Строение атомного ядра. Энергия связи
Тема урока: Строение атомного ядра. Энергия связи 📚
Цели урока 🎯
Разобраться, из чего состоит атомное ядро 🧩
Понять, что такое изотопы и ядерные силы 💪
Научиться считать дефект массы и энергию связи ⚡
Основная часть урока 📝
1. Из чего состоит ядро? 🤔
Ядро состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. Протон несёт положительный заряд, нейтрон не заряжен, а массы у них почти одинаковые.
Z — зарядовое число: число протонов, равно номеру элемента в таблице Менделеева 🔢
A — массовое число: общее число нуклонов в ядре ⚖️
Число нейтронов: N = A − Z 🧮
Задача 1. Сколько протонов и нейтронов в ядрах железа ⁵⁶₂₆Fe и урана ²³⁵₉₂U?
Железо: Z = 26 протонов, N = 56 − 26 = 30 нейтронов.
Уран: Z = 92 протона, N = 235 − 92 = 143 нейтрона.
Проверка: 26 + 30 = 56 ✅ и 92 + 143 = 235 ✅
2. Изотопы 🔍
Изотопы — разновидности одного элемента: Z одинаковый, а A разное, потому что различается число нейтронов. Пример — три «водорода»: протий ¹₁H, дейтерий ²₁H и тритий ³₁H. Химически изотопы почти неотличимы, а вот ядерные свойства у них совсем разные.
3. Ядерные силы 💪
Протоны отталкиваются друг от друга, но ядра не разваливаются. Нуклоны удерживают ядерные силы — самое сильное взаимодействие в природе. Они притягивают и протоны, и нейтроны одинаково, но действуют только на расстояниях порядка 10⁻¹⁵ м.
4. Дефект массы и энергия связи ⚡
Точные измерения дают удивительный факт: масса ядра всегда меньше суммы масс его нуклонов. Разность называется дефектом массы: Δm = Z·mp + N·mn − Mя, где mp — масса протона, mn — масса нейтрона, Mя — масса ядра.
✨ Важно: «пропавшая» масса превращается в энергию связи — её нужно затратить, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны: Eсв = Δm·c², где c = 3·10⁸ м/с — скорость света в вакууме.
Задача 2. Найди энергию связи ядра гелия ⁴₂He, если mp = 1,0073 а.е.м., mn = 1,0087 а.е.м., Mя = 4,0015 а.е.м., а 1 а.е.м. = 1,66·10⁻²⁷ кг.
В ядре Z = 2 протона и N = 4 − 2 = 2 нейтрона.
Δm = 2·1,0073 + 2·1,0087 − 4,0015 = 4,0320 − 4,0015 = 0,0305 а.е.м.
Переводим в СИ: Δm = 0,0305 · 1,66·10⁻²⁷ ≈ 5,06·10⁻²⁹ кг.
Eсв = Δm·c² = 5,06·10⁻²⁹ · (3·10⁸)² ≈ 4,6·10⁻¹² Дж ≈ 28,5 МэВ.
Проверка: на один нуклон приходится 28,5/4 ≈ 7 МэВ — типичное значение для атомных ядер ✅
Типичные ошибки ⚠️
❌ Путать Z и A → ✅ Z — только протоны, A — все нуклоны вместе.
❌ Брать массу ядра как сумму масс нуклонов → ✅ она меньше на дефект массы Δm.
❌ Подставлять Δm в а.е.м. в формулу E = Δm·c² → ✅ сначала перевести в килограммы: 1 а.е.м. = 1,66·10⁻²⁷ кг.
❌ «Селить» электроны внутрь ядра → ✅ в ядре только протоны и нейтроны, электроны — в оболочке атома.
Тема не даётся? Разберём вместе 🎓
Дефект массы и E = Δm·c² — место, где спотыкается половина девятиклассников. Учитель «Моей школы LS» на живых онлайн-уроках в малой группе прорешает с тобой такие задачи шаг за шагом. Учим с 1 по 11 класс.
Мини-конспект 📋
Ядро = протоны + нейтроны (нуклоны).
Z — число протонов, A — число нуклонов, N = A − Z.
Изотопы: Z одинаковый, A разное.
Ядерные силы удерживают нуклоны, радиус действия ~10⁻¹⁵ м.
Дефект массы: Δm = Z·mp + N·mn − Mя.
Eсв = Δm·c²; у гелия-4 это ≈ 28,5 МэВ.
Зачем это нужно? 🚀
Энергия связи объясняет, откуда берут энергию АЭС и звёзды ⚡
Изотопы работают в медицине и в датировании археологических находок 🏥
Это база для следующих уроков: деление ядер и термоядерный синтез 📖
Это минимальная энергия, которую нужно затратить, чтобы разделить ядро на отдельные протоны и нейтроны. Она равна Δm·c², где Δm — дефект массы ядра, c — скорость света.
- Z = 11 — в ядре 11 протонов.
- N = A − Z = 23 − 11 = 12 нейтронов.
- Проверка: 11 + 12 = 23 — совпадает с массовым числом.
На расстояниях порядка 10⁻¹⁵ м ядерные силы притяжения между нуклонами намного сильнее электрического отталкивания протонов, поэтому ядро устойчиво.
Оцените урок:
