Открытие протона и нейтрона. Строение атомного ядра

1. Открытие протона и нейтрона. Строение атомного ядра.

ОТКРЫТИЕ ПРОТОНА И
НЕЙТРОНА.
СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА.

2. План урока:

ПЛАН УРОКА:
1.
2.
3.
Вопросы для повторения.
Изучение нового материала.
Задачи и вопросы для закрепления
пройденного материала.

3. Вопросы для повторения

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1.
2.
3.
4.
5.
Что такое радиоактивность?
Из чего состоит атом?
Дайте определение понятия «относительная
атомная масса».
Дайте определение изотопа.
Приведите известные вам примеры изотопов.

4. План изучения нового материала

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Протон и нейтрон. История их открытия.
Протонно-нейтронная модель ядра.
Состав и размер ядра.
Энергия связи нуклонов в ядре.
Удельная энергия связи.
Ядерные силы и их свойства.

5. Открытие протона

ОТКРЫТИЕ ПРОТОНА
В 1913 г. Э. Резерфорд
выдвинул гипотезу, что одной из
частиц , входящих в ядро атома
любого химического элемента
должно
быть
ядро
атома
водорода, т.к. было известно, что
массы
атомов
химических
элементов превышают массу
атома водорода в целое число
раз.
Э. Резерфорд

6. Схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов в продуктах расщепления ядер

СХЕМА ОПЫТОВ РЕЗЕРФОРДА ПО
ОБНАРУЖЕНИЮ ПРОТОНОВ В ПРОДУКТАХ
РАСЩЕПЛЕНИЯ ЯДЕР

7. Открытие нейтрона.

ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНА.
• При бомбардировке бериллия α-
частицами обнаруживалось какое-то
сильно проникающее излучение,
способное преодолеть такую преграду,
как свинцовая пластина в 10-20 см
толщиной.
• Ирен Кюри и Фредерик Кюри
обнаружили новое излучение, при
облучении бериллия а- частицами.
• Они с помощью камеры Вильсона
обнаружили эти протоны и по длине
пробега оценили их энергию.
• Если протоны ускорялись в результате
столкновения с γ-квантами, то их
энергия должна быть около 55 МэВ.
Ирен
Жолио-Кюри
(1897-1956)
Фредерик
Жолио-Кюри
(1900-1958)

8. Схема эксперимента

СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА

9.

• Дж. Чедвик наблюдал в камере Вильсона треки ядер
азота, испытавших столкновение с бериллиевым
излучением.
• По его оценке, энергия γ-квантов должна была
составлять 90 МэВ. Наблюдение ядер отдачи аргона
привели к цифре – 150 МэВ.
1) Предположение об излучении бериллием γ-квантов,
т. е. частиц, лишенных массы покоя, несостоятельно. Из
бериллия под действием α-частиц вылетают какие-то
достаточно тяжелые частицы, так как только при
столкновениях с тяжелыми частицами протоны или ядра
азота и аргона могли получить ту энергию, которая
наблюдалась.
2) Так
как частицы обладали большой
проникающей способностью и
электрически нейтральны.
Новую частицу, Чедвик предложил
назвать нейтроном.
Джон Чедвик
(1920-1998)

10.

Из закона сохранения энергии и импульса к соударениям нейтронов с атомными ядрами:
2mn
vя
vn ;
mn M я
где mn -масса нейтрона;
vn – скорость нейтрона до соударения;
Mя – масса ядра отдачи.
Отношение скоростей ядер отдачи азота и водорода:
vN mn M H
vH mn M N
где MH и MN – массы ядер водорода и азота.
При попадании α-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:
9
4
Be He C n
1
0
4
2
n
12
6
1
0
- символ нейтрона.

11.

1
0
1
1
n
H
0
1
e
- Символ нейтрона.
1
1
р
- Ядро атома водорода (протон)
- Символ электрона.

12. Строение атомного ядра.

СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА.
Советский физик Д. Д. Иваненко и
В. Гейзенберг предложили
протонно-нейтронную
модель ядра: ядро состоят
из элементарных частиц
двух сортов: протонов и
нейтронов.
• Число
протонов в ядре
равняется числу электронов в
атомной оболочке, так как
атом в целом нейтрален.
• Протон
и нейтрон – два
зарядовых состояния ядерной
частицы, называемых
нуклоном.
Дмитрий Дмитриевич
Иваненко
(1904-1994)
Вернер Карл
Гейзенберг
(1901-1976)

13. Протонно-нейтронная модель ядра

ПРОТОННО-НЕЙТРОННАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА
Согласно этой модели:
- ядра всех химических элементов
состоят из нуклонов: протонов и
нейтронов;
- заряд ядра обусловлен только
протонами;
- число протонов в ядре равно
порядковому номеру элемента;
- число нейтронов равно разности
между атомным числом и числом
протонов (N=A-Z).

14. Размеры атомных ядер

РАЗМЕРЫ АТОМНЫХ ЯДЕР
•Так как для ядер существенны квантовые законы поведения, то они не имеют четко
определенных границ.
• Можно говорить только о некотором среднем радиусе ядра.
• Этот радиус определяется экспериментально по рассеянию ядром падающих на
него частиц.
• С увеличением массового числа радиус ядра увеличивается:
R 1,23 A *10 13 см;
• Объем ядра пропорционален числу нуклонов.
• Плотность ядерного вещества постоянна и одинакова для всех ядер:
Mя
1014 г / см 3
4
R 3
3
Uchim.net

15.

Характеристи Протон (p)
ки нуклонов
Электрический 1,6 *10-19 Кл
заряд
Масса
Масса в а.е.м.
Нейтрон (n)
0
1,6726*10-27 кг
1,6749*10-27 кг
1,00728 а.е.м
1,00867 а.е.м

16. Ядро атома химического элемента

ЯДРО АТОМА ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
X – символ химического элемента.
9
4
4
2
12
6
1
0
Be; He; C ; n

17.

А – массовое число, которое
показывает :
- массу ядра в целых атомных единицах
массы (а.е.м.)
(1а.е.м. = 1/12 массы атома углерода);
- число нуклонов в ядре;
A=N+Z
где N – число нейтронов в ядре атома.

18.

Z – зарядовое число, которое
показывает:
- заряд ядра в элементарных электрических
зарядах (э.э.з.)
( 1э.э.з. = заряду электрона = 1,6 х 10 -19
Кл);
- число протонов;
- число электронов в атоме;
- порядковый номер в таблице Менделеева.

19.

Характерис
тика
Зарядное
число
Массовое
число
Заряд ядра
Символическ
ая запись
ядер
Число
Обозн Определение
ачение
Z
Равно числу протонов в ядре,
номером химического
элемента
A=Z+ Равно числу нуклонов в ядре
(числу протонов Z и
N
нейтронов N)
+Ze
Так как атом нейтрален, то
заряд ядра определяет и
число электронов в атоме
A
Z
X
N
9
4
4
2
12
6
1
0
Be; He; C ; n

20.

Электронная оболочка
Ядро
K
L
Далее

21.

Дефект массы
Дефект массы - масса покоя ядра Мя всегда меньше
суммы масс покоя слагающих его протонов и
нейтронов.
М 0
M Zm p Nmn M я
- дефект массы.
M я Zm p Nmn
Мя
- Масса ядра записана в
таблице Менделеева
М p 30,9738а.е. м.

22.

Энергия связи атомных
ядер – та энергия, которая
необходима для полного
расщепления ядра на
отдельные частицы.
Закон сохранения энергии
энергия связи равна той
энергии, которая выделается
при образовании ядра из
отдельных частиц.
Уравнение Эйнштейна между массой
и энергией:
E mc
2
Альберт Эйнштейн
(1879 - 1955)

23. Формула для нахождения энергии связи

ФОРМУЛА ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ЭНЕРГИИ
СВЯЗИ
где
- дефект массы,
- скорость света в вакуум

24.

Уменьшение массы при образовании ядра из частиц уменьшается
энергия этой системы частиц на значение энергии связи Есв :
Есв Mc 2 (Zmp Nmn M я )c 2
• ядро
образуется из частиц;
• частицы за счет действия ядерных сил на малых
расстояниях устремляются с огромным ускорением друг к
другу;
• излучаются γ- кванты с энергией Есв
•и массой М
Есв
.
2
с
Пример: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же
энергии, что и сгорание 1,5 - 2 вагонов каменного угла.

25.

Удельная энергия связи – энергия
связи, приходящаяся на одну ядерную
частицу от массового числа А.
Eсв. уд
Мc
А
2
• Максимальную энергию связи (8,6
МэВ/нуклон) имеют элементы с
массовыми числами от 50 до 60.
Ядра этих элементов наиболее
устойчивы.

26.

Уменьшение удельной энергии связи у легких элементов объясняется
поверхностными эффектами.
• Ядерные силы являются короткодействующими.
• Нуклоны, находящиеся на поверхности ядра, взаимодействуют с меньшим
числом соседей, чем нуклоны внутри ядра.
• Энергия связи нуклонов на поверхности меньше, чем у нуклонов внутри
ядра.
• Чем больше ядро, тем большая часть от общего числа нуклонов
оказывается на поверхности
энергия связи в среднем на один нуклон
меньше у легких ядер.
У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с
увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские
силы стремятся разорвать ядро.

27. Ядерные силы

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ
Силы, которые скрепляют отдельные протоны
и нейтроны в ядре, называются ядерными,
а соответствующее взаимодействие –
сильным.

28.

Ядерные силы ( сильное
взаимодействие)-силы,
действующие между нуклонами в ядре и
обеспечивающие существование устойчивых ядер
Являются силами притяжения
15
Короткодействующие (~ 2*10
м)
Действуют одинаково между p-p p-n
n-n

29. Свойства ядерных сил

СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ СИЛ
- малый радиус действия ядерных сил
(R ~ 1 Фм);
- ядерное взаимодействие обладает свойством
насыщения;
- зарядовая независимость ядерных сил;
- обменный характер ядерного взаимодействия;
- притяжение между нуклонами на больших
расстояниях (r > 1 Фм), сменяется
отталкиванием на малых (r < 0,5 Фм).

30. Вопросы для закрепления материала:

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
МАТЕРИАЛА:
Из каких частиц состоит ядро атома любого
элемента? Ответ.
2.
Сколько нуклонов и электронов содержит атом
калия? Ответ.
3. Какому условию удовлетворяют масса покоя ядра и
масса образующих его частиц при образовании
ядра? Ответ.
4. Определите энергию связи ядра лития.
Ответ.
1.

31. Ядро атома любого элемента состоит из протонов и нейтронов.

ЯДРО АТОМА ЛЮБОГО ЭЛЕМЕНТА СОСТОИТ ИЗ
ПРОТОНОВ И НЕЙТРОНОВ.