5. Kärnfysik
Centralt innehåll
Kapitlet handlar om:
- atomkärnans uppbyggnad
- begreppet radioaktiv isotop
- halveringstid, till exempel vid åldersbestämning av gamla föremål
- olika sorters strålning, alfa-, beta- och gammastrålning
- joniserande strålning
- mätning av strålning och strålningens enhet
- fission och fusion
- principen för ett kärnkraftverk.
Undervisningstips och tilläggsinformation
s. 99 Mät strålningsaktiviteten
Låna en geigermätare från kommunens byggnadskontor eller tekniska avdelning. Undersök med geigermätaren olika platser och byggnader i skolans närhet och avläs värden. Radongas är en radioaktiv gas som kan sippra in i hus via sprickor i husgrunden. Radon är en stor orsak till strålning i bostadshus. Därför kan det bli en högre avläsning nere i källaren eller vid husgrunden.
s. 100 Kärnfysik ger ny kunskap och nya uppfinningar
Sidan handlar om atomkärnan och hur forskare genom intensiv forskning har lärt sig att använda dess strålning. Här nedan finns flera tips som ni kan använda när ni diskuterar atomkärnan.
I ”Visste du att?”-texten kan eleverna läsa mer om hur forskare undersöker atomkärnan.
Pdf-dokument att skriva ut.
Genom att använda simuleringen nedan kan eleven bygga en atomkärna och se vilken strålning den avger och dess halveringstid.
I de två videorna kan ni titta på vad strålning är och hur den kan användas inom sjukvården.
Video:
Video:
s. 101 Ett grundämne kan ha flera isotoper
Använd gärna simuleringen nedan för att låta eleverna bygga sina egna isotoper.
s. 103 Vi kan ta reda på mumiens ålder
I simuleringen kan eleverna testa att genom ett dejtingspel ta reda på halveringstider och göra åldersbestämning.
s. 106 Har konfetti en halveringstid?
Kom ihåg att anteckna antal kast som noll och antal pappersbitar som 60 på första raden i tabellen. På nästa rad kommer antal kast att vara 1 och antalet pappersbitar som är kvar när de färgade plockats bort. På samma sätt skall diagrammet starta från noll kast på x-axeln och med 60 pappersbitar på y-axeln.
Ett alternativt sätt att genomföra detta experiment:
Ta häftstift i stället för pappersbitar, och plocka bort alla som ligger med stiftet uppåt vid varje skakning. Räkna hur många som blir kvar efter varje skakning när de som ligger med stiftet uppåt plockats bort. Fyll i en tabell på motsvarande sätt och gör motsvarande diagram.
s. 108 UV-ljus kan jonisera en metall
Det är viktigt att elektroskopet får en negativ laddning, eftersom det måste finnas ett överskott av elektroner som ljuset kan frigöra från metallytan.
Bakgrund:
År 1887 upptäckte den tyska fysikern Heinrich Hertz att då vi belyser ytan på en metallkropp med ultraviolett ljus avges elektriska laddningar från kroppens yta. Noggrannare undersökningar visade, att elektromagnetisk strålning kan frigöra elektroner från en metallyta. Detta fenomen är numera känt som den fotoelektriska effekten. Detta sker endast om frekvensen hos ljuset är hög.
Frekvensen ska överstiga den karakteristiska gränsfrekvensen för metallen. Därför fungerar inte en ficklampas ljus eller ljuset från en tändsticka. De har båda längre våglängd och lägre frekvens än UV-ljus. Med brinnande magnesium kan vi åstadkomma ett högfrekvent ljus med kort våglängd, som motsvarar UV-ljus.
Den fotoelektriska effekten ligger till grund för elproduktion med solpaneler, och blev också det slutliga beviset på att ljuset består av små partiklar som kallas fotoner. Den fotoelektriska effekten kan nämligen inte förklaras av den klassiska fysiken, där ljus beskrivs som en våg.
År 1905 presenterade Albert Einstein en förklaring på den fotoelektriska effekten och fick senare (1921) nobelpriset för den.
Titta på videon om fotoelektrisk effekt och solpaneler.
Video:
s. 109 Tre typer av joniserande strålning
I videon kan ni följa med en laboration som visar spåret av osynlig alfastrålning. Videon handlar också om vad radioaktiv strålning är och hur den uppstår.
Video:
s. 110 Alfastrålning är farlig om den kommer in i kroppen
Simuleringen visar alfasönderfall.
s. 111 Betasönderfall
Simuleringen visar betasönderfall.
s. 115 I reaktorn sker en kontrollerad kedjereaktion
Simuleringen visar fission av uran-235, kedjereaktion med flera kärnor och fission i ett kärnkraftverk.
De två videorna visar kärnkraftverket i Lovisa och forskningsreaktorn i Otnäs.
Video om kärnkraftverket i Lovisa.
Video:
Videon om forskningsreaktorn i Otnäs.
Video:
Tilläggsexperiment till kapitel 5
s. 99 Mät strålningsaktiviteten
Det här experimentet kan användas som ett alternativt experiment till experimentet på sidan 99.
Under-bordet-Pingis
Ta först reda på så mycket du kan om Ernest Rutherford och hans berömda experiment.
Vad var det han upptäckte? På vilket sätt skilde sig hans upptäckt från den tidigare uppfattningen om atomens uppbyggnad?
Simulering av Rutherfords experiment:
Du behöver:
• en bit kartong, 50 X 50 centimeter
• fyra korkar (minst samma höjd som ett AA-batteri)
• fästmassa
• ett AA-batteri
• bordtennisbollar.
Gör så här:
- Fäst korkarna i kartongens hörn med fästmassan.
- Fäst batteriet ungefär mitt på kartongen.
- Vänd kartongen så att den står på korkarna.
- Ställ upp bordtennisbollarna längs ena sidan av kartongen och börja rulla dem under kartongen med fart. Vad händer ibland? Varför?
- På vilket sätt liknar det här experimentet Rutherfords experiment?
- Varför skulle du sätta ett batteri mitt under kartongen?
Bildanalysfrågor
Här finns frågor som förslag till ganska fri bildanalys. Du kan använda frågeorden på pärmen, välja bland frågorna här under eller formulera helt egna frågor och funderingar.
s. 98 Inledningsbilden
Vad tänker du på när du tittar på den här bilden?
Vilken del av bilden känns mest nyttig för oss alla?
Känns någon del farlig? Vilken i så fall?
Var används kärnenergi i samhället i dag?
Känner du till andra användningsområden än de som syns på bilden?
s. 104 Onkalo
Vad byggs på bilden?
Varför byggs det under jordytan?
Varför kan vi inte slänga det använda kärnbränslet på samma sätt som annat avfall?
s. 110 Strålningsaktiviteten
Leta upp din hemkommun på bilden och se vilken strålningsaktivitet det finns där.
Gissa vilken typ av kommun som har högst aktivitet och vilken typ av kommun som har lägst aktivitet.
Jämför olika kommuner så att du kan kolla om du tror rätt.
Vad kom du fram till för resultat?
Varför är det så?
Facit till uppgifter på sidorna 118–119
1.
A) Fission används i kärnkraftverk. Vätebomber får sin energi från fusion medan andra kärnvapen får sin energi från en kombination av fission och fusion. Stjärnor, som vår sol, får sin energi från fusion.
2.
Protoner och neutroner.
3.
För att skydda resten av din kropp för strålningen från röntgenapparaten.
4.
A) Fission betyder att en tung atomkärna klyvs. Vanligen bildas då två lättare kärnor och ett par lösa neutroner.
B) Fusion betyder att två lätta atomkärnor slås ihop till en större atomkärna.
5.
A) 1g
B) 0,5g
6.
A) Bequerel
B) Millisievert
Ordförklaringar
- Bakgrundsstrålning
- Balsamera
- Dosimeter
- Fission
- Fusion
- Geigermätare
- Halveringstid
- Instabil
- Isotop
- Joniserande
- Kedjereaktion
- Masstal
- Mumie
- Ordningstal
- Organisk
Pdf-dokument att skriva ut. Kontrollera inställningarna på din skrivare så att korten skrivs ut rätt. Ordet ska finnas på kortets ena sida och förklaringen på andra sidan.