ВАРИАНТ I
Энергия связи ядра
Как вам известно, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительные заряды. Однако ядра являются устойчивыми образованиями, хотя одноименные заряды отталкиваются друг от друга. Какие же силы удерживают ядра о распада? Ядра не распадаются благодаря действию ядерных сил. Они действуют только на расстояниях порядка 10-15 м и в пределах ядра приблизительно в 100 раз больше кулоновских. Для разделения ядра на отдельные нуклоны нужно совершить работу против таких сил. Энергия, равная этой работе, называется энергией связи. Как же практически определить ее значение?
В этом помог выясненный с помощью масс-спектрографа интересный факт. Оказалось, что масса отдельных нуклонов больше, чем масса образованного ими ядра. Например, масса ядра атома составляет 14,003 а.е.м., а масса отдельно взятых нуклонов, входящих в его состав – 14,115 а.е.м., то есть возникал так называемый дефект массы в 0,112 а.е.м. Этот факт объяснила созданная в 1905 г. теория Эйнштейна. В ней утверждается, что масса и энергия любого тела взаимосвязаны. Уменьшение масс нуклонов означает потерю ими части своей энергии, которая при образовании ядра переходит в энергию связи его нуклонов. Энергия связи ядер определяется по формуле
где 
- разность
масс отдельных нуклонов и ядра, с – скорость
света в вакууме.
Согласно этой формуле энергия связи рассмотренного ядра азота равна
0,112 * 1,7 * 10-27 кг * 10 18 м2/с2 = 1,7 * 10 – 9 Дж.
1. Почему энергия свободных нуклонов больше их энергии в ядре?
а) они находятся на одной бесконечности
б) они связаны в ядре
в) они не движутся в ядре
г) они непрерывно излучают энергию
2. По какой формуле можно рассчитать дефект масс?
1) * с2
2) 
Е/с2
3) Е/с
4) Е/t
3. Если дефект масс для некоторого ядра равен 0,500 а.е.м., то чему равна энергия связи его ядра?
а) 7,47 * 10-11 Дж
б) 5,47 * 10-11 Дж
в) 6,47 * 10-11 Дж
г) 4,47 * 10-11 Дж
4. Проведите энергетический расчет ядерной реакции и выясните, выделяется или поглощается энергия в этой реакции:
| 7 | Li + | 4 | He —> | 10 | B + | 1 | n |
| 3 | 2 | 5 | 0 |
5. Напишите недостающие обозначения в данной ядерной реакции:
| ? + | 1 | H a | 22 | Na + | 4 | Ne |
| 1 | 11 | 2 |
ВАРИАНТ II
Регистрация заряженных частиц
Распространенным прибором для регистрации заряженных частиц является газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. Газоразрядный счетчик представляет собой металлический цилиндр. По оси которого натянута тонкая проволока, изолированная от цилиндра. Цилиндр заполняется специальной смесью газов (например, аргон + поры спирта), давление которых 1000-1500 мм рт. ст. Счетчик включается в цепь: цилиндр соединяется с отрицательным полюсом источника тока, а нить с положительным; на них подается напряжение порядка 1000 В.
Попадание в счетчик быстрой заряженной частицы вызывает ионизацию газа. При этом образуется свободный электрон. Он движется к положительно заряженной нити, и в области сильного поля вблизи нити ионизирует атомы газа. Продукты ионизации и электроны ускоряются полем и в свою очередь ионизируют газ, образуя новые свободные электроны, которые участвуют в дальнейшей ионизации атомов газа.
Число ионизированных атомов лавинообразно возрастает и в газе счетчика вспыхивает электрический разряд. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный импульс электрического тока. Отрицательно заряженные электроны собираются вблизи нити. А более массивные положительно заряженные ионы медленно движутся к стенкам цилиндра. Электроны уменьшают положительный заряд нити, а положительные ионы отрицательный заряд цилиндра, соответственно. Электрическое поле внутри цилиндра ослабевает. Через промежуток времени порядка микросекунды поле ослабляется настолько, что электроны не будут иметь скорости, необходимой для ионизации. Ионизация прекращается, и разряд обрывается.
За счет притока зарядов из источника тока счетчик снова будет готов к работе через 100-2000 мкс после вспышки. Таким образом, в счетчике возникают кратковременные разряды, которые могут быть подсчитаны специальным устройством. По их числу можно оценить число частиц, попадающих в счетчик.
1. При каком условии происходит ионизации газа в газоразрядном счетчике?
А. При попадании в него заряженной частицы
Б. При попадании электрического поля, ускоряющего движения частицы
Правильным является ответ
- только А
- только Б
- и А, и Б
- ни А, ни Б
2. Какие частицы вызывают ионизацию газа?
А. Электроны
Б. Положительно заряженные ионы
Правильным является ответ
- только А
- только Б
- и А, и Б
- на А. ни Б
3. Что происходит при попадании в счетчик быстрой заряженной частицы? Ответ поясните.
4. Определите энергетический выход ядерной реакции,
| 2 | H + | 2 | H —> | 3 | He + | 1 | n |
| 1 | 1 | 2 | 0 |
если энергия связи ядра изотопа гелия 7,7 МэВ, ядра дейтерия 2,2 МэВ.
5. Определите дефект масс ядра дейтерия в атомных единицах массы.
| 2 | H |
| 1 |
ВАРИАНТ III
Атомное ядро
Атом состоит из атомного ядра и вращающихся вокруг него электронов. В 1032 г. было установлено, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон – положительно заряженная частица с массой в 1836 раз большей, чем масса электрона. Электрический заряд протона совпадает по модулю с зарядом электрона qp = 1.6 х 10-19Кл. Ядра разных атомов содержит разное число протонов. Так в ядре атома водорода один протон, а в ядре атома кислорода их восемь, в ядре урана 92 протона. Число протонов в ядре совпадает с порядковым номером соответствующего элемента в таблице Менделеева. Число протонов в ядре обозначают буквой Z. Столько же и электронов в атоме. В периодической таблице для каждого элемента указано, кроме порядкового номера, еще одно число, которое, будучи округленным до целого числа, показывает общее число частиц (протонов и нейтронов) в атомном ядре. Оно обозначается буквой А и называется массовым числом.
Нейтрон – нейтральная частица с массой, которая в 1839 раз превышает массу электрона. Заряд нейтрона равен нулю. Число нейтронов обозначают буквой N.
N = A – Z
Чтобы найти число нейтронов в ядре, надо из массового числа ядра вычесть число протонов в нем.
1. В ядре атома бора 5 протонов и 6 нейтронов. Во сколько раз масса протонов и нейтронов, из которых состоит это ядро, превышает массу электронов в этом атоме?
- в 1836
- в 1839
- в 4047
- в 4039
2. По данным таблицы Менделеева германий имеет порядковый номер 32 и массовое число 73. Сколько протонов и нейтронов в ядре германия?
- Z = 41; N = 32
- Z = 32; N = 73
- Z = 73; N = 32
- Z = 32; N = 41
3. Масса электрона 9,1 х 10-31 кг. Чему равна масса частиц, из которых состоит ядро урана, имеющего массовое число 238?
А) 3,976 х 10-25 кг
Б) 3,989 х 10-25 кг
В) 3,980 х 10-25 кг
Г) 4,011 х 10-25 кг
4. Определите дефект масс
| 10 | В |
| 5 |
| 7 | Li |
| 3 |
5. Вычислите энергию, необходимую для расщепления ядра лития на нейтроны и протоны.
Ответы
| № 1 | № 2 | № 3 | № 4 | № 5 | |
| 1 вариант | 2 | 2 | 1 | поглощается | магний - 25 |
| 2 вариант | 3 | 1 | ионизация газа в цилиндре счетчика; влетающие в счетчик заряженные частицы имеют большую скорость и большую энергию, которой достаточно чтобы, столкнувшись с молекулами газа выбить свободные электроны |
3,3 МэВ | 0,0019 а.е.м. |
| 3 вариант | 3 | 4 | 3 | 0,0695 а.е.м. | 6,2*10-12Дж |