Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика.

Ядро атома любого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу. Например, ядро атома кислорода состоит из 8 протонов и 16 - 8 = 8 нейтронов. Ядро атома состоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.

Силы, которые удерживают протоны и нейтроны в ядре – называются ядерными силами. Это самый сильный вид взаимодействия.

Если сравнить массы ядер с массами нуклонов, то окажется, что масса ядра тяжелых элементов больше суммы масс протонов и нейтронов в ядре, а для легких элементов масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов в ядре. Следовательно, существует разность масс между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов, называемая дефектом массы. М = Мn — (Мp + Мn).

Так как между массой и энергией существует связь , то при делении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефекта масс, и эта энергия называется энергией связи атомного ядра.

Выделение этой энергии может происходить при ядерных реакциях. Ядерная реакция — это процесс изменения заряда ядра и его массы, происходящий при взаимодействии ядра с другими ядрами или элементарными частицами. При протекании ядерных реакций выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции.

Цепная реакция деления — это ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Способностью к цепной ядерной реакции обладает изотоп урана 235U. При наличии определенных критических параметров (критическая масса — 50 кг, шаровая форма радиусом 9 см) три нейтрона, выделившиеся при делении первого ядра, попадают в три соседних ядра и т. д. Процесс идет в виде цепной реакции, которая протекает за доли секунды в виде ядерного взрыва. Неуправляемая ядерная реакция применяется в атомных бомбах. Впервые решил задачу об управлении цепной реакцией деления ядер физик Энрико Ферми. Им был изобретен ядерный реактор в 1942 г. У нас в стране реактор был запущен в 1946 г. под руководством И. В. Курчатова.

Термоядерные реакции — это реакции синтеза легких ядер, происходящие при высокой температуре (примерно 107 К и выше). Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах звезд. На Земле термоядерная реакция осуществлена только при экспериментальных взрывах, хотя ведутся международные исследования по управлению этой реакцией.

Это перспективные направления ядерной энергетики. Так как данную энергию можно применять в мирных целях. Примером тому служат Атомные электростанции. Морские корабли, ледоколы, работающие за счет ядерных установок.

 

24/2. Экспериментальное задание по теме «Кинематика»: проверка зави­симости времени движения шарика по наклонному желобу от угла наклона желоба (2-3 опыта).

 

В вашем распоряжении имеются желоб, линейка, шарик, секундомер и металлический цилиндр.

Установите один конец желоба на небольшой высоте Н (1—2 см) над поверхностью стола, а в конце желоба положите цилиндр. Измерьте проме­жуток времени, за который шарик, пущенный из состояния покоя с верхней точки желоба, достигнет цилиндра. Сделайте высоту верхней точки желоба равной 2Н и снова измерьте время движения шарика.

Подтверждают ли результаты опытов предположение о том,что время движения шарика уменьшилось в 2 раза при увеличении высоты верхней точки желоба вдвое?

 

25/1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их ре­гистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы.

В 1896 году Беккерель обнаружил, что соли УРАНА самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение. Подобно рентгеновским лучам, это излучение вызывало ионизацию воздуха и разряжало электроскоп. Дальнейшие исследования, проведенные Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри, показали, что такими же свойствами обладают излучения ТОРИЯ и открытых ими новых элементов - РАДИЯ и ПОЛОНИЯ. Явление самопроизвольного излучения получило название РАДИОАКТИВНОСТИ.

Классический опыт по определению состава

радиоактивного излучения был поставлен Резерфордом. Он поместил радиоактивный препарат на дно узкого свинцового канала, а выходивший из отверстия тонкий пучок лучей пропустил через магнитное поле. При проявлении фотопластинки, расположенной на пути лучей, было обнаружено три светлых пятна - места попадания лучей.

Таким образом, было установлено, что радиоактивное излучение состоит из трех частей, которые по-разному ведут себя в магнитном поле. Наиболее сильно отклонялась отрицательная компонента излучения (бета-лучи), положительная составляющая испытывала меньшее отклонение (альфа-лучи) и совсем не отклонялась третья часть лучей (гамма-лучи).

Исследования позволили выяснить природу этих излучений.

АЛЬФА-ЛУЧИ - это ядра атомов гелия, летящие со скоростью около 15000-30000 км/с. Они имеют положительный заряд и отклоняются магнитным полем влево (по рисунку). Из-за большой массы частиц отклонение это невелико. Альфа-частицы обладают низкой проникающей способностью. Лист бумаги задерживает их.

БЕТА-ЛУЧИ - это электроны, летящие со скоростью, близкой к скорости света. Они отклоняются магнитным полем вправо (по рисунку). Из-за маленькой массы отклонение бета-лучей во много раз больше, чем у альфа-частиц. Бета-лучи обладают более высокой проникающей способностью. Чтобы их задержать необходимо расположить на пути алюминиевую пластину.

ГАММА-ЛУЧИ - это электромагнитные волны очень маленькой длины (меньше, чем у рентгеновских лучей). Магнитные и электрические поля их не отклоняют. По свойствам гамма-лучи напоминают рентгеновские. Они обладают огромной проникающей способностью. Даже лист свинца толщиной 1 см не задерживает их полностью. Скорость распространения гамма-лучей такая же, как у других электромагнитных волн - 300 000 км/с.

Регистрируют ионизирующие излучения с помощью счетчика Гейгера, камеры Вильсона, пузырьковой камеры и метода фотоэмульсий. Счетчик Гейгера позволяет регистрировать электроны и гамма-кванты большой энергии. Альфа-частицы внутрь счетчика не попадают из-за низкой проникающей способности. В 1912 г. была изобретена камера Вильсона, позволяющая не только регистрировать частицы, но и наблюдать их траектории (треки). Помещая камеру в магнитное поле, можно было измерять отношение заряда частиц к массе и распознавать их.

Радиоактивное излучение губительно действует на живые организмы. Даже при небольшой мощности излучения может наступить лучевая болезнь и смерть. Воздействие излучения характеризуется ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗОЙ ИЗЛУЧЕНИЯ D, которая равна отношению поглощенной энергии Е ионизиру­ющего излучения к массе М облучаемого вещества:

E

D = ---

M

В СИ поглощенную дозу излучения выражают в ГРЭЯХ (1 Гр) 1 Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облучаемому веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Доза излучения 3 - 10 Гр, полученная за короткое время, является смертельной. На практике часто применяют другую единицу - РЕНТГЕН ( 1 Р ). 1Р приблизительно равен 0.01 Гр.

25/2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»: построение графика зависимости силы тока от напряжения.

 

В вашем распоряжении имеется оборудование для сборки электричес­кой цепи, схема которой представлена на рисунке.

 

Соберите электрическую цепь, замкните ее и измерьте силу тока и напряжение на резисторе. Перемещая движок реостата, зафиксируйте 4-5 значений силы тока и напряжения на резисторе. Данные занесите в таблицу:

Сила тока, А                  
Напряжение, В                  

Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Какое пред­положение о зависимости силы тока от напряжения можно сделать на основе этого опыта?

 

 

26/1. Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Галактика.

26/2. Качественные задачи по теме «Законы динамики».

1) Автомобиль тянет прицеп. По третьему закону Ньютона сила, с кото­рой автомобиль тянет прицеп, равна силе, с которой прицеп действует на автомобиль. Почему же прицеп движется за автомобилем?

ИЛИ

2) Почему, прыгнув с некоторой высоты, следует согнуть ноги в коленях?

ОТВЕТ.

1) Первый закон Ньютона.

2) Второй закон Ньютона.