Диагностическая контрольная работа по физике. 11 класс
учебно-методический материал по физике (11 класс) по теме

Диагностическая контрольная работа
по проверке информационно – коммуникативных умений
учащихся 11 классов
на предметном содержании “Физика”
(тема “Мир атомных ядер”.).

Цель работы – оценить у учащихся уровень сформированности следующих умений:

1. анализ текста как информационной системы (выделение ключевых слов или понятий)
2. структурирование информации (составление развернутого плана)
3. работа с информацией, представленной в виде схем, таблиц, рисунков

Задания:

1. составить развернутый план (иерархическую структуру) текста
2. озаглавить текст, выделить ключевые слова (понятия) в тексте
3. сформировать тезисы к тексту (коротко о главном)
4. представить на рисунке:
   - модель атома вещества (1 вариант)
   - модели атомов водорода и гелия (2 вариант)
   - модели изотопов атома водорода (3 вариант)

Критерии оценки:

4. задание выполнено полностью – 5
5. задание выполнено частично – 4, 3
6. задание не выполнено – 2

Что такое атом?

Об атомах начали говорить уже более 2000 лет назад. Один из величайших ученых Древней Греции Демокрит полагал, что вся материя состоит из мельчайших неделимых частиц, которые он назвал атомами. При этом он оказался на удивление близок к истине. Многие другие греческие ученые и философы тоже занимались в те времена проблемами материи и Вселенной. С большой точностью древние греки определили объем Земли, они знали расстояние от Земли до Луны и догадывались, что наша планета обращается вокруг Солнца. Впоследствии эти знания были в Европе надолго забыты. В течение многих веков людей больше занимали империи, войны, соборы и суды над ведьмами.

Лишь на рубеже XIX века снова стали обсуждать старую идею об атомах. Окрепла убежденность в том, что существуют различные виды атомов – иначе трудно было бы объяснить обнаруженное в природе разнообразие веществ и явлений. В 1803 году английский учитель Джон Дальтон открыл существование веществ, состоящих из атомов только одного вида. Их назвали химическими элементами. К ним относятся золото, железо, кислород… Чистое железо состоит только из атомов железа, чистое золото – из атомов золота. Атом железа является наиболее мелкой частицей железа. Его, правда, можно разбить на части, но эти части не будут обладать свойствами железа. То же относится к золоту и другим химическим элементам. Поэтому во многих учебниках дают такое определение атома: “Атом – это мельчайшая частица вещества или элемента, которая не может быть разделена на более мелкие части без потери типичных свойств этого элемента”.

Атомы имеют разную массу, самый легкий из них атом водорода, атомы железа существенно тяжелее, а атом урана еще тяжелее. По сравнению с предметами нашего обихода размеры атомов ничтожно малы. Если бы человек был размером с атом, то 100 миллионов человек могли бы  с удобством разместиться в одной булавочной головке. Все население Земли, насчитывающее более 5 миллиардов, выстроившись, образовало бы цепочку длиной около 50 сантиметров.

Как устроен атом?

В 1913 году великий датский физик Нильс Бор опубликовал свою знаменитую модель атома, которая и до сегодняшнего дня остается хорошим приближением к истине. Согласно этой модели структура атома очень похожа на строение Солнечной системы: как вокруг Солнца вращаются планеты – Меркурий, Венера, Земля, Марс и другие, так и в центре атома находится маленькое, но очень тяжелое атомное ядро, вокруг которого на огромном расстоянии вращаются маленькие легкие электроны.

Ядро имеет положительный электрический заряд, а электроны – отрицательный. Они удерживаются на орбитах вокруг ядра силами электрического притяжения аналогично тому, как Солнце силой тяготения удерживает вокруг себя планеты.

Чтобы представить себе размер атомных ядер, рассмотрим следующее сравнение: капля воды состоит примерно из 6.1021 атомов, а само ядро занимает всего 1.10-12 часть объема атома!

Если бы ядро было величиной с вишню, то размеры атома были бы сравнимы с футбольным стадионом, а орбиты электронов находились бы на уровне верхних трибун. Несмотря на то, что ядро занимает всего одну триллионную часть атома, на него приходится почти вся его масса.

Материя в ядре очень уплотнена: в том случае, если ядро было бы размером с вишню, вишня эта весила бы приблизительно 30 миллионов тонн и, обладая такой массой, конечно, не смогла бы лежать посреди стадиона, а провалилась бы к центру Земли.

Из чего состоят атомные ядра?

Ядра состоят из двух видов частиц, называемых протонами и нейтронами. Они примерно равны по массе – приблизительно в 2000 раз тяжелее электрона.

Протон обладает положительным электрическим зарядом, равным по величине отрицательному электрическому заряду электрона. Величина эта называется элементарным зарядом. Нейтрон, как и следует из его названия, электрически нейтрален.

Протоны и нейтроны, которые в свою очередь состоят из еще более мелких частиц кварков, иногда называют общим названием нуклоны или ядерные элементарные частицы.

Как различают элементы?

Атомные ядра различных элементов отличаются по количеству протонов в них. Например, атомы водорода имеют один протон в ядре, гелия – два, углерода – 6, урана – 92. Если в ядре атома 6 положительно заряженных протонов, то вокруг него вращаются 6 отрицательно заряженных электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Если этот атом потеряет один электрон, то на 6 протонов останется 5 электронов и атом приобретет заряд +1. Такие заряженные атомы называются ионами.

Что такое изотоп?

Хотя все атомы одного элемента имеют одинаковое количество протонов и электронов, они могут, тем не менее, различаться между собой, то есть иметь разное число нейтронов.

Для подтверждения этих слов рассмотрим следующий пример. Самый легкий и наиболее простой элемент, водород, имеет три разные формы: в их ядрах находится, соответственно, 0, 1 и 2 нейтрона. Обычный водород имеет 1 протон и ни одного нейтрона в ядре. Другая форма водорода, - дейтерий, - 1 протон и 1 нейтрон, а тритий – 1 протон и 2 нейтрона. Эти три разновидности атомов называют изотопами элемента водорода.

Вообще изотопами определенного элемента называют атомы, в ядре которых находится одинаковое количество протонов и разное - нейтронов. В природе, например, встречаются изотопы урана с 234, 235, 238 нуклонами в ядре; их обозначают, соответственно, U–234, U–235, U–238. При этом, как мы уже выяснили, все урановые ядра содержат по 92 протона.

Таким образом, в изотопах урана может быть 142,143 и 146 нейтронов. Суммарное количество нуклонов в изотопе называют его массовым числом, количество протонов – порядковым или атомным номером. Следовательно, массовое число изотопа урана U–235 составляет 235, а порядковый номер – 92. Изотоп водорода дейтерий – массовое число 2 и порядковый номер 1.

Почему не распадаются ядра атомов?

Известно, что два положительно заряженных тела отталкиваются друг от друга, то же самое наблюдается в случае двух отрицательных зарядов, тогда как положительный и отрицательный взаимно притягиваются. Так положительно заряженные ядра притягивают отрицательно заряженные электроны и удерживают их на орбите. Однако ядра атомов состоят из нейтральных и положительно заряженных частиц, и они должны были бы взорваться изнутри вследствие взаимного отталкивания протонов. Почему же не распадается, например, атом углерода, ядро которого содержит 6 протонов? А связано это с наличием иных механизмов взаимодействия между нуклонами, более мощных, чем электрические силы. Силы, удерживающие протоны вместе, называются ядерными и действуют только при минимальных расстояниях между нуклонами.

Ядро

Электрон

Атом

Солнечная система

Планета

Солнце

Водород

Гелий

Углерод

Обычный водород

Дейтерий

Тритий