Атомная и ядерная физика

КГУ «Специализированная школа-лицей № 34, для одаренных детей» Атомная и ядерная физика Специальная теория относительности подготовка к ЕНТ 2015-2016 учебный год

Основные формулы квантовой физики: - формула Планка, энергия одного фотона - уравнение Эйнштейна для фотоэффекта - импульс фотона - масса фотона

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Основные формулы ядерной физики: Энергия связи ядра(Е в Дж, ∆m в кг) Энергия связи ядра(Е в МэВ, ∆m в а.е.м) - закон радиоактивного распада ΔM = Zmp + Nmn — MЯ - дефект массы ядра

Постулаты Бора: Первый постулат: Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия (Еn) и определенный радиус орбиты электрона(rn), в стационарном состоянии атом не излучает Второй постулат: Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией (Еk) в стационарное состояние с меньшей энергией (Еn). Энергия излученного фотона (hνkn) равна разности энергий стационарных состояний

1.Какой из нижеприведенных графиков соответствует зависимости импульса фотона от длины волны излучения? А)   B)   C)   D)   E)   E)

Импульс фотона вычисляют по формуле: Следовательно импульс фотона обратно пропорционален длине волны E)   Ответ:

2. На рисунке представлен график зависимости энергии кванта от длины волны. В каком соотношении находятся между собой абсолютные показатели преломления этих сред?

Рассмотрим значения энергий для одной длины волны Формула энергии, с учетом показателя преломления будет иметь вид: Следовательно, зависимость между энергией и показателем преломления – обратно пропорциональная, т.е большему значению энергии соответствует меньшее значение показателя преломления и наоборот Ответ: n1 <, n3 <, n2

3.Тренированный глаз, длительно находящийся в темноте, воспринимает свет с длиной волны 500 нм при мощности не менее 2,1∙10-17 Вт. Определите число фотонов, которые попадают ежесекундно на сетчатку глаза. По формуле мощности: Ответ: не менее 52 фотона

4.Цинковый катод фотоэлемента освещается излучением с длиной волны 0,207 мкм. К электродам подсоединен конденсатор емкостью 2мкФ. Какой заряд будет на конденсаторе, после длительного облучения? Работа выхода для цинка 5,6·10-19 Дж. При длительном освещении, напряжение на конденсаторе будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта. Решение откуда найдем задерживающее напряжение из уравнения Энштейна дя фотоэффекта, учитывая что При длительном освещении, напряжение на конденсаторе будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта.

откуда подставляя, получим После подстановки числовых значений и расчетов получим: Ответ:

5. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 6,4 эВ. Определить силу тока проходящего через резистор сопротивлением 8 Ом. Чтобы перевести кинетическую энергию в систему СИ -

Кинетическая энергия фотоэлектронов определяет задерживающее напряжение при фотоэффекте: откуда - - из закона Ома: следовательно Подставляя значения получим:

6. При бомбардировке некоторого элемента    -частицами, выбрасывается нейтрон и образуется элемент, который после позитронного распада превращается в изотоп             . Какой элемент подвергся облучению? Запишем уравнения реакций происходящих в данном процессе: Решение 1 2 Тогда: 6+1=Z+2, Z=6+1-2 =5 A+3=13, A=13-3=10 Искомый элемент: (бор)

7. Определить период полураспада радиоактивного элемента, если за промежуток времени 1,2 с, число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества Закон радиоактивного распада Если число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества, то число не распавшихся 25% т.е.

8. Используя информацию, приведенную на рисунке, определить чему равна энергия фотона с наибольшей длиной волны, поглощаемого атомом водорода находящимся на втором энергетическом уровне? Так как энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, фотону с наибольшей длиной волны будет соответствовать наименьшая энергия. Значит, при поглощении такого фотона атом перейдет на 3 энергетический уровень. Т.е.

Согласно второму постулату Бора: Ответ: энергия фотона = 1,89 эВ

9. Заряд ядра равен 19,2•10-19 Кл. Какому из нейтральных атомов соответствует этот заряд? Общий заряд ядра: Следовательно, это ядро с порядковым номером 12

10.  В результате нескольких        и        распадов радиоактивное ядро         , превращается в элемент            . Сколько  распадов произошло и какие? Решение При радиоактивных распадах массовое число меняет только распад Ответ:

11. На рисунке представлен график зависимости количества числа распавшихся атомов для трех радиоактивных элементов от времени. В каком соотношении находятся их периоды полураспадов?

Рассмотрим число распавшихся ядер через один промежуток времени: t0 N1 N3 N2 Чем больше распалось ядер за один и тот же промежуток времени, тем меньше период полураспада Ответ: T1 <, T3 <, T2

Постулаты специальной теории относительности: Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Это предельная скорость передачи взаимодействий в природе  Любое физическое явление протекает одинаково во всех инерциальных системах отсчёта

Основные формулы специальной теории относительности: -релятивистское увеличение массы - сокращение линейных размеров -растяжение времени (собственное время движущегося объекта меньше промежутка времени в неподвижной системе отсчета)

- релятивистский импульс - релятивистское правило сложения скоростей - связь массы и энергии (полная энергия) - энергия покоя

Найдем кинетическую энергию:

12. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его масса стала в 3 раза больше его массы покоя? Релятивистское увеличение массы:

Ответ:

13. Два электрона движутся в противоположные стороны со скоростями 0,5с и 0,6с соответственно. Чему равна скорость второго электрона в системе отсчета, связанной с первым электроном? Согласно релятивистскому правилу сложения скоростей: Ответ:

14. Время жизни частицы, покоящейся относительно ускорителя равно t. Чему равно время жизни частиц, которые движутся в ускорителе со скоростью 0,6с? Формула растяжения времени: Ответ:

15. Релятивистская масса движущегося протона в 1,5 раза больше его массы покоя. Определите полную и кинетическую энергию этого протона. Релятивистское увеличение массы:

Тогда кинетическая энергия: А полная энергия: