Урок по теме "Ядерные реакции. Энергетический выход реакций"

Печеркина Светлана Викторовна- учитель физики МКОУ-СОШ № 4 ГО Богданович Свердловской области



Урок по теме  "Ядерные реакции. Энергетический выход реакций" 

Дидактическая цель: Сформировать умения записывать ядерные реакции, уметь определять неизвестный продукт реакции с использованием законов сохранения массового числа и заряда, обосновать существование ядерной энергии как одной из форм энергии, формировать умение вычислять энергетический выход ядерных реакций.

Воспитательная цель: Раскрыть роль эксперимента в научном познании, продолжить формирование диалектико-материалистического мировоззрения учащихся, развивать познавательный интерес к предмету.

Развивающая цель: Развитие умений учащихся анализировать результаты эксперимента, формулировать выводы, развивать умение работать с табличными данными при решении задач, формировать познавательные способности учащихся.

Тип урока: Изучение нового материала

Вид урока: Комбинированный

Формы работы: Беседа, рассказ

Ход урока

Повторение пройденного материала (в форме фронтальной беседы, см. рабочую карточку)

Что такое естественная радиоактивность? (Явление самопроизвольного распада ядер атомов урана, тория, и радия с образованием новых ядер и выделением альфа, бета и гамма-излучений).

Что такое альфа-распад ядер и как он возникает? (распад ядра, при котором происходит вылет альфа-частицы)

Каково правило смещения Содди при альфа-распаде? (При альфа-распаде исходное атомное ядро превращается в ядро нового элемента, расположенного в таблице Менделеева на две клетки левее исходного).

В какое ядро превращается торий (234) при трех последовательных альфа-распадах? (полоний-222)

Что такое бета-распад и как он возникает при распаде ядер? (Распад ядра, при котором происходит вылет электрона (бета-частицы))

Каково правило Содди для бета-распада? (При бета-распаде исходное ядро превращается в ядро другого элемента, расположенного в таблице Менделеева на одну клетку правее исходного).

Какой изотоп образуется из радиоактивного изотопа сурьмы(133) после четырех бета-распадов? (цезий-133)

Какой изотоп образуется из радиоактивного изотопа лития (8) после одного альфа-распада и одного бета-распада? (ядро атома гелия-4).

Изложение нового материала (см.параграф 106, стр. 309 уч-ка).

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения. Эти превращения сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в превращениях частиц.

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим ядерные реакции на нейтронах и научимся рассчитывать энергетический выход.

Запишите тему урока – «Ядерные реакции. Энергетический выход реакций». 

Итак, ядерными реакциями называют изменение атомных ядер при взаимодействиях их с элементарными частицами или друг с другом. 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. 

В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов: суммы зарядов и массовых чисел ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равны суммам зарядов и массовых чисел конечных продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. 

Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер было осуществлено Резерфордом в 1919 году. Он осуществил мечту всех алхимиков. Ему удалось бомбардировать азот α-частицами и получить ядро изотопа кислорода:

Написать данную реакцию



Резерфорд предположил, что для разрушения или преобразования ядра нужна очень большая энергия.. наиболее подходящими носителями большой энергии в то время и были α-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде.

1932 год, сотрудники Резерфорда, Уолтон и Кокрофт впервые расщепили на две α-частицы, с помощью искусственно ускоренных протонов.

Написать данную реакцию:



Это была первая реакция на быстрых протонах.

Что представляет собой α-частица?

Эта реакция идет с выделением огромной энергии 17,6 МэВ. Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть очень огромной. Но использовать её путем осуществления столкновений ускоренных частиц (или ядер) с неподвижными ядрами мишенями, практически нельзя. Ведь большая часть ускоренных частиц пролетает мимо ядер мишеней, не вызывая реакции.

Под действием медленных нейтронов: 





1934 год, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, получили искусственные радиоактивные ядра фосфора, путем бомбардировки α-частицами. 

Написать реакцию:



Это был впервые полученный радиоактивный фосфор.

Ядерные реакции под действием альфа-частиц привели к открытию нейтрона (Дж. Чедвиком): 



Впоследствии было получено свыше 1000 радиоактивных изотопов. 

Открытие нейтронов было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций, так как нейтроны лишены заряда и они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения.

Итальянский физик Энрико Ферьми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми нейтронами, но и медленными нейтронами. Причем медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными.

Как уже было сказано, что каждая реакция протекает с выделением или поглощением энергии. 

Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции ΔE (энергетическим выходом реакции), равной разности энергий покоя ядра и частиц до реакции и после нее, т.е. 

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до и после реакции.



где (m1+m2)— сумма масс частиц до реакции, (m3+m4)— сумма масс частиц после реакции. 

Если ΔE >0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической, если ΔE <0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической. 

Данная энергия выражается в Джоулях, но нам предстоит ее выражать в МэВ. Для этого наша формула будет выглядеть следующим образом:



А теперь давайте рассчитаем энергетический выход реакции Уолтона и Кокрофта. 

Е-?

Решение 





На самом деле эта реакция проходит с выделением энергии 17,6 МэВ, у нас значение данной энергии получилось меньше, так как мы не учитывали кинетическую энергию протона, так как он был разогнан на ускорителе.

Закрепление.  Решение задач на вычисление энергетического выхода ядерной реакции.

(Решение см. в образце)

Самостоятельная работа по рабочим карточкам.

Ответы:

1 вар. 2)7,7 МэВ; 3) -1,27 МэВ (поглощение энергии).  

2 вар: 2)341,8 МэВ; 3) 14,3 МэВ (выделение энергии). 

3 вар: 2) 225,19 МэВ; 3) 17,4 МэВ (выделение энергии). 

4 вар: 2)7,92 МэВ/нук; 3) 3,3 МэВ (выделение энергии). 

5 вар: 2) 1804,96 МэВ; 3) 15 МэВ (выделение энергии).

Домашнее задание: стр. 330-331, Упр. 14 (6,7).

Список интернет-ресурсов:

http://www.physbook.ru/

http://festival.1september.ru/articles/534494/

Список литературы:

Учебник «Физика-11» под ред.Г.Я. Мякишева и др.

Сборник дидактических заданий по физике: Учеб. пособие для техникумов. – 2-е изд., перераб. И доп./Г.И.Рябоволов, Н.Р. Дадашева, П.И. Самойленко – М.: Высш.шк., 1990. 





















































Приложение 1.

Рабочая карточка по теме «Ядерные реакции. Энергетический выход реакций»

ФИ учащегося___________________________________________Класс_______________

Повторение пройденного материала (устно)

Что такое естественная радиоактивность?

Что такое альфа-распад ядер и как он возникает?

Каково правило смещения Содди при альфа-распаде?

В какое ядро превращается торий (234) при трех последовательных альфа-распадах?

Что такое бета-распад и как он возникает при распаде ядер?

Каково правило Содди для бета-распада?

Какой изотоп образуется из радиоактивного изотопа сурьмы(133) после четырех бета-распадов?

Какой изотоп образуется из радиоактивного изотопа лития (8) после одного альфа-распада и одного бета-распада?

Выполните самостоятельно в тетради, используя образец и текст параграфа 106 (стр. 309).

Вариант 1



Вариант 2



Вариант 3



Вариант 4



Вариант 5



Образец