Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Методические указания и практические задания для учащихся начального профессионального образования всех специальностей при изучении раздела «Строение атома и квантовая физика»
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Методические указания и практические задания для учащихся начального профессионального образования всех специальностей при изучении раздела «Строение атома и квантовая физика»

библиотека
материалов

Агентство по управлению имуществом Пермского края

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Строгановский колледж»











Методические указания и практические задания для учащихся начального профессионального образования всех специальностей при изучении раздела «Строение атома и квантовая физика»















Очер

2012 г.


Методические указания составлены в соответствии с примерной (рабочей) программой по дисциплине Физика по специальностям технического профиля.


Составитель:

Зверева Ольга Владимировна, преподаватель высшей категории ГБОУ СПО «Строгановский колледж»


Редактор:


Рецензенты:


СОДЕРЖАНИЕ


1.Введение


Мотивация учебного пособия: раздел «Строение атома и квантовая физика» изучается на 2 курсе всех специальностей отделения НПО. Как показывает опыт, данный раздел вызывает трудности при изучении отдельных тем, т.к. нет достаточного экспериментального обоснования знаний и умений по темам, входящих в раздел.

Раздел «Строение атома и квантовая физика» состоит из следующих тем: «Световые кванты», «Атомная физика», «Физика атомного ядра и элементарных частиц».

Данная методическая разработка представляет собой учебно-методическое пособие для реализации целей части учебного курса физики на основе рабочей программы. Главная цель – оказание учебной помощи учащимся, обучающимся по образовательной программе, предусматривающий некоторый объем самостоятельной работы по базовому учебнику. Кроме того, учебное пособие предназначено в помощь изучающим физику, требующая применения и освоения значительного по объему учебного материала.

Данное учебно – методическое пособие дает дифференцированный подход к контролю знаний и умений учащихся, все задания разделены на три уровня сложности:

  1. 1 уровень определяется репродуктивной деятельностью учащихся, действующих с опорой на подсказанные ему признаки. При этой деятельности информация, которая усвоена учащимися, должна воспроизводиться в пределах от копирования (по принципу «делай как я») до применения знаний в типичных для учащегося ситуациях. Оценка такого уровня «удовлетворительно».

  2. 2 уровень также определяется репродуктивной деятельностью учащегося, но осуществляться эта деятельность должна без подсказки. В этом случае учащийся должен уметь по памяти, самостоятельно без помощи преподавателя осуществлять деятельность по воспроизведению информации, операций, действий, уметь самостоятельно решать типовые задачи. Находящийся на этом уровне знаний учащийся может без подсказки сформулировать закон, воспроизвести формулу, рассчитать по известному алгоритму величины и их параметры. Оценка такого уровня «хорошо».

  3. 3 уровень определяется продуктивной деятельностью учащихся. Продуктивная деятельность гарантирует появление новой информации, которая рождается либо при использовании известных методов в новых условиях либо на новых учебных элементах. Эта продуктивная деятельность должна выполняться учащимся с достаточной степенью самостоятельности. 3 уровень знаний характеризуется способностью учащихся к творческой деятельности по использованию и применению уже им известного в новых ситуациях, либо конструированию нового способа деятельности на основе имеющихся знаний. Учащийся, усвоивший знания на 3 уровне должен уметь решать нетиповые задачи. Оценка такого уровня «отлично».


2.Программа раздела

Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект. Фотон. Волновые и корпускулярные свойства света. Технические устройства, основанные на использовании фотоэффекта.

Строение атома: планетарная модель и модель Бора. Поглощение и испускание света атомом. Квантование энергии. Принцип действия и использование лазера.


3.Краткие методические указания к изучению раздела

Для успешного овладения материалом и сдачи экзаменов по физике необходимо руководствоваться несколькими правилами.

  1. Следует изучать курс систематически в течении всего учебного года. Попытка изучить физику в сжатые сроки перед экзаменом не даст глубоких, прочных знаний и приведет к неудаче.

  2. Выбрав какое-либо учебное пособие в качестве основного для определенной части курса, придерживайтесь данного пособия при изучении всей части или, по крайней мере, ее целого раздела. Замена одного пособия другим в процессе изучения может привести к утрате логической связи между отдельными вопросами. Но если выбранное пособие не дает полного или ясного ответа на некоторые вопросы программы, необходимо обращаться к другим учебным пособиям.

  3. При чтении учебного пособия составляйте конспект, в котором записывайте законы и формулы, выражающие эти законы, определения физических величин и их единиц, делайте чертежи и решайте типовые задачи. При решении задач следует пользоваться Международной системой единиц (СИ).

  4. Самостоятельную работу над курсом необходимо подвергать систематическому контролю. Для этого после изучения очередного раздела следует ставить вопросы и отвечать на них. При этом надо использовать рабочую программу курса.


4.Методические указания к решению задач.


Решение задач способствует более глубокому пониманию формулировок, определений, законов, развивает у учащихся логическое мышление, навык в применении полученных знаний для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Поэтому приводится список тренировочных задач, работа над которыми закрепит знания и навыки студентов.

Задачи разнообразны, и дать единый рецепт для их решения невозможно. Умение решать задачи приобретается в процессе систематических упражнений. Можно лишь указать условия, соблюдение которых необходимо для успешного решения задач.

При решении задач необходимо:

    1. хорошо вникнуть в условие задачи и установить, какие физические закономерности лежат в ее основе;

    2. записать все данные в задаче величины в одной системе единиц;

    3. если позволяет характер задачи, обязательно сделать чертеж, поясняющий ее сущность;

    4. записать законы и формулы, на которых базируется решение, и дать словесную формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения;

    5. если при решении задачи применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон, то ее следует вывести;

    6. особое внимание следует обращать на векторный характер многих физических величин. Для полного определения таких величин необходимо учитывать не только их числовое значение, но и направление.

    7. Получить решение задачи в общем виде, то есть выразить искомую величину в буквенных обозначениях, заданных в условиях задачи;

    8. Решение задачи следует сопровождать краткими, но исчерпывающим пояснениями;

    9. Подставить числовые данные в полученные для искомых величин формулы, произвести с ними необходимые действия. Проанализировать результат (оценить правдоподобность).

    10. Проводя арифметические расчеты, нужно использовать правила приближенных вычислений, позволяющие экономить время без ущерба для точности.

5.Основные формулы. Световые кванты

Атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями- квантами. Энергия кванта Е прямо пропорциональна частоте излучения. Коэффициент пропорциональности называется постоянной Планка. Фотон – квант света, обладающий массой, импульсом и энергией.

Одним из явлений, подтверждающих квантовую природу света, является внешний фотоэффект, т. е. процесс вырывания электро­нов из вещества под действием света.

Квант света с энергией hv, попадая, например, на металл, может выбить из него электрон. Энергия кванта при этом пойдет на совер­шение так называемой работы выхода А и сообщение электрону кинетической энергии mv2/2.

Это утверждение называется законом фотоэффекта и записы­вается в виде уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

hv = A + mv2/2.

При некотором значении частоты v0 излучения кинетическая энергия электронов может стать равной нулю и тогда

hvo = A,

где v0 граничная или минимальная частота, при которой еще воз­можен фотоэффект; h — постоянная Планка=6,63*10-34 Дж*с.

Соответствующее значение λ называется красной грани­цей фотоэффекта:

λ=hc/A.

С помощью квантовой теории удалось объяснить также такие явления, как давление света и люминесценцию.




















5.1. Примеры решения задач


  1. Определите красноволновую границу фотоэффекта для натрия, если работа выхода электрона из фотокатода А=2,3 Эв.

Дано: Решение:

h=6,63*10-34 Дж*с Запишем уравнение для «красной границы»

с=3*108 м/с фотоэффекта и вычислим из него искомую длину

А=2,3эВ=3,68*10-19 Дж волны hν=Авых или h*с/λ=Авых, откуда

Найти: λкр? λ=hc/Aвых. После подстановки - λ=5,4*10-7 м

  1. Работа выхода электронов из пластины Авых=6,3 эВ. Определить, произойдет ли внешний фотоэффект, если на пластину падает свет с частотой ν1=8*1014 Гц, ν2=3*1016 Гц.

Дано: Решение:

Авых=6,3 Эв=1*10-18 Дж внешний фотоэлектрический эффект

ν1=8*1014 Гц произойдет в том случае, если ν>νкр.

ν2=3*1016 Гц уравнение для красной границы фотоэффекта

найти: hνкрвых (1)

νкр-? Из (1) определяем νкрвых/h.

Вычисления дают νкр=1,5*1015 Гц

При этой частоте фотоэффекта не произойдет.

Во втором случае вычисления покажут, что фотоэффект произойдет.

  1. При облучении фотоэлемента светом с частотой 1,6*1015 Гц фототок прекращается при задерживающем напряжении U=4,1 В. Определить А- работу выхода электрона с поверхности фотокатода, λ- красную границу фотоэффекта.

Дано: Решение:

ν=1,6*1015 Гц Электрон может пролететь через тормозящее

U=4,1В поле, разность потенциалов которого U, если

h=6,63*10-34 Дж*с еU≤m*v2/2 (1), где m*v2/2 –кинетическая энергия

е=1,6*10-19 Кл электронов.

Найти: уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в данном

Авых-? случае имеет вид: е*U=Авых +еU (2),

λкр-? Откуда А=hv-еU (3)

уравнение Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид:

А=hс/λ, откуда λ=hс/А

Вычисления: А=4*10-19 Дж, λ=5*10-7 м.


5.2 Задачи для самостоятельного решения


1 уровня сложности


  1. Длинноволновая (красная) граница фотоэффекта для меди 282 нм. Найти работу выхода электронов из меди.

  2. Найти красную границу для фотоэффекта для калия.

  3. Будет ли иметь место фотоэффект, если на поверхность сереб­ра направить ультрафиолетовые лучи длиной волны 300 нм? Рабо­та выхода электрона из серебра 7,5 • 10 -19 Дж (4,7 эВ).

  4. Работа выхода цинка 5,6 • 10-19 Дж. Возникает ли фотоэффект под действием излучения, имеющего длину волны 350 нм?

  5. Определите работу выхода электрона из металла, если фотоэффект наблюдают при облучении металла светом длиной волны не меньше 400 нм.

  6. Наибольшая длина волны света, при которой может наблю­даться фотоэффект на цинке, равна 370 нм. Определите работу выхода электрона из цинка.

  7. Определите работу выхода электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта равна 500 нм.

  8. Излучение с длиной волны 300 нм падает на вещество, для которого граничная частота равна 4,3 • 1014 с -1 . Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов?

  9. Определите длину волны света, которым освещается поверх­ность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию 4,5 • 10 -20 Дж, а работа выхода электрона из металла 7,6 • 10 -19 Дж.

  10. Каков импульс фотона ультрафиолетового излучения с длиной волны 100 нм?

  11. Каков импульс фотона, энергия которого равна 3 Эв?

  12. Каков импульс фотона, если длина световой волны 5 • 10 -5 см?

  13. Определите энергию кванта, соответствующего длине вол­ны 500 нм.

  14. Каков импульс фотона, если длина соответствующей свето­вой волны равна 500 нм?

  15. Подсчитайте массу фотона видимого света, длина волны ко­торого равна 500 нм.




Задания 2 уровня сложности.


  1. При какой минимальной энергии квантов произойдет фотоэффект на цинковой пластинке?

  2. Возникнет ли фотоэффект в цинке под действием облучения, имеющего длину волны 450 нм?

  3. Излучение с длиной волны 3*10-7 м падает на вещество, для которого красная граница фотоэффекта 4,3 *1014 Гц. Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов?

  4. Какую максимальную кинетическую энергию имеют фотоэлектроны при облучении фотоэлектроны при облучении железа светом с длиной волны 200 нм? Красная граница фотоэффекта для железа 288 нм.

  5. Определите длину волны света, которым освещается поверхность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию 4,5 • 10 -20 Дж, а работа выхода равна 3,3 * 10 -19 Дж.

  6. Определите скорость фотоэлектронов при освещении калия фиолетовым светом с длиной волны 420 нм, если работа выхода электронов с поверхности металла равна 1,92 эВ.

  7. Какой длины волны надо направить свет на поверхность цезия, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была 2 Мм/с?

  8. Определите энергии фотонов, соответствующих наиболее длинным (X = 760 нм) и наиболее коротким (X = 400 нм) волнам видимой части спектра.

  9. Найти частоту и длину волны излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона.

  10. Зная длину волны электромагнитного излучения, найти частоту, энергию фотона, массу фотона, импульс фотона. ( инфракрасное- 10-5; видимое- 5,5*10-7; ультрафиолетовое – 1,1*10-7 ;рентгеновское- 3,1*10-10 ; гамма- 1,2*10-13).















Задания 3 уровня сложности


  1. Фотоэффект у данного металла начинается при частоте света
    6 • 10
    14 Гц. Определите частоту света, если задерживающий потен­циал равен 3 В.

  2. Работа выхода электронов у золота равна 4,59 эВ. Определи­
    те поверхностный скачок потенциала у золота.

  3. Найти абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией фотона 4,4*10-19 Дж имеет длину волны 3*10-7 м.

  4. У металла красная граница фотоэффекта равна 1,47*1015 Гц. Какова частота света, вырывающего с поверхности металла электроны, полностью задерживающиеся напряжением 2,2 В?

  5. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов с поверхности металла равна 8,5*10-19 Дж. Красная граница фотоэффекта 234 нм. Во сколько раз длина волны излучения, вызвавшего фотоэффект, меньше красной границы?

  6. При освещении фотоэлемента светом сначала с длиной волны 600 нм, а затем 400 нм, обнаружили, что запирающий потенциал изменился в 2 раза. Найти запирающий потенциал в первом случае.

  7. Лазер имеет мощность 50 мВт. Найти массу фотонов, испущенных им в течении двух часов работы.

  8. Тренированный глаз, длительно находящийся в темноте, вос­принимает свет с длиной волны 500 нм при мощности не менее
    2,1 • 10 -17 Вт. Сколько фотонов в 1 с попадает в этом случае на сет­чатку глаза?

  9. При какой скорости электроны будут иметь энергию, равную энергии фотонов ультрафиолетового света с длиной волны 200 нм?

  10. К какому виду следует отнести лучи, энергия фотонов которых равна 4140 эВ; 2,07 эВ?

6. Основные формулы. Атомная физика


Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по различным орбитам вращаются электро­ны. При этом выполняются следующие условия:

суммарный заряд всех электронов, входящих в состав атома, равен заряду ядра, т.е. Q = Ее, где е = 1,6 • 10 -19 Кл — заряд элек­трона;

в стационарном состоянии атом не излучает. Движение электро­на вокруг ядра возможно только по определенным орбитам, радиу­сы гп которых удовлетворяют соотношению (первый постулат Бора):

hello_html_4306b1bf.png

где темасса электрона; vn — скорость электрона на n-й орбите; п = 1, 2, 3,... — порядковый номер орбиты; h = 6,62 * 10 -34 Дж • с — постоянная Планка;

испускание (поглощение) света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Энергия фотона рав­на разности энергий стационарных состояний (второй постулат Бора):

hello_html_436ad00c.png

где v — частота излучения; E1, E2значения энергии электрона на соответствующих орбитах.


6.1. Примеры решения задач


  1. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую энергия атома водорода уменьшается на ΔЕ=10,2 Эв. Определить длину волны λ и частоту ν излучаемого кванта. Какой области спектра принадлежит это излучение?


Дано: Решение:

ΔЕ=10,2 Эв=16,3*10-34 Дж по второму постулату Бора:

h=6,63*10 Дж*с hν=Е21 , где ΔЕ= Е21

с=3*108 м/с значит ΔЕ= Е21

Найти: частота света(фотона) связана с его

λ, ν-? скоростью и с длиной волны выражением

ν=с/λ откуда λ=с/ν или λ=сh/ΔЕ.

Вычисления: λ=1,2 *10-7 м, ν=2,5*1015 с-1-ультрафиолетовые лучи.


  1. Определить длину волны и энергию фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй.


Дано: Решение:

n1=3 длина волны излучения определяется по формуле

n2=2 Ридберга 1/λ= R(1/ n22- n21), энергию фотона

R=1,09*107 м-1 находим по формуле Е=hс/λ

H=6,63*10-34 Дж*с вычисления: λ=6,7*10-7 м,

Найти: λ, Е? Е=2,96*10-19 Дж

  1. Определить энергию ионизации атома водорода. Вычислить энергию в джоулях и электрон-вольтах.

Дано: Решение:

H=6,63*10-34 Дж*с Энергия ионизации атома - энергия,

n =1 необходимая для удаления электрона из

R=1,09*107 м-1 атома, находящегося в основном состоянии

Найти: без сообщения электрону кинетической

Е-? энергии: Е=hνмах(1)

Частоту определим по формуле Ридберга

она будет максимальной при n2 -› ∞ , νмах= R/ n2, n=1, νмах= R(2)

подставим (2) в (1) получим Е=h* R,

вычисления: Е=2,18*10-18 Дж, в Эв Е=13,6 Эв.

6.2. Задачи для самостоятельного решения


Задания 1 уровня сложности


  1. Определить энергию Е, испускаемую при переходе электрона в атоме водорода с пятой орбиты на вторую.

  2. При испускании атомом водорода фотона энергия это­го атома изменилась на 3,31 эВ. Найти длину волны испускае­мого света.

  3. Определите длину волны , соответствующую четвер­той спектральной линии в видимой области спектра атома водорода.

  4. Определите скорость а-частиц, энергия которых равна 100 эВ.

  5. Определите энергию, испускаемую при переходе электрона в атоме водорода с третьей орбиты на первую.

  6. При переходе атома водорода из четвертого энергетического состояния во второе излучаются фотоны с энергией 2,55 эВ (зеленая линия водородного спектра). Определить длину волны этой линии спектра.



Задания 2 уровня сложности

  1. Определите длину волны света, испускаемого атомом водорода при его переходе из стационарного состояния с энергией –0,85 эВ(к=4) в состояние с энергией –3,4 эВ(n=2).

  2. Найти наибольшую длину волны в ультрафиолетовом спектре водорода.

  3. Какой длины волны надо направить свет на водород, чтобы ионизировать атомы?

  4. При переходе атомов ртути из первого возбужденного в основное состояние излучаются фотоны с энергией 4,9 эВ. Какую длину волны имеет эта линия спектра?

  5. Определите частоту и период обращения электрона в атоме
    водорода для второй стационарной орбиты.

  6. Атом водорода переведен из нормального состояния в воз­бужденное, характеризуемое главным квантовым числом 2. Опре­делите энергию возбужденного атома.

  7. Насколько изменилась энергия электрона в атоме водорода
    при испускании атомом фотона с длиной волны 2,43 • 10~7 м?

  8. Для ионизации атома азота необходима энергия 14,53 эВ. Найти длину волны излучения, которое вызовет ионизацию.

Задания 3 уровня сложности

  1. Радиус n-й орбиты электрона в атоме водорода равен 2,12 • 10 -10 м. Фотоны какой длины X волны могут вызвать иони­зацию этого атома? (Определите энергию Е ионизации атома во­дорода.).

  2. Какую минимальную скорость должны иметь электроны, чтобы перевести ударом атом водорода из первого энергетического состояния в пятое?

  3. Вычислите радиус первой круговой орбиты электрона атома водорода, если относительная диэлектрическая проницаемость ва­куума равна 1.

  4. Какую минимальную энергию необходимо сообщить атому водорода, находящемуся в нормальном состоянии, чтобы он, погло­тив ее, ионизировался? Энергия атома водорода в нормальном состоянии минус 13,53 эВ.

  5. Наименьший радиус орбиты электрона в атоме водорода, когда он находится в нормальном состоянии, равен 0,528 • 10~10 м. Определите радиус орбиты электрона и его линейную скорость, когда атом водорода находится на третьем энергетическом уровне.

  6. Во сколько раз линейная скорость движения электрона по первой боровской орбите атома водорода (R = 5,29 • 10~п м) боль­ше скорости движения реактивного самолета (v = 1000 км/ч)?


7.Физика атомного ядра и элементарных частиц

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых ну­клонами. Массовое число А равно числу нуклонов в ядре. Оно пред­ставляет собой выраженную в атомных единицах массы (а. е. м.) мас­су атома элемента, округленную до целого числа.

Зарядовое число Z равно числу протонов в ядре, оно совпадает с порядковым номером элемента в таблице элементов Менделеева. Это заряд ядра, выраженный в единицах элементарного заряда е (за­ряда электрона).

Число нейтронов в ядреhello_html_524c052b.png

Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количе­ство нейтронов в ядре. Такие атомы называют изотопами данного элемента. Например, у атома кислорода имеются три изотопа: 16 О, 17О, 18О (сверху — массовое, снизу — зарядовое число).

Масса ядра Мя меньше массы нейтрального атома МЛ на массу электронов, входящих в состав электронной оболочки атома:

hello_html_7e42d745.png

Дефектом массы ядра Am называют разность между суммой масс протонов тр и нейтронов тп, составляющих ядро атома, и массой ядра Мя:

hello_html_3fd9080a.png

В таблицах масс изотопов указывают не массы ядер, а массы ней­тральных атомов. Поэтому формулу целесообразно преобра­зовать к виду

или

hello_html_3e1e61fc.png

Учитывая, что тр+ те = тпнмасса изотопа водорода Н), получим

hello_html_m301c58da.png

Энергия связи ядра АЕСВ определяется работой, которую нужно совершить для разделения ядра на составляющие его протоны и нейтроны:

hello_html_12a6d5fd.pngгде Am — дефект массы ядра, кг; с — скорость света в вакууме.

Энергия в данном случае выражена в джоулях. Можно показать, что энергия, поглощающаяся или выделяющаяся при изменении массы на 1 а.е.м., составляет 931 МэВ. Поэтому для случая, когда дефект массы выражен в атомных единицах массы, соотношение (154) можно записать в виде

hello_html_4eb81301.png

Энергия связи в этом случае выражена в мегаэлектронвольтах: 1 МэВ = 1,6 • 10-13 Дж. Изменение энергии при ядерной реакции определяется соотно­шением

hello_html_662b64e3.png

гдеhello_html_3ec9f97a.png— суммы масс частиц до и после реакции.

Еслиhello_html_246f7f3a.png, то энергия выделяется. Если то энергия поглощается.hello_html_243a483.png

При радиоактивном распаде число радиоактивных (нераспавшихся) атомов убывает со временем по закону

hello_html_m3b38b029.pngгде Noчисло радиоактивных атомов в начальный момент вре­мени t = 0; tвремя распада.

Иногда закон радиоактивного распада записывают в таком виде:

hello_html_m1a5473ff.pngгде Т — период полураспада радиоактивного изотопа.

Период полураспада и постоянная радиоактивного распада свя­заны соотношением

или

hello_html_3a0b9e19.png

В результате радиоактивного распада в исходном элементе с те­чением времени число нераспавшихся ядер уменьшается, но растет число ядер продуктов распада. Число ядер AN, распавшихся за вре­мя At, пропорционально числу No нераспавшихся в начальный мо­мент времени ядер и интервалу времени:

hello_html_167631c1.png


7.1. Примеры решения задач

  1. Период полураспада радиоактивного аргона (Ar4118) равен 110 мин. Определить время, в течении которого распадается 75 % начального количества атомов.

Дано: Решение:

Т1/2=110 мин число распавшихся радиоактивных атомов

ΔN=0,75N0 в течении времени равно Δ N=N0- N=N0(1- еt),

Найти: t-? по условию задачи ΔN=0,75N0. Подставим это значение

ΔN в полученную формулу и сократим N0: 0,75=1-еt,

или еt=0,25. Логарифмируя последнее выражение, получим

t=(ln1/0,25)/λ . подставив значение λ=ln2/Т1/2.

Вычисления: t=(ln4/ln2)*Т1/2, t=220 мин.

  1. Радиоактивное ядро, состоящее из 92 протонов и 146 нейтронов, выбросило α частицу. Определить, какое ядро образовалось в результате α распада.

Дано: Решение:

Z=92 зарядовое число ядра равно числу

N=146 протонов и совпадает с порядковым номером

α= 4 2He элемента в периодической таблице. Протоны и нейтроны

Найти: называются нуклонами. Общее число нуклонов – А,

Z, A, z AX? А= Z+ N=238- это ядро изотопа урана 238 92 U.

Превращение атомных ядер происходят по схеме:

238 92U-› 42 Не+ 238-492-2 Х.

Ответ: Z =90, А=234, элемент торий

  1. При термоядерной реакции синтеза образуется ядра гелия Не из изотопов водорода- дейтерия (2,1) и трития(3,1) и освобождается энергия ΔЕ=17,6 Эв. Определить энергию, которая выделится при синтезе 1 г гелия.

Дано: Решение:

ΔЕ=17,6 Эв=2,8*10-12 Дж Энергия, выделяемая при синтезе гелия

М=4*10-3 кг/моль массой равна произведению ΔЕ* N

M=0,001 кг число атомов в данной массе N=m/M*Na,

Найти: подставив получим E=m/M*Na*Δ E

Е-?вычисления: Е=4,2*10-11 Дж


7.2. Задачи для самостоятельного решения

Задания 1 уровня сложности

  1. В результате какого радиоактивного распада плутоний (239,94) превращается в уран (235,92)?

  2. Написать реакции альфа-распада урана (238,92) и вета-распада свинца (209,82).

  3. каков состав ядер натрия(23,11), фтора(19,9), серебра(107,47), кюрия(247,96), менделевия(257,101).

  4. Каков состав изотопов неона (20,10), неон(21,10), неон(22,10).

  5. Найти энергию связи ядра Е и удельную энергию связи для водорода(2,1), литий(6,3),углерод(12,6), кислород (16,8), алюминий(27,13).

  6. Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке алюминия (27,13) альфа- частицами и сопровождающуюся выбиванием протона.

  7. при бомбардировке изотопа бора (10,5) нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается альфа- частица. Написать реакцию.

  8. При облучении изотопа азота (15,7) протонами образуется углерод и альфа- частица. Найти энергетический выход данной реакции.

  9. Каково строение ядра (Z, N) изотопа углерода С (12,6)?

  10. В ядро азота ударяет а-частица и остается в нем, выбивая из ядра протон. Запишите уравнение ядерной реакции.

Задания 2 уровня сложности


  1. Через какое время распадется 60 % радиоактивного полония, если его период полураспада 138 сут?

  2. Имеется 4 г радиоактивного кобальта. Сколько граммов ко­бальта распадается за 216 сут, если его период полураспада 72 сут?

  3. Напишите реакцию превращения нейтрона в протон.

  4. Напишите реакцию синтеза легких ядер дейтерия. Какие ча­стицы получатся в результате этой реакции?

  5. При делении одного ядра изотопа U-235 освобождается 200 МэВ энергии. Определите энергию, которая выделится при де­лении 10 кг урана.

  6. Изотоп получен из урана (238,92) после двух альфа – распадов и двух бета- распадов. Найти разность между массовым и зарядовым числом полученного изотопа.

  7. Напишите реакцию распада свободного нейтрона и назовите элементарные частицы, на которые он распадается.

  8. Напишите ядерную реакцию синтеза легких ядер дейтерия и трития в ядро гелия и определите энергетический выход этой реакции.

  9. Какое ядро образуется после двух последовательных альфа- распадов из ядра радия (224,88).

  10. Период полураспада радиоактивного цезия составляет 27 лет. Определить массу цезия через 54 года, если изначально его было 20 кг.

Задания 3 уровня сложности


  1. Определите возраст древних деревянных предметов, если из­вестно, что количество нераспавшихся атомов радиоактивного уг­лерода в них составляет 80 % количества атомов этого углерода в свежесрубленном дереве. Период полураспада углерода 5570 лет.

  2. Во сколько раз энергия, выделяемая при ядерном делении 1 кг урана, больше количества теплоты, полученной при сгорании цистерны нефти (50 т нефти)? Считать, что при делении одного атома урана выделяется примерно 200 МэВ энергии.

  3. Какая энергия выделяется при образовании ядра атома гелия из двух протонов и двух нейтронов? Какая энергия выделяется при образовании 1 г гелия? Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при образовании 1 г гелия.

  4. При столкновении электрона и позитрона образуются два фотона. Определите энергию каждого фотона. Кинетические энергии обеих частиц до столкновения считать малыми.

  5. Какая энергия выделяется при образовании ядра атома гелия из двух протонов и двух нейтронов? Какая энергия выделяется при образовании 1 г гелия? Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при образовании 1 г гелия?

  6. Ядро урана (235) при делении освобождает энергию 299 МэВ. При взрыве урановой бомбы успевает прореагировать 1,5 кг урана. Какова масса эквивалентной тротиловой бомбы, если теплотворная способность тротила 4,1 МДж/кг?

  7. Масса радиоактивного серебра уменьшилась в 8 раз за 810 сут. Определите период полураспада радиоактивного серебра.

  8. Два радиоактивных элемента имеют периоды полураспада 10 -3 с (радий) и 28 лет (стронций). Какой из них дает более интенсивное излучение?

  9. Определите энергию, которая выделится при аннигиляции
    электрона и позитрона, если масса покоя электрона равна 9,1 х10 -31 кг.

  10. При реакции деления U-235 распалась некоторая масса урана и выделилась энергия 2,56 • 1028 МэВ. Определите массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.




8.Литература


  1. Физика/Омельченко В.П., Антоненко Г.В.-М.,2009.

  2. Физика 11/ Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.-М.,2008.

  3. Задачник 9-11 кл/ Рымкевич А.П.-М.,2007.

  4. Сборник задач и вопросов по физике / Самойленко П.И., Сергеев А.В.-М.,-2008.

  5. Задания по физике 7-11/ Кабардин О.Ф., Кабардина С.И.-М., 2008.

  6. Задачи по физике: уч. Пособие/ В.Ф. Дмитриева.-М. «Академия», 2009.

  7. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: учебник для НПО/А.В. Фирсов.-М.: «Академия»,2010.

22



Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 25 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Краткое описание документа:

Раздел «Строение атома и квантовая физика» изучается на 2 курсе всех специальностей отделения НПО. Как показывает опыт, данный раздел вызывает трудности при изучении отдельных тем, т.к. нет достаточного экспериментального обоснования знаний и умений по темам, входящих в раздел. Раздел «Строение атома и квантовая физика» состоит из следующих тем: «Световые кванты», «Атомная физика», «Физика атомного ядра и элементарных частиц». Данная методическая разработка представляет собой учебно-методическое пособие для реализации целей части учебного курса физики на основе рабочей программы. Главная цель – оказание учебной помощи учащимся, обучающимся по образовательной программе, предусматривающий некоторый объем самостоятельной работы по базовому учебнику. Кроме того, учебное пособие предназначено в помощь изучающим физику, требующая применения и освоения значительного по объему учебного материала.

Общая информация

Номер материала: 5367021450

Похожие материалы