Атомная физика

Цели урока:

1. Образовательная: систематизировать полученные знания по теме.
2. Развивающая: развивать умение применять полученные знания при решении практических заданий, самостоятельно работать с дополнительной литературой.
3. Воспитывающая: воспитание бережного отношения к окружающей природе, воспитание чувства коллективизма

Тип урока: повторительно-обобщающий.

Форма проведения: дискуссия с элементами ролевой игры.

Оборудование: А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике, карточки-задания.

Ход урока

Преподаватель: В истории науки, в том числе и физике, было немало выдающихся свершений, которые будоражили сознание не только ученых, но и всех слоев общества. Многие известные поэты и писатели, воодушевленные успехами науки, так или иначе отражали их в своих произведениях. Сегодня мы проведем не обычный урок, а попытаемся соединить воедино фундаментальные идеи физики, имеющие огромное значение для человека, изложив их на языке поэзии. Для этого я предлагаю вам разделиться на 2 команды «Физики» и «Лирики».

(Учащиеся рассаживаются за столы.)

Преподаватель: Итак, начнем. Команда «физиков» представьте, пожалуйста, нам 2-х человек, своих Томсона и Резерфорда, которые расскажут о строении атома.

(Два ученика выходят к доске и рассказывают модель атома Томсона и Резерфорда.)

Первая модель атома была предложена английским физиком Томсоном. Всего модели простейший атом – атом водорода – представляет собой положительно заряженную сферу радиусом около 10'8 см, внутри которой находится электрон. В невозбужденном атоме электрон покоится в центре сферы.

Резерфорд в 1911 г. предложил ядерную модель атома Согласно этой модели, атом представляет собой систему зарядов, в центре которой расположено тяжелое положительное ядро с зарядом, имеющим размеры 1012 см, а вокруг ядра расположены электроны, распределенные по всему объему; занимаемому атомом. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома

Такая модель атома быта названа планетарной моделью.

Преподаватель: Спасибо «физики». Что же по этому вопросу скажет нам команда лириков?

Ответы учащихся: Одной из самых древних по своему происхождению и драматической по судьбе научной идеей атомного строения вещества свои поэтические строки посвящали многие: Лукреций, Дж. Донн, Омар Хайам, Александр Блок и др.

Вот, например, что писал Лукреций:

Даже и в наших стихах постоянно, как можешь заметить,
Множество слов состоит из множества букв однородных,
Но и стихи и слова, как ты непременно признаешь,
Разнятся между собой и по смыслу и также по звуку.
Видишь, как буквы сильны лишь одним изменением порядка
Что же до первоначал, то они еще больше имеют
Средств для того, чтобы из них возникли различные вещи.

Атомные представления применительно к миру живого развивает позднее среднеазиатский поэт, математик и философ Омар Хайам:

И пылинка – живою частицей была,
Черным локоном, длинной ресницей была.
Пыль с лица вытирай осторожно и нежно:
Пыль, возможно, Зухрой яснолицей была.

Преподаватель: Очень хорошо «лирики». Но ведь не всем по душе была идея атомного строения вещества.

Ответы учащихся: Да. Так, например, считали Дж. Донн.

На атомы вселенная крушится.
И в сфере звезд и в облике планет
Все связи рвутся, всё в куски дробится.
Основы расшатались и сейчас
Все стало относительным для нас.

У современных поэтов представления об атомах являются уже очевидным твердо установленным фактом. Обратимся к С. Щипачеву.

Иного ничего в природе нет.
Ни здесь, ни там в космических глубинах.
Всё, от частичек малых до планет
Из элементов состоит единых.

Преподаватель: Спасибо команда «лириков». Вы справились с поставленной задачей превосходно. Но что-то наши «физики» засиделись. Я прошу наших юных «ученых» рассказать об открытие нейтрона, строении атомного дара и энергии связи.

Ответы учащихся: В 1932 г. английским физиком Д. Чедвиком была открыта частица, не имеющая эклектического заряда – нейтрон. Масса нейтрона примерно такая же, как масса протона. Гипотеза о протонно-нейтронном строении ядра выдвинута советским физиком Д. Иваненко и немецким физиком Гейзенбергом. Согласно этой теории, все ядра состоят из Z протонов и N нейтронов. Общее число протонов и нейтронов получили название нуклонов. Массовое число А равно числу нуклонов в ядре атома: А = Z + N.

Обычно ядра обозначают символом химического элемента X с указанием слева вверху массового числа А и слева внизу числа протонов Z.

Точные измерения масс атомных ядер с помощью специальных приборов (масс-спектрографов) показали, что масса любого ядра, содержащего Z протонов и N нейтронов, меньше суммы масс Z свободных протонов и N нейтронов:
m ядра < Z*mp + N*mn.

Существует, как говорят, дефект массы. Его обозначают ∆М
∆M = Z*mp + N*mn – m ядра;
где mр – масса протона;
mn – масса нейтрона.

Минимальная энергия, которую нужно затратить для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра. Её можно посчитать по формуле:
∆Есв = ∆m*c² = (Z*np + N*mn-n^)c²(Дж)
или ∆Есв = 931*∆m(эВ).

Энергия связи может быть выражена в Джоулях или в электрон-вольтах:
1эВ = 1,6*10^-19Дж.

Преподаватель: Спасибо «ученые». Посмотрим, что на это ответят «лирики».

Ответы учащихся: Развитие физики позволило установить структуру атома, составляющие его элементарные частицы: электроны, протоны и нейтроны. Но и поэты не остались в стороне.

Вот как откликнулся В. Брюсов на открытие электрона:

Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
Искусства, званья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом –
Вселенная, где сто планет;
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.

Преподаватель: Спасибо «лирики». Теперь снова призовем к ответу «физиков». Ребята расскажите нам об открытие радиоактивности и правилах смещения.

Ответы учащихся: Радиоактивность была открыта супругами Кюри (Пьер и Мария Складовская-Кюри).

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение изотопов одного элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.

К числу таких превращений относятся α и β распады и сопровождающее их гамма – излучение.

α распадом называется самопроизвольный распад атомного ядра на α частицу (ядро атома гелия Не) и ядро – продукт. При α распаде число протонов уменьшается на 2, а число нуклонов – на 4.
X → Y + Не (объясняет на данном преподавателем примере).

β распад представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра, сопровождающееся испусканием электрона. Массовое число при β распаде не изменяется.
X → Y + е (объясняет на примере).

Преподаватель: Спасибо «физики» (кратко комментирует ответы). А теперь расскажите, пожалуйста, о ядерных реакциях, термоядерных реакциях и применении ядерной энергии.

Ответы учащихся: Ядерной реакцией называется процесс интенсивного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер).

Первая ядерная реакция была осуществлена Резерфордом в 1919 году.

Ядерные реакции могут протекать с выделением или поглощением энергии.

Если сумма масс частиц до реакции больше суммы масс частиц после реакции, то реакция идет с выделением энергии, в противном случае, энергия поглощается.

Рассмотрим данный пример:

Ядерная энергия может быть выделена в реакциях соединения легких ядер. Для синтеза двух ядер необходимо преодолеть кулоновские силы отталкивания, что возможно при больших скоростях сталкивания частиц. Средней энергии теплового движения с такой скоростью соответствует температура порядка 2*10⁹К. По этой причине реакция синтеза называется термоядерной.

Особенно благоприятны условия синтеза ядер дейтерия (Н) и трития (Н). Именно эти вещества образуют заряд водородной (или термоядерной) бомбы. Запалом в такой бомбе служит атомный взрыв, который обеспечивает необходимую температуру.

Ядерная энергия применяется:

1. Ядерная энергетика(АЭС).
2. Ядерное оружие.

Преподаватель: Спасибо «физики» (комментирует ответы). Но, я думаю, и «лирики», не останутся без ответа.

Ответы учащихся: Осознание факта существования в природе атомной энергии, ее созидательной и разрушительной мощи является повседневной темой для поэтического творчества, например, стихотворение Л. Татьяничевой «Физикам».

Мир атомов на звездный мир похож.
В нем есть свои туманности и Солнца.
И этот мир, куда никто не вхож,
Вам просто так на милость не сдается.
Его гвардейским приступом не взять,
Не сокрушить штыком или снарядом.
Какую надо силу, чтоб разъять
Сто тысяч гроз в себе таивший атом?!

Проблема запрещения атомной бомбы, сохранения жизни на Земле в целом становится актуальной и находит свое обсуждение в поэзии. Уже А.Белый в свое время предупреждает об этом.

Мир – рвался в опытах Кюри
Атомной, лопнувшею бомбой,
На электронные струи
Невоплощенной гектабомбой;
Я – сын эфира, Человек,-

Преподаватель: Спасибо «лирики». И вот изобретено водородное оружие, а ученые моделируют ту участь, что постигнет Землю в случае, если будет использована хотя бы часть накопленного термоядерного оружия.

Стих Байрона в значительной степени напоминает последствия термоядерной войны.

Я видел сон ... не все в нем было сном.
Погасло Солнце светлое и звезды
Скиталися без цели, без лучей
В пространстве вечном, льдистая земля
Носилась слепо в воздухе безлунном.
Час утра наставал и проходил,
Но дня не приводил он за собою...
И люда в ужасе беды великой
Забыли страсти прежние...

Преподаватель: Ребята, мне кажется, я выражу мнение большинства, что только вера в присущую человеку доброту и любовь к ближнему, и, разумеется, в повседневный житейский разум поможет избежать атомной катастрофы и, тем самым, сохранить на Земле жизнь.

Ответ учащегося: Н.Доризо.

Не в бомбы атомного века,
Не в этот идол – божество –
Я верю в разум человека
И в память верую его.
Нет, я не верю в гибель мира.
Кошмар все это, а не быль,
Чтоб завтра не было Шекспира,
Чтоб Пушкин превратился в пыль,
Чтоб от Бетховена ни звука
Во мгле кромешной и слепой
И чтобы даже смерть – старуха
И та б покончила с собой!

Преподаватель: И тем не менее, достижения науки для всех, в том числе и учащихся, настолько весомы и очевидны, что и сегодня и в прошлом взгляд на науку оставался в основном оптимистическим.

Ответ учащихся: Многие известные поэты связывали большие надежды с развитием научных знаний и использованием результатов науки на благо человека. Вот как об этом размышляет, поэт Франции 17 века Павийон.

Сцеплением атомов мир сотворить иной,
Все числа звездные постичь во тьме ночной
И солнце вновь создать в химической вселенной;
Вновь подчинить себе, проникнуть в глубь времен,
Стихии укротить с их тайной сокровенной –
Вот человека цель! Ее достигнет он.

Преподаватель: Вот на этой оптимистической ноте мы и закончим наш урок. Я благодарю всех, кто в нем участвовал.

(Преподаватель подводит итоги и выставляет оценки.)