Практическое занятие

На случаи наталкиваются именно тс ученые, которые делают все, чтобы на них натолкнуться.

К. Тимирязев

План семинара

  • 1. Характеристика элементарных частиц и их классификация.
  • 2. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Принцип дополнительности.
  • 3. Элементы квантовой механики. Принцип неопределенности.
  • 4. Планетарная модель атома. Электронная оболочка атома.

Методические советы и упражнения Основные понятия

Адроны (грен, «абгов» — сильный, крупный, массивный) — общее название элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. К ним относятс мезоны и барионы.

Антивещество — вещество, образованное из античастиц.

Античастица (греч. «anti» + частица) — элементарная частица, масса и спин которой точно равны массе и спину данной частицы, а электрический заряд, магнитный момент и другие соответствующие характеристики равны но величине, но противоположны но знаку. Например, позитрон является античастицей электрона, антипротон — протона, антинейтрон — нейтрона.

Атом (греч. «atomos» — неделимый) — мельчайшая частица химического элемента, носитель его свойств.

Атомный номер — номер химического элемента в таблице Менделеева.

Вакуум — наинизшее энергетическое состояние поля, при котором число квантов равно нулю, но происходит взаимопревращение виртуальных частиц.

Валентность (лат. «valentia» — сила) — способность атома к образованию химических связей, определяемая количеством электронов во внешней орбите атома.

Виртуальная частица (лат. «virtualis» — возможный) — элементарная частица в промежуточных (ненаблюдаемых) состояниях, существованием которой в квантовой механике объясняют взаимодействия и превращения частиц.

Гравитон — гипотетическая частица гравитационного поля, движущаяся со скоростью света и не имеющая массы покоя (введена для объяснения гравитационного взаимодействия).

Дискретный (лат. «discrctus» — раздельный, прерывистый) — прерывный, состоящий из отдельных частей.

Квант — неделимая порция какой-либо величины (энергии и т.п.).

Корпускулярно-волновой дуализм — двойственная природа мельчайших частиц вещества, состоящая в наличии у них не только корпускулярных, но и волновы свойств.

Лептоны (греч. «leptos» — легкий) — элементарные частицы, обладающие слабым взаимодействием.

Мезоны — сильно взаимодействующие частицы, не несущие так называемого барионного заряда.

Барионы — объединяют в себе нуклоны (р, гг), нестабильные частицы с массой, большей массы нуклонов, обладающие сильным взаимодействием.

Стохастический — случайный.

Странные частицы К-мезоны и гипероны, результат сильных взаимодействий.

Фотон — элементарный квант света.

Задачи и упражнения

1. Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, есл электрон находится на третьей орбите?

Ответ: 3 кванта: при переходе с третьей орбиты на вторую, со второй на первую и с третьей па первую орбиту.

2. Электрон в атоме водорода перешел с четвертого энергетического уровн на второй. Как при этом изменилась энергия атома? Почему?

Ответ: Энергия системы «электрон-ядро» уменьшилась.

3. Чем отличается атом, находящийся в стационарном состоянии, от атома в возбужденном состоянии?

Ответ: Отличается расположением электронов в оболочке атома: в нсвозбуж-денном атоме электроны находятся на наименьшем расстоянии от ядра; их уровни энергии являются минимальными.

4. Как изменилась энергия атома водорода, если электрон в атоме перешел с перво орбиты на третью, а йотом обратно?

Ответ: Изменение энергии равно нулю.

5. На какие стационарные орбиты переходят электроны в атоме водорода пр испускании видимых лучей? ультрафиолетовых лучей?

Ответ: При испускании видимых лучей электрон в атоме водорода переходит с третьей и более удаленных орбит па вторую. При испускании ультрафиолетовы лучей электрон в атоме водорода переходит с любой орбиты па первую.

  • 6. а. Ядро тория 90ТЬ превратилось в ядро радия 88Ка. Какую частицу выбросило ядро тория? Напишите реакцию.
  • 6. Пользуясь законом взаимосвязи массы и энергии, вычислить энергию связи между нуклонами в ядре гелия: т = 1,00728 а.с.м., т = 4,00260 а.с.м., Мя =В = 1,00728 а.с.м.

7. а. При бомбардировке нейтронами атома азота N испускается протон. В ядр какого изотопа превращается ядро азота? Напишите реакцию.

б. Вычислить энергию связи ядра лития ®1д: тр = 1,00728 а.е.м., тр= 1,00866 а.е.м., Мя = 6,01513 а.е.м.

8. а. Ядро какого элемента получается при взаимодействии нейтрона с протоно (сопровождающемся выделением у-кванта)?

б. Вычислить энергию связи ядра урана 2Ц и: тр= 1,00728 а.е.м., тр= 1,00866 а.е.м., Мя = 238,03 а.е.м.

9. а. При взаимодействии атома дейтерия с ядром бериллия Ве испускаетс нейтрон. Написать ядерную реакцию.

б. Вычислить энергию связи ядра алюминия 2'А1: тр = 1,00728 а.е.м., тр = = 1,00866 а.е.м., Мя = 2,01410 а.е.м.

10. а. Дописать реакцию: ‘“В+ ”А1 + ‘и н^а + ^а ->?+В .

б. Вычислить энергию связи ядра дейтерия №тр = 1,00728 а.е.м., т„ = = 1,00866 а.е.м., Мя = 2,01410 а.е.м.

11. а. При бомбардировке нейтронами атома алюминия ^А1 испускаетс а-частица. В ядро какого изотопа превращается ядро алюминия?

б. Вычислить дефект массы ядра кислорода р= ,00728 а.с.м., т„=1,00866 а.с.м., Мя = 16,99913 а.е.м.В

12. Наибольшая длина волны спектральной водородной линии серии Бальмер равна 656,3 нм. Определите но этой длине волны наибольшую длину волны в сери Лаймана.

Решение: Частота излучения атома водорода

В серии Бальмера п = 2, в серии Лаймана п = 1. Наибольшая длина волны в каждой серии соответствует т = п+ 1.

Для наибольшей длины волны в сериях Бальмера и Лаймана можно записать

Разделив первое уравнение на второе, получим

13. Какая энергия выделится при образовании 1 г гелия 2 Не из протонов и нейтронов.

Решение: Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов.

Масса ядра атома гелия М|1е = 4,00337 а.е.м.

Масса покоя нейтрона тп= 1,00894 а.е.м.

Масса покоя протона тр = 1,00758 а.е.м.

При образовании атома гелия дефект массы

Ат = 2р + т„) - А/Не = 0,02923 а.е.м.

1 а.е.м. = 1,66053 -10 27 кг.

Энергия, выделяющаяся при образовании одного атома гелия = 27,126 МэВ.

В 1 г гелия содержится атомов:

Следовательно, при образовании 1 г гелия выделится энергия ?= Д? • Лг. Вычисляя, получим: Е = 40,797-1023 М = 65,275 • 1010 Дж.

Задачи для самостоятельного решения

  • 1. Почему нейтроны являются лучшими «снарядами» для разрушения ядра атома чем другие частицы?
  • 2. Почему хранение природного урана не связано с опасностью взрыва?
  • 3. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?
  • 4. Назовите известные вам элементарные частицы, входящие в состав ядра и опишите их свойства.
  • 5. Какой изотоп образуется из радиоактивного ^ТЬ в результате четырех а-и двух [1-распадов?

Тестовые задания

  • 1. Что характеризует соотношение Луи де Бройля?
  • а) все свойства микрочастиц;
  • б) корпускулярные свойства микрочастиц;
  • в) закон сохранения энергии в микромире;
  • г) волновые свойства микрочастиц;
  • д) взаимопревращения микрочастиц.
  • 2. В чем состоит концепция неопределенности?
  • а) в неопределенности волновых свойств частиц;
  • б) неопределенности корпускулярных свойств микрочастиц;
  • в) неопределенности положения микрочастиц;
  • г) неопределенности одновременного нахождения точной координаты и импульс микрочастиц;
  • д) неопределенности нахождения импульса микрочастицы.
  • 3. Что характеризует принцип дополнительности?
  • а) корпускулярные свойства микрочастиц;
  • б) дополняет свойства микрочастиц при движении их с большой скоростью;
  • в) волновые свойства микрочастиц;
  • г) двойственную природу микрочастиц;
  • д) наличие дополнительных свойств у микрочастиц.
  • 4. Кем было предсказано существование античастицы?
  • а) Эйнштейном;
  • б) Резерфордом;
  • в) Ферми;
  • г) Дираком;
  • д) Ньютоном.
  • 5. Что происходит при встрече частицы и античастицы?
  • а) они отталкиваются;
  • б) образуют нейтральную частицу;
  • в) аннигилируют;
  • г) образуют двойную частицу;
  • д) проходят мимо.
  • 6. Как изменяется массовое число и номер элемента при выбрасывании из ядр протона?
  • а) уменьшается на 1, смещается на 1 влево;
  • б) увеличивается па 1, смещается на 1 вправо;
  • в) увеличивается на 1, смещается на 1 влево;
  • г) уменьшается на 1, смещается на 1 вправо;
  • д) не изменяется.
  • 7. Какие из частиц обладают слабым взаимодействием?
  • а) фотоны;
  • б) лептоны;
  • в) мезоны;
  • г) барионы;
  • д) адроны.
  • 8. Какие взаимодействия существуют между элементарными частицами?
  • а) сильное;
  • б) электромагнитное;
  • в) слабое;
  • г) гравитационное;В л) все четыре.
  • 9. Сколько протонов 2 и нейтронов N в ядре изотопа урана 92 и?
  • а) 2 =92; N=238;
  • б) г= 238; N=92;
  • в) г=92; N=92-,
  • г) 2=Ш;! = 42;
  • а) 2 =92; N=146.
  • 10. Укажите второй продукт ядерной реакции ®Ве + ^Не—> '^С + ?В а)р; б) е; в) у; г) п; д) .
  • 11. Какое уравнение характеризует вероятностное поведение микрочастиц?
  • а) законы Ньютона;
  • б) формула Эйнштейна;
  • в) формула Планка;
  • г) уравнение Шредингера;
  • д) принцип Паули.
  • 12. Что такое р-излучение?
  • а) ноток ядер атома гелия;
  • б) поток протонов;
  • в) поток электронов;
  • г) поток нейтронов;
  • д) поток фотонов.
  • 13. По каким законам происходит излучение и поглощение энергии атомов?
  • а) законам Планка;
  • б) закону Рслея-Джинса;
  • в) закону Эйнштейна;
  • г) постулатам Бора;
  • д) принципу Паули.
  • 14. Нейтральная капля разделилась на три. При этом первые две капли имел заряды 4<у и -1({. Каким зарядом обладает третья капля?
  • а)+11г/; б)-3с/; в) -4с/; г)+3ц;
  • 15. Почему эти частицы называются элементарными частицами?
  • а) поскольку состоят из элементов;
  • б) потому что они обладают свойствами элементов;
  • в) поскольку они наименьшие но массе;
  • г) так как они наименьшие по размеру;
  • д) потому что внутреннюю структуру их нельзя представить как объединени других частиц.
  • 16. Радиоактивный изотоп технеция “зТс, нс обнаруженный в природе, был получен искусственно в результате реакции: ^Мо +В с + ?

Какая частица выбрасывается?

  • а) нейтрон;
  • б) протон;
  • в) электрон;
  • г) а-частица;
  • д) частица не выбрасывается.

Тематика рефератов

  • 1. Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия.
  • 2. Современные проблемы квантовой механики.
  • 3. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц.
  • 4. Принцип неопределенности Гейзенберга.
  • 5. Планетарная модель атома.
  • 6. Непрерывный и дискретный мир классической физики.

Литература

  • 1. Гусейханов, М. К. Концепции современного естествознания / М. К. Гуссйханов О. Р. Раджабов. — М., 2009. — 540 с.
  • 2. Рузавин, Г. И. Концепции современного естествознания. — М., 1997. — 288 с.
  • 3. Горелов, А. А. Концепции современного естествознания. — М., 1997. — 346 с.
  • 4. Дубнищева, Т. Я. Концепции современного естествознания, 1997. — 630 с.
  • 5. Мухин, К. Н. Занимательная ядерная физика. — М, 1969. — 286 с.
  • 6. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. — М., 1989. — 267 с.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >