Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета

Учителю
  • Быстрый поиск
  • Расширенный поиск
Тип материала:
Разделы:
Темы:

Урок 60. Энергия связи. Дефект масс (Федосова О.А.)

Текст урока

  • Конспект

     Название предмета - физика
    Класс  - 9
    УМК (название учебника, автор, год издания) -  Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник.  - М.: Дрофа, 2014.
    Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый
    Тема урока  -   Энергия связи. Дефект масс.
    Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1
    Место урока в системе уроков по теме  - 60/7
    Цель урока – познакомить учащихся с понятием дефекта масс, энергии связи.
    Задачи урока – 
    Сформулировать определения таких понятий, как: «энергия связи», «дефект масс»; установить связь между энергией и массой; закрепить изученный материал в ходе решения задач.
    Развивать устную речь обучающихся через организацию диалогического общения на уроке, формировать умение выражать свои мысли в грамматически правильной форме.
    Формировать положительную мотивацию к учебе и повышение интереса к знаниям. 
    Планируемые результаты -  
    Объяснять физический смысл понятий: энергия связи, дефект масс.
    Техническое обеспечение урока - компьютер, мультимедийный проектор.
    Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html
    
    Содержание урока
    1. Организационный этап
    Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу.
    2. Актуализация субъектного опыта обучающихся
    Угадай частицу
    ₀¹n
    Угадай частицу
    ₁¹p
    Угадай частицу
    ₋₁⁰℮
    Расшифруй
    ZAX, где
    X − …
    A − …
    Z − …
    Ядерные силы − это…
    1) силы, с которыми взаимодействуют точечные неподвижные заряды;
    2) силы притяжения между всеми телами, обладающими массой;
    3) силы притяжения между нуклонами ядра.
    Ядерные силы относятся к …типу взаимодействия:
    1) гравитационному;
    2) электромагнитному;
    3) слабому;
    4) сильному.
    3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации)
    И так, мы с вами выяснили, что ядерные силы являются самыми сильными силами в природе.
    Поэтому, чтобы разбить ядро на отдельные, не взаимодействующие между собой нуклоны, необходимо произвести работу по преодолению этих сил, т. е. сообщить ядру определенную энергию. И, наоборот, при соединении свободных нуклонов в ядро выделяется такая же энергия.
    Минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра.
    Каким же образом можно определить величину энергии связи ядра?
    Наиболее простой путь нахождения этой энергии основан на применении закона о взаимосвязи массы и энергии, открытого знаменитым ученым Альбертом Эйнштейном в 1905 г.
    Согласно этому закону между массой системы частиц и энергией покоя, т. е. внутренней энергией этой системы, существует прямая пропорциональная зависимость:
     .
    где с — это скорость света в вакууме.
    Значит, если энергия покоя системы частиц в результате каких-либо процессов изменится на некоторую величину, то это повлечет за собой соответствующее изменение массы этой системы, причем связь между этими величинами выразится равенством:
    .
    Таким образом, при слиянии свободных нуклонов в ядро в результате выделения энергии (которая уносится излучаемыми при этом фотонами) должна уменьшиться и масса нуклонов.
    Другими словами, для всех элементов масса покоя ядра меньше, чем сумма масс покоя составляющих его нуклонов, если последние находятся в свободном состоянии.
    Недостаток массы ядра по сравнению с суммарной массой составляющих его нуклонов можно записать так:
    
    Величина ДЕЛЬТА ЭМ в формуле называется дефектом масс.
    Уменьшение массы при образовании ядра из свободных частиц означает, что при этом уменьшается энергия этой системы частиц на величину энергии связи.
    Наличие дефекта масс подтверждается многочисленными опытами.
    Рассчитаем, например, энергию связи ядра атома дейтерия, состоящего из одного протона и одного нейтрона. Другими словами, рассчитаем энергию, необходимую для расщепления ядра на протон и нейтрон.
    Для этого определим сначала дефект масс этого ядра, взяв приближенные значения масс нуклонов и массы ядра атома дейтерия из соответствующих таблиц. Согласно табличным данным, масса протона приблизительно равна 1,0073 атомных единиц массы, масса нейтрона — 1,0087 атомных единиц массы, масса ядра дейтерия — 2,0141 атомных единиц массы. Значит, дефект массы составит 0,0019 атомных единиц массы.
    Если мы хотим получить энергию связи в джоулях, то дефект масс нужно выразить в килограммах. Учитывая, что 1 атомная единица массы равна 1,6605 умноженное на 10 в минус 27 степени килограмм, получим 0,0032 умноженное на 10 в минус 27 степени килограмм.
    Подставив это значение дефекта масс в формулу для вычисления энергии связи, получим:  0,0288 умноженное на 10 в минус 11 степени Джоулей.
    По этой формуле можно рассчитывать энергию, выделяющуюся или поглощающуюся в процессе любых ядерных реакций, если известны массы взаимодействующих и образующихся в результате этого взаимодействия ядер и частиц.
    Вообще, энергия связи очень большая величина. О ней можно судить по такому примеру: образование 1 грамма гелия сопровождается выделением такой же энергии, как при сгорании почти целого вагона каменного угля.
    Важной характеристикой ядра служит средняя энергия связи, приходящаяся на один нуклон (так называемая удельная энергия связи ядра). Чем она больше, тем сильнее связаны между собой нуклоны, тем прочнее ядро. Результаты показывают, что для большинства ядер удельная энергия связи колеблется в пределах ВОСЬМИ мега электрон вольт и уменьшается для очень легких и очень тяжелых ядер.
    Процессы деления тяжелых ядер и синтеза легких являются энергетически выгодными, потому что сопровождаются возрастанием энергии связи, т.е. выделением энергии. На этом основано, как мы увидим позже, получение атомной энергии при делении тяжелых ядер и термоядерной энергии — при синтезе легких.
    
    4. Закрепление материала
    1. Определите энергию связи изотопа алюминия 1327 Al.
    Дано:                           Решение.
    1327 Al                             Есв = Δm∙931 МэВ/а. е. м.,
    mP =1, 00814 а. е. м. Есв = (13 mP + 14 mn - Mя )∙931МэВ/а. е. м.
    mn= 1, 00899 а. е. м. Есв = (13 ∙ 1, 00814 + 14∙ 1, 00899 - 6,9898)* *931 = 225,19 МэВ=
    Mя= 26,9898 а. е. м.               = 225,19 ∙ 106∙ 1,6 ∙ 10-19 Дж= =360, 304 ∙10-                13 Дж ≈ 36,03 пДж.
    Есв -? 
    Ответ: Есв = 225,19 МэВ ≈ 36,03 пДж.
    Тест
    Заполните пропущенные слова в предложениях.
    1. Минимальная энергия, которая нужна для расщепления ядра на отдельные нуклоны ( или выделяется при образовании ядра из нуклонов) , называется …
    2. Масса ядра всегда … суммарной массы нуклонов, входящих в ее состав.
    3. Разность между массой ядра и массой нуклонов называется…
    4. Если дефект масс измеряется в а. е. м., то энергия связи вычисляется по формуле … ………………. и измеряется в …………..
    5. Если дефект масс измеряется в килограммах, то энергия связи вычисляется по формуле … ………………. и измеряется в ………….. 
    
    5. Обобщение и систематизация
    Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: 
    
    
    Mя < Zmp + Nmn.
    
    Разность этих масс называется дефектом массы: 
    
    
    ΔM = Zmp + Nmn – Mя.
    
    Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергию связи можно определить по дефекту массы по формуле 
    
    
    Eсв = ΔM·c2.
    
    Энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, называется удельной энергией связи.
    Она максимальна у атомных ядер элементов в средней части таблицы Менделеева с массовыми числами A приблизительно от 40 до 100.
    
    
    
     
    
    Рисунок 5.5.2.
    Удельная энергия связи.
    
    
    Существует два способа освобождения энергии ядра – синтез легких ядер и деление тяжелых ядер.
    6. Домашнее задание §57.
    
     

    Автор(ы):

    Скачать: Физика 9кл - Конспект.docx

Презентация к уроку