Атомная и ядерная физика

• 1 слайд

  КГУ «Специализированная школа-лицей № 34, для одаренных детей»
  Атомная и ядерная физика
  Специальная теория относительности
  подготовка к ЕНТ
  2015-2016 учебный год
  

• 2 слайд

  Основные формулы квантовой физики:
  - формула Планка, энергия одного фотона
  - уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
  - импульс фотона
  - масса фотона
  

• 3 слайд

  Основные формулы ядерной физики:
  Энергия связи ядра(Е в Дж, ∆m в кг)
  Энергия связи ядра(Е в МэВ, ∆m в а.е.м)
  - закон радиоактивного распада
  ΔM = Zmp + Nmn — MЯ
  - дефект массы ядра
  

• 4 слайд

  Постулаты Бора:
  Первый постулат:
  Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия (Еn) и определенный радиус орбиты электрона(rn); в стационарном состоянии атом не излучает
  Второй постулат:
  Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией (Еk) в стационарное состояние с меньшей энергией (Еn). Энергия излученного фотона (hνkn) равна разности энергий стационарных состояний
                   
  

• 5 слайд

  1.Какой из нижеприведенных графиков соответствует зависимости импульса фотона от длины волны излучения?
  А)  
  B)  
  
  C)  
  D)  
  E)  
  E)  
  

• 6 слайд

  Импульс фотона вычисляют по формуле:
  Следовательно импульс фотона обратно пропорционален длине волны
  E)  
  Ответ:
  

• 7 слайд

  2. На рисунке представлен график зависимости энергии кванта от длины волны. В каком соотношении находятся между собой абсолютные показатели преломления этих сред?
  

• 8 слайд

  Рассмотрим значения энергий для одной длины волны
  Формула энергии, с учетом показателя преломления будет иметь вид:
  Следовательно, зависимость между энергией и показателем
  преломления – обратно пропорциональная, т.е большему значению энергии соответствует меньшее значение показателя преломления и наоборот
  Ответ: n1 < n3 < n2
  

• 9 слайд

  3.Тренированный глаз, длительно находящийся в темноте, воспринимает свет с длиной волны 500 нм при мощности не менее 2,1∙10-17 Вт. Определите число фотонов, которые попадают ежесекундно на сетчатку глаза.
  По формуле мощности:
  Ответ: не менее 52 фотона
  

• 10 слайд

  4.Цинковый катод фотоэлемента освещается излучением с длиной волны 0,207 мкм. К электродам подсоединен конденсатор емкостью 2мкФ. Какой заряд будет на конденсаторе, после длительного облучения? Работа выхода для цинка 5,6·10-19 Дж.
  При длительном освещении,
  напряжение на конденсаторе
  будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта.
  Решение
  откуда
  найдем задерживающее напряжение из уравнения Энштейна дя фотоэффекта, учитывая что
  При длительном освещении,
  напряжение на конденсаторе
  будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта.
  

• 11 слайд

  откуда
  подставляя, получим
  После подстановки числовых значений и расчетов получим:
  Ответ:
  

• 12 слайд

  5. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 6,4 эВ. Определить силу тока проходящего через резистор сопротивлением 8 Ом.
  Чтобы перевести кинетическую энергию в систему СИ -
  

• 13 слайд

  Кинетическая энергия фотоэлектронов определяет задерживающее напряжение при фотоэффекте:
  откуда -
  - из закона Ома:
  следовательно
  Подставляя значения получим:
  

• 14 слайд

  6. При бомбардировке некоторого элемента    -частицами, выбрасывается нейтрон и образуется элемент, который после позитронного распада превращается в изотоп             . Какой элемент подвергся облучению?
  Запишем уравнения реакций происходящих в данном процессе:
  Решение
  1
  2
  Тогда: 6+1=Z+2, Z=6+1-2 =5
  A+3=13, A=13-3=10
  Искомый элемент:
  (бор)
  

• 15 слайд

  7. Определить период полураспада радиоактивного элемента, если за промежуток времени 1,2 с, число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества
  Закон радиоактивного распада
  Если число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества, то число не распавшихся 25% т.е.
  

• 16 слайд

  8. Используя информацию, приведенную на рисунке, определить чему равна энергия фотона с наибольшей длиной волны, поглощаемого атомом водорода находящимся на втором энергетическом уровне?
  Так как энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, фотону с наибольшей длиной волны будет соответствовать наименьшая энергия. Значит, при поглощении такого фотона атом перейдет на 3 энергетический уровень. Т.е.
  

• 17 слайд

  Согласно второму постулату Бора:
  Ответ: энергия фотона = 1,89 эВ
  

• 18 слайд

  9. Заряд ядра равен 19,2•10-19 Кл. Какому из нейтральных атомов соответствует этот заряд?
  Общий заряд ядра:
  Следовательно, это ядро с порядковым номером 12
  

• 19 слайд

  10.  В результате нескольких        и        распадов радиоактивное ядро         , превращается в элемент            . Сколько  распадов произошло и какие?
  Решение
  При радиоактивных распадах массовое число меняет только распад
  Ответ:
  

• 20 слайд

  11. На рисунке представлен график зависимости количества числа распавшихся атомов для трех радиоактивных элементов от времени. В каком соотношении находятся их периоды полураспадов?
  

• 21 слайд

  Рассмотрим число распавшихся ядер через один промежуток времени:
  t0
  N1
  N3
  N2
  Чем больше распалось ядер за один и тот же промежуток времени, тем меньше период полураспада
  Ответ: T1 < T3 < T2
  

• 22 слайд

  Постулаты специальной теории относительности:
  Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Это предельная скорость передачи взаимодействий в природе
  
  
   Любое физическое явление протекает одинаково во всех инерциальных системах отсчёта
  

• 23 слайд

  Основные формулы специальной теории относительности:
  -релятивистское увеличение массы
  - сокращение линейных размеров
  -растяжение времени (собственное время движущегося объекта меньше промежутка времени в неподвижной системе отсчета)
  

• 24 слайд

  - релятивистский импульс
  - релятивистское правило сложения скоростей
  - связь массы и энергии (полная энергия)
  - энергия покоя
  

• 25 слайд

  Найдем кинетическую энергию:
  

• 26 слайд

  12. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его масса стала в 3 раза больше его массы покоя?
  Релятивистское увеличение массы:
  

• 27 слайд

  Ответ:
  

• 28 слайд

  13. Два электрона движутся в противоположные стороны со скоростями 0,5с и 0,6с соответственно. Чему равна скорость второго электрона в системе отсчета, связанной с первым электроном?
  Согласно релятивистскому правилу сложения скоростей:
  Ответ:
  

• 29 слайд

  14. Время жизни частицы, покоящейся относительно ускорителя равно t. Чему равно время жизни частиц, которые движутся в ускорителе со скоростью 0,6с?
  Формула растяжения времени:
  Ответ:
  

• 30 слайд

  15. Релятивистская масса движущегося протона в 1,5 раза больше его массы покоя. Определите полную и кинетическую энергию этого протона.
  Релятивистское увеличение массы:
  

• 31 слайд

  Тогда кинетическая энергия:
  А полная энергия:
  

• 32 слайд

  Спасибо за внимание!