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:

$LaTeX: ~_{92}^{238}U+_0^1n\to\left(_{92}^{239}U \right)^*\to_{-1}^0e+_{93}^{239}Np$

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):

$LaTeX: ~_4^9Be+_2^4He\to\left(_6^{13}C \right)^*\to_6^{12}C+_0^1n.$

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.

$C:\Documents and Settings\Администратор\Мои документы\Мои рисунки\2012-05-04\Ядерная2.jpg$ (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:

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