Imię i nazwisko autora:

Tomasz Cap

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Deficyt masy jądra atomowego

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
6) stosuje zasadę zachowania energii do opisu reakcji jądrowych; posługuje się pojęciami energii wiązania i deficytu masy; oblicza te wielkości dla dowolnego izotopu.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
8) oblicza dla dowolnego izotopu energię spoczynkową, deficyt masy i energię wiązania.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. tłumaczy, czym jest i skąd się bierze deficyt masy,

2. stosuje wzór E=mcIndeks górny 2²,

3. oblicza deficyt masy na podstawie podanych danych,

4. zamienia jednostki masy: kg i $\frac{MeV}{c^2}$.

Strategie nauczania:

IBSE

Metody nauczania:

wykład informacyjny, rozwiązywanie zadań rachunkowych

Formy zajęć:

praca indywidualna, praca w parach

Środki dydaktyczne:

rzutnik lub ekran do wyświetlania multimedium

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel prosi uczniów o przypomnienie na forum klasy podstawowych informacji na temat budowy jądra atomowego i sposobu zapisu składu jądra (liczba masowa, liczba atomowa, liczba neutronów). Podaje masy nukleonów w kg oraz masy kilku jąder atomowych. Uczniowie sprawdzają, czy sumaryczne masy nukleonów (ZmIndeks dolny p_p + NmIndeks dolny n_n ) są równe masom podanych jąder (MIndeks dolny j_j).

Faza realizacyjna:

Nauczyciel rozpoczyna na forum klasy dyskusję na temat potencjalnych źródeł różnicy między sumarycznymi masami nukleonów a masami jąder. Stara się nakierować dyskusję na związek deficytu masy z energią wiązania jądra. Uczniowie dochodzą do wzoru ΔdeltaM = ZmIndeks dolny p_p + NmIndeks dolny n_n - MIndeks dolny j_j. Nauczyciel podaje wzór BIndeks dolny j_j = ΔdeltaM⋅cIndeks górny 2² i go wyjaśnia.
Nauczyciel wprowadza jednostki używane w fizyce jądrowej: eV i $\frac{MeV}{c^2}$ i prosi uczniów o przeliczenie mas nukleonów i wybranych jąder atomowych z kg na $\frac{MeV}{c^2}$.
Nauczyciel pyta uczniów o to, jak można oszacować masę jądra atomowego na podstawie masy atomowej i steruje dyskusją tak, aby uczniowie doszli do tego, że masę jądra można obliczyć odejmując od masy atomu sumaryczną masę elektronów (MIndeks dolny j_j = MIndeks dolny a_a - ZmIndeks dolny e_e). Uczniowie wykonują obliczenia pokazujące, jaki procent masy atomu stanowią masa jądra i sumaryczna masa elektronów i dyskutują na temat możliwości pominięcia w obliczeniach energii wiązania elektronów w atomie.
Nauczyciel wyprowadza wzór ΔdeltaM = Z(mIndeks dolny p_p +mIndeks dolny e_e) + (A - Z)mIndeks dolny n_n – MIndeks dolny a_a.
Uczniowie rozwiązują zadanie 7 z zestawu ćwiczeń (obliczanie deficytu masy jądra wapnia ${}_{20}^{40}Ca$). Następnie obliczają, jaki procent masy jądra wapnia stanowi wyznaczony deficyt masy.
Nauczyciel pyta uczniów o to, czy zamiast sumy mas protonu i elektronu, mIndeks dolny p_p +mIndeks dolny e_e można użyć masy atomu wodoru MIndeks dolny H_H. Uczniowie rozwiązują zadanie 8 z zestawu ćwiczeń (deficyt masy jądra litu Indeks górny 7⁷Li).

Faza podsumowująca:

Uczniowie obliczają deficyt masy jądra Indeks górny 7⁷Li innymi metodami (korzystając bezpośrednio z masy jądra oraz z masy atomowej litu) i porównują wszystkie otrzymane wyniki.

Praca domowa:

W ramach powtórzenia i utrwalenia wiadomości uczniowie rozwiązują zadania: 1, 2, 3, 4, 5, 6 z zestawu ćwiczeń.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Film samouczek uczniowie mogą obejrzeć na lub po lekcji.