หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 เรื่อง แรง (Forces) วิทยาศาสตร์ (ว 40216) ฟิสิกส์ ม.6

แรง (Forces) 1. แรง 2. ชนิดของแรง 3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือวัตถุในสนามโน้มถ่วง สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก 4. แรงยึดเหนี่ยวในนิวเคลียส

4. แรงยึดเหนี่ยวในนิวเคลียส

ผลการเรียนรู้ 1. อธิบายลักษณะโครงสร้างของอะตอมได้ 2. อธิบายลักษณะนิวเคลียสของอะตอมได้ 3. บอกชนิดของอนุภาคนิวคลีออนที่รวมกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมได้ 4. อธิบายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอมได้

4. แรงยึดเหนี่ยวในนิวเคลียส 1. โครงสร้างของอะตอม 2. เลขมวลและเลขอะตอม 3. ไอโซโทป (isotope) 4. พลังงานยึดเหนี่ยว

Ernest Rutherford (1871-1937) Ernest Rutherford was born on August 30, 1871, in Nelson, New Zealand http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1908/rutherford-bio.html

1. โครงสร้างของอะตอม Rutherford และลูกศิษย์ ทดลองยิงแผ่นทองคำเปลว ด้วยอนุภาคแอลฟา (α) ซึ่งมีประจุ + พบว่า อนุภาคแอลฟากระเจิงออกจากอะตอมได้หลายทิศทาง อนุภาคแอลฟาบางตัวสะท้อนกลับทางเดิม บางตัวกระเจิงออกเป็นมุมต่าง ๆ จากการทดลอง เขาได้สรุปว่า อะตอมของทองคำต้อมีนิวเคลียสเป็นแกนกลาง และมีประจุเป็น + อิเล็กตรอน ซึ่งมีประจุ - โคจรเป็นวงรอบนิวเคลียส ต่อมาพบว่า ในนิวเคลียสมีอนุภาคพื้นฐาน 2 ชนิด คือ โปรตรอนมีประจุเป็น + และนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่า นิวคลีออน (nucleon)

Rutherford's gold foil experiment Caption Rutherford's experiment provided evidence that the positively charged part of the atom consisted of a tiny, dense object at the atom's center. Notes The history of Rutherford's experiment reveals a wonderful example of a careful, scrupulous scientist working hard to remain focused on observation as the basis for his conclusions: It would have been very easy for Rutherford to have dismissed the minor differences between what he saw and what he expected to see.

Rutherford's gold foil experiment http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/476/488316/ch04.html

The experiment (Rutherford): http://www.physics.uc.edu/~sitko/CollegePhysicsIII/28-AtomicPhysics/AtomicPhysics.htm

โครงสร้างของอะตอม http://www.enchantedlearning.com/chemistry/glossary/nucleus.shtml

2. เลขมวลและเลขอะตอม เลขอะตอม (atomic number) คือ ตัวเลขที่บอกจำนวนโปรตอน เขียนแทนด้วย Z เลขมวล (mass number) คือ ตัวเลขที่บอกจำนวนโปรตอนรวมกับนิวตรอน เขียนแทนด้วย A อะตอมของธาตุใด ๆ เขียนแทนด้วย X เขียนสัญลักษณ์ของธาตุได้ดังนี้

ตัวอย่างเช่น

3. ไอโซโทป (isotope) คือ ธาตุชนิดเดียวกัน มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน เช่น ไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป คือ โปรเทียม (11H) ดิวเทอเรียม (21H) และทริเทียม (31H)

http://education.jlab.org/glossary/isotope.html

E = mc2 4. พลังงานยึดเหนี่ยว การที่โปรตอน รวมกับ นิวตรอน กลายเป็นนิวเคลียสได้ ก็เพราะ อนุภาคเหล่านั้น ดึงดูดกันไว้ ด้วยแรงนิวเคลียร์ แต่ยังไม่มีใครเขียนแรงนิวเคลียร์ขึ้นได้ เราหาได้เพียงพลังงานที่อนุภาคนิวคลีออน ใช้ดึงดูดกัน เรียกว่า พลังงานยึดเหนี่ยว (binding energy) ซึ่งเกิดจากมวลส่วนหนึ่งของนิวคลีออนกลายเป็นพลังงาน เราสามารถหาพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์จากสมการของ ไอน์สไตน์ ที่ว่า E = mc2

E = mc2 เมื่อ E = พลังงาน (J) m = มวล (kg) c = ความเร็วแสง (c = 3 x 108 m/s) ส่วนมากมวลของอนุภาคต่าง ๆ และนิวเคลียสมีหน่วยเป็น u ซึ่ง 1u = 1.66 x 10-27 kg เมื่อ 1u คำนวณหาพลังงาน จะได้ 931 Mev (อ่าน Mev ว่า เมกะอิเล็กตรอนโวลต์) ซึ่งของ 1 Mev = 1.6 x 10-13 J

The Binding Energy of a Nucleus http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/nuclearphysics/nuclearphysics.html

Albert Einstein (1879-1955) Albert Einstein (March 14, 1879 – April 18, 1955) was a German-born American theoretical physicist who is widely regarded as the greatest scientist of the 20th century. He proposed the theory of relativity and also made major contributions to the development of quantum mechanics, statistical mechanics, and cosmology. He was awarded the 1921 Nobel Prize for Physics for his explanation of the photoelectric effect and "for his services to Theoretical Physics". http://www.mlahanas.de/Physics/Bios/AlbertEinstein.html

ตัวอย่างแบบฝึกหัด 1. จงหาพลังงานยึดเหนี่ยวดิวเทอเรียม (21H) กำหนดให้มวลของ มวลของโปรตอน และมวลของนิวตรอน (2.22 MeV)

References พูนศักดิ์ อินทวี และจำนง ฉายเชิด. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์ : ฟิสิกส์ ม.4-ม.6. กรุงเทพฯ : อักษรเจริญทัศน์, 2547. 262 หน้า. http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/nuclearphysics/nuclearphysics.html

Thank you Miss Lampoei Puangmalai Department of science St. Louis College Chachoengsao