Министерство образования и науки Ульяновской области Областное государственное бюджетное образовательное учреждение

Министерство образования и науки Ульяновской области
Областное государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Ульяновский медицинский колледж
Кулагина М.Э.
Методическая разработка учебного занятия
дисциплины: ФИЗИКА
по теме: «Состав атомных ядер. Ядерные силы»
для специальностей
34.02.01. Сестринское дело,
31.02.02. Акушерское дело,
32.02.01. Медико-профилактическое дело
г. Ульяновск
2014 г.
1
План проведения учебного занятия (технологическая карта)
Занятие
4.2.2
Тема
Состав атомных ядер. Ядерные силы.
Цели занятия
Обучения: ознакомиться со строением атомного ядра, с современными
методами обнаружения и исследования свойств элементарных частиц;
сформировать представление о ядерных силах, об энергии связи в ядре.
Воспитания: способствовать воспитанию внимательности,
доброжелательного отношения к ответам одногруппников, личной
ответственности за выполнение работы.
Развития: способствовать развитию умений и способностей учащихся
работать самостоятельно, расширение кругозора, повышение эрудиции,
развитие интереса к нравственной позиции при изучении физики.
Тип занятия
комбинированный
Формируемые компетенции:
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы
выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них
ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для
эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного
развития.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития,
заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
Обучающийся должен
уметь:
- определять массовые числа, число протонов и нейтронов в ядре любого химического элемента;
-рассчитывать дефект массы и энергию связи для различных изотопов некоторых химических элементов.
знать:
-строение атомного ядра;
- особенности ядерных сил;
- что такое изотопы;
- что такое дефект массы, энергия связи.
2
Средства обучения
Таблица «Периодическая система химических элементов» Д.И.Менделеева, ПК, мультимедийный проектор,
презентация «Состав атомных ядер. Ядерные силы», видеоролик «Строение атома».
План занятия
Этап урока
Приёмы и методы
Время, мин
1. Организационный
Целеполагание. Сообщение преподавателя.
3
2. Проверка домашнего задания.
Проведение игры «Физический лабиринт».
22
Актуализация опорных знаний
3. Изучение нового материала.
Первичное закрепление полученных
знаний.
Эвристическая беседа.
Демонстрация презентации «Состав атомных ядер. Ядерные силы». Решение
задач по теме.
45
4. Закрепление и осмысление
Фронтальный опрос. Решение задач по теме.
5. Подведение итогов учебного занятия.
Обобщение изученного материала преподавателем.
Самоконтроль обучающихся.
Комментарий преподавателя.
7
полученных знаний
Рефлексия
6. Домашнее задание
10
3
3
ХОД ЗАНЯТИЯ
I.
Организационный
момент
•
Приветствие
•
Порядок
•
Перекличка
•
Объявление темы и задач
занятия
II.
задания.
Проверка
Актуализация
домашнего
опорных
знаний
Проведение игры «Физический
лабиринт».
Студенты
должны
найти
в
лабиринте слова, связанные с атомной
физикой, и дать им определения (при
работе с презентацией использовать
инструмент Перо):
атом;
протон;
нейтрон;
электрон;
Томсон;
Резерфорд;
ядро;
изотоп;
нуклон.
Последние
определения
(нуклон,
изотоп)
вызывают
у
студентов
затруднения. Изучение этих понятий и является целью занятия.
4
Мотивация познавательной деятельности обучающихся
В истории современной физики есть год, который называют «годом чудес».
Это 1932 год. Одним из чудес этого года было открытие нейтронно-протонной
модели атомного ядра. В результате произошло выделение из атомной физики
самостоятельного, бурно развивающегося направления – ядерной физики.
Ядерная физика изучает структуру и свойства атомных ядер. Она исследует
также взаимопревращения атомных ядер, происходящие как в результате
радиоактивных распадов, так и в результате различных ядерных реакций.
К ядерной физике тесно примыкают физика элементарных частиц, физика и
техника ускорителей заряженных частиц, ядерная энергетика, ядерная медицина.
Последовательность изучения нового материала.
1.
Состав атомных ядер. Протонно – нейтронная модель атомного ядра.
2.
Изотопы.
3.
Ядерные силы.
4.
Энергия связи. Дефект массы.
5.
Методы регистрации и наблюдения заряженных частиц:
5.1.
Назначение и устройство прибора;
5.2.
На каких физических закономерностях основано действие прибора?
5.3.
Для наблюдения и регистрации каких частиц предназначен каждый
из приборов?
5
5.4.
Какие характеристики частиц можно определить при изучении трека
частиц?
III.
1.
Изучение нового материала. Первичное закрепление полученных
знаний.
Состав атомных ядер. Протонно – нейтронная модель атомного
ядра.
Серией опытов, проведенных под руководством Резерфорда, было
установлено, что атомы состоят из положительно заряженных ядер и электронных
оболочек. Структура и свойства электронных оболочек были в основном изучены
в первой четверти 20в. в 30-х годах. Удалось разделить атомные ядра на
составные части и изучить их некоторые свойства.
Оказалось, что ядра состоят из двух видов частиц: протонов и нейтронов.
Протон – положительно заряженная частица, имеющая массу 1а.е.м.
Нейтрон – электронейтральная частица, масса которой ≈ mp.
В процессе взаимодействия они взаимно превращаются друг в друга. Это
говорит о том, что р и n представляют собой 2 разных состояния (заряженное и
незаряженное) одной и той же частицы – нуклона.
Таким образом, ядра атомов состоят из нуклонов.
Идея о том, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, была
впервые высказана в печати советским физиком Д. Д. Иваненко (1932) и
непосредственно вслед за этим развита немецким физиком В. Гейзенбергом
6
(1932). Предположение о протонно-нейтронном составе ядра получило в
дальнейшем полное экспериментальное подтверждение.
Демонстрация видеоролика «Строение атомного ядра»:
Ядра атомов, как и электронные оболочки, не имеют четких границ. По
мере удаления от центра ядра плотность ядерного вещества постепенно падает до
нуля. Предполагали, что ядра имеют сферическую форму, но оказалось, что
большинство ядер деформировано: имеют форму сплющенных или вытянутых
эллипсоидов.
Масса атомного ядра, измеряемая в а.е.м. и округлённая до целых значений,
называется массовым числом.
Атомные ядра обозначаются химическим символом:
7
𝐴
𝑧𝑋
число протонов – Z
число нейтронов – N
масса атомного ядра A=Z+N
Первичное закрепление знаний
Выполнение упражнения по определению нуклонного состава ядер.
2. Изотопы
Точное определение масс атомных ядер показывает, что ядра одних и тех же
химических элементов имеют одинаковую массу, следовательно, такие ядра
содержат одинаковое число протонов, но и одинаковое число нейтронов.
8
Разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными
массовыми числами называется изотопами.
Задание
Найти определения изотонов и изобаров.
Почти каждый элемент имеет изотопы: три стабильных и несколько
неустойчивых. Известны 300 стабильных и 800 неустойчивых изотопов. Все
изотопы обладают одинаковыми химическими свойствами, но различаются по
другим свойствам (например, радиоактивностью).
Ядра изотопов водорода имеют специальные названия:
1
1Н
– протий
2
1Н
– дейтерий
3
1Н
– тритий
Особенности тяжелой воды:
ρ =1,104∙103кг/м3
Тпл= 3,8°С
Тяжелая вода более вязкая; растворимость понижена, биологические
процессы в тяжёлой воде замедляются. Источник действия для ядерных и
термоядерных реакций.
3.
Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер.
9
Нуклоны, находясь внутри
ядра, связаны между собой ядерными
силами – наиболее могущественными
силами природы.
Особенности ядерных сил:
1.
Сильнодействие
–
на
несколько порядков больше любых
других взаимодействий: примерно в
100 раз больше электромагнитных сил.
2.
Короткодействие – действуют на расстоянии менее 10-15м.
3.
Зарядовая независимость:
р – р; p – n; n – n –одинаковы.
4. Свойство насыщения – каждый нуклон взаимодействует только с
ограниченным числом ближайших нуклонов.
Чтобы разделить ядро на нуклоны, нужно затратить большое количество
энергии.
Количество энергии, необходимое для того, чтобы разделить ядро на
отдельные между собой нуклоны, называется энергией связи ядра.
Энергия,
затрачиваемая
разделение
ядра
на
на
нуклоны,
превращается в их потенциальную
энергию. Если же нуклоны вновь
объединяются
в
одно
ядро,
избыточная
потенциальная
излучается
в
виде
их
энергия
γ-квантов.
Следовательно, полная энергия связи
ядра
равна
количеству
энергии,
освобождающейся при его образовании.
10
Масса атомного ядра меньше суммы масс входящих в него частиц. Это
явление называется дефектом массы. Он присущ всем ядрам. Дефект массы
объясняется теорией относительности.
E=mc2
mя<Zmp+Nmn
Δm = Zmp+Nmn - mя – дефект массы
Eсв = Δmc2
IV.
Закрепление и осмысление полученных знаний
Фронтальный опрос
1.
Из каких частиц состоит атом?
2.
Из каких частиц состоит атомное ядро?
3.
Каков заряд атома?
4.
Что показывает зарядовое число?
5.
Что показывает массовое число?
6.
Чем различаются изотопы одного элемента?
Решение задачи
Какая энергия выделится при образовании ядра изотопа бора 105𝐵 ?
Рефлексия фронтальная
1.
Достигли вы поставленной цели, которые поставили в начале занятия?
11
2.
Каковы ваши главные результаты: что вы поняли, чему научились
сегодня на занятии?
V.
3.
Какие моменты занятия вызвали затруднения?
4.
С каким настроением вы заканчиваете занятие?
Домашнее задание
Выучить §§ 211, 212, 213, 214;
решить задачи:
1204, 1205 (I уровень);
1208 (1, 4, 6) (II уровень).
Составить конспект «Способы наблюдения и регистрации заряженных
частиц» (§§ 209, 210).
12
Источники информации
1.
Дмитриева В.Ф. Физика: учебник. – М.: Академия, 2012.– 510 стр.
2.
Дмитриева В.Ф. Задачи по физике: учеб. пособие. – М.: Академия, 2012.
3.
Презентация «Строение атома и атомного ядра» [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://900igr.net/kartinki/fizika/JAdro-atoma/JAdro-atoma.html–.
4.
Шаблон оформления «Синие и зеленые шары» [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://office.microsoft.com/ru-ru/templates/TC001072120.aspx–.
5.
Изображение
атома
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://www.cheboksary.ru/images/6838.jpg.
6.
Изображение атома [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://img.urainform.com/news/atom[82179](265x265).jpeg.
7.
Изображение
изотопов
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://znanie.podelise.ru/tw_files2/urls_409/11/d-10448/img17.jpg.
8.
Фото
Эйнштейна
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://onlystyles.ru/wp-content/uploads/2012/05/0300.jpg.
9.
Эмблема ядерной физики [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://media.memrise.com/img/400sqf/from/uploads/course_photos/Physics__placeholder.jpg.
10. Видеоролик «Строение атома и атомного ядра» [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=OCInhp3wHdI.
13