Liczba masowa i liczba atomowa

Poprawna odpowiedź

1. B., 2. C. 

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).

Wymaganie szczegółowe

3.1 Fizyka jądrowa. Uczeń posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron podaje skład jądra atomowego na podstawie liczby masowej i atomowej
3.10 Fizyka jądrowa. Uczeń opisuje działanie elektrowni atomowej oraz wymienia korzyści i zagrożenia płynące z energetyki jądrowej

Komentarz

Elementarnymi pojęciami w fizyce jądrowej są liczba masowa i liczba atomowa pierwiastka. Bez opanowania tych pojęć trudno zrozumieć i opisać między innymi reakcje jądrowe, zwłaszcza, że obie wspomniane liczby pojawiają się w zapisie symbolicznym reakcji. Liczbę masową definiuje się jako liczbę budujących jądro nukleonów, czyli sumę protonów i neutronów (ich masy są praktycznie równe). Liczba atomowa to z kolei liczba protonów w jądrze – tylko ona decyduje o właściwościach fizyko-chemicznych jąder atomowych, a zatem jest podstawą ich klasyfikacji jako poszczególnych pierwiastków. Jak wynika z dotychczasowych badań przeprowadzonych przez Pracownię Przedmiotów Przyrodniczych, uczniowie mylą te pojęcia lub ich nie rozumieją, czego konsekwencją jest słaba rozwiązywalność zadań zawierających równania reakcji jądrowych.

Prezentowane zadanie sprawdza umiejętność rozumienia schematów reakcji jądrowych oraz elementarnych pojęć wykorzystywanych w zapisie symbolicznym tych reakcji. Zadanie zostało wykorzystane w dwu bliźniaczych wariantach w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas drugich liceum. Jeden z tych wariantów dotyczył rozumienia pojęcia liczby masowej, a drugi – liczby atomowej. Dla ułatwienia równanie reakcji zostało zastąpione prostym rysunkiem, na którym neutrony przedstawiono jako kółka ciemne, a protony – jako kółka jasne.

Pierwszą część zadania prawidłowo rozwiązało aż 73% uczniów, zaznaczając, że liczby masowe jąder, które wzięły udział w reakcji, były różne. Posługując się rysunkiem, nietrudno to ustalić: jedno z jąder składa się z dwu, a drugie – z trzech nukleonów. Druga część zadania, polegająca na wskazaniu definicji liczby masowej okazała się niewiele trudniejsza. Prawidłową odpowiedź (czyli odpowiedź C.) wskazało 67% uczniów. Jednak tylko 53% uczniów wybrało prawidłowe odpowiedzi w obu częściach, co wskazuje na fakt, iż część osób, biorących udział w badaniu wybierała odpowiedź losowo.

Słowa kluczowe

Poprawna odpowiedź

1. A., 2. B. 

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).

Wymaganie szczegółowe

3.1 Fizyka jądrowa. Uczeń posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron podaje skład jądra atomowego na podstawie liczby masowej i atomowej
3.10 Fizyka jądrowa. Uczeń opisuje działanie elektrowni atomowej oraz wymienia korzyści i zagrożenia płynące z energetyki jądrowej

Komentarz

Zadanie to zostało wykorzystane w tym samym badaniu, co zadanie poprzednie. Oba zadania rozwiązywała podobna liczba uczniów klas trzecich gimnazjum, dlatego też wyniki uzyskane dla obu tych zadań są porównywalne.

Pierwszą część zadania prawidłowo rozwiązało 42% uczniów, zaznaczając, że liczby atomowe jąder biorących udział w reakcji są takie same. Liczby atomowe jąder bez trudu można było określić na podstawie rysunku: oba jądra biorące udział w reakcji zawierają po jednym protonie. Można przypuszczać, że skoro niektórzy uczniowie nie poradzili sobie z tym elementem zadania, to nie znali oni definicji liczby atomowej lub nie potrafili jej odnieść do rysunku. Potwierdza to wynik drugiej części zadania – prawidłową definicję (czyli odpowiedź B.) wskazało 43,5% procent uczniów. Jednak całość zadania rozwiązało jedynie 28% osób, co sugerowałoby, że większość uczniów wybierała odpowiedź losowo.

Co ciekawe, w drugiej części zadania aż 40,5% osób uczniów zaznaczyło odpowiedź C., uważając, że liczba atomowa jest równa sumie protonów i neutronów w jądrze. Wynika z tego, że osoby te mieszają pojęcia liczby masowej i liczby atomowej. Jakkolwiek pierwsze z tych pojęć może się wydawać dla części uczniów zrozumiałe intuicyjnie, to już drugie z nich okazuje się znacznie mniej oczywiste.

Wyniki uzyskane dla obu zadań sugerują, że uczniowie mają problemy z rozumieniem i posługiwaniem się podstawową terminologią z zakresu fizyki jądrowej. Warto zatem już na samym początku tego działu przetrenować z nimi jak największą liczbę prostych zadań, które pomogą im opanować i ugruntować ten zakres materiału, a w szczególności zrozumieć sens fizyczny takich pojęć jak liczba masowa i liczba atomowa.

Słowa kluczowe