урок физики в 11 классе с использованием ЭОР "Ядерные реакции"
материал для подготовки к егэ (гиа) по физике (11 класс) по теме

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Хворостянка муниципального района Хворостянский Самарской области

Тема урока: "Ядерные реакции"

Предмет: физика.

Класс:11, общеобразовательный.

Автор урока: Грызлова Галина Викторовна.

Длительность: 1 учебный час.

Тип урока: комбинированный.

Цель  урока: показать превращения одних атомных ядер в другие путём ядерных реакций,   пояснить энергетический выход ядерных реакций, показать практическое применение ядерных реакций, их значение для науки и техники.

Задачи:

- обучающие: формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы и излагать его;                                                                                                                -развивающие: формирование познавательных интересов, интеллектуальных творческих способностей учащихся; развитие самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений, давать оценку уровня усвоения материала                                                                     -воспитательные: формирование умений работать в группе, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию; участвовать в коллективном обсуждении проблемы; учиться умению слушать и вступать в диалог;  умение осознанно строить речевое высказывание в устной и письменной форме.

Мотивирование познавательной деятельности:

ядерные реакции стали новым этапом в познании строения вещества и создании физической картины мира. Их изучение позволило использовать ядерную энергию для нужд человечества.

Ход урока:

 I. Организационный момент.

 Приветствие. Отметить отсутствующих. Подготовка учащихся к работе, активация внимания для быстрого включения в познавательную деятельность

 Подготовка к новой теме.

II. Сообщение темы, цели и задач урока

III. Опрос:

А) Показываются модели ядер

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/ee6a0455-9f30-fad6-126c-6469464fe4dd/00144677468966530.htm

     Какие силы удерживают нуклоны в ядре?  

          Б) В чём различие ядер   Cl  иCl? Вчём их сходство? Почему их назвали  изотопами?    

           В) Назовите известные вам элементарные частицы.

                 Как они обозначаются?

           Г) Энергия связи ядра  42 He равна 7,7МэВ. Что это значит?

  IV. Новый материал.

 Первую искусственную реакцию осуществил в 1919 году английский физик                  Резерфорд. Опыт Резерфорда был поворотным пунктом в истории науки. Этим опытом было доказано, что один элемент может быть превращён в другой элемент искусственным путём.

Итак, для превращения одного элемента в другой требуется провести ядерную реакцию, а не химическую. Первую ядерную реакцию можно записать в виде:

                N (a, p) O

 (в скобках записывают бомбардирующую и вылетающую из ядра частицы)

Обучающая карточка «ядерные реакции» (в виде таблицы на доске)

На самом деле реакция может происходить в два этапа. Например, система N+He в течение некоторого времени пребывает в виде промежуточного звена (составного ядра) и лишь затем распадается на протон и ядро кислорода:

                                     N+HeO+H

А теперь посмотрите на экран (№10):

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bee8d-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_5.swf

Составное ядро образуется, когда энергия взаимодействия частиц мала. При большой энергии реакция происходит сразу и называется прямой. Время жизни составного ядра

10-10с, прямые реакции происходят приблизительно за 10с.

    Если в составном ядре энергия одного из нуклонов окажется достаточной для его выхода из ядра, то составное ядро распадается с испусканием нуклона. Если энергия сосредотачивается в группе  частиц, то возможно испускание альфа-частицы, ядра дейтерия, трития.

     Посмотрите на вторую реакцию. В 1932 г французскими физиками И. и Ф. Жолио-Кюри в результате ядерной реакции была открыта новая элементарная частица – нейтрон.

А теперь посмотрите на экран (№11):

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bee8d-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_5.swf

     Чем отличаются третья и четвёртая реакции от первых двух? Легко ли протону и альфа-частице проникнуть в ядро? Для осуществления ядерных реакций необходимо сближение ядер на расстояние 10см. Частица должна преодолеть кулоновские силы отталкивания, поэтому должна обладать большой энергией. Для однократно заряженной частицы предельная энергия составляет 10МэВ (для нейтральных частиц ядерная реакция может происходить и тепловых энергиях). Бомбардирующие заряженные частицы разгоняют в ускорителях.

      Рассмотрим четвёртую реакцию. В 1934 г в результате этой реакции впервые был получен радиоактивный изотоп фосфора с периодом полураспада 2,5 мин. Его распад идёт по схеме:

                                                      PSi+e

Отметим, что естественно радиоактивных изотопов в природе приблизительно 40, а полученных искусственным путём больше 1000.

     Пятая реакция в таблице. 13 июля 1937 года итальянские учёные Перрье и Сегре заявили, что в молибденовой пластинке, облучённой на циклотроне ядрами дейтерия, им удалось обнаружить следы нового элемента с номером 43. Он был назван технецием, от греческого – искусственный.

     Технеций получают в большом количестве при делении урана-235 с периодом полураспада 2,12*10 лет. Всего синтезировано около 20 изотопов технеция. Он обнаружен в атмосферах некоторых звёзд. Это наблюдение подтвердило, что в звёздах происходят процессы синтеза элементов. Если вы обратили внимание, то во всех ядерных реакциях выполняются законы сохранения массового числа и электрического заряда.

     Рассмотрим по таблице Д. И. Менделеева трансурановые элементы. Все они были синтезированы с помощью ядерных реакций, все они сильно радиоактивны, их периоды полураспада невелики. Эпоха синтеза трансурановых элементов началась в 1940 году. Американские учёные Макмиллан и Эйблсон получили нептуний, в том же году Сиборг получил плутоний. Новые названия открытых элементов утвердил в августе 1997 года ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии):

№101 Md – менделевий, 1955г, Сиборг

 Fm (a, n) Md

№102 No – нобелий,1963-66 гг, ОИЯИ Дубна

Am (N? 4n) No

№103 Lr – лоуренций, 1965 год

Am (O, 5n) Lr

№104 Rf – резерфордий, 1964 год, Дубна

Pu (Ne, 4n) Rf

№105 Db – дубний, 1970 год, Дубна

Am (Ne, 4n) Db

№106 Sg – сиборгий,1974 год, Дубна (Беркли, США)

Pb (Cr, 2n) Sg

№107 Bh – борий, 1976 год, Дубна, 1981 год, Дармштадт, ФРГ

Bi (Cr, 2n) Bh

№108 Hs – хассий,1984 год, Дубна, Дармштадт

№109 Mt – мейтнерий, 1987 год, Дармштадт

Рассмотрим шестую реакцию. Чем она отличается от предыдущих? Обсудим вопросы:

1. В чём отличие ядерной реакции на нейтронах от ядерной реакции, вызванной заряженной частицей?
2. Почему быстрые нейтроны нужно замедлять? Как это делается?

V.Закрепление.

1.Чем отличается ядерная реакция от химической?

2. Является ли радиоактивный распад ядерной реакцией?

3. Почему ядра и элементарные частицы нужно замедлять в ускорителях?

4. Почему для ядерных реакций удобнее использовать нейтроны?

5. В чём отличие искусственной радиоактивности от естественной?

6. Какие законы сохранения выполняются в ядерных реакциях?

Задания для самоконтроля. Вам предлагается выбрать недостающие ядра или частицы для осуществления ядерных реакций:

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669bc787-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/index_listing.html

Продолжаем знакомиться с новым материалом:

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергии покоя частиц до реакции и после реакции. Выход ядерной реакции обычно лежит в пределах от нескольких МэВ до сотен МэВ. Это больше в миллион раз, чем при химической реакции.

Энергетический выход можно определить:

1) по дефекту массы ядерной реакции,

2) по разности суммарной энергии связи образующихся и исходных ядер.

Задача

Определить энергетический выход ядерной реакции:

                                                                             N + He   O + H

Дано                                                             Решение

m(N)=14,00307 а.е.м.                            ∆E=c²*∆m

m(He)=4,0026 а.е.м.                              ∆m= ( m (N) + m (He) ) – ( m (O) + m (H) )

m(O)=16,99913 а.е.м.                           ∆m= (14,00307 + 4,0026) а.е.м. +

m(H)=1,00783 а.е.м.                                      ( 16,99913 + 1,00783) а.е.м.=-0,00129 а.е.м.

c²=931,5МэВ/а.е.м.                                ∆m ‹ 0  =› энергия поглощается

____________________       ∆E =931,5МэВ/а.е.м. *(-0,00129) а.е.м=-1,19 МэВ            

∆E - ?                                                Ответ: поглощается энергия 1,19 МэВ.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/ea65b825-243d-370c-ade6-c33c0fdd41f4/00119647480759762.htm

А теперь задача для самоконтроля:

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f30ef303-3116-037c-8800-87e6c78cb1d5/00119647475087746.htm

В третьей реакции из таблицы   (Li + H     2*He) энергия выделяется.

Есть два вида реакций, при которых энергия всегда выделяется, причём огромная. Это деление тяжелых ядер и синтез лёгких ядер ( термоядерные реакции), которые мы изучи на следующих уроках.

Как можно классифицировать ядерные реакции:

1) по виду взаимодействия

• под действием заряженных частиц,
• под действием нейтронов,

 2) по энергетическому выходу

• с поглощением энергии,
• с выделением энергии,

 3) по виду реакций с огромным выделением энергии

• синтез лёгких ядер,
• реакция деления тяжёлых ядер.

Дома можно сделать более подробную классификацию.

VI. Итоги

1. Как осуществляется ядерная реакция?

 Когда нуклону (или ядру) сообщается большая энергия, и он сталкивается   с другим ядром, происходит ядерная реакция, при которой испускаются ядерные частицы (или фотоны) и образуются новые ядра. В некоторых случаях сталкивающиеся ядра и частицы сначала образуют промежуточное (составное) ядро, которое потом распадается на конечные продукты. В ядерных реакциях на нейтронах, последние целесообразно замедлять.

2.Каково значение ядерных реакций? Составим таблицу:

VІI . Рефлексия (подведение итогов урока).
 Пришло время поразмышлять о том, какие чувства, впечатления, эмоции, размышления сопровождали Вас на этом занятии. Надеюсь, что  работа на уроке принесла Вам удовлетворение. 

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f30ef303-3116-037c-8800-87e6c78cb1d5/00119647475087746.htm

VIII. Домашнее задание: §106, определить энергетический выход реакции №6 из таблицы

Превращение одних элементов в другие

Открытие и получение радиоактивных изотопов

Ядерные реакторы

Ядерные реакции

Открытие новых элементарных частиц

Использование ядерной энергии

Открытие новых химических элементов