиоактивность, называются радиоактивными элементами.

3. Виды радиоактивного излучения

в 1899 году Резерфорд, изучая іонізувальну способность радиоактивного излучения, обнаружил, что оно неоднородно и состоит из двух частей, которые он назвал α - и β-лучами.

Ему удалось доказать, что α-лучи являются потоком ядер атомов Гелия. Того же года А. Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов.

в 1900 году французский физик П. Уиллард установил, что в состав радиоактивного излучения входит и третья составляющая, которую он назвал в-лучами. Изучение γ-лучей показало, что они представляют собой электромагнитные волны, длина которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Таким образом, было установлено, что радиоактивное излучение состоит из α-, β - и γ-лучей.

1903 г. Е. Резерфорд и его сотрудник Ф. Содди указали на то, что явление радиоактивности сопровождается превращением одного химического элемента в другой, например радия в радон.

4. Радиоактивный распад

Чем же объясняется радиоактивность? Каково происхождение радиоактивных лучей? И наконец, что же происходит с веществом во время радиоактивного распада?

1902-1903 гг. Эрнест Резерфорд и его сотрудник, английский химик Фредерик Содди предположили, что радиоактивность связана с превращениями атомов радиоактивного вещества в другие атомы. Расчеты показывали, что радиоактивные вещества непрерывно в течение тысячелетий излучают небольшие количества энергии, практически не изменяясь. Так, 1903 г. Пьер Кюри определил, что 1 г радия выделяет за 1 час около 582 Дж энергии.

Откуда же берется энергия, на выделение которой все известные воздействия не имеют никакого влияния? Очевидно, во время радиоактивности вещество претерпевает каких-то глубоких изменений, совершенно отличных от обычных химических превращений. Было сделано предположение, что превращение претерпевают сами атомы.

После того как в 1911 году Резерфорд предложил ядерную модель атома, стало очевидным, что именно ядро претерпевает изменений во время радиоактивных превращений. Действительно, если бы изменения касались только электронной оболочки атома (например, потеря одного или нескольких электронов), то при этом атом превращался бы в ион того же самого химического элемента, а вовсе не в атом другого элемента с другими физическими и химическими свойствами. К тому же α-частиц вообще нет в электронной оболочке.

Таким образом, было выявлено, что в результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, которая полностью отличается по своим физическим и химическим свойствам от первичного вещества. Это новое вещество, которое, однако, так же неустойчива и подвергается преобразованию, выпуская в то же время характерно радиоактивное излучение.

Ø Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Назовите факты и явления, подтверждающие сложное строение атома.

2. Как стали называть способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению?

3. Из трех α-, β - и γ-излучений не отклоняет магнитное и электрическое поля?

4. О чем свидетельствует явление радиоактивности?

Второй уровень

1. Что наводит нас на мысль, что в ядре, кроме электрических сил, действуют ядерные силы?

2. Какая часть атома - ядро или электронная оболочка - претерпевает изменений во время радиоактивного распада? Почему вы так считаете?

3. Почему кулоновское отталкивание протонов в легких ядрах не играет существенной роли? Можете ли вы назвать ядра, где это отталкивание вообще отсутствует?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

Качественные вопросы

1). Одинаковые ли ядерные силы, действующие между двумя протонами, между двумя нейтронами, между протоном и нейтроном?

2. Узкий пучок β-излучения в однородном магнитном поле заметно расширяется. О чем это свидетельствует?

3. Есть радиоактивность редким явлением? Приведите факты, подтверждающие ваш ответ.

2). Учимся решать задачи

1. Определите по рисунку направление индукции магнитного поля и сил Лоренца, действующих на α-и β-частицы. Проверьте, выполняется ли правило левой руки.

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

· Силы притяжения, действующие между нуклонами в ядре, называются ядерными.

· Свойства ядерных сил: очень большие; короткодействие; зарядово независимые.

· Радиоактивность - способность атомов некоторых химических элементов к спонтанному излучению.

· Радиоактивное излучение состоит из α-, β - и γ-лучей.

Домашнее задание

1. Подр.: § 29 (п. 2).

2. 3б.:

Рів1 № 17.7; 17.8; 17.10; 17.14.

Рів2 № 17.31; 17.47; 17.74.