| |
| |
| Energia wiązania jądra atomowego |
| III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony |
| 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; 7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach. 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; 7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach. XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń: 7) stosuje zasadę zachowania energii do opisu reakcji jądrowych; posługuje się pojęciem energii wiązania; 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 matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,
kompetencje cyfrowe,
kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.
|
| Uczeń:
stosuje wzór E=mcIndeks górny 22;
porównuje energie wiązań na nukleon dla różnych jąder atomowych;
oblicza energię wydzielaną w reakcji fuzji jąder lekkich i w reakcji rozszczepienia jąder ciężkich.
|
| |
| wykład informacyjny, rozwiązywanie zadań rachunkowych |
| praca indywidualna, praca w parach |
| tablety dla każdego ucznia lub rzutnik do wyświetlania grafiki interaktywnej |
| |
|
|
Uczniowie przypominają jednostki używane w fizyce jądrowej służące do określania masy i energii (MeV, itd.). Nauczyciel podaje masy protonu i neutronu oraz kilku przykładowych jąder atomowych (kilka jąder lekkich pierwiastków, kilka z obszaru Indeks górny 5656Fe i kilka najcięższych jąder; ważne jest, aby pokryć pełen zakres liczb masowych). Następnie prosi uczniów, aby w parach sprawdzili dla wybranego jądra, czy jego masa jest równa sumie mas nukleonów tworzących je. Nauczyciel wprowadza i wyjaśnia pojęcie defektu masy i podaje uczniom przykłady układów związanych (np. atomy, układy astronomiczne). |
|
Uczniowie obliczają w parach defekty mas wcześniej wybranych jąder. Nauczyciel, używając wzoru Einsteina, wyjaśnia uczniom, jaki jest związek defektu masy z energią wiązania jądra atomowego, podaje definicję i wyjaśnia, czym jest energia wiązania jądra atomowego. Uczniowie obliczają energie wiązania wybranych jąder i wspólnie zastanawiają się, jak określić, które jądra są silniej związane niż inne. Powinni oni dojść do wniosku, że wygodnie jest się posługiwać energią wiązania w przeliczeniu na nukleon. Uczniowie, razem z nauczycielem, tworzą wykres zależności średniej energii wiązania na nukleon w funkcji liczby masowej jądra. Uczniowie pracują z grafiką interaktywną pokazującą, jak wygląda wykres średniej energii wiązania na nukleon w funkcji liczby masowej dla wybranych jąder oraz wspólnie z nauczycielem omawiają jego kształt i konsekwencje. Nauczyciel prosi uczniów, by korzystając z wykresu, obliczyli na przykładach energię wydzieloną w procesie rozszczepienia jąder ciężkich i w procesie fuzji jąder lekkich. Nauczyciel wyprowadza potrzebne wzory wiążące wydzieloną energię z energiami wiązań jąder produktów i substratów. Uczniowie rozwiązują zadanie 7 z zestawu ćwiczeń i obliczają energię wydzieloną w symetrycznym rozszczepieniu, a następnie wyznaczają, na wybranym przykładzie, ilość energii wydzielanej w reakcji fuzji lekkich jąder. Nauczyciel omawia przypadek jądra żelaza Indeks górny 5656Fe, które jest wyjątkowo silnie związane i omawia, jakie są tego konsekwencje. |
|
Nauczyciel prosi uczniów o zapisanie, krok po kroku, jak obliczyć energię wiązania jądra atomowego przypadającą na nukleon, zaczynając od masy jądra, a następnie o rozwiązanie zadania 5 z zestawu ćwiczeń (wyznaczenie energii wiązania na nukleon dla jądra uranu Indeks górny 238238U). |
|
W ramach powtórzenia i utrwalenia wiadomości o energii wiązania uczniowie rozwiązują zadania: 1, 2, 3, 4, 6 z zestawu ćwiczeń. |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium | Grafikę interaktywną uczniowie mogą wykorzystać w czasie powtarzania i utrwalania wiadomości. |