Какое свойство не присуще ядерным силам
Публикация статей в журналах ВАК
Уважаемые авторы!
Идет прием статей для бесплатной публикации в журнале из перечня ВАК РФ по направлениям: экономика, философия, политология, педагогика, филология, биология, сельское хозяйство, агроинженерия, транспорт, строительство и архитектура.
Журналы реферируются ВИНИТИ РАН. Статьям присваивается индекс DOI. Журналы включены
в международную базу Ulrich’s Periodicals Directory и РИНЦ.
В мультидисциплинарных журналах возможна бесплатная публикация по всем другим направлениям.
Максимально оперативно отвечаем на все возникающие вопросы. Гарантируем индивидуальный подход к каждому.
Категория: Физика.
Контрольная работа в 11 профильном классе по теме «Физика атомного ядра»
Цель урока: контроль знаний по теме «Физика атомного ядра».
Проверяемые элементы: знать смысл понятий: атом, квант, фотон, атомное ядро, дефект массы, энергия связи, радиоактивность, свойства ионизированных излучений, методы их регистрации; понимать смысл закона связи массы и энергии, закона радиоактивного распада, устройство ядерного реактора . Уметь применять полученные знания для решения задач.
План урока
1. Постановка цели урока, подготовка тестовой таблицы, чтение заданий, пояснения выполнения и порядка оценивания заданий. Критерии оценки (2-4 минуты)
2. Выполнение работы (76-78 мин).
Вариант работы
1 часть. Выберите все верные варианты ответа
1. В состав ядра атома входят
А)нуклоны
Б)протоны и нейтроны
В)позитроны и нейтроны
Г)протоны и электроны
2. Нейтрон…. ; протон….
А)-имеет массу порядка 1а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда; -имеет массу 2 а. е. м. , не имеет заряда
Б)– имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 2 а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда
В) -имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 1 а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда
Г) -имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 1 а. е. м. , отрицательный заряд в 1 ед. заряда
3. Числом… определяется заряд ядра
А)нуклонов
Б)протонов
В) нейтронов
Г) электронов
4. Изотопы отличаются друг от друга числом
А)электронов
Б) протонов и нейтронов
В) протонов
Г) нейтронов
5. Какое свойство не присуще ядерным силам
А)притяжение
Б)короткодействие
В)насыщение
Г)отталкивание
6. Энергия связи
А)одинакова для всех ядер
Б)может быть больше энергии нуклонов
В)показывает энергию, необходимую для деления ядра на нуклоны
Г)равна произведению дефекта масс на квадрат скорости света
7. Альфа-излучение – это поток
А)электронов
Б) протонов
В) ядер атомов гелия
Г) квантов электромагнитного излучения.
8. Бета-излучение – это поток
А)электронов
Б) протонов
В) ядер атомов гелия
Г) квантов электромагнитного излучения.
9. Гамма-излучение – это поток
А)электронов
Б) протонов
В) ядер атомов гелия
Г) квантов электромагнитного излучения.
10. Порядковый номер элемента, который получается в результате электронного бета-распада ядра, равен
A)Z + 2
Б)Z+1
В)Z
Г) Z – 2
11. Не отклоняется магнитными и электрическими полями излучение типа
А) α
Б)β
В)γ
Г)n
12. Наименьшей проникающей способностью обладает излучение типа
А) α
Б)β
В)γ
Г)n
13. Какие из ядерных реакций возможны
А)14 7N + 4 2Не = 17 8О + 1 1H
Б) 24 12Мg + 1 1H = 22 11Na + 4 2He
14. Импульс электрического тока в газе при прохождении быстрой заряженной частицы образуется в
А)счетчике Гейгера
Б) камере Вильсона
В)пузырьковой камере,
Г) толстослойной эмульсии
15. В уране-235 может происходить цепная ядерная реакция деления. Выберите правильное утверждение.
A)При цепной реакции деление ядра происходит в результате попадания в него протона.
Б) При цепной реакции деление ядра происходит в результате попадания в него нейтрона.
B)В результате деления ядра образуются только электроны
Г)Число нейтронов увеличивается в каждом «поколении»
16. В результате радиоактивного распада ядро плутония 239 94Pu превратилось в ядро урана 235 92 .
A)Произошел альфа-распад.
Б)Произошел бета-распад.
B)Число протонов в ядре уменьшилось на 4
Г)В результате распада образовался позитрон
17. Существуют два основных вида реакторов:
А)на медленных и тепловых нейтронах
Б)на быстрых нейтронах и протонах
В)реакторы-размножители и реакторы на быстрых нейтронах
Г)на медленных и быстрых нейтронах
2 часть. Запишите ответ к задаче
18. Изотоп радия с массовым числом 226 и зарядовым 88 испытал альфа-распад. Запишите, ядро какого элемента образовалось в результате этого.
19. Вычислите энергию связи ядра дейтерия в МэВ. Масса ядра 2,01355аем.
20. Какова частота излученного(поглощённого) фотона при переходе ядра из состояния с энергией 2,78 МэВ в состояние 2,13 МэВ? При ответе отбросьте 1020
3 часть. Решите задачи, используя полную запись решения
21. В периодической таблице рядом расположены 3 элемента X, Y, Z. Радиоактивный изотоп элемента X превращается в элемент Y, а тот, в свою очередь, – в элемент Z. Последний превращается в изотоп исходного элемента X. Какими распадами обусловлены переходы XY, YZ, ZX?
22. Сколько радиоактивного изотопа углерода останется из первоначального 1 грамма через 1 час, если период полураспада 20 минут?
23. Какая энергия выделяется при аннигиляции электрона и позитрона (их массы равны 0,00055 аем). Ответ выразите в МэВ, округлив до целых, и Дж, округлив до 2 значащей цифры при множителе 10-12 .
24. Радиоактивный элемент радон Rn с массовым числом 222 и порядковым номером 86 до распада покоится. При распаде образуется неизвестный элемент и ядро атома гелия. Какую долю полной энергии уносит альфа-частица при таком распаде?
Временные промежутки для выполнения заданий:
Часть 1 – 2 мин/задание;
Часть 2 – 4 мин/задание;
Часть 3 – 8 мин/задание.
Критерии оценки:
Задания 1 части – по 1 баллу, 2 части – по 2 балла, 3 части – №21 – 3 балла, №№22-24 – по 4 балла. Общая сумма баллов 38.
| Оценка | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Баллы | 0-7 | 8-14 | 15-22 | 23-29 | 30-38 |
Ответы и решения
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| АБ | В | Б | Г | Г | ВГ | В | А | Г | Б | ВГ | А | А | А | БГ | А | Г | 17 |
| 18 | 19 | 20 |
| 22486 Rn | 2,226 | 1,5 |
21. Заряд элемента Yна 1 единицу заряда больше, чем заряд ядра элемента X. Следовательно, переход XY – это бета-распад. Аналогично, переход YZ – тоже бета-распад . В процессе ZX заряд уменьшается на 2 элементарных заряда, значит, это альфа-распад.
22. Период полураспада изотопа Т = 20 мин, = 1 час = 60 мин
Подставим эти данные в формулу: M= 1 г * = 1г * = г. Ответ: г.
23. Е=2мс2 ; 1,; 0,16
24. 22286Rn = 42He+21884Po
Начальный импульс системы =0, конечный mV1-MV2, где mV1-импульс альфа-частицы, MV2 – импульс ядра полония. Значит, V2/ V1= m/ M. Энергия системы W=E1+E2. Тогда доля энергии, уносимой альфа-частицей, равна
(mV12/2)/( mV12/2+MV22/2)=0,98 или 98%
Литература
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений и шк. С углубл. изучением физики: профил. Уровень; под ред. А. А. Пинского, О. Ф. Кабардина; Рос. Акад. Наук, Рос. Акад. Образования, изд-во «Просвещение», 2011
2. Кабардин О. Ф. и др. Задачник. 9-11 кл. – М. : Дрофа, 1997
3. Зорин Н. И. ЕГЭ2010. Физика: решение задач частей В и С. -М. : Эксмо, 2010
Версия для печати
Контрольная работа в 11 профильном классе по теме «Физика атомного ядра» (2 академ. часа)
1 часть. Выберите все верные варианты ответа
1. В состав ядра атома входят
А)нуклоны Б)протоны и нейтроны В)позитроны и нейтроны Г)протоны и электроны
2. Нейтрон…. ; протон….
А)-имеет массу порядка 1а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда; -имеет массу 2 а. е. м. , не имеет заряда
Б)– имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 2 а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда
В) -имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 1 а. е. м. , положительный заряд в 1 ед. заряда
Г) -имеет массу порядка 1а. е. м. , не имеет заряда; -имеет массу 1 а. е. м. , отрицательный заряд в 1 ед. заряда
3. Числом… определяется заряд ядра
А)нуклонов Б)протонов В) нейтронов Г) электронов
4. Изотопы отличаются друг от друга числом
А)электронов Б) протонов и нейтронов В) протонов Г) нейтронов
5. Какое свойство не присуще ядерным силам
А)притяжение Б)короткодействие В)насыщение Г)отталкивание
6. Энергия связи
А)одинакова для всех ядер Б)может быть больше энергии нуклонов В)показывает энергию, необходимую для деления ядра на нуклоны Г)равна произведению дефекта масс на квадрат скорости света
7. Альфа-излучение – это поток
А)электронов Б) протонов В) ядер атомов гелия Г) квантов электромагнитного излучения.
8. Бета-излучение – это поток
А)электронов Б) протонов В) ядер атомов гелия Г) квантов электромагнитного излучения.
9. Гамма-излучение – это поток
А)электронов Б) протонов В) ядер атомов гелия Г) квантов электромагнитного излучения.
10. Порядковый номер элемента, который получается в результате электронного бета-распада ядра, равен
A)Z + 2 Б)Z+1 В)Z Г) Z – 2
11. Не отклоняется магнитными и электрическими полями излучение типа
А) α Б)β В)γ Г)n
12. Наименьшей проникающей способностью обладает излучение типа
А) α Б)β В)γ Г)n
13. Какие из ядерных реакций возможны
А)14 7N + 4 2Не = 17 8О + 1 1H Б) 24 12Мg + 1 1H = 22 11Na + 4 2He
14. Импульс электрического тока в газе при прохождении быстрой заряженной частицы образуется в
А)счетчике Гейгера Б) камере Вильсона В)пузырьковой камере, Г) толстослойной эмульсии
15. В уране-235 может происходить цепная ядерная реакция деления. Выберите правильное утверждение.
A)При цепной реакции деление ядра происходит в результате попадания в него протона. Б) При цепной реакции деление ядра происходит в результате попадания в него нейтрона. B)В результате деления ядра образуются только электроны Г)Число нейтронов увеличивается в каждом «поколении»
16. В результате радиоактивного распада ядро плутония 239 94Pu превратилось в ядро урана 235 92.
A)Произошел альфа-распад. Б)Произошел бета-распад. B)Число протонов в ядре уменьшилось на 4 Г)В результате распада образовался позитрон
17. Существуют два основных вида реакторов:
А)на медленных и тепловых нейтронах Б)на быстрых нейтронах и протонах В)реакторы-размножители и реакторы на быстрых нейтронах Г)на медленных и быстрых нейтронах
2 часть. Запишите ответ к задаче
18. Изотоп радия с массовым числом 226 и зарядовым 88 испытал альфа-распад. Запишите, ядро какого элемента образовалось в результате этого.
19. Вычислите энергию связи ядра дейтерия в МэВ. Масса ядра 2,01355аем.
20. Какова частота излученного(поглощённого) фотона при переходе ядра из состояния с энергией 2,78 МэВ в состояние 2,13 МэВ? При ответе отбросьте 1020
3 часть. Решите задачи, используя полную запись решения
21. В периодической таблице рядом расположены 3 элемента X, Y, Z. Радиоактивный изотоп элемента X превращается в элемент Y, а тот, в свою очередь, – в элемент Z. Последний превращается в изотоп исходного элемента X. Какими распадами обусловлены переходы XY, YZ, ZX?
22. Сколько радиоактивного изотопа углерода останется из первоначального 1 грамма через 1 час, если период полураспада 20 минут?
23. Какая энергия выделяется при аннигиляции электрона и позитрона (их массы равны 0,00055 аем). Ответ выразите в МэВ, округлив до целых, и Дж, округлив до 2 значащей цифры при множителе 10-12 .
24. Радиоактивный элемент радон Rn с массовым числом 222 и порядковым номером 86 до распада покоится. При распаде образуется неизвестный элемент и ядро атома гелия. Какую долю полной энергии уносит альфа-частица при таком распаде?
О. Р. Турова, МКОУ Солнцевская СОШ, с. Солнцевка, Исилькульский р-н, Омская область
Метки: Физика
Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных).
Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10–15 м. Длина (1,5 – 2,2)·10–15 м называется радиусом действия ядерных сил.
Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов – протонного или нейтронного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи зеркальных ядер. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов другом. Например, ядра гелия 
и тяжелого водорода – трития . Энергии связи этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ.
Разность энергий связи ядер, равная 0,77 МэВ, соответствует энергии кулоновского отталкивания двух протонов в ядре . Полагая эту величину равной 
, можно найти, что среднее расстояние r между протонами в ядре равно 1,9·10–15 м, что согласуется с величиной радиуса ядерных сил.
Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Именно поэтому наблюдается линейная зависимость энергий связи ядер от их массовых чисел A. Практически полное насыщение ядерных сил достигается у α-частицы, которая является очень устойчивым образованием.
Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Это подтверждается различным характером рассеяния нейтронов молекулами орто- и параводорода. В молекуле ортоводорода спины обоих протонов параллельны друг другу, а в молекуле параводорода они антипараллельны. Опыты показали, что рассеяние нейтронов на параводороде в 30 раз превышает рассеяние на ортоводороде. Ядерные силы не являются центральными.
Итак, перечислим общие свойства ядерных сил:
· малый радиус действия ядерных сил (R ~ 1 Фм);
· большая величина ядерного потенциала U ~ 50 МэВ;
· зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц;
· тензорный характер взаимодействия нуклонов;
· ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы);
· ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения;
· зарядовая независимость ядерных сил;
· обменный характер ядерного взаимодействия;
· притяжение между нуклонами на больших расстояниях (r > 1 Фм), сменяется отталкиванием на малых (r < 0,5 Фм).
взаимодействие между нуклонами возникает в результате испускания и поглощения квантов ядерного поля – π-мезонов. Они определяют ядерное поле по аналогии с электромагнитным полем, которое возникает как следствие обмена фотонами. Взаимодействие между нуклонами, возникающее в результате обмена квантами массы m, приводит к появлению потенциала Uя(r):
.
Для просмотра демонстраций щелкните по соответствующей гиперссылке:
Деление ядер. Радиоактивность.
Атомная электростанция.
Тема «Ядерная физика»
38.1. Характеристики ядра. Ядерные силы . Модели атомного ядра
Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд. (см. лекцию с опытами Резерфорда). Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов ( p) и нейтронов (n), которые считаются двумя зарядовыми состояниями одной частицы — нуклона (от лат. nucleus — ядро).
Общее число нуклонов в атомном ядре A называется массовым числом. Заряд ядра равен величине Ze , где e— заряд протона, Z— зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре (совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов — атомным номером). Ядро химического элемента X с атомным номером Z и массовым
числом A обозначается .
Изотопами называются ядра с одинаковым атомным номером Z(зарядом или числом протонов), но разными A (т. е. разным числом нейтронов N = A — Z). Например, изотопы водорода (Z= 1): протий — (Z =1, N = 0) , дейтерий — (Z =1, N =1) , тритий — (Z =1, N = 2).
Изобарами называются ядра с одинаковым массовым числом A, но разными Z . Например, .
Изотонами называются ядра с одинаковым числом нейтронов N = A − Z . Например, .
Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границ ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра (38.1) , где R0 = (1,3 ÷1,7)10-15 м, может быть истолкована как пропорциональность объема ядра числу нуклонов в нем. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (≈1017 кг/м3).
Поскольку большинство ядер устойчиво, то между нуклонами существует особое ядерное (сильное) взаимодействие — притяжение, которое обеспечивает устойчивость ядер, несмотря на отталкивание одноименно заряженных протонов.
Энергией связи ядра Eсв называется физическая величина, равная работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны, не сообщая им кинетической энергии. Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, какую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех нуклонов в ядре и их энергией в свободном состоянии. Энергия связи нуклонов в атомном ядре:
(38.2)
Масса Δm, соответствующая энергии связи: (38.3)
называется дефектом массы ядра.
На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них ядра.
Удельной энергией связи называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон:
(38.4). Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т. е.чем больше Δε св , тем прочнее ядро.
Собственный момент импульса ядра — спин ядра — векторная сумма спинов нуклонов (равен 1/2) и орбитальных моментов импульса нуклонов (момента импульса, обусловленных движением нуклонов внутри ядра). Спин ядра квантуется по закону:
(38.5), где I — спиновое квантовое число, которое принимает значения 0, ½, 1, 3/2, … .
Атомное ядро кроме спина обладает магнитным моментом (38.6), где gя — коэффициент пропорциональности, называемый ядерным гиромагнитным отношением. Единицей магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон: .
Ядерный магнетон в раз меньше магнетона Бора, поэтому магнитные свойства атомов определяются в основном магнитными свойствами его электронов.
Наличие магнитного момента ядра объясняет сверхтонкую структуру в спектрах атомов во внешнем магнитном поле.
Свойства ядерных сил:
1) ядерные силы являются силами притяжения;
2) ядерные являются короткодействующими — их действие проявляется только на расстояниях порядка 10 –15 м;
3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость: притяжение между любыми двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов (протонного или нейтронного); ядерные силы имеют неэлектрическую природу;
4) ядерным силам свойственно насыщение: каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;
5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Например, протон и нейтрон образуют дейтрон — ядро изотопа дейтерия — только при условии
параллельной ориентации их спинов;
6) ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.
1. Капельная модель. Эта модель основана на аналогии между поведением молекул в капле жидкости и нуклонов в ядре — короткодействие ядерных взаимодействий, одинаковая плотность ядерного вещества в разных ядрах (несжимаемость), свойство насыщения ядерных сил. Она трактует ядро как каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости, подчиняющуюся законам квантовой механики.
2. Оболочечная модель. В этой модели нуклоны считаются движущимися независимо друг от друга в усредненном центрально-симметричном поле. В соответствии с этим имеются дискретные энергетические уровни, заполняемые нуклонами с учетом принципа Паули. Эти уровни группируются в оболочки, в каждой из которых может находиться определенное число нуклонов. Ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболее устойчивыми — магические ядра, у которых число протонов Z или нейтронов N равно одному из магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.
Ядра, у которых магическими являются и Z , и N , называются дважды магическими. Дважды магических ядер известно всего пять: .
38.2. Радиоактивность и его виды. Закон радиоактивного распада
Самопроизвольное изменение состава атомного ядра, происходящее за время существенно большее характерного ядерного времени 10 -22 с (время, в течение которого α-частица пролетает диаметр ядра) называют радиоактивностью .
Радиоактивным распадом называется естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Различают:
1. α — распад
2. β — распад
3. Спонтанное деление атомных ядер
4. Протонный распад и др. …
Остановимся более подробно на первых трех видах радиоактивности.
α — распад — самопроизвольный процесс испускания α-частиц, в результате которого массовое число ядра уменьшается на единицу, а зарядовое на две единицы заряда.
Схема реакции: (38.7)
β — распад – самопроизвольный процесс, в котором нестабильное ядро превращается в ядро изобар (A – cst) – меняет заряд в результате превращения нейтрона в протон или наоборот протона в нейтрон). Различают:
а) Электронный β — распад – ядро испускает электрон (38.8)