ชุดที่ 5...

1

1. ลกษณะ ขนาด และอนภาคพนฐานภายในนวเคลยส 2. ธรรมชาตของแรงนวเคลยร 3. ความหมายของพลงงานยดเหนยว และพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน 4. ความหมายของมวลพรอง และความสมพนธระหวางมวลกบพลงงานของไอนสไตน 5. พลงงานยดเหนยว และพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน ภายในนวเคลยส 6. ความสมพนธระหวางพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน กบขนาดของอะตอมบอก

ถงเสถยรภาพของนวเคลยสของธาตตางๆ

1. บอกลกษณะ ขนาด และอนภาคพนฐานภายในนวเคลยสได 2. บอกธรรมชาตของแรงนวเคลยรได 3. บอกความหมายของพลงงานยดเหนยว และพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนได 4. บอกความหมายของมวลพรอง และความสมพนธระหวางมวลกบพลงงานของ

ไอนสไตนได 5. ค านวณหาคามวลพรอง พลงงานยดเหนยว และพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนได 6. น าความสมพนธระหวางพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน กบขนาดของอะตอม ไป

อธบายเสถยรภาพของนวเคลยสของธาตตางๆได

สาระการเรยนร

ผลการเรยนรทคาดหวง

บทเรยนโปรแกรม เรองฟสกสนวเคลยร

เสถยรภาพของนวเคลยส

ชดท 5

2

ส ำหรบครผสอนรำยวชำฟสกส ทตองกำรชดบทเรยนโปรแกรม เรองฟสกสนวเคลยร เปนสอประกอบกำรสอน ควรท ำตำมขนตอนดงน

1. ศกษำแผนกำรจดกำรเรยนร เรอง ฟสกสนวเคลยร เพอทรำบสำระกำรเรยนร ผลกำรเรยนรทคำดหวง เนอหำ กจกรรม และกำรวดประเมนผล

2. ชแจงใหนกเรยนทรำบขนตอนกำรใชบทเรยนโปรแกรม เรองฟสกสนวเคลยร

3. เนนใหนกเรยนมควำมซอสตย และควำมมวนยในกำรใชบทเรยนโปรแกรม

4. ควรใหโอกำสผเรยนอภปรำยซกถำมปญหำในบทเรยนไดถำไมเขำใจ 5. เมอนกเรยนศกษำบทเรยนโปรแกรมแลว มกรอบใดหรอกจกรรมใดทนกเรยนไมสำมำรถท ำควำมเขำใจไดดวยตนเองครสำมำรถชแจงใหนกเรยนเพมเตมได

6. ควรใหมกำรพกผอนกอนกำรเรยนบำงบททยำวเกนไป เพอมใหผเรยนเกดควำมเบอหนำย

7. ผลกำรปฏบตกจกรรมสำมำรถน ำไปประกอบเปนคะแนนผำนผลกำรเรยนรทคำดหวงได ขนอยกบขอตกลงของครผสอนกบนกเรยน

8. ควรวเครำะหวำผเรยนศกษำบทเรยนแตละกรอบไดผลมำกนอยเพยงใด โดยกำรประเมนหลงเรยน เพอวดผลสมฤทธทำงกำรเรยน

ค าแนะน าส าหรบคร

3

บทเรยนแบบโปรแกรมเลมนเปนบทเรยนทนกเรยนใชเรยนดวยตนเอง เพอเพมควำมรและทกษะในรำยวชำฟสกส เรองฟสกสนวเคลยร ใหนกเรยนศกษำขนตอนกำรใชบทเรยนโปรแกรมใหเขำใจ เพอประโยชนของนกเรยน

1. นกเรยนควรศกษำบทเรยนจำกเลมท 1 เรยงล ำดบไปจนถงเลมท 7 นกเรยนไมควรขำมเลม เพรำะเนอหำในเลมแรกจะเปนพนฐำนในเลมตอไป

2. ท ำแบบทดสอบกอนเรยน กำรทดสอบขนนเปนกำรวดควำมรเดมของนกเรยน ถำนกเรยนตอบไมได ไมควรเดำค ำตอบ เพรำะคะแนนทไดบอกเพยงวำกอนเรยนนกเรยนมควำมร ระดบใดเทำนน

3. อำนและท ำควำมเขำใจสำระกำรเรยนรและผลกำรเรยนรทคำดหวงกอนเพอจะไดทรำบเปำหมำยกำรเรยนรในแตละเลม

4. บทเรยนจะมลกษณะเปนกรอบควำมรยอยๆ หรอมกจกรรมในแตละกรอบใหนกเรยนท ำกำรศกษำเนอหำหรอปฏบตกจกรรมตำมทก ำหนดไว

5. ใหนกเรยนท ำแบบฝกทกษะหรอค ำถำมแบบทดสอบควำมเขำใจ ในระหวำงเรยนใหเสรจ แลวตรวจค ำตอบทนท ถำนกเรยนสำมำรถผำนเกณฑทครตงไว ใหนกเรยนศกษำกรอบตอไป แตถำนกเรยนไมสำมำรถผำนเกณฑ ใหนกเรยนยอนกลบไปศกษำเนอหำบทเรยน ตำมกรอบเนอหำบทเรยนทก ำหนดไวในกรอบนนๆ ท ำจนกวำจะผำนเกณฑทก ำหนด นกเรยนไมควรดค ำตอบหรอทองค ำตอบไว เพรำะนกเรยนจะไมไดรบควำมรในเรองนนๆ อยำงแทจรง 6. หลงจำกนกเรยนศกษำบทเรยนโปรแกรม จนถงกรอบสดทำย ใหนกเรยนท ำแบบทดสอบหลงเรยน และบนทกคะแนนไว เพอวดผลสมฤทธทำงกำรเรยน

ขนตอนกำรศกษำบทเรยนโปรแกรม มล ำดบดงน

ค าแนะน าการใชบทเรยนโปรแกรมส าหรบนกเรยน

4

แบบฝกทกษะระหวางเรยนหรอแบบทดสอบการใชบทเรยนโปรแกรม

ในระหวางการเรยนบทเรยน มแบบทดสอบกอนเรยน-หลงเรยนไดก าหนดเวลาไวเพอเปรยบเทยบคะแนนทนกเรยนท าได แตค าถามทายกรอบบทเรยน และแบบฝกทกษะระหวางเรยนไมไดก าหนดเวลาไว เพอใหนกเรยนไดเรยนอยางอสระ แตทงน กจะก าหนดเกณฑการท าแบบฝกทกษะไวให โดยค าถามจะเปนดงน o แบบทดสอบค าถามแบบปรนยเลอกตอบขอทถกทสดเพยงขอเดยว จาก 4

ตวเลอก และหากเปนขอทมการค านวณใหแสดงแนวคดของการค านวณดวย o แบบทดสอบค าถามแบบอตนยเตมค าตอบ และ/หรออตนยแสดงวธท า

เกณฑใหคะแนน o ขอเลอกตอบใหไวขอละ 1 คะแนน o ขอทเปนโจทยเตมค าหรอโจทยค านวณ ขอละ 2 คะแนน

ถานกเรยนไดคะแนนนอยอยากงวล แตใหพยายามทบทวนศกษาเนอหา ท ากจกรรม และศกษาตวอยางค าถาม เพอเพมทกษะการตอบค าถาม หรอแบบทดสอบไปทละขน จนผานเกณฑ ถานกเรยนไดคะแนนผานเกณฑแตละครงแสดงวานกเรยนมพนฐานด แตกตองศกษาและท ากจกรรม และแบบฝกทกษะหรอแบบทดสอบตอไป จะท าใหนกเรยนผานเกณฑในแตละขนไดอยางเรวขน

--------------------------------------------------

เกณฑการใหคะแนนแบบทดสอบ และแบบฝกทกษะระหวางเรยน

o แบบทดสอบค าถามแบบปรนยเลอกตอบขอทถกทสดเพยงขอเดยวจาก 4 ตวเลอก และหากเปนขอทมการค านวณใหแสดงแนวคดของการค านวณดวย

o แบบทดสอบค าถามแบบอตนยเตมค าตอบ และ/หรออตนยแสดงวธท า

เกณฑการใหคะแนน o ขอเลอกตอบใหไวขอละ 1 คะแนน o ขอทเปนโจทยเตมค าหรอโจทยค านวณ ขอละ 2 คะแนน

แบบฝกทกษะระหวางเรยนหรอแบบทดสอบการใชบทเรยนโปรแกรม

5

แบบทดสอบกอนเรยน 1.1 (ค าถามแบบอตนยเตมค าตอบ จ านวน 5 ขอ 10 คะแนน เวลา 20 นาท)

เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

o จงตอบค ำถำม หรออธบำยควำมหมำยของขอควำมตอไปน 1. นวเคลยสจะถกท าใหแตกแยกออกเปนสวนประกอบยอยๆ ไดงายหรอยาก ขนอยกบอะไร

2. ถาคาพลงงานยดเหนยวลดลง นวเคลยสยอมมโอกาสสลายตวไดงายหรอยากขน

3. พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน สงกวาจะมเสถยรภาพดกวา เพราะอะไร

4. 56Fe กบ 235U อยางไหนมเสถยรภาพดกวากน เพราะเหตใด

5. จ านวนนวตรอนในนวเคลยสใหญๆ เพมขนมผลตอพลงงานยดเหนยวอยางไร

ตรวจค าตอบหนาถดไปครบ

บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน ………. คะแนน (คะแนนเตม 10 คะแนน)

6

เฉลยแบบทดสอบกอนเรยน 1.1 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

(ค าถามแบบอตนยเตมค าตอบ จ านวน 5 ขอ 10 คะแนน เวลา 20 นาท)

o (ค ำตอบ)

1. ขนอยกบเสถยรภาพของนวเคลยสนน 2. ถาคาพลงงานยดเหนยวลดลง นวเคลยสยอมมโอกาสสลายตวไดงายขน 3. เพราะอนภาคนวคลออนจะหลดออกจากนวเคลยสไดยากกวา

4. Fe - 56 มเสถยรภาพดกวา เพราะม nucleon

EB .. สงกวา

5. ถาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนลดลง โอกาสทจะสลายตวกงายขน

7

แบบทดสอบกอนเรยน 1.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

(ค าถามแบบอตนยค านวณหาค าตอบ จ านวน 4 ขอ 8 คะแนน เวลา 20 นาท)

o จงค ำนวณหำค ำตอบของโจทยค ำถำมตอไปน 1. ถามวลอะตอมของ 𝐶𝑎20

40 เทากบ 39.9751 u จงหาคาพลงงานยดเหนยวของ 𝐶𝑎20

40 ก าหนดใหมวล 1 u เทยบไดกลบพลงงาน 931 MeV มวลไฮโดรเจน (mH) = 1.007825 u ; มวลของนวตรอน (mn) = 1.008665 u

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………

2. จงหาคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของ 𝐶𝑎2040

ก าหนดใหมวล 1 u เทยบไดกลบพลงงาน 931 MeV มวลไฮโดรเจน (mH) = 1.007825 u ; มวลของนวตรอน (mn) = 1.008665 u

……….................................................................................................................................. 3. จงค านวณหารศมของนวเคลยส 𝐶𝑑48

112 ก าหนดให r0 = 1.4 x 10-15 เมตร

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. จงค านวณหารศมของนวเคลยส 𝑈92238

ก าหนดให r0 = 1.4 x 10-15 เมตร …………………………………………………………………………………………...................

บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน .......… คะแนน (คะแนนเตม 8 คะแนน)


8

เฉลยแบบทดสอบกอนเรยน 1.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

(ค าถามแบบอตนยค านวณหาค าตอบ จ านวน 4 ขอ 8 คะแนน เวลา 15 นาท)

o (ค ำตอบ) เฉลย ขอ 1 - วธท า จาก B.E. = m x 931 MeV

m = { ZmH + ( A-Z ) mn } – 𝑀𝑍𝐴

= { 20(1.007825) + 20(1.008665) } – 39.9751 u = 40.3300 – 39.9751 u

ตอบ B.E. = (0.3549)(931 MeV) = 330.41 MeV เฉลย ขอ 2

-วธท า จาก Nuclean

EB. = 40

41.330 = 8.26 MeV / Nucleon

เฉลย ขอ 3 - วธท า จาก R = r0 A1/3 หา R ของ 𝐶𝑑48

112

R = (1.4 x 10-15)(112)1/3 = (1.4 x 10-15)(2)(14)1/3

ตอบ = (2.8 x 10-15)( 3 14 ) เมตร เฉลย ขอ 4 - วธท า จาก R = r0 A1/3 หา R ของ 𝑈92

238

= (1.4 x 10-15)(238)1/3 ตอบ = (1.4)( 3 238 ) x 10-15 เมตร

9

และมองคประกอบของเนอหาเปนอยางไร ตองศกษาสาระการเรยนรเปนส าคญ

บทเรยนโปรแกรม เรองเสถยรภาพของนวเคลยส มความส าคญอยางไร

เสถยรภาพของนวเคลยสเปนอยางไร...

อะไรเปนตวชวดเสถยรภาพของนวเคลยส...

รปท 20.23 กราฟแสดงจ านวนนวตรอนเมอเทยบกบจ านวนโปรตอนในนวเคลยสทม

เสถยรภาพ นวเคลยสทมเสถยรภาพจะอยในพนทแรเงาของกราฟทเรยกวา The belt of stability สนสดทธาตเลขอะตอม 83 (บสมท), ธาตเลขอะตอม 84 หรอมากกวาจะเปนธาตกมมนตรงส ทมา URL : http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/3313/3392670/blb2102.html

Belt of stability

(1.5:1 ratio) Hg80200

(1.4:1 ratio) Sn50120

(1.25:1 ratio) Zr4090

proton ratio

กรอบท 1

1:1 neutron-ratio-

Nu

mb

er o

f n

eutr

on

s

Number of protons

10

จากการศกษานวเคลยส สรปไดวาภายในนวเคลยสมอนภาคพนฐานอยภายใน 2

ชนดคออนภาคโปรตอนกบนวตรอน เรยกอนภาคทงสองทอยในนวเคลยสนวา นวคลออน โดยมแรงทยดเหนยวนวคลออนเขาดวยกน คอแรงนวเคลยร

แรงนวเคลยร คอแรงทใชยดเหนยวนวคลออนเขาดวยกน ซงไมใชทงแรงระหวางประจและแรงดงดดระหวางมวล แตเปนแรงทเกดจากการแลกเปลยนอนภาคเมซอนระหวาง นวคลอออนในนวเคลยส(แนวคดนอธบายแรงนวเคลยร โดยนกฟสกสชาวญป น ฮเดก ยกาวา (Hideki Yukawa))

พลงงำนยดเหนยว (binding energy) คอ“พลงงานทใชในการยดนวคลออน เขาไวดวยกนในนวเคลยสของธาต” หรอเปน “พลงงานทนอยทสด ทสามารถท าใหนวเคลยสแตกตวเปนองคประกอบยอย”

มวลและพลงงำน เนองจากนวเคลยสมขนาดเลกมาก ในการวดมวลเราจงใชหนวยวดมวลนวเคลยส เชนเดยวกบหนวยทใชวดมวลอะตอม atomic mass unit (amu)

ปจจบนใชหนวย u นยามมวล 1 u = 1

12( 𝐶6

12 ) และ 𝐶612 มมวลเทากบ 12.00000 กรม/โมล

(1 โมล เทากบ NA อะตอม; NA = Avogadro’s number=6.022x10-23) หรอ 1 u = AN

1

ดงนนมวล 1 u = 1.6605 x 10-27 กโลกรม จากสมการความสมพนธระหวางมวลและพลงงานของไอสไตน

E = mc2 …………….…………………….……(1) มวล 1 u แปลงเปนพลงงานได = (1.66x10-27) x (3x108)2 จล = 1.49 x 10-10 จล

= 10

13

1.49 10931

1.602 10

x

x

MeV

นนคอ “มวล 1 u เทยบไดกบพลงงาน 931 MeV”

แรงนวเคลยรและพลงงานยดเหนยว

กรอบท 2

11

o ค ำถำม (แรงนวเคลยรและพลงงานยดเหนยว)

1. อนภาคพนฐานในนวเคลยสของอะตอมคออนภาคใด

2. แรงนวเคลยรเปนแรงประเภทใด เปนแรงชนดเดยวกบแรงระหวางประจ หรอแรงระหวาง มวลหรอไม

3. หนวยทใชวดมวลนวเคลยสใชหนวยเดยวกบหนวยทใชวดอะตอมเรยกวาหนวยใดปจจบน

ใชมวลของธาตใด เปนธาตมาตรฐานในการวดมวลนวเคลยส 1 หนวยมวลอะตอมหมายถง อยางไร

4. สมการความสมพนธระหวางมวลกบพลงงานของไอนสไตน คอสมการใด

5. พลงงานยดเหนยว หมายถงพลงงานอยางไรในนวเคลยส

กรอบท 3

12

o ค ำตอบ (แรงนวเคลยรและพลงงานยดเหนยว)

1. อนภาคโปรตอน และอนภาคนวตรอน

2. เปนแรงยดเหนยวระหวางอนภาคนวคลออน ไมใชแรงระหวางประจ หรอแรงระหวางมวล

3. หนวย atomic mass unit(amu) หรอ unit(u) ปจจบนใชธาตคารบอน-12 เปนธาต

มาตรฐานในการวดมวลอะตอม, 1 หนวยมวลอะตอม หมายถง 1 u = 1

12( 𝐶6

12 ) และ

𝐶612 มมวลเทากบ 12.00000 กรม/โมล หรอ 1 u =

1

NA ; NA(Avogadro’s number) =

6.0221 x 1023) ดงนน 1 u = 1.6605 x 10-27 กโลกรม

4. E = mc2

5. พลงงานยดเหนยวหมายถงพลงงานใชยดอนภาค

นวคลออนไวดวยกน หรอพลงงานทนอยทสดทท าให

อนภาคภายในนวเคลยสแยกออกจากกน

กรอบท 4

13

นวเคลยสประกอบดวยอนภาคโปรตอน และนวตรอน ซงรวมเรยกวา นวคลออน เปนองคประกอบนวเคลยสทส าคญ มสญลกษณ ดงน Z หมายถงจ านวนโปรตอนในนวเคลยสหรอจ านวนประจบวกของนวเคลยส A หมายถงจ านวนนวคลออน หรอเลขมวลของนวเคลยส A-Z หมายถงจ านวนนวตรอนในนวเคลยส

โปรตอน และนวตรอน สามารถอยดวยกนไดในนวเคลยส เพราะม พลงงานยดเหนยวระหวางอนภาคทงสอง โดยมแรงนวเคลยร ซงเปนแรงชนด ทเกดขนในระยะสนมาก ประมาณ 10-15 เมตร หรอ 1 เฟอรม( 0F) ; 10F = 10-15 เมตร

จ านวนโปรตอน(เลขอะตอม Z)

สญลกษณ อนภาค/ธาต มวล

(amu หรอ u) จ านวน นวตรอน

0 0 1 1 2 3

𝑒−10

𝑛01

𝐻11

𝐻12

𝐻24 𝑒

𝐿𝑖37

อเลกตรอน นวตรอน โปรตอน ดวเทอรอน ฮเลยม ลเธยม

0.000549 1.008665 1.007276 2.013553 4.001505 7.014357

0 1 0 1 2 4

ตารางท 20.7 องคประกอบ สญลกษณ และมวล ของอนภาคและนวเคลยสของธาตบางชนด

องคประกอบนวเคลยส

กรอบท 5

14

o ค ำถำม (องคประกอบนวเคลยส)

1. องคประกอบของนวเคลยส เชนอนภาคโปรตอน นวตรอน และนวคลออน มสญลกษณอยางไร

2. จ านวนนวตรอนในนวเคลยส หาไดอยางไร

3. ธาตคารบอน-14 มจ านวน นวคลออน โปรตอน และนวตรอน เทาใด

กรอบท 6

15

o ค ำตอบ (องคประกอบนวเคลยส)

1. Z คอจ านวนโปรตอน, A-Z คอจ านวนนวตรอน, A คอจ านวนนวคลออน

2. หาจ านวนนวตรอน ไดจาก A-Z

3. คารบอน-14 คอไอโซโทปของธาต 𝐶614 ดงนน จ านวนนวคลออนเทากบ 14 จ านวน

โปรตอนเทากบ 6 และจ านวนนวตรอน เทากบ 14-6 เทากบ 8

กรอบท 7

16

ปฏกรยานวเคลยรสามารถเขยนเปนสมการทวไปดงน

𝑋𝑍𝐴

+ 𝑎𝑥𝑦 ---- 𝑌𝑍′

𝐴′ + 𝑏𝑥′𝑦′ + Q ……..……..…….(1)

Q คอ พลงงานนวเคลยร ทเกดจากปฏกรยา สามารถค านวณหาคา Q ไดจากสมการ

Q = m x 931 MeV ..………………….(2)

m เรยกวา มวลพรอง (mass defect) ของปฏกรยา หาไดจากสมการ

m = ผลรวมมวลกอนปฏกรยา – ผลรวมมวลหลงปฏกรยาในหนวย u

หรอ m = ( 𝑀𝑍𝐴

+ 𝑚𝑥𝑦 ) - ( 𝑀𝑍′

𝐴′ + 𝑚𝑥′𝑦′ ) ............................(3)

การหานวเคลยสของธาตจากปฏกรยาใชหลกดงน 1) ผลรวมของประจดานซายมอและขวามอของสมการมคาเทากน

Z + x = Z′ + x′ …………………….(4) 2) จ านวนนวคลออนดานซายมอและขวามอของสมการมคาเทากน

A + y = A′ + y′ …………………….(5) กำรค ำนวณพลงงำนจำกปฏกรยำนวเคลยร มหลกดงน

1) ถามวลรวมกอนเกดปฏกรยา > มวลรวมหลกเกดปฏกรยา ; ปฏกรยานจะคายพลงงาน ถามวลรวมกอนเกดปฏกรยา < มวลรวมหลงเกดปฏกรยา ; ปฏกรยานจะดดพลงงาน 2) พลงงานทคายหรอดดจะหาไดจาก ผลตางของมวลรวมกอนท าปฏกรยากบหลงท า ปฏกรยาคณดวย 931 โดยมวลอยในหนวย amu หรอในหนวย u และพลงงานอยใน หนวย MeV

ปฏกรยานวเคลยรและพลงงานนวเคลยร

กรอบท 8

17

o ค ำถำม (ปฏกรยานวเคลยรและพลงงานนวเคลยร)

1. ปฏกรยานวเคลยรสามารถเขยนเปนสมการทวไป อยางไร

2. Q คอ พลงงานนวเคลยร หาไดจากสมการอยางไร

3. มวลพรอง(mass defect) ของปฏกรยา คอมวลอยางไร

4. การหานวเคลยสของธาตจากปฏกรยาใชหลกการอยางไร

5. ปฏกรยานวเคลยรแบบคายพลงงาน และดดกลนพลงงาน เกดไดอยางไร

กรอบท 9

18

o ค ำตอบ (ปฏกรยานวเคลยรและพลงงานนวเคลยร)

1. 𝑋𝑍𝐴

+ 𝑎𝑥𝑦 ---- 𝑌𝑍′

𝐴′ + 𝑏𝑥′𝑦′ + Q

2. Q = m x 931 MeV

3. มวลพรอง(mass defect) คอ m ของปฏกรยาหาไดจากสมการ

m = ผลรวมมวลกอนปฏกรยา – ผลรวมมวลหลงปฏกรยาในหนวย u

4. การหานวเคลยสของธาตจากปฏกรยาใชหลกดงน 1) ผลรวมของประจดานซายมอและขวามอของสมการมคาเทากน 2) จ านวนนวคลออนดานซายมอและขวามอของสมการมคาเทากน 5.. - ถามวลรวมกอนเกดปฏกรยา > มวลรวมหลกเกดปฏกรยาเรยกปฏกรยาคายพลงงาน - ถามวลรวมกอนเกดปฏกรยา < มวลรวมหลงเกดปฏกรยาเรยกปฏกรยาดดกลนพลงงาน

พลงงานทคายหรอดดกลนจะหาไดจากผลตางของมวลรวม กอนท าปฏกรยากบหลงท าปฏกรยา คณดวย 931 โดยมวลอยในหนวย amu หรอในหนวย u และพลงงานอยในหนวย MeV

กรอบท 10

19

เสถยรภำพของนวเคลยส ความพรอมของนวเคลยสทจะมการเปลยนแปลงหรอไม

เปลยนแปลง ของนวคลยส ขนอยกบพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน(B.E./nucleon) นวเคลยสใดมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนสงจะมเสถยรภาพสง ดงนนเสถยรภาพของนวเคลยสจงขนอยกบเลขมวลและคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน ดงรป 𝑃15

31 P31 𝐻𝑒2

4 2 𝐹𝑒2656

𝐴𝑠3375 𝑍𝑟40

90 𝑆𝑛50120 𝐸𝑢63

153 3 𝐿𝑖3

6 Li6 1 0 50 100 150 200 250

รปท 20.24 แผนภาพแสดงคาพลงงานยดเหนยวของนวคลออนและคาพลงงานยดเหนยวตอ นวคลออน

𝐻13

H

𝐻11

𝐻12 2

4

6

8

10

จ านวนนวคลออนในนวเคลยส( A)

จากรปท 20.24 นวเคลยสทมเสถยรภาพมากทสดไดแก คา B.E./A ประมาณ 8.7 MeV

เสถยรภาพและขนาดของนวเคลยส

กรอบท 12

𝐹𝑒2656

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน(M

eV)

0 50 100 150 200 250

20

ขนำดของนวเคลยส การหาขนาดของนวเคลยส พจารณาจากจ านวนนวคลออน ( A )ทมอยภายในนวเคลยสของอะตอมของธาต ถาอะตอมของธาตมจ านวนนวคลออนมาก ปรมาตรของนวเคลยสจะมคามาก และเนองจากนวเคลยสมความหนาแนนสง ดงนนปรมาตรของนวเคลยสจะเปนทรงกลม และเปนสดสวน(แปรผน)โดยตรงกบจ านวนนวคลออน ( A ) ดงนน

ปรมาตรทรงกลม [4

3𝑅3] A ………………………….….(1)

จากความสมพนธสดสวนการแปรผนโดยตรง (1) สามารถเขยนเปนสมการได

[4

3𝑅3] = k A ; k คาคงทของการแปรผนตรง …………..(2)

R = [ 3

4𝜋𝑘𝐴]1/3 ; k คาคงทของการแปรผนตรง

ก าหนดใหคาคงท r0 = [ 3

4𝜋𝑘]1/3

ดงนนรศมของนวเคลยส R = r0𝐴1/3 = r0(√𝐴

3) ..…………………..(3)

เมอ r0 = 1.2 x 10-15 เมตร ถง 1.5 x 10-15 เมตร (โดยประมาณคา r0 จากขนาดนวเคลยสของอะตอมไฮโดรเจน) A คอ เลขมวลหรอจ านวนนวคลออนของนวเคลยส

โดยเฉลย นวเคลยสมขนาดประมาณ = 10-15 เมตร หรอเรยกวา 1 Fermi(0F) ; 1 0F = 10-15 เมตร

เสถยรภาพและขนาดของนวเคลยส(ตอ)

21

o ค ำถำม (เสถยรภาพ และขนาดของนวเคลยส)

1. เสถยรภาพของนวเคลยสขนอยกบปรมาณใด

2. ธาตใดในตารางธาต มเสถยรภาพสงสด เพราะเหตใด

3. โดยเฉลยธาตในตารางธาตจะมคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนเทาใด 4. นวเคลยสของธาตทมขนาดโตขนเชน ยเรเนยม-235 หรอธาตโลหะหนก มแนวโนมไม อยตว และจะท าใหนวเคลยสแตกตวไดเพราะเหตใด

5. เราสามารถหาคารศมของนวเคลยสไดจากสมการใดเพราะเหตใด และนวเคลยสม ขนาดโดยเฉลยเทาใด

กรอบท 12

22

o ค ำตอบ (เสถยรภาพ และขนาดของนวเคลยส)

1. คาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน

2. 𝐹𝑒2656

3. 8 MeV

4. เมอขนาดนวเคลยสใหญขน แตคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนลดลง

5. เนองจากนวเคลยสมความหนาแนนสงสด ปรมาตรยอมเปนทรงกลมและเปนสดสวน โดยตรงกบปรมาณหรอจ านวนนวคลออนในนวเคลยสจะได สมการการหารศมของ นวเคลยส ดงน R = 3/1

0 Ar เมอ r0 = 1.2 x 10-15 เมตร ถง 1.5 x 10-15 เมตร โดยเฉลยนวเคลยสมขนาดประมาณ 10-15 เมตร หรอ 1 Fermi(0F)

กรอบท 13

23

ขอสรป เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

1. แรงนวเคลยร หมายถงอะไร

2. พลงงานยดเหนยว หมายถงอะไร

3. มวลพรอง หมายถงอะไร

4. มวล 1 u เทยบไดกบพลงงานกจล และ MeV

5. คาพลงงานยดเหนยวหาไดอยางไร

6. รศมนวเคลยสหาไดอยางไร 7. นวเคลยสทมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนสง

เสถยรภาพนวเคลยสเปนอยางไร

8. การหาขนาดของนวเคลยส โดยการหาคารศมทรงกลม

ของนวเคลยส ผลปรากฏวารศมของนวเคลยส(R) มความ

สมพนธกบจ านวนนวคลออน หรอเลขมวล(A) อยางไร

(ค าตอบขอสรปอยหนาถดไปครบ)

กรอบท 14

24

o ค ำตอบขอสรป (เรองเสถยรภาพของนวเคลยส)

1. (แรงทใชยดเหนยวนวคลออนเขาดวยกน ซงไมใชทงแรง ระหวางประจและแรงดงดดระหวางมวล แตเปนแรงทอยในนวเคลยส) 2. (พลงงานทใชในการยดนวคลออนเขาดวยกนในนวเคลยสของธาต หรอพลงงานทนอยทสดทท าใหนวเคลยสแตกตวเปนองคประกอบยอย) 3. (มวลทสญหายไปในการเกดปฏกรยาและกลายไปเปนพลงงาน) 4. (1.49 x 10-10 จล , 931 MeV)

5. (พลงงานยดเหนยว (B.E.) = m x 931 MeV) 6. ( R = r0𝐴1/3 ) ; r0 ≈ (1.2 ถง 1.5) x 10-15 m ; A คอเลขมวล 7. (เสถยรภาพนวเคลยสสง) 8. (รศม R ของนวเคลยส จะเปนสดสวนโดยตรงกบรากทสามของเลข

มวล(A) หรอ R 3 A )

กรอบท 15

25

แบบฝกทกษะระหวางเรยน 2.1 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส

(ค าถามแบบอตนยเตมค าตอบ จ านวน 5 ขอ 10 คะแนน)

o จงตอบค ำถำม หรออธบำยควำมหมำยของขอควำมตอไปน ขอ 1. แรงนวเคลยรเปนแรงทเกดการแลกเปลยนอตรากรยาระหวางอนภาคใด……………………..

.......................................................................................................................................... ขอ 2. มวลและพลงงานมการแลกเปลยนสมพนธภาพกนดวยสมการใด…………………………..

.......................................................................................................................................... ขอ 3. นวเคลยสของธาตใดมเสถยรภาพสงสด........................................................................... ขอ 4. ทพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนประมาณ 8 MeV และเลขมวลมขนาดใหญขนเสถยรภาพ จะเปนอยางไร………………………………………………………………………………………..

......................................................................................................................................... ขอ 5. ถามวลอะตอมของ 𝐶𝑎20

40 คาเทากบ 39.9751 u จงค านวณหาคาพลงงานยดเหนยวและคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของ 𝐶𝑎20

40

บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน ……. คะแนน(คะแนนเตม 10 คะแนน)


ตรวจค าตอบเสรจแลว จะผานเกณฑไดตองท าคะแนน ไดไมนอยกวา 5 คะแนน ถาไดคะแนน นอยกวา 5 คะแนน

นกเรยนตองยอนกลบไปศกษาสาระการเรยนร ตามเนอหาบทเรยนอกครงครบ

กรอบท 16

26

เฉลยแบบฝกทกษะระหวางเรยน 2.1 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o (ค ำตอบ) ขอ 1. อนภาคโปรตอนกบโปรตอน และอนภาคโปรตอนกบนวตรอน และอนภาคนวตรอนกบ นวตรอน ขอ 2. E = mc2 ขอ 3. นวเคลยสของธาตทมเสถยรภาพสงสด คอ 𝐹𝑒26

56

ขอ 4. จะเปนธาตทไมเสถยรพรอมทจะมการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสตอไป ขอ 5. วธท า

𝐶𝑎2040 ประกอบดวยไอโดรเจนนวเคลยส 𝐻1

1 20 ตวและนวตรอน 𝑛01 20 ตว

มวลของ 𝐻11 20 ตว = 20 x 1.0078 = 20.1560 u

มวลของ 𝑛01 20 ตว = 20 x 1.0087 = 20.1740 u

มวลขององคประกอบของ 𝐶𝑎2040 = 40.3300 u

แตมวลของ 𝐶𝑎2040 = 39.9751 u

ดงนน มวลหายไป 40.3300 - 39.9751 = 0.3549 u พลงงานยดเหนยว เทากบ 0.3549 x 931 = 330.41 MeV ตอบ พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนเทากบ 330.41/40 = 8.26 MeV ตอบ

กรอบท 17

27

แบบฝกทกษะระหวางเรยน 2.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o จงตอบค ำถำม หรออธบำยควำมหมำยของขอควำมตอไปน

ขอ 1. แรงนวเคลยรเกดขนทระยะหางภายในนวเคลยสไมเกนเทาใด ............................................................................................................................................... ขอ 2. มวล 1 u เทยบไดกบพลงงานจ านวนเทาใด................................................................ ............................................................................................................................................... ขอ 3. ในการหาพลงงานนวเคลยรจะหาจากมวลพรองของปฏกรยา มวลพรองหาไดจากปรมาณใด ............................................................................................................................................... ขอ 4. พลงงานนวเคลยรสามารถค านวณหาไดจากสมการใด …………………………………….. ............................................................................................................................................... ขอ 5. จงหาคารศมของนวเคลยส ตอไปน ไฮโดรเจน-1, อลมเนยม-27 , สงกะส-64 ............................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................


บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน ……. คะแนน(คะแนนเตม10 คะแนน)

ตรวจค าตอบเสรจแลว จะผานเกณฑไดตองท าคะแนน ไดไมนอยกวา 5 คะแนน ถาไดคะแนน นอยกวา 5 คะแนน

นกเรยนตองยอนกลบไปศกษาสาระการเรยนร ตามเนอหาบทเรยนอกครงครบ

กรอบท 18

28

เฉลยแบบฝกทกษะระหวางเรยน 2.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o (ค าตอบ) ขอ 1. 10-15 เมตร. ขอ 2. มวล 1 u เทยบไดกบพลงงานจ านวน 931 MeV (mega electron volt)

ขอ 3. ในการหาพลงงานนวเคลยรจะหาจากมวลพรองของปฏกรยา มวลพรอง(m) หาไดจาก

m = มวลกอนปฏกรยา – มวลหลงปฏกรยา

ขอ 4. พลงงานนวเคลยรสามารถค านวณหาไดจากสมการ Q =m x 931 MeV ขอ 5. รศมของนวเคลยส จากสมการ R = 3/1

0 Ar เมอ r0 = 1.2 x 10-15 เมตร ดงนน ไฮโดรเจน-1 3/115 )1(102.1 xRH

= 1.2 x 10-15 เมตร, อลมเนยม-27 3/115 )27(102.1 xR Al

= 3.6 x 10-15 เมตร สงกะส-64 3/115 )64(102.1 xRZn

= 4.8 x 10-15 เมตร)

กรอบท 19

29

แบบทดสอบหลงเรยน 3.1 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o จงตอบค ำถำม หรออธบำยควำมหมำยของขอควำมตอไปน 1. นวเคลยสจะถกท าใหแตกแยกออกเปนสวนประกอบยอยๆ ไดงายหรอยาก ขนอยกบอะไร 2. ถาคาพลงงานยดเหนยวลดลง นวเคลยสยอมมโอกาสสลายตวไดงายหรอยากขน 3. พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน สงกวาจะมเสถยรภาพดกวา เพราะอะไร 4. 56Fe กบ 235U อยางไหนมเสถยรภาพดกวากน เพราะเหตใด 5. จ านวนนวตรอนในนวเคลยสใหญๆ เพมขนมผลตอพลงงานยดเหนยวอยางไร

ตรวจค าตอบหนาถดไป

บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน ……. คะแนน(คะแนนเตม 10 คะแนน)

30

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน 3.1 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o (ค าตอบ)

1. ขนอยกบเสถยรภาพของนวเคลยสนน 2. ถาคาพลงงานยดเหนยวลดลง นวเคลยสยอมมโอกาสสลายตวไดงายขน 3. เพราะอนภาคนวคลออนจะหลดออกจากนวเคลยสไดยากกวา

4. Fe - 56 มเสถยรภาพดกวา เพราะม nucleon

EB .. สงกวา

5. ถาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนลดลง โอกาสทจะสลายตวกงายขน

31

แบบทดสอบหลงเรยน 3.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o จงแสดงวธท ำเพอค ำนวณหำคำจำกโจทยค ำถำมตอไปน 1. ถามวลอะตอมของ 𝐶𝑎20

40 เทากบ 39.9751 u จงหาคาพลงงานยดเหนยวของ 𝐶𝑎2040


2. จงหาคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของ 𝐶𝑎2040


3. จงค านวณหารศมของนวเคลยส 𝐶𝑑48112 ก าหนดให r0 = 1.4 x 10-15 เมตร

4. จงค านวณหารศมของนวเคลยส 𝑈92238 ก าหนดให r0 = 1.4 x 10-15 เมตร


บนทกคะแนนครงน ไดคะแนน ………คะแนน(คะแนนเตม 8 คะแนน)

32

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน 3.2 เรอง เสถยรภาพของนวเคลยส


o (ค าตอบ) เฉลย ขอ 1 - วธท า จาก B.E. = m x 931 MeV

m = { ZmH + ( A-Z ) mn } – 𝑀𝑍𝐴

= { 20(1.007825) + 20(1.008665) } – 39.9751 u = 40.3300 – 39.9751 u

ตอบ B.E. = (0.3549)(931 MeV) = 330.41 MeV เฉลย ขอ 2

-วธท า จาก Nuclean

EB. = 40

41.330 = 8.26 MeV / Nucleon

เฉลย ขอ 3 - วธท า จาก R = r0 A1/3 หา R ของ 𝐶𝑑48

112

R = (1.4 x 10-15)(112)1/3 = (1.4 x 10-15)(2)(14)1/3

ตอบ = (2.8 x 10-15)( 3 14 ) เมตร เฉลย ขอ 4 - วธท า จาก R = r0 A1/3 หา R ของ 𝑈92

238

= (1.4 x 10-15)(238)1/3 ตอบ = (1.4)( 3 238 ) x 10-15 เมตร

33

ยนดดวยครบ นกเรยนสามารถผานการเรยนร

บทเรยนโปรแกรม เรองฟสกสนวเคลยร ชดท 5

เสถยรภาพของนวเคลยส

34

บรรณำนกรม

นรนทร เนาวประทป. 2536. ฟสกส ม.6 เลม 2. กรงเทพมหานคร: ส านกพมพฟสกสเซนเตอร. ประมวล ศรผนแกว. 2540. พจนำนกรมฉบบภำพประกอบ ฟสกส เคม ชววทยำ.

กรงเทพมหานคร : บรษทโปรดค บค จ ากด. . 2543. ฟสกส : หลกสตรแหงชำตระดบมธยมศกษำ ( GCSE ) ของประเทศองกฤษ.

กรงเทพฯ: บรษท นานมบคส จ ากด. ภาควชาฟสกส. 2547. ฟสกส 2. พมพครงท 9. กรงเทพมหานคร : ส านกพมพแหงจฬาลงกรณ

มหาวทยาลย. สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย กระทรวงศกษาธการ. 2555. หนงสอเรยน

รำยวชำเพมเตมฟสกส เลม 5 ชนมธยมศกษำปท 4 - 6. กรงเทพมหานคร: องคการคาของ สกสค.

Beiser, Arthur. 1973. Concepts of Modern Physics. Second Edition. New York: McGraw – Hill Ltd.

Griffith , W. Thomas. 2007. The physics of everyday phenomena: a conceptual introduction to physics. Fifth edition. New York: The Mc Graw – Hill companies.

Marcelo Alonso: Edward J Finn. 1971. Fundamental university physics. Second Edition. Boston. Addison Wesley.

ภาควชาฟสกส มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล. 2543. กำรเรยนกำรสอนฟสกสทวไปผำนทำงอนเตอรเนต. [ออนไลน]. เขาถงไดจาก http://www.atom.rmutphysics.com/.

สบคนเมอวนท 1 ตลาคม 2554 วกพเดยสารานกรมเสร. “นวเคลยรฟสกส” (ม.ป. ป.).[ ออนไลน]. เขาถงไดจาก

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_physics .สบคนเมอวนท 1 ตลาคม 2554 สมาคมนวเคลยรแหงประเทศไทย. “วทยำศำสตรนวเคลยร”.[ออนไลน]. เขาถงไดจาก

http://www.nst.or.th/tech.htm .สบคนเมอวนท 1 ตลาคม 2554

http://www.atom.rmutphysics.com/

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_physics

http://www.nst.or.th/tech.htm

35

1. ศกษาบทเรยนโปรแกรม เรองฟสกสนวเคลยร ไดจากเวบไซต กลมสำระกำรเรยนร

วทยำศำสตร โรงเรยนเทพศรนทร URL : http://www.sci-info-ds.com

ภำคผนวก

http://www.sci-info-ds.com/

36

2. ศกษาบทเรยนโปรแกรมเรองเรองฟสกสนวเคลยร ไดจากเวบไซต โรงเรยน

เทพศรนทร ในเมนประชาสมพนธ(ลงคแนะน า) URL : http://www.debsirin.ac.th

เลอกเมน-ขำวประชำสมพนธ-ลงคแนะน ำ (ดงรป)

ภำคผนวก(ตอ)

http://www.debsirin.ac.th/

ชุดที่ 5...

Documents