УСІ УРОКИ ФІЗИКИ
11 КЛАС

АТОМНА І ЯДЕРНА ФІЗИКА

УРОК 6/55

Тема. Ядерні сили

Мета уроку: ознайомити учнів з новим видом взаємодії між частинками — ядерними силами.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Особливості взаємодії частинок усередині ядра

Оскільки ядра досить стійкі, то протони й нейтрони повинні втримуватися усередині ядра якимись силами, причому дуже значними. Що це за сили? Напевне можна сказати, що це не гравітаційні сили, які занадто слабкі. Стійкість ядра не може бути пояснена також електромагнітними силами з тієї причини, що між однойменно зарядженими протонами діє електричне відштовхування. А нейтрони позбавлені електричного заряду.

Виходить, між нуклонами в ядрі діють особливі сили. Ці сили назвали ядерними.

Ядерні сили приблизно в 100 разів перевершують електричні сили. Це найпотужніші сили з усіх, якими володіє природа. Тому взаємодії ядерних частинок часто називають сильними взаємодіями.

Стійкість ядер, виділення енергії під час утворення ядра з нуклонів свідчить про те, що ядерні сили аж до деякої відстані є силами притягання. Однак починаючи з деякої відстані між нуклонами, сили притягання замінюються силами відштовхування.

Інша важлива особливість ядерних сил — їх короткодіючий характер. Електромагнітні сили порівняно повільно убувають відповідно до відстані. Ядерні сили помітно проявляються лише на відстанях, що дорівнюють за величиною розмірам ядра (10-12 – 10-13 см). Ядерні сили — це, так би мовити, «богатир з дуже короткими руками».

У ядерній фізиці введено особливу одиницю довжини — фермі.

1 фм = 10-15 м.

Нейтрон починає притягуватися до протона, перебуваючи від нього на відстані, меншій за 2 фм. На відстані, меншій за 0,4 фм, діють потужні сили відштовхування між ними. За відстані між нуклонами всього 4,2 фм ядерні сили знехтувано малі.

2. Радіоактивність

Навесні 1896 р. французький фізик А. Беккерель зробив ряд повідомлень про виявлення ним нового виду випромінювання (з часом його назвали радіоактивним), що випускають солі урану. Численні контрольні досліди показали, що причиною засвічування була не фосфоресценція, а саме уран, у якій би хімічній сполуці він не перебував.

Розпочатий подружжям П. і М. Кюрі систематичний пошук нових радіоактивних речовин і вивчення властивостей їх випромінювання підтвердили здогад Беккереля про те, що радіоактивність уранових сполук пропорційна числу атомів Урану, що містяться в них.

Ø  Радіоактивність — здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання.

Хімічні елементи, яким притаманна радіоактивність, називаються радіоактивними елементами.

3. Види радіоактивного випромінювання

1899   року Резерфорд, вивчаючи іонізувальну здатність радіоактивного випромінювання, виявив, що воно неоднорідне й складається із двох частин, які він назвав α- і β-променями.

Йому вдалося довести, що α-промені є потоком ядер атомів Гелію. Того ж року А. Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів.

1900   року французький фізик П. Віллард установив, що до складу радіоактивного випромінювання входить і третя складова, яку він назвав у -променями. Вивчення γ-променів показало, що вони являють собою електромагнітні хвилі, довжина яких менше, ніж у рентгенівських променів. Таким чином, було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з α-, β- і γ-променів.

1903 р. Е. Резерфорд і його співробітник Ф. Содді вказали нате, що явище радіоактивності супроводжується перетворенням одного хімічного елемента в інший, наприклад радію в радон.

4. Радіоактивний розпад

Чим же пояснюється радіоактивність? Яке походження радіоактивних променів? І нарешті, що ж відбувається з речовиною під час радіоактивного розпаду?

1902-1903 pp. Ернест Резерфорд і його співробітник, англійський хімік Фредерик Содді припустили, що радіоактивність пов’язана з перетвореннями атомів радіоактивної речовини в інші атоми. Розрахунки показували, що радіоактивні речовини безупинно протягом тисячоріч випромінюють невеликі кількості енергії, практично не змінюючись. Так, 1903 р. П’єр Кюрі визначив, що 1 г радію виділяє за 1 год. близько 582 Дж енергії.

Звідки ж береться енергія, на виділення якої всі відомі впливи не мають жодного впливу? Очевидно, під час радіоактивності речовина зазнає якихось глибоких змін, цілком відмінних від звичайних хімічних перетворень. Було зроблене припущення, що перетворення зазнають самі атоми.

Після того як 1911 року Резерфорд запропонував ядерну модель атома, стало очевидним, що саме ядро зазнає змін під час радіоактивних перетворень. Справді, якби зміни стосувалися тільки електронної оболонки атома (наприклад, втрата одного або декількох електронів), то при цьому атом перетворювався б в іон того ж самого хімічного елемента, а зовсім не в атом іншого елемента з іншими фізичними й хімічними властивостями. До того ж α-частинок взагалі немає в електронній оболонці.

Таким чином, було виявлено, що в результаті атомного перетворення утворюється речовина зовсім нового виду, яка повністю відрізняється за своїми фізичними і хімічними властивостях від первинної речовини. Це нова речовина, яка, однак, так само нестійка й зазнає перетворення, випускаючи водночас характерне радіоактивне випромінювання.

Ø  Радіоактивність являє собою мимовільне перетворення одних атомних ядер в інші, супроводжуване випущенням різних частинок.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Назвіть факти і явища, що підтверджують складну будову атома.

2. Як стали називати здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання?

3. Яке із трьох α-, β- і γ-випромінювань не відхиляє магнітне і електричне поля?

4. Про що свідчить явище радіоактивності?

Другий рівень

1. Що наводить нас на думку, що в ядрі, крім електричних сил, діють ядерні сили?

2. Яка частина атома — ядро або електронна оболонка — зазнає змін під час радіоактивного розпаду? Чому ви так вважаєте?

3. Чому кулонівське відштовхування протонів у легких ядрах не відіграє істотної ролі? Чи можете ви назвати ядра, де це відштовхування взагалі відсутнє?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Якісні питання

1). Чи однакові ядерні сили, що діють між двома протонами, між двома нейтронами, між протоном і нейтроном?

2. Вузький пучок β-випромінювання в однорідному магнітному полі помітно розширюється. Про що це свідчить?

3. Чи є радіоактивність рідкісним явищем? Наведіть факти, що підтверджують вашу відповідь.

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. Визначте за рисунком напрямок індукції магнітного поля й сил Лоренца, які діють на α-, і β-частинки. Перевірте, чи виконується правило лівої руки.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

·       Сили притягання, що діють між нуклонами в ядрі, називаються ядерними.

·       Властивості ядерних сил: дуже великі; короткодіючі; зарядово незалежні.

·       Радіоактивність — здатність атомів деяких хімічних елементів до спонтанного випромінювання.

·       Радіоактивне випромінювання складається з α-, β- і γ-променів.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 29 (п. 2).

2. 3б.:

Рів1 № 17.7; 17.8; 17.10; 17.14.

Рів2 № 17.31; 17.47; 17.74.