Урок "Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции."

Физика, 11 класс.

Тема: Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции.

Цели урока:

• Обучающая: показать возможность практического получения большого количества ядерной энергии в результате деления ядер урана 235.

• Развивать логическое мышление, умение анализировать и обобщать изученный материал, творческие способности.

• Формирование духовного богатства личности.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, таблицы, портреты ученых, раздаточный материал (тест, копирка, бланк ответов, тексты дифференцированных задач для домашнего задания).

План урока:

1. Проверка домашнего задания. Тестирование (7 мин). Решение задач (3мин).

2. Объяснение нового материала (20мин). Физкультминутка.

3. Закрепление знаний, умений, навыков: решение задач, фронтальная беседа (10 мин).

4. Домашнее задание (1 мин).

5. Подведение итогов урока (2 мин).

6. Рефлексия (2мин).

Ход урока

1. Проверка домашнего задания. Раздаются тестовые задания по теме предыдущих уроков, бланк ответа перед уроком. 1 ученик у доски решает задачу, остальные выполняют тесты на местах. На выполнение теста дается 7 мин. В целях самопроверки в дальнейшем тесты выполняется под копирку в рабочую тетрадь. После выполнения теста проверка.

Слайд 1.Тема урока: «Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции».

1) Тест «Элементы квантовой физики».

Вариант 1.

1. Лазер излучает свет частотой 5*10¹⁴Гц. Луч этого лазера можно рассматривать как поток фотонов, энергия каждого из которых равна… А. 9,9*10^-12Дж. Б. 2*10 ^-15Дж. В. 3,3*10^-19Дж. Г. 1,32*10^-48Дж.

2. Ядро бора ¹¹ ₅В состоит из …

А. 5 электронов и 6 нейтронов. Б. 5 протонов и 6 нейтронов.

В. 5 протонов и 11 нейтронов. Г. 6 нейтронов и 11протонов.

3. γ-излучение представляет собой …

А. Поток отрицательно заряженных частиц. Б. Поток протонов.

В. Поток ядер гелия. Г. Электромагнитная волна.

4. Согласно гипотезе Планка, энергия света поглощается веществом …

А. в зависимости от интенсивности света. Б. порциями, равными hν.

В. любыми порциями (квантами). Г. непрерывно, пока есть освещение.

5. Определите число протонов и нейтронов в ядре атома алюминия ²⁷₁₃Аl и число электронов в электронной оболочке этого атома.

А. 13 протонов, 27 нейтронов и 27 электронов.

Б. 13 протонов, 14 нейтронов и 13 электронов.

В. 13 протонов, 14 нейтронов и 14 электронов.

Г. 14 протонов, 13 нейтронов и 14 электронов.

6. Какое из трёх видов излучений (α, β или γ) обладает наибольшей проникающей способностью?

А. α-излучение. Б. β-излучение. В γ-излучение.

Г. Проникающая способность всех указанных видов излучений одинаковая.

7. В результате электронного β-распада ядро магния ²⁷₁₂Мg превращается в ядро:

А. 2310Ne

Б. 2612Mg

В. 2613Al

Г. 2713Al.

Вариант 2.

1. Электронная оболочка в атоме ²⁷₁₃Al содержит …

А. 27 электронов.

Б. 40 электронов.

В. 13 электронов.

Г . 14 электронов

2. β-излучение представляет собой поток…

А. ядер гелия.

Б. электронов.

В. протонов.

Г. нейтронов.

3. Определите число протонов и нейтронов в ядре атома фтора 169 F и число электронов в оболочке этого атома.

А. 7 протонов, 9 нейтронов, 7 электронов.

Б. 16 протонов, 9 нейтронов, 9 электронов.

В. 9протонов, 7 нейтронов, 7 электронов.

Г. 9протонов, 7 нейтронов, 9электронов.

4. В опыте Резерфорда большая часть α-частиц свободно проходит сквозь фольгу, испытывая малые отклонения от прямолинейной траектории. Можно ли сделать вывод что…

А. α-частицы имеют массу больше массы атома.

Б. в атоме имеется ядро, размеры которого значительно меньше размеров атома.

В. заряд ядра равен заряду α-частицы.

Г. заряд электрона равен заряду α-частицы.

5. В настоящее время широко распространены лазерные указки, авторучки, брелки. При неосторожном обращении с таким полупроводниковым лазером можно …

А. вызвать пожар.

Б. прожечь костюм и повредить тело.

В. получить опасное облучение организма.

Г. повредить сетчатку глаза.

6. Какое из трёх видов излучений (α, β или γ) обладает наибольшей проникающей способностью?

А. α-излучение.

Б. β-излучение.

В γ-излучение.

Г. Проникающая способность всех указанных видов излучений одинаковая.

7. В результате α-распада ядро изотопа золота ¹⁷⁹₇₉Au превращается в ядро…

А. 17775Re.

Б. 17577Ir .

В. 17879Au.

Г. 17980Hg.

Сдаются бланки ответов. Проверка и выставление оценок.

Слайд 2. Проверь себя.

№	1	2	3	4	5	6	7
Вариант 1	В	Б	Г	Б	Б	В	Г
Вариант 2	В	Б	Г	Б	Г	А	Б

Критерии оценок 7 правильных ответов-«5»;

5,6 правильных ответов-«4»;

4 правильных ответа- «3».

2) Проверка решения задачи с последующей записью в тетрадь.

Задача №1. При облучении ядер бора 11 протонами образуются ядра бериллия 8. Какие ещё ядра получаются в этой реакции? Напишите уравнение реакции. Сколько энергии выделяется или поглощается в этой реакции?

Дано	Решение
m B=11,00931a.e.м. m H=1,00814 a.e.м. m Be=8,00531a.e.м. m He=4,00260a.e.м. ∆E-?	115B + 11H → 42He + 84Be, до реакции m 1=m B + m H m 1 =(11,00931+ 1,00814) а.е.м.= 01745 а.е.м. после реакции m 2=m Bе + m Hе m 2 =(8,00531+4,00260) а .е. м. = 12,00791 а. е. м. ∆m = m1 – m2 ∆m =(12,01745 – 12,00791) a.e.м = 0,00954 а. е. м. ∆E = ∆mс2 введем коэффициент взаимосвязи массы и энергии ∆E = 931 МэВ/ а. е. м. * 0,00954 а. е.м.= 8,9 МэВ т.е энергия выделяется. Ответ: ∆E =8,9 МэВ.

1. Объяснение нового материала с повторением предыдущего.

Слайд 3. Что называется ядерной реакцией?

- Сначала появляется изображение картины реакции: Первая искусственная ядерная реакция осуществлена в 1919 году Э. Резерфордом при облучении азота α-частицами и получение изотопа кислорода 17 , и протона. Задание и вопрос к детям:

• Записать уравнение реакции.

- После ответов детей выплывает справа ответ (верхняя правая строка) и дополнительные сведения о выделившейся энергии.

Слайд 4. Объяснение учителя:

-После открытия нейтрона в 1932 году Д.Чедвиком появилась возможность использования ускоренных частиц для осуществления ядерных реакций. В результате бомбардировки лития ускоренными протонами образуются 2 α-частицы. Задание детям.

• Записать уравнение реакции.

- Объяснение учителя. Кинетическая энергия двух образовавшихся ядер гелия оказалась больше энергии поступившего в реакцию протона на ∆E =7,3МэВ. Превращение ядер сопровождалось изменением их внутренней энергии, при этом выделялась огромная энергия. Для осуществления реакции использовались нейтроны, так как они лишены заряда и без препятствий проникают в атомные ядра, и вызывают в них изменения.

- Возьмем ядро урана. При попадании нейтрона в ядро происходит возбуждение в ядре, ядро начинает деформироваться приобретать вытянутую форму, в следствии действия сил внутри ядра. Наряду, с большими электростатическими силами отталкивания между протонами, действуют ядерные силы притяжения, когда кулоновские силы отталкивания станут больше, ядро разлетится на два осколка и произойдет испускание нейтронов

- Впервые этим занялся итальянский физик Энрико Ферми, затем деление ядер урана было открыто в 1938году О. Ганном и Ф. Штрассманом, немецкими физиками.

Слайд 5. Дадим понятие цепной ядерной реакции.

- Объяснение учителя. Правильное истолкование делений ядер урана было дано в начале 1939 года английским физиком О.Фришем и австрийским – Л.Мейтнером.

-Учитель дает объяснение цепной ядерной реакции по схеме:

- Нейтрон – ядро.

- Осколки – испускание нейтронов.

- Деление соседнего ядра под действием нейтронов.

-Определение цепной ядерной реакции: Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой частицы вызывающие её, нейтроны образуются как продукт этой реакции.

- Использование замедлителя нейтронов в атомных реакторах.

- Получение новых изотопов – новое поколение нейтронов.

- Этот процесс происходит с выделением энергии в пределах 200 МэВ. Если взять 1кг урана 235, что соответствует 2,3*10⁷кВт ч, для этого понадобились бы 93 вагона угля или 67 цистерн жидкого топлива по 30 тонн в каждой. Этой энергии достаточно для освещения на 1 час Центрально – Черноземного района. Поэтому экономично использование урана, но и очень опасно.

-Для стационарного течения цепной реакции, коэффициент размножение нейтронов, k=1 это равенство нужно поддерживать с большой точностью при k=1,01 может произойти взрыв.

• Записать уравнения реакции.

Слайд 6. Проводим физкультминутку.

1. Закрепление знаний. 1 ученик у доски решает задачу, остальные отвечают на вопросы.

1) Вопросы для закрепления знаний.

• Почему нейтроны оказываются наиболее удобными частицами для бомбардировки атомных ядер?

• Что происходит при попадании нейтрона в ядро урана 235?

• Какие частицы образуются при делении ядер урана?

• Какие необходимы условия для протекания цепной ядерной реакции?

2) Решение задачи у доски. Разбор задачи и запись в тетрадь.

Задача №2. При реакции деление ядер урана 235 выделилось 1,204 *10²⁶ МэВ энергии. Определить массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.

Дано: Е= 1,204*1026 МэВ ∆Е= 200 МэВ NA= 6,02*1023 моль-1 M (U) = 235*10-3кг*моль -1 ________________________ m - ?

Решение число распавшихся атомов N= (mNA )/M , N= E/∆E ; (mNA )/M= E/∆E m = EM/∆ENA 1,204 *1026 МэВ *235*103 моль-1кг m =- --------------------------------------------------------------------- = 200 МэВ * 6,02*10-23 моль-1 = 0,235кг. Ответ: 235г.

1. Домашнее задание.

Дифференцированные задачи раздаются учащимся (на выбор учителя).

Слайд 7.

§ 108-109. Подготовить доклады (по выбору учащихся).

1. И.В. Курчатов выдающийся советский физик.

2. Первый атомный реактор в СССР и Европе 1946г.

1. Подведение итогов урока (выставление оценок).

Рефлексия. Напишите 2 номера пословиц подходящие вашему состоянию на конец урока, уходя, прикрепите к доске.

Слайд 8. Подбор пословиц.

1. Сделал дело, гуляй смело.

2. Счастье тот добывает, кто уменьем ума набирает.

3. Работа не волк в лес не убежит.

4. Одна голова хорошо, а две лучше.

5. Что посеешь, то и пожнёшь.

6. Не тот хорош, кто лицом пригож, а тот хорош, кто на дело гож.

Нетрадиционные формы урока (моделирование процессов с помощью компьютера) позволяет учителю сделать учащихся в соучастников педагогического процесса обучения.

9