Тема 7. Дефект массы . Радиоактивность. Ядерные реакции (2 ч.)

Атомное ядро. Состав ядра атома. Ядерные силы и модели атомного ядра.

Естественная и искусственная радиоактивность. Ядерные реакции, деление ядер. Цепные реакции.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие частицы образуют ядро?

2. Чему равны масса и удельная энергия связи ядра?

3. Дефект масс.

4. Чем отличаются изобары и изотопы?

5. Естественная и искусственная радиоактивность.

6. Закон радиоактивного распада.

7. Сформулируйте законы сохранения в ядерных реакциях.

8. Как изменится положение химического элемента в таблице Менделеева после двух a-распадов ядер его атомов? после последовательных одного a-распада и двух b^--распадов?

9. Изменится ли химическая природа элемента при испускании его ядром g-кванта?

10. По каким признакам можно классифицировать ядерные реакции?

Задачи для решения на занятии:

1. Используя известные значения масс нейтральных атомов ¹₁Н, ²₁Н, ¹²₆С и электрона, определить массы т_р протона, т_d дейтона, m_я ядра ¹²₆С.

2. Определить энергию Е, которая выделится при образо­вании из протонов и нейтронов ядер гелия ⁴₂Не массой m=1 г.

3. Какова вероятность W того, что данный атом в изотопе ра­диоактивного йода ¹³¹I распадается в течение ближайшей секунды?

4. Постоянная распада λ рубидия ⁸⁹Rb равна 0,00077c^-1. Определить его период полураспада T_1/2.

5. За один год начальное количество радиоактивного изотопа уменьшилось в три раза. Во сколько раз оно уменьшится за два года?

6. На сколько процентов снизится активность А изотопа иридия ¹⁹²Ir за время t=30сут?

7. Определить число N атомов, распадающихся в радиоактив­ном изотопе за время t=10 с, если его активность A=0,1МБк. Считать активность постоянной в течение указанного времени.

8. Определить энергию Q ядерных реакций: 1) ⁹₄Ве + ²₁H → ¹⁰₅B + ¹₀n; 2) ⁷₃Li+ ¹₁H → ⁷₄Be + ¹₀n.

9. Ядро урана , захватив один нейтрон, разделилось на два осколка, причем освободилось два нейтрона. Одним из осколков оказалось ядро ксенона . Определить порядковый номер Z и массовое число A второго осколка.

Домашнее задание:

1. Масса m _α альфа-частицы (ядро гелия ⁴₂Не) равна 4,00150 а. е. м. Определить массу т_a нейтрального атома гелия.

2. Определить дефект массы ∆m и энергию связи Е_св ядра атома тяжелого водорода.

3. Определить постоянные распада λ изотопов радия ²¹⁹₈₈Ra и ²²⁶₈₈Ra.

4. Какая часть начального количества атомов радиоактивного актиния ²²⁵Ас останется через 5сут? через 15сут?

5. Какая часть начального количества атомов распадется за один год в радиоактивном изотопе тория ²²⁸Th?

6. Активность А препарата уменьшилась в k=250 раз. Скольким периодам полураспада T_1/2 равен протекший промежуток времени t?

7. Определить промежуток времени τ, в течение которого активность А изотопа стронция ⁹⁰Sr уменьшится в k₁=10 раз? в k₂ = 100 раз?

8. Определить порядковый номер Z и массовое число А ча­стицы, обозначенной буквой х, в символической записи ядерной реакции: ¹⁴₆ C + ⁴₂He -> ¹⁷₈ O +x.

9. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия Q=200МэВ. Какую долю энергии покоя ядра урана-235 составляет выделившаяся энергия?

Тема 8. Контрольная работа (2 ч.)

Вопросы для коллоквиума 1.

1. Законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение.

2. Тонкие линзы. Правила построения в тонких линзах.

3. Оптические системы. Глаз как оптическая система.

4. Электромагнитная природа света. Основные характеристики и свойства световых волн.

5. Интерференция света.

6. Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики.

7. Дифракция света. Метод зон Френеля.

8. Дифракция Фраунгофера на одной щели.

9. Дифракционная решетка.

10. Применение интерференции света.

11. Дисперсия света.

12. Поляризация света.

13. Поглощение света.

14. Оптика анизотропных сред. Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах.

15. Тепловое излучение и его характеристики. Законы теплового излучения.

16. Законы фотоэффекта.

17. Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта.

18. Свойства и характеристики фотона. Давление света. Эффект Комптона.

Вопросы для коллоквиума 2.

1. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда.

2. Линейчатый спектр атома водорода.

3. Постулаты Бора. Спектр атома водорода по Бору.

4. Опыты Франка и Герца.

5. Атомное ядро, его состав и характеристики.

6. Ядерные силы. Модели атомных ядер.

7. Ядерные реакции, реакции деления ядер. Применение ядерной энергии.

8. Ядерные реакции, цепные реакции. Применение ядерной энергии.

9. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Правила смещения.

10. Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения и их свойства.

11. Ядерные реакции и их виды.

12. Космическое излучение.

13. Волны де Бройля.

14. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция. Уравнение Шредингера.

15. Элементарные частицы и их классификация

16. Свойства элементарных частиц.

17. Голография. Применение голографии.

18. Генерация света. Лазеры.

Вопросы для самостоятельной контролируемой работы студентов

1. Понятие о голографии. Применение голографии в медицине.

2. Интерференция поляризованных волн. Эффект Керра.

3. Виды люминесценции.

4. Фотобиологические процессы.

5. Излучение Солнца.

6. Природа рентгеновских лучей. Сплошной спектр и характеристическое излучение. Применение рентгеновских лучей

7. Свойства элементарных частиц.

8. Ускорители заряженных частиц и их применение.

Темы рефератов

1. Эргометрия;

2. Влияние перегрузок и невесомости на организм человека;

3. Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации;

4. Ультразвуковые исследования в медицине;

5. Физика слуха;

6. Влияние инфразвуков на человека;

7. Физические методы определения вязкости крови;

8. Механические свойства биологических тканей;

9. Модели кровообращения;

10. Аппарат искусственного кровообращения;

11. Физические основы клинического метода измерения давления крови;

12. Применение низких температур в медицине;

13. Физические основы электрокардиографии;

14. Аэроионы и их лечебно-профилактическое действие;

15. Электропроводность биологических тканей и жидкостей;

16. Магнитные свойства тканей организма;

17. Импеданс тканей организма;

18. Первичное действие постоянного тока на ткани организма;

19. Электрофорез лекарственных веществ;

20. Недостатки оптической системы глаза и их компенсация;

21. Инфракрасное излучение и его применение в медицине;

22. Ультрафиолетовое излучение и его применение в медицине;

23. Организм как источник физических полей;

24. Лазеры и их применение в медицине;

25. Электронный парамагнитный резонанс и его применение в медицине;

26. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине;

27. Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине;

28. Магнито-резонансная томография.

29. Применение магнитных жидкостей при лечении раковых заболеваний.

30. Применение магнитных жидкостей в офтальмологии.

31. Применение магнитных жидкостей в рентгеноскопии.

32. Применение оптических методов исследования в медицине.

33. Врачи в истории физики.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Величина	Единица
наименование	обозна­чение
Длина Масса Время Сила электрического тока Термодинамическая темпе­ратура Сила света Количество вещества Плоский угол Телесный угол	метр килограмм секунда ампер кельвин кандела моль радиан стерадиан	м кг с А К Кд моль рад ср

 

Таблица 2

Приставка	Числовое значение	Обозначение	Приставка	Числовое значение	Обозначение
Атто	10^-18	А	Экса	10^18	Э
фемто	10^-15	Ф	Пета	10^15	П
Пико	10^-13	П	Тера	10^12	Т
Нано	10^-9	Н	Гига	10^9	Г
Микро	10^-6	Мк	Мега	10^6	М
Милли	10^-3	М	Кило	10^3	к
Санти	10^-2	С	Гекто	10^3	г
Деци	10^-1	Д	Дека	10^1	да

Таблица 3

Величина		Единица и ее связь с единицами СИ
Длина		сантиметр (cм)=10^-2 м
	Микрометр (мкм) = 10^-6 м
	ангстрем (А) = 10^-10 м
Масса		грамм (г) = 10^-3 кг
		тонна (т)= 10^3 кг
		центнер (ц)=10^2 кг
		атомная единица массы (а.е. м.)=1,66·10^-27 кг
Время		сутки (сут) = 86400 с год = 365,25 сут. = 3,16·10^7 с
Плоский угол		градус (°) =π/180 рад
		минута (') = π/648 ·10^-2 рад
		секунда (``)=π/648 ·10^-3 рад
		оборот (об)=2 π рад
Площадь		ар (ар)=10^2 м^2
		гектар (га)=10^4 м^2
Объем		литр (л)= 10^-3 м3
Сила		дина (дин)= 10^-5Н
		килограмм-сила (кгс) = 9,81 Н
		тонна-сила (тс) = 9,81·10^3 Н
Давление		дин/см^2 = 0,1 Па
		Кг с/м^2 = 9,81 Па
		миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) = 133,0 Па
		техническая атмосфера (ат) = 1 кгс/см^2 = 0,981·10^-5 Па
		физическая атмосфера (атм) = 1,013·10^5 Па
Работа, энергия		эрг =10^-7Дж.
		килограмм-сила-метр (кгс-м) = 9,81 Дж
		ватт-час (Вт-ч) = 3,6·10^3 Дж
		электронвольт (1 эВ) = 1,6·10^-19 Дж
		калория (кал)=4,19 Дж
Мощность		эрг/с=10^-7 Вт
		лошадиная сила (л. с.)=75 кгс·м/с=736 Вт
Динамическая вязкость		пуаз (П)=0,1 Па·с
Кинематическая вязкость		стокс (Ст)=10^-4 м^2/с.

Таблица 4

Основные физические постоянные
Ускорение свободного падения	g=9,81м/с^2
Гравитационная постоянная	G=6,67·10^-11м^3/кг·с^2
Постоянная Авогадро	NА=6,02·10^23моль^-1
Молярная газовая постоянная	R=8,31Дж/(К·моль)
Молярный объем	Vm=22,4·10^-3м^3/моль
Постоянная Больцмана	k= 1,38·10 ^–23Дж/К
Элементарный заряд	е=1,6·10^-19Кл
Масса электрона	mе=9,11·10^-31кг
Удельный заряд электрона	е/m=1,76·10^11Кл/кг
Скорость света в вакууме	с=3,00·10^8м/с
Постоянная Стефана-Больцмана	= 5,67·10^-8Вт/(м^2·К^4)
Постоянная закона смещения Вина	b= 2,90·10^-3м·К
Постоянные в формуле Планка	С1 = 3,74·10^-16Вт·м^2 С2=1,44·10^-2м·К
Постоянная Планка	h=6,63·10^-34Дж·с
Постоянная Ридберга	R=2,07·10^-18c^-1
Боровский радиус	а=5,29·10^-11м
Комптоновская длина волны электрона	=2,43·10^-12м
Магнетон Бора	=9,27·10^-24Дж/Тл
Энергия ионизации атома водорода	Еi=2,18·10^-18Дж
Атомная единица массы	1 а.е.м.=1,66·10^-27кг
Ядерный магнетон	=5,05·10^-27А·м^2
Электрическая постоянная	ε0 =8,85·10^-12 Ф/м
Магнитная постоянная	μ0= 4π·10^-7 Гн/м

ТАБЛИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Плотность твердых тел и жидкостей

(Мг/м³, или г/см³)

Твердые тела

Алюминий……………………………………………………………….2,70

Висмут…………………..……………………………………………… 9,80

Вольфрам………………………………………………………………..19,3

Железо (чугун, сталь)………………………………………………….. 7,87

Золото……………………………………………………………………19,3

Каменная соль…………………………………………………………..2,20

Латунь…………………………………………………………………....8,55

Марганец………………………………………………………………...7,40

Медь……………………………………………………………………...8,93

Никель…………………………………………………………………...8,80

Платина……………………………………………………………….... 21,4

Свинец………………………………………………………………….. 11,3

Серебро……………………………………………………………….....10,5

Уран………………………………………………………………….…. 18,7

Жидкости (при 15⁰С)

Вода (дистиллированная при 4⁰С) ……………………………...….…1,00

Глицерин…………………………………………………………….….1,26

Керосин……………………………………………………..…….…….0,8

Масло (оливковое, смазочное).………………………………….……0,9

Масло касторовое…………..…………………………………………..0,96

Ртуть ………………………………………………………………...….13,6

Сероуглерод………………………………………………………....….1,26

Спирт…………………………………………………….……………...0,8

Эфир……………………………………………………….…………….0,7

 

Плотность газов

при нормальных условиях (кг/м³)

Азот…………………………………………………………………….1,25

Аргон…………………………………………………………………...1,78

Водород…………………………………………………………….......0,09

Воздух………………………………………………………………….1,29

Гелий………………………………………………………………...…0,18

Кислород…………………………………………………………….…1,43