Atom- och kärnfysik. Arbetshäfte. Namn: Klass: 9a

Transkript

1 Atom- och kärnfysik Arbetshäfte Namn: Klass: 9a 1

2 Syftet med undervisningen är att du ska träna din förmåga att: använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle använda fysikens begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska samband i naturen och samhället Centralt innehåll: Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara uppkomsten av partikelstrålning och elektromagnetisk strålning samt strålningens påverkan på levande organismer. Hur olika typer av strålning kan användas i modern teknik, till exempel inom sjukvård och informationsteknik. Historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och hur de har formats av och format världsbilder. Upptäckternas betydelse för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor. De fysikaliska modellernas och teoriernas användbarhet, begränsningar, giltighet och föränderlighet. Aktuella samhällsfrågor som rör fysik. Tidsplanering: 9A Tisdag 50 Onsdag 50 Torsdag /11 Atomens inre 8/11 Atomens inre 9/11 Färger, våglängder, energier 46 14/11 NP muntlig 15/11 Radioaktivitet 16/11 Radioaktivitet /11 Radioaktivitet i kroppen 28/11 Kärnkraft - Sverige 22/11 Kärnenergi 29/11 En vetenskaplig revolution 23/11 TEST på alfa- och betastrålning Kärnkraftverk - konstruktion 30/11 Upptäckters betydelse 49 5/12 Repetera, öva, fråga 6/12 Repetera, öva, fråga 7/12 PROV Källor: Fysik spektrum s

3 Vad bedöms? Skriftligt prov Deltagande, motiveringar och resonemang Användning av begrepp, modeller och teorier. Upptäckter som rör atom- och kärnfysik och dess betydelse för människans levnadsvillkor. Kunskapskrav: E C A Eleven kan samtala om och diskutera frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle och skiljer då fakta från värderingar och formulerar ställningstaganden med enkla motiveringar samt beskriver några tänkbara konsekvenser. Eleven kan samtala om och diskutera frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle och skiljer då fakta från värderingar och formulerar ställningstaganden med utvecklade motiveringar samt beskriver några tänkbara konsekvenser. Eleven kan samtala om och diskutera frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle och skiljer då fakta från värderingar och formulerar ställningstaganden med välutvecklade motiveringar samt beskriver några tänkbara konsekvenser. Eleven har grundläggande kunskaper om energi, materia och andra fysikaliska sammanhang och visar det genom att ge exempel och beskriva dessa med viss användning av fysikens begrepp, modeller och teorier. Eleven har goda kunskaper om energi, materia och andra fysikaliska sammanhang och visar det genom att förklara och visa på samband inom dessa med relativt god användning av fysikens begrepp, modeller och teorier. Eleven har mycket goda kunskaper om energi, materia och andra fysikaliska sammanhang och visar det genom att förklara och visa på samband inom dessa och något generellt drag med god användning av fysikens begrepp, modeller och teorier. Eleven använder fysikaliska modeller på ett i huvudsak fungerande sätt för att beskriva och ge exempel på partiklar och strålning. Eleven använder fysikaliska modeller på ett relativt väl fungerande sätt för att förklara och visa på samband kring partiklar och strålning. Eleven använder fysikaliska modeller på ett väl fungerande sätt för att förklara och generalisera kring partiklar och strålning. Dessutom för eleven enkla och till viss del underbyggda resonemang kring ur människa och teknik påverkar miljön och visar på några åtgärder som kan bidra till en hållbar utveckling. Dessutom för eleven utvecklade och relativt väl underbyggda resonemang kring ur människa och teknik påverkar miljön och visar på fördelar och begränsningar hos några åtgärder som kan bidra till en hållbar utveckling. Dessutom för eleven välutvecklade och väl underbyggda resonemang kring ur människa och teknik påverkar miljön och visar ur olika perspektiv på fördelar och begränsningar hos några åtgärder som kan bidra till en hållbar utveckling. Eleven kan ge exempel på och beskriva några centrala naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor. Eleven kan förklara och visa på samband mellan några centrala naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor. Eleven kan förklara och generalisera kring några centrala naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor. 3

4 Begreppslista förklara vad följande begrepp innebär Begrepp Förklaring 1 Atom 2 Neutron 3 Atomkärna 4 Atomnummer 5 Masstal 6 Isotoper 7 Alfastrålning 8 Betastrålning 9 Gammastrålning 10 Joniserande strålning 11 Halveringstid 12 Bakgrundsstrålning 13 Stråldos 14 Fission 15 Fusion 16 Kedjereaktion 17 Generator 18 Styrstavar 19 Turbin 20 Moderator 4

5 Atomens inre Fy Sp s En atom består av tre olika partiklar. a) Vad heter partiklarna och vilken laddning har de? b) Hur många elektroner får det plats i de fyra första skalen: K, L, M, N? c) Vilken laddning har en atom som helhet? 2. a) Vad visar atomnummer? b) Vad visar en atoms masstal? 3. Ett grundämne kan ha isotoper. a) Vad är gemensamt för två isotoper av samma grundämne? b) Vad är det som skiljer? 4. Väte är det enklaste atomslaget med endast en proton i kärnan och en elektron i skalet. Men det finns tre slag av väteatomer tre isotoper. a) Vad består kärnan av i vanligt väte? b) Vad består kärnan av i deuterium? c) Vilket masstal har tritium? 5. En natriumatom har atomnumret 11 och masstalet 23. Hur många neutroner har kärnan? 6. En isotop av kalcium skrivs så här a) Beskriv hur kalciumatomens kärna är uppbyggd. b) Rita en atommodell och fördela isotopens elektroner på olika skal. 7. I tabellen finns en del isotoper beskrivna. Uppgiften är att fylla i de rutor som är tomma. Använd tabellen på s.333 i grundboken eller s.174 i lightboken. 5

6 Färger, våglängder och energier Fy Sp s Förklara hur ljus av olika färg uppkommer. 9. a) Vilken färg i spektrum har högst energi? b) Vilken färg i spektrum har kortast våglängd? 10. Spektrum är strålning som har våglängder våra ögon kan uppfatta. Ge exempel på en strålning som har a) lägre energi än spektrum. b) högre energi än spektrum. 11. a) Ge exempel på hur röntgenstrålning används. b) Beskriv hur röntgenstrålning fungerar. 12. Zingo och Pepsi är grannar som båda flygpendlar till sina arbetsplatser tre gånger i veckan. Zingo och Pepsi har lika långt från de två flygplatserna A och B. Zingo flyger alltid från A där alla passagerare och väskor röntgas vid avresa. Pepsi flyger alltid från B där enbart väskorna röntgas vid avresa. Zingo: Jag flyger alltid från A. Det känns säkrare att flyga därifrån. Pepsi: Jag flyger alltid från B. Jag tänker på min hälsa. a) Ge en tänkbar förklaring till varför Pepsi väljer att flyga från B. b) Förklara vilken riskbedömning Zingo kan göra då Zingo väljer att flyga från A istället för B. EXTRA En guldatom har masstalet 179. En radonatom har masstalet 222. Ändå har guld mycket högre densitet än radon. Hur kan det komma sig? 6

7 Radioaktivitet Fy Sp s Vilket år och hur upptäckte Henri Becquerel att uran avger strålning? 14. a) Vilka tre typer av strålning finns det där atomkärnan sönderfaller? b) Vilken räckvidd har de olika strålningarna? c) Hur farlig är strålningen? 15. a) Hur är en alfapartikel uppbyggd? b) Hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder alfastrålning? c) Skriv klart formlerna för alfasönderfallet: a) Vad är betastrålning? b) Hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder betastrålning? c) Skriv klart formlerna för betasönderfallet: När en kärna utsänder alfa- eller betastrålning utsänds som regel också gammastrålning. Hur förändras atomnummer och masstal vid gammastrålning? 18. Fullborda formlerna och ange vilken typ av strålning som det är fråga om. a) 228 AC > 228 Th +? b) 228 Th >? + 4 He c) 224 Ra > 220 Rn +? 7

8 Halveringstid Fy Sp s Vad menas med halveringstid? 20. Diagrammet visar en så kallad sönderfallskurva för isotopen vismut-214 a) Massan startar på 100 g. Hur lång är halveringstiden tills massan är 50 gram? b) Hur stor massa finns det kvar efter 70 minuter? 21. Kol-14 är en isotop av vanligt kol med masstalet 14. Halveringstiden för kol-14 är år. Om det fanns 100 gram kol-14 från början, hur stor del av massan finns kvar efter a) år? b) år? 22. Beskriv hur KOL 14- metoden fungerar för att bestämma åldern på arkeologiska föremål. 23. Aktiviteten hos ett radioaktivt ämne mäts i becquerel (Bq). a) Vad menas med 1 Bq? b) Vad kallas instrumentet som används för att mäta radioaktiv strålning, och hur fungerar det? c) Hur stor aktivitet är tillåten i Sverige på livsmedel? EXTRA Tänk dig att du har 40 gram av ett radioaktivt ämne med halveringstiden 10 minuter, och 10 gram av ett annat ämne med halveringstiden 20 minuter. Hur länge dröjer det innan det återstår lika mycket av de båda radioaktiva ämnena? 8

9 EXTRA UPPGIFT - Sönderfallsserie I naturen förekommer ett stort antal radioaktiva ämnen. Dessa ingår i så kallade radioaktiva sönderfallsserier. Fysikerna känner till fyra sådana sönderfallsserier. Alla sönderfallsserier kännetecknas av att de utgår från en radioaktiv isotop med lång halveringstid. Efter varje sönderfall bildas en ny atomkärna samtidigt som alfa- eller betastrålning sänds ut. Den nya instabila atomkärnan faller sönder och sänder ut strålning osv. Sönderfallen fortsätter tills en stabil slutprodukt har bildats. Den här sönderfallsserien börjar med uran a) Vilken strålning utsänder isotopen? b) Skriv formeln för sönderfallet. c) Skriv formeln för det andra sönderfallet i serien. d) Vilken halveringstid har den andra isotopen i serien? e) Vilken halveringstid har? 9

10 Radioaktivitet i kroppen Fy Sp s Alfa-, beta- och gammastrålning kallas för joniserande strålning. Strålningen kan slå ut elektroner ur atomer så att joner bildas. Vad kan hända om våra kroppar utsätts för joniserande strålning? 26. Vilken nytta gör Strålskyddsmyndigheten? 27. Hur används joniserande strålning i sjukvårdens tjänst? 28. Varför dör cancerceller av strålbehandling men inte friska celler? 29. a) Vad kan hända om man andas in radondöttrar? b) Hur kan man komma tillrätta med strålningsproblemen om man bor i ett så kallat radonhus? 30. Hur stor stråldos utsätts vi för i Sverige varje år, och hur stor del kommer från våra bostäder? (Bok och bild säger olika siffror) 10

11 Kärnenergi Fy Sp s Hur skapas kedjereaktionen i en atombomb? 32. Vad heter den process som skapar energi inuti solen? 33. Vad händer med bränslets massa efter en fission eller fusion? 34. * Resonera om fördelar och begränsningar med fusion angående hur det kan bidra till en hållbar utveckling. 35. Vad hette den fysiker som visade att materia kan omvandlas till energi? EXTRA En sockerbit väger 3 g. Tänk dig att sockerbiten helt och hållet kunde omvandlas till energi. Hur mycket energi skulle i så fall frigöras? EXTRA Enligt Einsteins formel så är massa och energi två sidor av samma sak. a) Innebär det att ett nytt batteri väger mer än ett batteri som tagit slut? b) Innebär det att ett varmt strykjärn väger mer än ett kallt strykjärn? EXTRA Bilden visar hur aluminium omvandlas till fosfor på konstgjord väg. Skriv reaktionen med en formel. 11

12 Kärnkraftverk konstruktion Fy Sp s Sätt ut följande delar i kärnkraftverket: A. Kärnreaktor B. Bränslestavar C. Turbin D. Generator E. Kondensor F. Styrstavar 37. Vad har följande delar för funktion? A. Bränslestavar B. Turbin C. Generator D. Styrstavar 38. Vattnet i en kärnkraftsreaktor har två uppgifter. Vilka? 39. a) Vilket ämne används som bränsle i kärnkraftverk? b) Vilket material används i konstruktionen av kärnkraftverkens väggar, och varför? 40. Sammanfatta och beskriv hur kärnkraftverkets ingående delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion. Använd ämnesspecifika begrepp i mesta möjliga mån! 12

13 Kärnkraft - Sverige Fy Sp s a) När startades den första kärnreaktorn i Sverige? b) Varför beslöt politiker att satsa på kärnkraft på 1970-talet? 42. a) Hur många reaktorer är i drift i Sverige idag? b) Hur stor del av den elenergi som Sverige använder idag kommer från kärnkraft? c) I vilken utsträckning kan vindkraftverk ersätta kärnkraftverk? 43. * Tycker du att det är rätt att använda uran från andra länder, trots att vi har uran i Sverige? 44. Ge exempel på olika radioaktiva avfall och ange hur länge de måste lagras a) lågaktivt? b) mellanaktivt? c) högaktiva? 45. I samband med kärnkraft förekommer många argument. a) Välj ditt viktigaste argument för kärnkraft och ditt viktigaste emot. Förklara varför du tycker dessa två argument är de viktigaste. b) Tycker du att vi ska ha kärnkraft i Sverige? 13

14 En vetenskaplig revolution Fy Sp s Mot slutet av 1800-talet trodde många forskare att det inte fanns mer att upptäcka inom fysiken. Men i början av 1900-talet experimenterade man med atomer och en ny värld öppnade sig! 46. Atomen påstods vara odelbar till början på 1900-talet. Idag vet vi att atomenär uppbyggd av mindre partiklar. Beskriv det försök som Rutherford utförde och som ledde fram till vår atommodell. 47. Runt vilket år hade forskarna tagit fram den atommodell som används än idag? 48. Vilken nytta har partikelacceleratorer gjort för forskare? 49. Följande fyra upptäckter som beskrivs har gjorts av forskare. Men endast en har gjorts genom systematiska undersökningar. Vilken? Motivera! A) Demokritos antog för 2500 år sen fram till idag att all materia består av atomer. B) Radioaktiv strålning upptäcktes av fransmannen Bequerel när han av misstag råkade lägga ett salt med uran på en ask med fotografisk film. C) Engelsmannen Thomson genomförde flera experiment med spänning mellan två metallplattor som fanns i ett rör som innehöll gas. Genom experimenten upptäckte han elektronen. D) När dansken Örstedt skickade ström genom en ledare såg han att en magnetnål i närheten rörde sig. Det var början till upptäckten av elektromagnetism. 14

15 Upptäckters betydelse 50. Vilken betydelse har upptäckten av röntgenstrålning haft för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor? 51. Vilken betydelse har upptäckten av radioaktiva ämnen haft för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor? 52. Vilken betydelse har upptäckten av kärnklyvning haft för teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor? 15