Физика › 9 класс › Строение атомного ядра

Тема 40Строение атомного ядра. Нуклонная модель

★★★

Термины темы — найди их в тексте:ПротонНейтронНуклоныЗарядовое числоМассовое числопротоныядерные силы

В 1919 году Резерфорд, обстреливая азот альфа-частицами, выбил из ядер протоны — ядра атомов водорода. А в 1932 году Джеймс Чедвик открыл нейтрон: бериллий под действием альфа-частиц испускал нейтральные частицы, которые выбивали протоны из парафина.

Опыт Чедвика: из бериллия вылетают нейтроны и выбивают протоны из парафина Иллюстрация: light-fizika.ru

Определение

Протон ( $p$ ) — частица с зарядом $+e$ и массой около $1{,}67\cdot10^{-27}$ кг; это ядро атома водорода. Нейтрон ( $n$ ) — частица без заряда с массой чуть больше массы протона.

Протонно-нейтронная модель ядра

В 1932 году Д.Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили модель: ядро состоит из протонов и нейтронов.

Определение

Нуклоны — общее название протонов и нейтронов. Зарядовое число ( $Z$ ) — число протонов в ядре; равно порядковому номеру элемента. Массовое число ( $A$ ) — общее число протонов и нейтронов в ядре.

Число нейтронов $N=A-Z$ . Число электронов в нейтральном атоме равно $Z$ . Ядро обозначают ${}^{A}_{Z}X$ , например ${}^{4}_{2}\mathrm{He}$ или ${}^{238}_{92}\mathrm{U}$ .

Атом: ядро из протонов и нейтронов, вокруг — электроны. Модель тяжёлого ядра Иллюстрация: light-fizika.ru

Протоны отталкиваются, но ядро не разлетается. Нуклоны удерживают ядерные силы — о них в теме «Энергия связи атомных ядер».

Пример решения

Сколько протонов, нейтронов и электронов в атоме ${}^{27}_{13}\mathrm{Al}$ ?

Протонов $Z=13$ , электронов тоже 13, нейтронов $N=27-13=14$ .

Образ для запоминания

Ядро — «команда нуклонов»: Z — «нападающие» с зарядом (протоны; они дают элементу имя), N — «защитники» без заряда (нейтроны), A — вся команда целиком.

⚗ Мини-опыт

Собирайте ядро из протонов и нейтронов. Как меняется элемент, когда вы добавляете протон? А когда нейтрон? Найдите несколько устойчивых ядер.

▶ Симуляция PhET

В «Собери ядро» на экране «Распад» добавляйте протоны и нейтроны и следите за обозначением ядра. В «Собери атом» соберите нейтральный атом углерода.

Собери ядроОткрыть ↗

Строение атомаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Из чего состоит атомное ядро?

Электроны движутся вокруг ядра.

2Что показывает зарядовое число

Z

Оно равно номеру элемента в таблице Менделеева.

3Кто открыл нейтрон?

В 1932 году.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

Сколько нейтронов в ядре ${}^{238}_{92}\mathrm{U}$ ?
Ответ
$238-92=146$ .
Как получилось?
Что такое нуклоны?
Ответ
Общее название протонов и нейтронов.
Как получилось?
В ядре 6 протонов и 8 нейтронов. Найдите массовое число. Какой это элемент?
Ответ
$A=14$ ; углерод ( $Z=6$ ).
Как получилось?
Сколько электронов в нейтральном атоме кислорода ( $Z=8$ )?
Ответ
8.
Как получилось?
Найдите заряд ядра атома натрия ( $Z=11$ ).
Ответ
$q=11e=11\cdot1{,}6\cdot10^{-19}\approx1{,}76\cdot10^{-18}$ Кл.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

В ядре 26 протонов и 30 нейтронов. Запишите обозначение ядра.
Ответ
${}^{56}_{26}\mathrm{Fe}$ — железо.
Как получилось?
Почему нейтрон открыли позже протона?
Ответ
У нейтрона нет заряда: он не отклоняется полями и почти не ионизирует вещество, поэтому его трудно обнаружить.
Как получилось?
Почему ядро не разлетается, хотя протоны отталкиваются?
Ответ
Нуклоны притягиваются ядерными силами, которые на малых расстояниях намного сильнее электрического отталкивания.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Протон (

p

)

Частица с зарядом

+e

и массой около

1{,}67\cdot10^{-27}

кг; это ядро атома водорода.

Нейтрон (

n

)

Частица без заряда с массой чуть больше массы протона.

Нуклоны

Общее название протонов и нейтронов.

Зарядовое число (

Z

)

Число протонов в ядре; равно порядковому номеру элемента.

Массовое число (

A

)

Общее число протонов и нейтронов в ядре.

Состав ядра

Z протонов и N = A − Z нейтронов.

Обозначение ядра

Сверху массовое число A, снизу зарядовое число Z, например уран-238: A = 238, Z = 92.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.