2-й семестр

АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

УРОК 5/82

Тема. Атомное ядро

Цель урока: ознакомить учащихся с моделью ядра атома и с историей открытия протона и нейтрона.

Тип урока: комбинированный урок.

ПЛАН УРОКА

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Открытие протона и нейтрона

Изучение состава ядра проводили экспериментально с помощью бомбардировки ядра а-частицами. Во время такого бомбардировки из ядра вылетали частицы, входящие в его состав. Первой такой частицей, открытой Резерфордом в 1919 г. во время бомбардировки ядер, был протон или ядро легкого изотопа атома Водорода.

Замеры показали, что протон имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, а масса протона примерно в 1800 раз больше массы электрона. Протоны встречаются в земных условиях в свободном состоянии, как ядра атома Водорода.

1930 г. Боте и Беккер, обстреливая бериллий -частицами, обнаружили сильно проникнет излучение. Сначала предположили, что ядро Бериллия, захватив -частицу, превращается в возбужденное ядро Углерода, переход которого в нормальное состояние сопровождается испусканием жесткого γ-излучения.

1931 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что новое излучение интенсивно выбивает протоны из веществ, содержащих водород.

в 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик, анализируя работы Боте и Беккера и супруги Жолио-Кюри, пришел к выводу, что наблюдаемые в различных газах пробеги и скорости ядер отдачи могут возникать во время столкновения этих ядер не с γ-квантами, а с частицами, масса которых приближается к массе протона. Поскольку эти частицы имели большую проникающую способность и непосредственно не іонізували газ, значит, они были электрически нейтральными. Ведь заряженная частица сильно взаимодействует с веществом и поэтому быстро теряет свою энергию. Новая частица была названа нейтроном.

Нейтроны в свободном виде при земных условиях практически не встречаются из-за их неустойчивости. Нейтрон довольно быстро самопроизвольно распадается: среднее время жизни нейтрона около 15,3 минуты.

2. Протонно-нейтронная модель ядра

в 1932 году российский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра, справедливость которой была впоследствии подтверждена экспериментально.

Ядро атома любого химического элемента состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов.

· Число протонов в ядре равно атомному номеру элемента Z в периодической системе элементов и называется зарядовым числом.

Число нейтронов в ядре обозначают N.

· Сумма числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой A: A = Z + N.

Как единицу массы в атомной и ядерной физике используют атомную единицу массы (а. е. м.).

Атомная единица массы равна 1/12 массы атома Карбона атомной массой 12 : 1 а. е. м. = 1,66057 · 10-27 кг.

Если под X подразумевается символ химического элемента, то ядро любого химического элемента в общем виде обозначается так: АZX. Например, для Железа: 5626Fe, для Азота: 147N, для Урана: 23592U и др. Протон и нейтрон обозначаются, соответственно, как 11p и 10n. Поскольку массовое число A представляет собой общее число протонов и нейтронов в ядре, то число нейтронов в ядре можно найти следующим образом:

N = A - Z.

Сотрудник Резерфорда Фредерик Содди обнаружили, что существуют ядра с тем же электрическим зарядом, но разной массой (их назвали изотопами).

· Изотопы представляют собой ядра с тем же значением Z, но разными массовыми числами A, то есть с разным числом нейтронов N.

Например, водород имеет три изотопа: 11H - протий (в ядре только один протон), 21H - дейтерий (в ядре - протон и нейтрон), 31H - тритий (в ядре - протон и два нейтроны).

В современной физике принято, что протон и нейтрон - это два так называемых зарядовых состояния одной и той же частицы - нуклона (от лат. nucleus - «ядро»). Протон - нуклон в заряженном состоянии, нейтрон - в нейтральном. Используя этот термин, можно утверждать, что атомные ядра состоят из нуклонов.

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Во сколько раз примерно размер атома больше размера атомного ядра?

2. Существуют ли атомные ядра с зарядом меньшим, чем у протона?

3. Почему пришлось отказаться от предположения, что ядра атомов состоят только из протонов?

4. В ядре любого атома нет нейтронов?

Второй уровень

1. Предположения (относительно соединения ядер) позволяли сделать результаты опытов с взаимодействия -частиц с ядром атомов разных элементов?

2. Как с помощью периодической системы элементов Менделеева определить количество протонов и нейтронов в определенном элементе?

3. Почему в природе отсутствуют свободные нейтроны?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

Качественные вопросы

1. Определите с помощью таблицы Д. И. Менделеева, атом какого химического элемента имеет: а) 3 протона в ядре; б) 9 электронов.

2. Сколько нуклонов в ядре атома Бериллия 94Be? Сколько в нем протонов? нейтронов?

3. В ядре атома химического элемента 22 протоны и 26 нейтронов. Назовите этот элемент.

4. На рисунках схематично показаны некоторые ядра. Какие из них относятся ізотопам того же химического элемента? Назовите соответствующие изотопы.

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Согласно протонно-нейтронной модели ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (эти частицы имеют общее название «нуклоны»).

• Число Z протонов в ядре называют зарядовым числом, общее число A нуклонов - массовым числом. Число нейтронов в ядре N = A - Z.

• Верхний индекс в обозначении ядра АZX соответствует массовому числу, а нижний - зарядовому числу ядра.

• Изотопы - атомы одного химического элемента, отличающиеся массой (количеством нейтронов в ядре).

Домашнее задание

1. Подр-1: § 53; подр-2: § 27 (п. 1).

2. Сб.:

Рів1 № 17.1; 17.2; 17.3; 17.4.

Рів2 № 17.20; 17.21; 17.22; 17.23.