Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Физика атома и атомного ядра. |
||||
|
Опыты Резерфорда: |
Планетарная модель атома: |
|||
|
α-частицы Au экран Au α |
dядра ≈ 10-14 ÷ 10-15 м dатома ≈ 10-10 м |
≈ 1836,1 |
||
|
Постулаты Бора |
Теоретическая модель атома водорода |
|||
|
1. Постулат стационарных состояний: атомная система мо жет находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответ ствует определенная энергия Еп; в стационарном со стоянии атом не излучает. 2. Постулат об излучении (поглощении) света: Излучение (поглощение) света происходит при переходе атома из одного стационарного со стояния с энергией Ek в другое стационарное состо яние с энергией Еп. Энергия излученного (поглощённого) фо тона равна разности энергий стационарных состояний. Правило частот: |Ek – En|= hνkn |
ν = R( - ) ионизация атома Еиониз.= Е0 |
|||
|
Е
n = ∞ n = 4 n = 3 серия Пашена n= 2 серия Бальмера n = 1 серия Лаймана поглощение hν12 ν12 = ν21 1 излучение 2 hν21 |
||||
|
Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц |
||||
|
1. Подсчет сцинтилляций (вспышек): ионизация |
2. Счетчик Гейгера-Мюллера(1908): ударная ионизация |
3. Камера Вильсона (1912): конденсация |
4. Пузырьковая камера (1952): кипение |
5. Метод толстослойных фотоэмульсий (1896): ионизация |
|
регистрирует все элементарные частицы и γ-кванты |
регистрирует электроны и γ-кванты |
регистрирует α-частицы (фиксирует трек) |
регистрирует α-частицы, протоны, нейтроны (фиксирует трек) |
регистрирует все частицы |
|
Трек – видимый след частицы |
||||
|
Радиоактивность - это самопроизвольное превращение ядер одних элементов в ядра других элементов, сопровождающееся выбросом частиц. Беккерель (1896) Химические элементы с номером более 83 в таблице Менделеева — радиоактивны Закон радиоактивного распада ( статистический закон ):
T – период полураспада – это то время, в течение которого распадается примерно половина начального числа радиоактивных атомов. N N – число не распавшихся атомов в момент t - число не распавшихся атомов в момент t0 ( - доля (часть) не распавшихся атомов t - доля (часть) распавшихся атомов Правило смещения: α – распад: β – распад: ZAX →Z-2A-4Y + 24He ZAX →Z+1AY + -10e +00ν На основе законов сохранения массового и зарядового числа Изотопы - это атомные ядра с одинаковым зарядом (с одинаковыми химическими свойствами) и с различной массой (с различными физическими свойствами). Открыты в 1911г. |
||||
|
Пример: Сl (35С1-75%; 37С1-25%); М = 35,5 а.е.м. |
||||
|
Строение ядра ZAX Д.Д. Иваненко, В. Гейзенберг (1932 г.) |
||||
|
Протоны 11р (11Н) Э. Резерфорд (1913 г.) - реакция открытия mp = 1,67∙10-27 кг = 1,00728 а.е.м. qp = +1,6∙10-19 Кл = 1836 Z – число протонов в ядре атома (равно порядковому номеру химического элемента в таблице Д.И. Менделеева) |
Нейтроны 01n Д. Чедвик (1932 г.) - реакция открытия mn = 1,67∙10-27 кг = 1,00866 а.е.м. qn = 0 = 1838,6 N – число нейтронов в ядре атома ( равно разности массового числа данного химического элемента А и числа протонов Z) N = A - Z |
протоны нейтроны
нуклоны общее название протонов и нейтронов.
Между нуклонами в ядре действуют ядерные силы.
Свойства ядерных сил:
1. Короткодействующие (на расстояниях 10-14 м - 10-15 м)
2. Сильное взаимодействие (≈ в 100 раз больше электромагнитного)
3. Обладают свойством насыщения (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом ближайших к нему других нуклонов)
4. Зарядовая независимость
|
Энергия связи ядра: |
Термоядерный синтез: |
Деление ядер урана: |
|
1 а.е.м.=1,66кг 1 МэВ = 1,6∙10-13 Дж Еуд = Δm – дефект масс |
Цепная реакция – k>1 k – коэффициент размножения нейтронов цепная реакция – реакция, при которой количество нейтронов после распада больше, чем до распада в 2 – 4 раза. |
|
|
Элементарные частицы: ; ; ; 00γ - квант |
||
|
Особенности: |
||
2. различные элементарные части цы — это различные конкретные формы существования материи. |
Обучающие задания.
1(А) Планетарная модель атома обоснована опытами по …
1) растворению вещества
2) ионизации газов
3) химическому получению новых веществ 4) рассеиванию α - частиц
2(А) Какой из ответов правильно отражает структуру ядра меди
1) протонов 34, нуклонов 63
2) протонов 29, нуклонов 63
3) протонов 29, нуклонов 92
4) протонов 63, нуклонов 92
Указание: в элементе : Z- заряд ядра и число протонов, А – массовое число и число нуклонов (протоны + нейтроны)
3(А) Атом находится в состоянии Е1= -3эВ. Минимальная энергия необходима для отрыва электрона от атома равна …
l) 0 2) Е1 3) - Е1 4) Е1/2 Указание: см «энергия ионизации»
4(А) На рисунке представлены спектры излучения паров водорода, неизвестного образца и гелия. Можно утверждать, что в образце …
А Н
Б
В Не
1) не содержит ни водород, ни гелий
2) содержит водород, но нет гелия
3) содержит гелий и водород
4) содержит гелий, но нет водорода
Указание: сравните наличие линий спектра Н и Не в образце Б.
5(А) Излучение лазера – это..
1) тепловое излучение
2) вынужденное излучение
3) спонтанное (самопроизвольное) излучение
4) люминесценция
6(А) Устройство, в котором регистрация траекторий быстрых заряженных частиц осуществляется за счет конденсации перенасыщенных паров воды при ионизации воздуха пролетающими частицами, называется
1) счетчиком Гейгера
2) камерой Вильсона
3) пузырьковой камерой
4) толстослойной фотоэмульсией
7(А) Какой порядковый номер в таблице Менделеева имеет элемент, полученный в результате α-распада ядра элемента с порядковым номером Z?
l) Z - 1 2) Z +1 3) Z + 2 4) Z - 2
Указание: α-распад – это выброс из ядра
8(А) Какое радиоактивное излучение может пройти через лист фанеры толщиной 25 мм?
1) α и β 2) β 3) α и γ 4) γ
Указание: см свойства радиоактивного излучения: α, β и γ – лучей
9(А) Изотоп после α-распада превращается в изотоп
1) 3)
2) 4)
Указание: α-распад сопровождается выбросом ядра.
10(А) Радиоактивный изотоп имеет период полураспада 2 мин. Сколько ядер из 1000 ядер этого изотопа испытывает радиоактивный распад за 2 мин?
1) точно 1000
2) 500 или немного меньше ядер
3) 500 или немного больше ядер
4) около 500 ядер, может немного больше или меньше
Указание: вспомните определение периода полураспада и закон радиоактивного распада.
11(В) Ядро претерпело ряд α- и β- распадов. В результате образовалось ядро . Определить число α- и β- распадов.
Указание: по изменению массы определить количество α-частиц, разделив его на 4. После этого определить число β-частиц на основании закона сохранения заряда.
12(А) α-частица столкнулась с ядром азота . В результате образовалось ядро кислорода и …
1) ядро водорода 3) α-частица
2) электрон 4) ядро азота
Указание: вспомнить закон сохранения зарядового и массового числа.
13(В) Определить энергетический выход ядерной реакции:
+ → 2
(7,01603) (1,00728) (4,00260)
Указание: использовать формулы связи массы и энергии и дефекта массы.
14(В) Найти энергию связи ядра кислорода (15,99491 а.е.м.).
Указание: использовать формулы связи массы и энергии и дефекта массы.
15(В) Имеются 1010 атомов радия. Сколько атомов останется спустя 3200 лет, если период полураспада радия 1600 лет?
Указание: применить формулу закона радиоактивного распада.
16(С) Электромагнитное излучение с длиной волны 3,3·10-7 м используется для нагревания воды. Какую массу воды можно нагреть за 700 с на 10 0С, если источник излучает 1020 фотонов за 1 с. (Считать, что излучение полностью поглощается водой)
Указание: использовать закон сохранения энергии, формулы Планка и количества теплоты необходимого для нагрева.
17(С) Схема энергетических Е, эВ
уровней атомов некоторого 0
вещества представлена на рис. - 2 Е2
Атомы находятся в состоянии - 5 Е1
с энергией Е1. Электрон - 8,5 Е0
столкнувшись с одним из таких атомов, отскочил, приобретя некоторую кинетическую энергию. Импульс электрона после столкновения с покоящимся атомом равен 1,2·10-24 . Определить кинетическую энергию электрона до столкновения. (Возможность излучения света атомом при столкновении пренебречь).
Ответы к обучающим заданиям.
|
1А |
2А |
3А |
4А |
5А |
6А |
7А |
8А |
9А |
|
4 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
4 |
4 |
1 |
|
10А |
11В |
12А |
13В |
14В |
15В |
16С |
17С |
|
|
4 |
10, 10 |
1 |
16,9 МэВ |
123,5 МэВ |
2,5·109 лет |
1 кг |
2,3·10-19 Дж |
16(С) Энергия фотона Е1 = , энергия всех фотонов Е = Е1·N =
Количество теплоты для нагревания воды Q = cm∆t0
Закон сохранения энергии Е = Q m = = 1 кг
17(С) Если при столкновении с атомом электрон приобрёл энергию, то атом перешёл в состояние с «Е0». После столкновения кинетическая энергия электрона стала Е = Е0 +3,5 эВ
Импульс электрона связан с кинетической энергией р2 = m2υ2 = 2mE, Е = Е0 = - 3,5 эВ, Е0 = 2,3·10-19 Дж
Тренировочные задания.
1(А) В опыте Резерфорда α–частицы рассеиваются …
1) электрическим полем ядра атома
2) электронной оболочкой атома мишени
3) гравитационным полем ядра атома
4) поверхностью мишени
2(А) Какой из ответов правильно отражает структуру ядра цинка?
1) протонов 30, нейтронов 65
2) протонов 65, нейтронов 30
3) протонов 30, нейтронов 35
4) протонов 35, нейтронов 30
3(А) Энергия возбужденного состояния атома, излучающего фотон энергией Еф, равна Е1. Энергия основного состояния атома равна …
1) Е1 - Еф 3) Е1 + Еф
2) 4)
4(А) Сколько фотонов различной частоты могут испускать атомы водорода, находящиеся во втором возбуждённом состоянии Е2, согласно постулатам Бора?
1) 1 2 Е2
2) 2 1 Е1
3) 3
4) 4 0 Е0
5(А) Интерференция света с помощью лазерной указки показать легче, чем с помощью обычного источника, т.к. пучок света даваемый лазером более …
1) мощный 3) расходящийся
2) когерентный 4) яркий
6(А) Примером радиоактивности может служить …
1) только излучение из кристаллов солей урана
2) только превращение элемента радия в элемент радон
3) только испускание электронов некоторыми минералами
4) все три примера, приведённые выше.
7(А) Какое массовое число имеет элемент, полученный в результате α–распада ядра элемента с массовым числом А.
1) А – 1 2) А – 2 3) А - 4 4) А
8(А) Какое радиоактивное излучение может пройти через лист фанеры толщиной 1 мм?
1) α и β 2) α и γ 3) β и γ 4) α, β, γ
9(А) Изотоп 93237Np после β-распада превратился в изотоп …
1) 3)
10(А) Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 дней. Каков период полураспада этого элемента?
1) 32 дня 2) 16 дней 3) 4 дня 4) 2 дня
11(В) Ядро 92238U претерпело ряд α- и β- распадов, в результате образовалось ядро
. Определить число α – распадов
12(А) При распаде ядра изотопа образовались два одинаковых ядра и β- частица. Это ядра …
1) водорода 3) бора
2) гелия 4) дейтерия
13(В) Определить энергетический выход ядерной реакции
(14,00307) (4,00260) (16, 99913)
( 1,00728) а.е.м
14(В) Рассчитать удельную энергию связи ядра (26,98146 а.е.м.).
15(В) Какая доля атомов (%) радиоактивного изотопа распадается за 20 суток, если период его полураспада 72 суток?
16(С) Радиоактивный элемент излучает α- частицу, которая попадает в магнитное поле и вращается в нем по окружности радиусом 10 см со скоростью 105 м/с. Чему равен модуль магнитной индукции?
17(С) При α–распаде покоящегося ядра плутония 239, дефект массы составил
∆m = 0,0057 а.е.м. Найдите значение скорости и кинетической энергии образовавшегося ядра, (mα = 4,00260а.е.м,
mя = 235,0439а.е.м.)
Ответы к тренировочным заданиям.
|
1А |
2А |
3А |
4А |
5А |
6А |
7А |
8А |
9А |
10А |
|
1 |
3 |
1 |
3 |
2 |
4 |
3 |
3 |
2 |
3 |
|
11В |
12А |
13В |
14В |
15В |
16С |
17С |
|||
|
10 |
2 |
0,689МэВ; погл |
8 МэВ/нукл |
19 % |
21мТл |
0,142·10-13Дж; 270 км/с |
16(С) По II закону Ньютона F = ma , где F = Fл = B qα υα сила Лоренца,
aц = υα2/R – центростремительное ускорение В = = 21мТл
17(С) Энергия, выделившаяся в реакции при заданном дефекте масс Е = mc2 = 8,51·10-13 Дж, ∆m << mp , то Е << mαc2 можно использовать нерелятивистскую формулу. Т.к изначально ядро покоилось, то по закону сохранения импульса mα υα = mu υu. Суммарная кинетическая энергия частиц: Е = . Решая систему уравнений получаем:
Е = (1+ ) = Еи (1+ ), Еи = ≈ ≈ 0,142·10-13Дж υu = = 270 км/с
Контрольные задания.
1(А) Чему равно число электронов в ядре?
1) 92 2) 238 3) 146 4) 0
2(А) На сколько единиц уменьшится массо вое число ядра при α-распаде?
1) на 4 2) на 2 3) на 1 4) не изменится
3(А) Какой порядковый номер в таблице Менделеева имеет элемент, полученный в ре зультате β-распада ядра элемента с порядко вым номером Z?
l) Z + 2 2) Z - 2 3) Z + 1 4) Z - 1
4(А) Чему равно число протонов (Z) и нейт ронов (N) в атоме фосфора ?
1) Z = 15, N = 31 3) Z = 15, N = 16
2) Z = 31, N= 15 4) Z = 16, N = 15
5(А) На рисунке пред ставлена
диаграмма энер гетических
уровней атома. Какой цифрой
обозначен переход,
соответствующий в спектре
поглощения ато ма наименьшей часто те?
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4
6(А) Какой элемент получил Резерфорд, ис кусственно осуществив ядерное превращение?
1) 2) 3) 4)
7(А) Определите длину волны электромаг нитного излучения атома водорода при пере ходе электрона с четвертого энергетического уровня на второй. Постоянная Ридберга R = 3,29∙1015Гц.
1) 0,486∙10-9 м 3) 0,486∙10-6 м
2) 9,72∙10-3 м 4) 9,72∙10-6 м
8(А) Какие из излучений имеют наиболь шую ионизирующую способность?
1) β-излучение 3) γ-излучение
2) α-излучение 4) Все три - одинаковую
9(А) На каком принципе основано дейст вие газоразрядного счетчика Гейгера?
1) На принципе образования пара в пере гретой жидкости.
На принципе ударной ионизации.
10(А) Как должна быть направлена напряженность электрического поля, что бы
наблюдалось указанное на
рисунке отклонение частиц?
пер пендикулярно плоскости чертежа.
11(А) Какое взаимодействие определяет устойчивость ядер в атомах?
Электромагнитное 4) Ядерное
12(В) Ядро претерпело ряд α- и β-расдадов. В результате образовалось ядро
. Определите число α-распадов.
13(В) Масса покоя протона mр = 1,007276 а.е.м., масса покоя нейтрона mn = 1,008665 а.е.м.. Найдите энергию связи (МэВ) между
нуклонами для лития , масса ядра Mя =
6,01513 а.е.м.
14(B) Какая энергия (в МэВ) выделяется при ядерной реакции
15(В) Какая доля (в %) радиоактивных ядер некоторого элемента распадается за время равное четверти периода полураспада?
16(В) Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, если электрон находится на шестой орбите?
17(С) Какое количество урана расходуется в год на атомной электростанции мощностью Р = 5·104 кВт? При распаде одного ядра урана выделяется энергия 200 МэВ, КПД электростанции 19%?
Ответы к контрольным заданиям.
|
1А |
2А |
3А |
4А |
5А |
6А |
7А |
8А |
9А |
|
10А |
11В |
12А |
13В |
14В |
15В |
16В |
17С |
|
EMBED Excel.Chart.8 \s