Строение атома и атомного ядра

Атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Размер ядра значительно меньше размера электронных орбит, т.е. размера самого атома. Т.к. атом в целом нейтральный, то суммарный заряд электронов должен быть равен заряду ядра.

В состав ядра входят положительные протоны и нейтроны, не имеющие заряда. Протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, называют нуклонами.

Нуклоны составляют основную массу атома, т.е. масса ядра во много раз больше массы электронов.

Характеристики атомного ядра:

- зарядовое число Z – заряд ядра, отнесенный к элементарному заряду е, т.е. количество протонов в ядре, соответствует порядковому номеру элемента в таблице Менделеева;

- массовое число А – масса ядра в атомных единицах массы (а.е.м.), округленная до целых, т.е. суммарное количество протонов и нейтронов в ядре.

Следовательно, число нейтронов в ядре

N n = A - Z.

Зарядовое и массовое числа Z и А можно найти из условного обозначения ядра:

 

Z

Z

где Х – символ химического элемента.

^A X или

X ^A,

Ядерные реакции – это процесс взаимодействия атомного ядра с элементарными частицами и ядрами других элементов, приводящий к преобразованию ядер. Пример записи ядерной реакции:

Z           Z            Z          Z

X ^A 1  +   Y ^A 2  ® B^A 3  + C^A 4,

1                     2                      3                   4

где Х и Y – химические символы исходных компонентов; В и С – химические символы продуктов реакции.

При протекании ядерной реакции выполняются законы сохранения:

– числа нуклонов (массового числа) A 1 + A 2 = A 3 + A 4 ;

– заряда

Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4;

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождающееся испусканием радиоактивных излучений (α-, β-, и γ - лучей). При этом может наблюдаться:

–

2

α-излучение – испускание ядер гелия He ⁴

(альфа-частиц).

–

-1

β-излучение – испускание электронов e ⁰

(бета-частиц).

–γ –излучение – испускание квантов электромагнитного излучения с большой энергией и малой длиной волны λ< 10^-12 м.

 

Закон радиоактивного распада

N = N 0 × 2

- t

^T, где N – число нераспавшихся ядер в момент

времени t, N₀ – число ядер в начальный момент времени, Т -период полураспада вещества, т.е. промежуток времени, за которое распадается половина от имевшегося количества ядер в начале этого промежутка.

Число ядер, распавшихся за время t можно найти N p = N 0 - N.

- t

 

Т.к. масса вещества пропорциональна числу ядер, то

m =  m 0 × 2 ^T.

 

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ПО АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ

Пример 1. Химический символ ядра _ZX^A, где Z - заряд ядра, A – масса ядра. Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре ₉₂ U²³⁸?

Решение: Протоны являются положительно заряженными частицами в составе ядра, а нейтроны - незаряженными. Тогда заряд ядра Z показывает количество заряженных частиц (протонов) в ядре. Для предложенного ядра урана ₉₂ U²³⁸Z = 92 (пишется внизу). Верхнее число A = 238показывает массу ядра, т.е. общее количество частиц (протонов и нейтронов) в ядре. Тогда количество нейтронов

Таким образом, в ядре урана содержится 92 протона и 146 нейтронов.

Пример 2. Химический символ ядра _ZX^A, где Z - число протонов в ядре, A – общее число протонов и нейтронов (нуклонов). Сколько электронов вращается вокруг ядра ₂₀ Ca ⁴⁴в атоме кальция?

Решение: Т.к. атом в целом является нейтральным, то количество отрицательных электронов, вращающихся вокруг ядра, должно быть равно количеству положительно заряженных протонов в ядре. В ядре кальция ₂₀ Ca ⁴⁴ количество протонов Z = 20 (пишется внизу). Таким образом, в атоме кальция вокруг ядра вращаются 20 электронов.

Пример 3. В результате ядерной реакции α-распада радия:  . Сколько протонов содержится в полученном ядро изотопа Х?

Решение: Химический символ ядра записывается в виде _ZX^A, где Z - заряд ядра или количество протонов в ядре, A – масса ядра. В ядерной реакции должен выполняться закон сохранения    заряда:                                                 . Тогда заряд получаемого изотопа

. То есть в ядре изотопа Х содержится 86 протонов.

Пример 4. Период полураспада некоторого радиоактивного вещества составляет T = 10 минут. Начальная масса образца этого вещества m = 100 грамм. Какова масса образца, оставшегося не распавшимся через 30 минут?

Решение: Так как период полураспада вещества равен 10 минут, то это означает, что за 10 минут распадается ½ от исходной массы, т.е. через t = T = 10 минут останется ½ m = 50 грамм, через t = 2 T = 20 минут - ¼ m = 25 грамм, а через t = 3 T = 30 минут - ⅛ m = 12,5 грамм. Пример 5. Какая часть исходных радиоактивных ядер распадается за время, равное двум периодам полураспада?

Решение: Так как период полураспада вещества равен T, то это означает, что за это время распадается ½ от исходного количества ядер N ₀. Т.е. через t = T останется ½ N ₀ ядер, через t = 2 T - ¼ N ₀ ядер. Тогда число ядер, распавшихся за время t = 2 T будет равно N _р = N ₀ -

¼ N ₀ = ¾ N ₀. То есть за два периода полураспада распадается три четверти от исходного количества ядер.

Образец варианта задания для вступительных испытания по физике

Тверской государственный технический университет

Утверждаю                                     проректор по УР ТвГТУ Майкова Э.Ю.

ФИЗИКА - 2019

Вариант № 50

Часть 1

Задания 1-7 представляют собой тестовые вопросы и выполняются на черновике. После выполнения заданий поставьте в таблице результатов бланка №1 знак «+» в клеточке, номер которой соответствует номеру выбранного вами ответа. Каждый правильный ответ оценивается в 8 баллов.

1. Тело, двигавшееся со скоростью 20 м/с, начинает тормозить с ускорением а =4 м/с ². Найти скорость тела в момент времени t = 3 с.

а)  16 м/с;          б) 8м/с; в) 5 м/с;  г) 12 м/с.

2.Под действием равнодействующей сил F = 10 Н тело движется с ускорением а = 2 м/с². Найти массу этого тела.

а)  12 кг;         б)  10 кг;         в) 5 кг;          г) 20 кг.

 

3. Тело массой m = 4 кг падает с высоты 10 м (начальная скорость тела равна нулю). Какова его кинетическая энергия в момент падания?

а) 100 Дж; б) 200 Дж; в) 300 Дж; г) 400 Дж.

4. В каком из приведенных ниже случаев внутренняя энергия гири увеличится?

а)	нагревание гири на 5 ^0С;
б)	подъем гири на 5 м;
в)	Увеличение скорости гири на 15 м/с;
г)	присоединение гири к пружине растянутой на 2см.

 

5. Два проводника сопротивлениями R₁ = 3 Ом и R₂ = 6 Ом соединяют параллельно. Чему равно общее сопротивление участка?

а) 9 Ом; б) 18 Ом; в) 2 Ом; г) 3 Ом.

6. Предмет находится на расстоянии 30 см от плоского зеркала. На каком расстоянии от зеркала находится изображение предмета?

а) 0; б) 15 см; в) 30 см; г) 60 см.

 

7. В результате ядерной реакции α-распада радия:  . Сколько протонов содержится в полученном ядро изотопа Х?

а) 88; б) 86; в) 226; г) 222.

В задании 8 необходимо подобрать соответствия указанных величин и их изменений. Ответом на задание является последовательность из двух цифр, которую следует записать в первую строку 8-го столбца таблицы. Совпадение одной цифры оценивается в 4 балла, двух цифр - в 8 баллов.

8. Протон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям и начинает двигаться по окружности. Как изменятся радиус окружности и время, за которое протон совершает один оборот, если скорость протона уменьшится?

Для каждой величины подберите соответствующий характер изменения: 1 - увеличится;

2 - уменьшится;

3 - не изменится.

(Цифры в ответе могут повторяться).

Радиус траектории	Время совершения одного оборота

 

Часть 2

Задания 9 и 10 представляют собой задачи, полное и подробное решение которых необходимо записать в бланк ответов №2. Рекомендуется провести предварительное решение на черновике. Максимально возможный балл за каждую

   задачу равен 18.                                                                                                    

9. Определить силу тока, показываемую амперметром в схеме на рисунке. ЭДС источника тока в замкнутой цепи равно 2,1 В; R ₁ = 5 Ом; R ₂ = 6 Ом; R ₃ = 3 Ом.                                R 1

Ответ выразить в амперах. Сопротивлением амперметра и внутренним

сопротивлением источника пренебречь.

Ɛ

R ₂

R 3      A

10. Идеальный газ, получив 1 кДж тепла, расширяется сначала изотермически, а затем изобарически. При изотермическом процессе газ совершил работу 300 Дж. Найти изменение внутренней энергии газа в процессе нагревания. Ответ выразите в джоулях.

 

Председатель предметной комиссии                                                        

 

 

 

Дисциплина