Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
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 - Деление ядер урана. Цепная реакция. Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1 Место урока в системе уроков по теме - 61/8 Цель урока – познакомить учащихся с капельной моделью деления ядра атома урана и цепной ядерной реакцией. Задачи урока – Продолжить формирование понятий: ядерная реакция, изотопы. Ввести понятия: цепная реакция деления ядра урана, коэффициент размножения, активная зона, критическая масса, Развивать образное и логическое мышление на основе представлений о сложном строении атома и атомного ядра и типах фундаментальных взаимодействий, встречающихся в природе. 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: цепная реакция, критическая масса, называть условия протекания цепной ядерной реакции. Техническое обеспечение урока - компьютер, мультимедийный проектор, периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева. 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 Вопросы учителя Примерные ответы учеников Строение атома по Резерфорду В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательные электроны Почему это строение называется планетарной моделью атома? Строение атома подобно строению звездной системы. Из каких частиц состоит ядро атома? Из протонов и нейтронов (из нуклонов) Какой из этих частиц имеет заряд, и какой? Протон. Положительный. Как электрический взаимодействуют друг с другом протоны в ядре? Так как они заряжены одноименными зарядами, поэтому протоны электрически отталкиваются. (Одноименные заряды отталкиваются) Тогда какие же силы удерживают нуклоны в ядре? Ядерные силы притяжения. Они действуют между нуклонами и в сотни раз сильнее электрических сил отталкивания. Что такое радиоактивность? Самопроизвольное излучение веществом α-, β-, γ-частиц… Что собой представляют α-, β-частицы? α-частица - , β-частица -е Химический элемент в общем виде записывается так: X. Что обозначают и что показывают Z и N. Число нейтронов обозначают буквой N. Z показывает число протонов в ядре, также число электронов в атоме, также порядковый номер в таблицк Менделеева Запищите уравнение α-, β-распада. X = Y + X = Y + е Протактиний Ра α радиоактивен. Определить, какой элемент получится после этого распада. Ра = + Ас (актиний) В какой элемент превращается U после двух β-распадов и одного α-распада? U = U + 2е + Что такое дефект масс? Разность между массой нуклонов и массой ядра. Что такое энергия связи? Минимальная энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны E = Δmc2 Что такое энергетический выход ядерной реакции? Q = (M1– M2)c2 = Δmc2 , где M1 – массы исходных продуктов, M2 – массы конечных продуктов реакции 3. Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации) Ранее на уроках мы с вами говорили об ядерных реакциях, однако не давали им точного определения. Теперь настало время поговорить о них более подробно. И так, ядерная реакция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением большого количества энергии. Ядерные реакции обычно осуществляются путем бомбардировки тяжелых ядер элементарными частицами. или легкими ядрами, ускоренными до больших энергий. Ядро захватывает бомбардирующую частицу, поглощает ее энергию и переходит в возбужденное состояние. Ядро становится неустойчивым и превращается в новое ядро с испусканием другой частицы. Ядерная реакция характеризуется энергетическим выходом реакции, равной разности энергий покоя ядра и частиц до реакции и после нее. Если энергия ядерной реакции положительна, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической. Если же реакция происходит с поглощением энергии, то она называется эндотермической. Рассмотрим, как протекает ядерная реакция, на примере деления ядер урана под действием нейтронов. Деление ядер урана было открыто в 1939 году немецкими учеными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом. Им удалось установить, что при бомбардировке ядер урана нейтронами образуются элементы средней части периодической системы: барий, криптон и др. Правильное толкование этому факту дали австрийский физик Лиза МЕйтнер и английский физик Отто Роберт Фриш. Они объяснили появление этих элементов распадом ядер урана на две примерно равные части. Это явление получило название деления ядер, а образующиеся ядра — осколков деления. Объяснить эту реакцию деления можно основываясь на капельной модели ядра. В этой модели ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости. Кроме ядерных сил, действующих между всеми нуклонами ядра, протоны испытывают дополнительное электростатическое отталкивание, вследствие которого они располагаются на периферии ядра. В невозбужденном состоянии силы электростатического отталкивания скомпенсированы, поэтому ядро имеет сферическую форму. После захвата ядром урана нейтрона образуется промежуточное ядро‚ которое находится в возбужденном состоянии. При этом энергия нейтрона равномерно распределяется между всеми нуклонами, а само промежуточное ядро деформируется и начинает колебаться. Если возбуждение невелико, то ядро, освобождаясь от излишка энергии путем испускания гамма-кванта или нейтрона, возвращается в устойчивое состояние. Если же энергия возбуждения достаточно велика, то деформация ядра при колебаниях может быть настолько большой, что в нем образуется перетяжка, аналогичная перетяжке между двумя частями раздваивающейся капли жидкости. Ядерные силы, действующие в узкой перетяжке, уже не могут противостоять значительной кулоновской силе отталкивания частей ядра. Перетяжка разрывается, и ядро распадается на два “осколка”, которые разлетаются в противоположные стороны с огромной скоростью и излучают при этом 2—3 нейтрона. Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно ее температура заметно возрастают (т. е. среда нагревается). Таким образом, реакция деления ядер урана идет с выделением энергии в окружающую среду. Энергия, заключенная в ядрах атомов, колоссальна. Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 грамма урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 тон нефти. Особенно важно, что в результате распада ядра урана выделяется 2-3 новых нейтрона. Это объясняется тем, что в тяжелых атомных ядрах процентное содержание нейтронов значительно больше, чем в ядрах элементов средней части таблицы Менделеева. Эти вторичные нейтроны могут вызвать деление других ядер и привести к цепной реакции деления: число делящихся ядер очень быстро увеличивается. Цепная реакция будет при определенных условиях поддерживаться без внешнего облучения урана нейтронами. Таким образом, цепная ядерная реакция — это реакция, в которой частицы, вызывающие эту реакцию, образуются как продукты этой реакции. Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана девяносто два — двести тридцать пять. На рисунке слева изображено ядро атома урана, которое в результате захвата нейтрона разделилось на две части, излучив при этом три нейтрона. Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления еще двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона. Эти, в свою очередь, вызвали деление четырех ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т. д. Рассмотренная схема цепной реакции представляет собой идеальный случай. В реальных условиях не все образующиеся при делении нейтроны участвуют в делении других ядер. Часть их захватывается неделящимися ядрами посторонних атомов, другие вылетают из урана наружу. Поэтому цепная реакция деления тяжелых ядер возникает не всегда и не при любой массе урана. Развитие цепной реакции характеризуется так называемым коэффициентом размножения нейтронов, который измеряется отношением числа нейтронов, вызывающих деление ядер вещества на одном из этапов реакции, к числу нейтронов, вызвавших деление на предыдущем этапе реакции. Коэффициент размножения зависит от ряда факторов, в частности от природы и количества делящегося вещества, от геометрической формы и занимаемого им объема. Одно и то же количество данного вещества имеет разное значение коэффициента размножения. Коэффициент размножения будет максимален, если вещество имеет шарообразную форму, поскольку в этом случае потеря мгновенных нейтронов через поверхность будет наименьшей. Масса делящегося вещества, в котором цепная реакция идет с коэффициентом размножения равным единице, называется критической массой. Значение критической массы определяется геометрией физической системы, ее структурой и внешним окружением. Так, для шара из чистого урана 92 — 235 критическая масса равна 47 килограммам (шар диаметром 17 сантиметров). Но если между слоями урана находятся многочисленные тонкие полиэтиленовые пленки и шар окружен бериллиевой оболочкой, то критическая масса снижается до 242 грамм (шар диаметром 3 сантиметра). При коэффициенте размножения равным единицы число делящихся ядер поддерживается на постоянном уровне. Такой режим обеспечивается в ядерных реакторах. Если масса ядерного топлива меньше критической массы, то коэффициент размножения меньше единицы; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает. Если же масса ядерного топлива больше критической, то коэффициент размножения будет больше единицы и каждое новое поколение нейтронов вызывает все большее число делений. Цепная реакция лавинообразно нарастает и имеет характер взрыва, сопровождающегося огромным выделением энергии и повышением температуры окружающей среды до нескольких миллионов градусов. Цепная реакция такого рода происходит при взрыве атомной бомбы. 4. Закрепление материала Строение атомного ядра. Ядерные реакции. Вариант 1. 1. Какой заряд имеет ядро? 1) положительный 2) отрицательный 3) ядро заряда не имеет 2. Что представляет собой альфа – частица? 1) электрон 2) ионизированный атом гелия 3) электромагнитное излучение 3. Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома бериллияBe 1) Z=9, N=4 2) Z=5, N=4 3) Z=4, N=5 4. Ядро какого химического элемента образуется при α – распаде радия? Ra → ? + He. 1) радона 2) урана 3) фермий 5. Масса ядра всегда … суммы масс нуклонов, из которых оно состоит. 1) больше 2) равна 3) меньше 6. Нейтрон – это частица, 1) имеющая заряд +1, атомную массу 1; 2) имеющая заряд – 1, атомную массу 0; 3) имеющая заряд 0, атомную массу 1. 7. Укажите второй продукт ядерной реакции 1)n; 2) p; 3). 8. В ядерных реакторах тяжелая вода, используются в качестве замедлителя. Что она должна замедлять? 1) Скорость прохождения ядерной реакции; 2) Быстрые нейтроны; 3)Скорость движения ядер урана. Строение атомного ядра. Ядерные реакции. Вариант 2. 1. Какой заряд имеет атом? 1) атом электрически нейтрален 2) отрицательный 3) положительный 2. Что представляет собой бета – частица? 1) полностью ионизированный атом гелия 2) один из видов электромагнитного излучения 3) электрон 3. Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома алюминияAl 1) Z=13, N=27 2) Z=13, N=14 3) Z=27, N=13 4. Ядро какого химического элемента образуется при β-распаде калия? K → ? + e 1) фтор 2) кальций 3) аргон 5. Какие силы позволяют нуклонам удерживаться в ядре? 1) гравитационные 2) электромагнитные 3) ядерные 6. Изотопы – это… 1) элементы с одинаковым количеством протонов и одинаковым количеством нейтронов; 2) элементы с одинаковым количеством протонов и разным количеством нейтронов; 3) элементы с разным количеством протонов и одинаковым количеством нейтронов. 7. Определите второй продукт ядреной реакции. . 1) α – частицу; 2) нейтрон; 3) электрон. 8. Что называется критической массой урана? 1) Минимальная масса атомной бомбы; 2) Минимальная масса урана необходимая для осуществления цепной реакция; 3) Дополнительная масса вещества для остановки цепной реакции в критических случаях. Ответы: Вариант 1. 1)1; 2)2; 3)3; 4)1; 5)3; 6)3; 7)3; 8)2. Вариант 2. 1)1; 2)3; 3)2; 4)2; 5)3; 6)2; 7)2; 8)2. 5. Обобщение и систематизация В 1939 году немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман было открыли деление ядер урана. Цепна́я я́дерная реа́кция — последовательность ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Коэффициент размножения нейтронов k — отношение числа нейтронов последующего поколения к числу в предшествующем поколении во всём объеме размножающей нейтроны среды. Критическая масса — минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Критическую массу можно уменьшить, если: 1. Использовать замедлители (графит, обычная и тяжелая вода) 2. Отражающая оболочка (бериллий) 6. Домашнее задание §58
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptx
