Презентация "Физика атомного ядра. Подготовка к ЕГЭ"

Физика атомного ядра

Подготовка к ЕГЭ

Учитель: Горшкова Л.А. МБОУ СОШ № 44 г. Сургут

Цель:

повторение основных понятий, законов и формул «Физика атомного ядра» в соответствии с кодификатором ЕГЭ

Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ 2018

• 1. Радиоактивность. Альфа-распад. Бетта- распад. (электронный, позитронный). Гамма- излучение.
• 2. Закон радиоактивного распада
• 3. Нуклонная модель ядра Гейзенберга–Иваненко. Заряд ядра. Массовое число ядра. Изотопы.
• 4. Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Дефект массы ядра.
• 5. Ядерные реакции. Деление и синтез ядер.

Физика атомного ядра. Основные понятия

• 1. Радиоактивность. Альфа-распад. Бетта-распад (электронный, позитронный). Гамма- излучение.

• Радиоактивность  – способность ядер некоторых атомов самопроизвольно превращаться в другие ядра, при этом испуская частицы.

Физика атомного ядра. Основные понятия

• Альфа-распад — это самопроизвольное испускание атомным ядром α-частицы.
•  

Физика атомного ядра. Основные понятия

• Бета-распад  (или бета-минус распад, или электронный бета распад) — это самопроизвольное испускание атомным ядром β-частицы (электрона). Внутри ядер электроны существовать не могут. Но в результате бета-распада нейтрон превращается в протон, электрон и частицу антинейтрино. Электрон и антинейтрино вылетают из ядра, а протон остается .

Физика атомного ядра. Основные понятия

• Гамма-излучение  - это излучение, при котором излучается электромагнитная волна.

Физика атомного ядра. Основные понятия

• 2.Закон радиоактивного распада :

— начальное число радиоактивных ядре при t=0;

T— период полураспада;

t— время распада;

N -число нераспавшихся радиоактивных ядер;

N 0 – N – число распавшихся радиоактивных ядер;

– часть нераспавшихся радиоактивных ядер;

– часть распавшихся радиоактивных ядер.

Физика атомного ядра. Основные понятия

• 3. Нуклонная модель ядра Гейзенберга–Иваненко. Заряд ядра. Массовое число ядра. Изотопы.

• Иваненко и, независимо, Гейзенберг выдвинули гипотезу о протон-нейтронной структуре ядра. В дальнейшем, с развитием ядерной физики и её приложений, эта гипотеза была полностью подтверждена. По этой теории все ядра состоят из двух видов частиц — протонов и нейтронов.
•   Протоны и нейтроны называются нуклонами.
• Любой химический элемент периодической таблицы Д.И. Менделеева можно представить формулой:
• A А
• Z
• A – массовое число, равно сумме протонов и нейтронов, равно количеству нуклонов;
• Z – зарядовое число, число протонов, соответствует порядковому (атомному) номеру элемента.

• В ядрах одного и того же химического элемента число нейтронов может быть различным, а число протонов всегда одно и то же. Такие ядра называются изотопами.

Физика атомного ядра. Основные понятия

• 4. Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Дефект массы ядра.  
• Силы, которые скрепляют отдельные протоны и нейтроны в ядре называются ядерными.
• Экспериментально доказано, что ядерные силы между двумя протонами, двумя нейтронами и протоном и нейтроном практически одинаковы.
• Минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра. 
• При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов.
• Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи.
• Дефектом массы называют разность суммарной массы отдельных частиц, входящих в состав атома (ядра), и полной массы атома (ядра).  
• ΔM= Zm p + Nm n - M яд
• Z – количество протонов;
• N – количество нейтронов;
• Мяд – масса ядра.
• Энергию связи любого ядра можно определить с помощью формулы Эйнштейна: Е св = ΔM с 2

Физика атомного ядра. Основные понятия

• 5. Ядерные реакции. Деление и синтез ядер.
• Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.
• Ядерная реакция деления  — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном, альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. 
• Ядерная реакция синтеза  — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра.

На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Укажите число электронов в атоме бора В.

Решение. Количество электронов в атоме равно числу протонов. Порядковый номер вещества в таблице Менделеева указывает заряд ядра атома или, что тоже самое, число протонов. Таким образом, в атоме бора 5 электронов. Ответ: 5

Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре            ?

Решение.

В соответствии с обозначением изотопов

в ядре             27 протонов и 60 − 27 = 33 нейтрона.

Ответ: 2733.

Число протонов

Число нейтронов

В результате нескольких α- и β-распадов ядро урана U превращается в ядро свинца P b. Определите количество α-распадов и количество β-распадов в этой реакции.

В результате серии радиоактивных распадов ядро тория превращается в ядро радия . На сколько отличается количество протонов и нейтронов в этих ядрах тория и радия?

Разность числа протонов-? Разность числа нейтронов-?

Решение.

Число протонов в ядре называется зарядовым числом, оно записывается перед обозначением элемента внизу. Число нуклонов в ядре (нейтроны + протоны) определяет массовое число, его записывают перед обозначением элемента сверху.

Таким образом, ядра тория и радия отличаются на 90 − 88 = 2 протона и (234 − 90) − (226 − 88) = 144 − 138 = 6 нейтронов.

Ответ: 26.

Ядро испустило протон, а затем захватило электрон. Сколько протонов и сколько нейтронов входит в состав ядра, которое образовалось в результате этих реакций?

Число протонов-? Число нейтронов-?

В ответе запишите число протонов и нейтронов слитно без пробела.

Решение .

В результате такой реакции заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число уменьшается 1. У заряд ядра равен 12, а массовое число — 21.

В результате захвата электрона и испускания протона образуется ядро в котором содержится 10 протонов и 10 нейтронов.

Ответ: 1010 .

В результате серии радиоактивных распадов ядро урана превращается в ядро свинца .Какое количество α- и β-распадов оно испытывает при этом?

Решение.

При альфа-распаде из ядра вылетает ядро гелия с массой 4 и зарядом 2, в результате чего заряд ядра уменьшается на два, а массовое число на четыре единицы. При бета-распаде из нейтрон в ядре распадается на электрон и протон, в результате чего заряд ядра атома увеличивается на единицу, при этом масса ядра не изменяется.

При превращении ядра урана в ядро свинца масса уменьшается на 238 − 206 = 32 а.е.м. Значит, происходит 32 : 4 = 8 альфа-распадов.

За эти 8 альфа-распадов заряд ядра уменьшается на 2 · 8 = 16, а поскольку при превращении ядра урана в ядро свинца масса заряд уменьшается только на 92 − 82 = 10 зарядов электрона, значит, происходит 16 − 10 = 6 бета-распадов.

Ответ: 86.

В образце, содержащем большое количество атомов стронция через 28 лет останется половина начального количества атомов. Каков период полураспада ядер атомов стронция? (Ответ дать в годах.)

Решение.

Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Поскольку в образце, содержащем большое количество атомов стронция через 28 лет останется половина начального количества атомов, заключаем, что период полураспада ядер атомов стронция составляет 28 лет.

Ответ: 28.

Период полураспада ядер радиоактивного изотопа висмута 19 мин. Через какое время распадется 75% ядер висмута в исследуемом образце? (Ответ дать в минутах.)

Решение.

Согласно закону радиоактивного распада, по истечении времени t от первоначального количества радиоактивных атомов останется примерно .Таким образом, 75% ядер висмута распадётся (то есть 25% останется) через время

Ответ: 38.

Период полураспада изотопа натрия Na равен 2,6 года. Если изначально было 104 г этого изотопа, то сколько примерно его будет через 5,2 года? (Ответ дать в граммах.)

Решение.

Согласно закону радиоактивного распада, по истечении времени от первоначальной массы радиоактивного изотопа останется примерно

Ответ: 26.

На рисунке приведён график изменения числа ядер находящегося в пробирке радиоактивного изотопа с течением времени. Каков период полураспада этого изотопа? (Ответ дать в месяцах.)

Решение.

Период полураспада — время, за которое число ядер данного изотопа уменьшается в два раза. Из графика видно, что период полураспада ядер радиоактивного изотопа равен 2 месяца.

Ответ: 2.

Дан график зависимости числа нераспавшихся ядер эрбия

от времени. Чему равен период полураспада (в часах) этого изотопа эрбия?

Решение.

Из графика видно, что за первые 50 ч число нераспавшихся ядер эрбия уменьшилось вдвое с до За следующие 50 ч число нераспавшихся ядер также уменьшилось вдвое с до Период полураспада равен 50 ч.

Ответ: 50.

Как изменяются при -распаде ядра следующие три его характеристики: число протонов, число нейтронов, заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Решение.

В ходе -распада выполняется закон сохранения зарядового и массового чисел. Ядро испускает -частицу, то есть ядро атома гелия а значит, ядро теряет два протона и два нейтрона. Таким образом, число протонов и число нейтронов при -

распаде уменьшается. Заряд ядра определяется количеством протонов в нем, следовательно, заряд ядра также уменьшается.

Ответ: 222.

  Число протонов 

  Число нейтронов 

  Заряд ядра 

Источники информации

• 1.ФИПИ: открытый банк заданий
• 2.ЕГЭ-2018 Физика Демидова М. Ю. типовые экзаменационные варианты: 30 вариантов ФИПИ
• 3.ЕГЭ-2018 Е. В. Лукашева, Н. И. Чистякова Типовые тестовые задания от разработчиков ЕГЭ
• 4.Решу ЕГЭ