II уровень. Вспомним основные положения теории
ФИЗИКА. 11 класс. Задание № 87
Тема: Протонно-нейтронная модель ядра
I уровень. Познакомимся с параграфом
1. Протонно-нейтронная модель ядра. Нуклоны
В 1932 году советский физик-теоретик Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904-1994) и немецкий физик Вернер Карл Гейзенберг (1901-1976) предложили протонно-нейтронную модель ядра. Согласно этой модели, атомное ядро любого химического элемента состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих электрического заряда нейтронов. Атом в целом нейтрален. Заряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона (число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке). Заряд ядра 
обусловлен количеством протонов в ядре, выраженным в единицах заряда электрона, и совпадает с атомным номером соответствующего химического элемента в периодической системе Д.И.Менделеева. Количество нейтронов в ядре обозначается 
.Для всех ядер, за исключением водорода 
и гелия 
, 
.
Протон и нейтрон в современной ядерной физике объединяются общим названием – нуклон (ядерная частица). Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом 
.Массовое число равно сумме числа протонов и числа нейтронов в ядре : 
. Число нейтронов в ядре можно определить как разность массового числа и числа протонов: 
.
Протон и нейтрон являются двумя зарядовыми состояниями нуклона: нуклон в состоянии без электрического заряда называется нейтроном, в состоянии с электрическим зарядом – протоном.
|
|
|
Массовое число равно округленной до целого числа относительной атомной массе элемента, выраженной в атомных единицах массы 
, так как массы покоя протона и нейтрона близки друг к другу.
Атомная единица массы равна 
.
Любой химический элемент обозначают символом 
. Зная массовое число и порядковый номер элемента в периодической системе Д.И.Менделеева, можно определить число протонов и число нейтронов в ядрах этого элемента.
Например, порядковый номер магния 
, а массовое число 
, следовательно, в ядре атома магния содержится 
протонов и нейтронов 
. Ядро атома магния состоит из 
нуклонов 
.
2. Изотопы
Ядра с одним и тем же числом протонов ,но с разным числом нейтронов называются изотопами (от греческого isos – одина-ковый и topos – место).
Химические свойства изотопов тождественны: они имеют одинаковое строение электронных оболочек, занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов. Но изотопы ядер одного химического элемента имеют разное число нейтронов в ядре, а следовательно, обладают разными массами и могут отличаться физическими свойствами. Например, изотопы отличаются по способности к радиоактивному распаду.
|
|
|
Термин «изотоп» был предложен английским ученым Фредериком Содди в 1910 году. Английский физик Фрэнсис Уильям Астон в 1919 году построил прибор для определения масс атомов – масс-спектрограф, давший возможность определить наличие изотопов у многих элементов. Macс-спектрографические исследования показали, что изотопы имеются у всех химических элементов.
Химически чистые элементы представляют собой смесь изотопов, отличающихся друг от друга относительными атомными массами. Поэтому каждый химический элемент имеет относительную атомную массу, представляющую собой среднее значение относительных атомных масс всех его изотопов. В ряде случаев относительные атомные массы химических элементов заметно отличаются от целых чисел.
- Ядерные силы и их свойства
Силы, удерживающие нуклоны в ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер, называются ядерными силами. Ядерные силы являются проявлением сильного взаимодействия – самого интенсивного из всех известных в физике взаимодействий. Ядерные силы, действующие между двумя протонами в ядре, примерно в 
раз превосходят электростатические силы между ними.
|
|
|
1. Ядерные силы – силы короткодействующие. Они заметно проявляются лишь на расстояниях, равных по порядку величины размерам ядра.
2. Они обладают свойствами зарядовой независимости: ядерные взаимодействия двух протонов, двух нейтронов или протона и нейтрона одинаковы. Отсюда следует, что ядерные силы не могут иметь электромагнитную природу.
3. Ядерные силы обладают свойствами насыщения: каждый нуклон взаимодействует не со всеми нуклонами ядра, а только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов.
Точная зависимость ядерных сил от расстояния между двумя нуклонами и относительная интенсивность ядерных сил разного типа с определенностью не установлена. Законченной количественной теории ядерных сил пока не существует.
- Энергия связи атомных ядер
Нуклоны в ядре прочно удерживаются ядерными силами, и для удаления нуклона из ядра надо совершить большую работу, т.е. сообщить ядру значительную энергию.
Энергия связи атомного ядра 
– это энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны без сообщения им кинетической энергии.
На основании закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. 
Энергия связи атомного ядра является разностью между энергией протонов и нейтронов в ядре и их энергией в свободном состоянии. Масса покоя ядра меньше массы покоя нейтрального атома на массу электронов в составе электронной оболочки атома: 
, где 
– масса нейтрального атома. Тогда энергия связи атома равна: 
.
|
|
|
Удельной энергией связи ядра называется величина 
, равная энергии связи, приходящейся на один нуклон ядра. На рисунке приведена зависимость удельной энергии связи от массового числа .Как видно из рисунка, удельная энергия связи слабо меняется при изменении массового числа и для большинства ядер 
. Наибольшее значение имеет 
для ядер атомов, расположенных в средней части периодической системы. По мере увеличения числа нейтронов в ядре удельная энергия связи убывает и для ядер, расположенных в конце периодической системы, составляет примерно 
.
Уменьшение удельной энергии связи для легких элементов объясняется поверхностными эффектами. Нуклоны, находящиеся на поверхности ядра, взаимодействуют с меньшим числом соседей, чем нуклоны внутри ядра, так как ядерные силы являются короткодействующими. Поэтому энергия связи нуклонов на поверхности меньше, чем у нуклонов внутри ядра. Чем меньше ядро, тем большая часть от общего числа нуклонов оказывается на поверхности. Из-за этого энергия связи в среднем на один нуклон меньше у легких ядер.
У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с увеличением кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.
Мерой энергии связи является дефект массы. Дефектом массы ядра называется разность между суммой масс покоя нуклонов и масс покоя ядра: 
. Чем больше дефект масс, тем выше энергия связи и тем устойчивее ядро.
Как показывают измерения масс ядер, масса покоя ядра 
всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов:
.
При образовании ядра из частиц выделяется энергия связи ядра и соответствующая ей масса, характеризующая уменьшение суммарной массы всех нуклонов при образовании ядра: 
. Массе в 
соответствует энергия в 
.
II уровень. Вспомним основные положения теории
1. Каково строение атомного ядра?
2. Что называют изотопами химического элемента? Приведите примеры изотопов.
3. Какие силы, кроме кулоновских, действуют между нуклонами в атомных ядрах? Проявлением какого вида фундаментальных взаимодействий являются эти силы?
4. Каковы основные свойства ядерных сил? Почему утверждают, что ядерные силы короткодействующие и обладают свойством зарядовой независимости?
5. Что называют дефектом массы ядра? Что такое энергия связи? От чего она зависит? Что называется удельной энергией связи атомного ядра?
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 379; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!