 |
Дефект массы и энергия связи ядра атома
|
|
|
|
Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра.
Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.
Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра M я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: 
Разность масс 
называется дефектом масс. По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc 2 можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E св: 
Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.
Ядерная энергетика
В нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция и запущена в 1954 году в СССР, в городе Обнинске. Развивается строительство мощных атомных электростанций. В настоящее время в России 10 действующих АЭС. После аварии на Чернобыльской АЭС приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.
Преимущества АЭС:
· практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива;
· экологическая чистота при правильной эксплуатации.
Проблемы ядерной энергетики:
· тяжелые последствия аварий;
· радиоактивные отходы;
· тепловое загрязнение;
· 
содействие распространению ядерного оружия.
Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)
|
|
|
25. Радиоактивность, виды радиоактивных излучений и методы регистрации, влияние ионизирующей радиации на живые организмы?
Радиактивный распад в электрическом поле
Радиоактивность
Все знают, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро – это очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы. Это излучение называют радиоактивным. Оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение (альфа-, бета- и гамма-излучение).
Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации.
Английский физик Эрнест Резерфорд исследовал радиоактивное излучение в электрических и магнитных полях. Он открыл две составляющие этого излучения, которые были названы α-, β-излучением. На рисунке изображено радиоактивное излучение в электрическом поле.
· a — излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия), движущихся со скоростью около 107 м/с. Вследствие положительного заряда a – частицы отклоняются электрическим и магнитным полями.
· β — излучение — это поток быстрых электронов. Электроны — e значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. Обладают скоростью от 108 м/с до0,999с. Из-за наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическим и магнитным полями в противоположную сторону по сравнению с β – частицами.
|
|
|
· γ – излучение — это фотоны, т.е. электромагнитное излучение, несущее энергию. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями. Параметры ядра при излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец — конечный продукт распада.
Было установлено, что проникающая способность оказалась самая малая у α- -лучей (лист бумаги или несколько сантиметров слоя воздуха),
а β -лучи проходят сквозь алюминиевую пластину толщиной в несколько миллиметров. Очень велика проникающая способность у γ — лучей (например, алюминий — толщина пластины десятки сантиметров).
Итак, радиоактивность свидетельствует о сложном строении атомов.
Специальные приборы, которые применяются для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, которые обнаруживают ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества. Это — газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Существует также метод фотоэмульсий, основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы сквозь нее виден на фотографии после проявления.
Влияние ионизирующей радиации на живые организмы
Радиоактивное излучение оказывает сильное биологическое действие на ткани живого организма. Оно ионизирует атомы и молекулы среды. Под действием ионизирующей радиацииразрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.
Задание 1.Определите время, за которое трамвай развивает скорость 36 км/ч, трогаясь с места с ускорением 0,2 м/с2. (Ответ: 50 с)
Задание 2.Рассчитайте время, за которое камень, начавший свободное падение, пройдет путь 20 м. (ответ: 2с)
Задание 3. Какова период и частота обращения секундной стрелки часов? (Ответ: 60с,0,017Гц)
|
|
|
Задание 4. Определите массу груза, которой можно поднимать с помощью стальной проволоки с ускорение 2 м/с 2,если проволока выдерживает максимальную нагрузку 6 кН. (Ответ: 500 кг)
Задание 5.Найдите высоту, на которой тело массой 5 кг будет обладать потенциальной энергией, равной 500 Дж. (Ответ: 10 м)
Задание 6.Рассчитайте давление газа в сосуде вместимостью 500 см2,содержащем 0,89 г водорода при температуре 17°С. (Ответ: 2,1 МПа)
Задание 7.Чему равно ускорение пули, которая, пробив стену толщиной 35 см, уменьшила свою скорость с 800 до 400 м/с. (Ответ: 7*105м/с2)
Задание 8.Чему равна максимальная высота, на которую поднимается тело, брошенное вертикально вверх со скоростью 40 м/с? (Ответ: 80 м)
Задание 9.Самолет на скорости 360 км/ч делает петлю Нестерова радиусом 400м. Определите центростремительное ускорение самолета. (Ответ: 25м/с2)
Задание 10.Какую работу совершает электровоз при увеличении скорости поезда массой 3000 т от 36 до 54 км/ч. (Ответ: 1,9*108Дж)
Задание 11. Рассчитайте температуру, при которой находятся 2,5 моль газа, занимающего объем 1,66 л и находящегося под давлением 2,5 МПа. (Ответ: 200 К)
Задание12. При сообщении газу количества теплоты 6 МДж он расширился и совершил работу 2 МДж. Найдите изменение внутренней энергии газа. Увеличилась или уменьшилась? (Ответ: Увеличивается на 4 МДж)
Задание 13. Какое напряжение нужно сообщить на концах проводника сопротивлением 20 Ом, чтобы в нем возникает сила тока 0,5 А?
Задание 14. Какую работу совершит ток силой 2А за 5 мин при напряжении в цепи 15 В?
Задание 15. На протон, движущийся со скоростью 107м/с в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям индукции, действует сила 0,32*10-12 Н. Какова индукция магнитного поля?
Задание 16.Определите индуктивность катушки, которую при силе тока 8,6 А пронизывает магнитный поток 0,12 Вб.
Задание 17. Определите индуктивность катушки, если при ослаблении в ней тока на 2,8 А за 62 мс в катушке появляется средняя ЭДС самоиндукции 14 В
Задание 18. Солнечные лучи падают на поверхность воды при угловой высоте солнца над горизонтом 30°. Определите угол их преломления в воде. Показатель преломления воды п=1,33. (Ответ: 410)
|
|
|
Задание 19. Фокусное расстояние собирающей линзы 20 см. На каком расстоянии от линзы следует поместить предмет, чтобы его изображение было в натуральную величину? (Ответ: 0,4 м)
Задание 20. Период дифракционной решетки 3 мкм. Найдите наибольший порядок спектра для желтого света (длина=580 нм). (Ответ: 5)
Задание 21. Разность хода лучей двух когерентных источников света с длиной волны 600 нм, сходящихся в некоторой точке, равна 1,5 мкм. Усиление или ослабление света будет наблюдаться в этой точке? (Ответ: Будет наблюдаться ослабление света)
Задание 22. Определите период дифракционной решетки,если при ее освещении светом с длиной волны 656 нм второй спектр виден под углом 15°.(Ответ: 0,005 мм)
Задание 23. Найдите энергию и импульс фотона соответствующего рентгеновскому излучению с длиной волны 1,5 *1010м.(0твет: 1,3 *10-15Дж,4,4*10-24кг*м/с)
Задание 24.Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм. Определите работу выхода электрона из натрия. (Ответ: 3,75 *10- 19Дж
Задание 25. Энергия фотона равна 6,4 *10-19 Дж. Определите частоту колебаний для этого излучения и массу фотона. (Ответ: 9,7*1014 Гц,7,1*10-36кг)
Критерии оценки:
- оценка «отлично»:
ответ показывает прочные знания темы по курсу, последовательность и достоверность ответа, выделены узловые учебные элементы, в которых заключена сущность вопроса;
- оценка «хорошо»:
ответ показывает достаточно глубокие знания темы по курсу, допустимы незначительные недочеты в изложении материала, правильная последовательность изложения, соблюдена терминология, ответы на поставленные вопросы раскрыты в объеме 75 %;
- оценка «удовлетворительно»:
ответ показывает, что изучаемый материал недостаточно усвоен, отсутствует последовательность и логика изложения, отвечает с наводящими вопросами, не используются термины, объем ответов содержит от 70-50 % изученного материала;
- оценка «неудовлетворительно»:
допущены серьезные ошибки в изложении изученного материала, отсутствует ответ на поставленный вопрос, не отвечает на наводящие вопросы, не владеет элементарными характеристиками и понятиями по теме курса.
Грубыми считаются следующие ошибки:
• незнание определения основных понятий, законов, правил, основных положений теории, незнание формул, общепринятых символов обозначений физических величин, единиц их измерения;
• незнание наименований единиц измерения,
• неумение выделить в ответе главное,
• неумение применять знания для решения задач и объяснения физических явлений,
• неумение делать выводы и обобщения,
|
|
|
• неумение читать и строить графики и принципиальные схемы,
• неумение подготовить установку или лабораторное оборудование, провести опыт, необходимые расчеты или использовать полученные данные для выводов,
• неумение пользоваться учебником и справочником по физике и технике,
• нарушение техники безопасности при выполнении физического эксперимента,
• небрежное отношение к лабораторному оборудованию и измерительным приборам.
К негрубым ошибкам следует отнести:
• неточность формулировок, определений, понятий, законов, теорий, вызванная неполнотой охвата основных признаков определяемого понятия или заменой одного-двух из этих признаков второстепенными,
• ошибки при снятии показаний с измерительных приборов, не связанные с определением цены деления шкалы (например, зависящие от расположения измерительных приборов, оптические и др.),
• ошибки, вызванные несоблюдением условий проведения опыта, условий работы измерительного прибора (неуравновешенны весы, не точно определена точка отсчета),
• ошибки в условных обозначениях на принципиальных схемах, неточность графика и др.,
• нерациональный метод решения задачи или недостаточно продуманный план устного ответа (нарушение логики, подмена отдельных основных вопросов второстепенными),
• нерациональные методы работы со справочной и другой литературой,
• неумение решать задачи в общем виде.
|
|
|
