Правило смещения - Физика атомного ядра - Квантовая физика

Цель: научить решать задачи по теме «Строение атомного ядра»; сформулировать правило смещения.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания. Повторение

- Как называются протоны и нейтроны вместе?

- Как называется и какой буквой обозначается число протонов в ядре?

- Где ставится зарядовое число по отношению к символу элемента?

- Как в общем виде обозначать ядро любого химического элемента?

- Какой буквой обозначается число нейтронов в ядре?

- Как в общем виде принято обозначать ядро любого химического элемента?

- Какой формулой связаны между собой массовое число, зарядовое число и число нейтронов ядра?

- Какой состав изотопа неона

- Изменяется ли массовое число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром γ-кванта? (Z и М не меняются, масса изменяется на массу γ-кванта.)

III. Изучение нового материала

Альфа-распад

Превращение атомных ядер, сопровождаемое испусканием α-частиц, называется альфа-распадом.

Наиболее устойчивым из всех образований внутри ядра является образование двух протонов ¹₁р и двух нейтронов ¹₀n. Если при распределении энергии между частицами ядра это образование будет обладать энергией большей, чем энергия связи, то оно покинет ядро в виде α-частицы.

Если ^A_ZX — материальное ядро, то превращение этого ядра при α-распаде происходит по следующей схеме:

где - символ дочернего ядра;

⁴₂а - ядро атома гелия ⁴₂Не;

hv - квант энергии, испускаемой ядром.

Например, - т. е. происходит перемещение химического элемента на две клетки влево.

Бета-распад

Радиоактивные ядра могут выбрасывать поток электронов, которые рождаются согласно гипотезе Ферми в результате превращения нейтронов в протоны в соответствии с правилом смещения:

т. е. массовое число ядра не изменяется.

Таким образом, при бета-распаде химический элемент перемещается на одну клетку вправо в периодической системе Менделеева и, кроме электронов, испускается элементарная частица – антинейтрон

Например:

IV. Закрепление изученного материала

- Сформулируйте и запишите правила смещения для альфа-распада.

- Сформулируйте и запишите правило смещения для бета-распада.

- Какие элементарные частицы испускаются при альфа- и бета-распадах?

- Какие из известных вам законов сохранения выполняются при радиоактивных превращениях?

V. Решение задач

1. Протактиний ²³¹₉₁Ра α-радиоактивен. Определите, какой элемент получится с помощью этого распада.

Решение:

(Ответ: это активный ²²⁷₈₉Ac.)

2. В какой элемент превращается ²³⁹₉₂U после двух β-распадов и одного α-распада?

(Ответ: в изотоп урана ²³⁵₉₂U.)

3. Ядро изотопа висмута ²¹⁰₅₃Bi получилось из другого ядра после одного α-распада и одного β-распада. Что это за ядро?

(Ответ: в изотоп полония ²¹⁴₈₉Po.)

Домашнее задание

§ 101.

Р - 1165; Р - 1167.

Дополнительный материал

Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри

Пьер Кюри (1859-1906). Родился в семье врача. Первоначальное образование получил дома, а в 16 лет стал студентом Сорбонны. После присуждения ему в 1877 г. магистерской степени он 22 года преподавал в школе. Пьер Кюри внес значительный вклад в различные области физики. Вместе с братом Жаком Пьер Кюри открыл прямой пьезоэлектрический эффект (1980 г.) Также они открыли обратный пьезоэлектрический эффект. Жак и Пьер Кюри сконструировали первый пьезоэлектрический датчик для измерения малых электрических зарядов и слабых токов.

Пьер Кюри разработал теорию образования кристаллов, сформулировал общий принцип их роста, ввел понятие поверхностной энергии кристаллических граней (1884-1885). Изучая симметрию кристаллов, он выдвинул принцип, названный его именем, который позволяет устанавливать симметрию кристалла, находящегося под внешним воздействием.

П. Кюри исследовал влияние температуры на магнитные свойства тел. В 1895 г. он обнаружил, что у диамагнетиков магнитная восприимчивость не зависит от температуры, а у парамагнетиков - обратно пропорциональна ей (закон Кюри).

1895 г. ознаменовался открытием температуры, выше которой теряют свои свойства и скачкообразно изменяются другие свойства железа.

Мария Склодовская-Кюри (1867-1934). Она появилась на свет в учительской семье в Варшаве (Королевство Польское в то время входило в Российскую империю). Мария прекрасное успевала в школе, но высшее образование для женщин в России тогда было несбыточной мечтой, и Мария 8 лет работала гувернанткой, отсылая почти все заработанные деньги сестре Брониславе в Париж, где та изучала медицину. В 1891 г. сестра получила диплом и вышла замуж. В том же году Мария отправилась к ней Париж и поступила в Сорбонну. В 1893 г. она заняла первое место на итоговых экзаменах по физике, а 1894 г. - второе место на экзаменах по математике.

Знаменательная встреча Пьера Кюри и Марии Склодовской произошла в 1894 г., а 24 июля 1895 г. они вступили в брак.

Сразу после открытия Беккерелем радиоактивности (1896 г.) супруги Кюри начали планомерное исследование радиоактивных материалов, проводя эксперименты буквально в сарае. Несколько лет Марии Кюри за работу не платили, и только в 1904 г., когда Пьер Кюри стал профессором физики в Сорбонне, ее взяли на должность ассистентки. В действительности же совместная работа супругов была сотрудничеством равных. Перемыв тонны урановой руды, они сумели выделить из нее новый элемент - полоний (названный в честь Полонии - латинизированного названия Польши, родины Марии), а из урановой смолки - радий (от лат. «radio» - испускаю лучи).

В 1903 г. Мария Склодовская-Кюри стала первой женщиной, удостоенной во Франции докторской степени.

После получения Нобелевской премии супругами Кюри, для Пьера в Сорбонне была учреждена кафедра физики и лаборатория (1904 г.), позже преобразованная в Радиевый институт. Кюри часто болел. По-видимому, сказывалась работа с радиоактивными материалами. От пожелтевших листков из лабораторных журналов супругов Кюри и поныне исходит сильное радиоактивное излучение, опасное для здоровья.

Пьер Кюри погиб в результате несчастного случая: 19 апреля 1906 г. он переходил улицу, поскользнулся и попал под проезжавший мимо экипаж.

На руках Марии Кюри остались две дочери: Ирен и Ева.

Кафедра физики в Сорбонне, учрежденная для Пьера, перешла к Марии. В 1910 г. мадам Кюри опубликовала фундаментальную книгу о радиоактивности, а через четыре года возглавила Лабораторию радиоактивности в только что открытом Радиевом Институте (Париж). Во время Первой мировой войны на частные пожертвования Марии оборудовали передвижные госпитали рентгеновскими установками и она возглавила радиологическую службу Общества Красного Креста.

После окончания войны Мария выступала в разных странах с лекциями по проблемам науки. Благодаря ее усилиям в Радиевом институте удалось собрать большой запас радиоактивных материалов для исследовательских целей (до создания первых ускорителей). Именно эти материалы в немалой степени способствовали открытию Ирен и Фредериком Жолио-Кюри искусственной радиоактивности.

В честь супругов Кюри названы: внесистемная единица измерения активности изотопов - кюри (Ки) и химический элемент с атомным номером 96 - Cm (кюрий), а в честь родины Марии - Полоний 84-й элемент.