- •Контрольное тестирование по физике
- •Де n1. Механика.
- •1. Кинематика поступательного и вращательного движения
- •2. Динамика поступательного движения
- •3. Динамика вращательного движения
- •4. Работа. Энергия
- •5. Законы сохранения в механике
- •6. Элементы специальной теории относительности
- •Де n2. Молекулярная (статистическая) физика и термодинамика.
- •7. Средняя энергия молекул
- •8. Распределения Максвелла и Больцмана
- •9. Первое начало термодинамики. Работа при изопроцессах
- •10. Второе начало термодинамики. Энтропия
- •Де n3. Электричество и магнетизм.
- •11. Электростатическое поле в вакууме
- •12. Законы постоянного тока
- •13. Магнитостатика
- •14. Электрические и магнитные свойства вещества
- •15. Явление электромагнитной индукции
- •16. Уравнения Максвелла
- •Де n4. Механические и электромагнитные колебания и волны.
- •17. Свободные и вынужденные колебания
- •18. Сложение гармонических колебаний
- •19. Волны. Уравнение волны
- •20. Энергия волны. Перенос энергии волной
- •Де n5. Волновая и квантовая оптика.
- •21. Интерференция и дифракция света
- •22. Поляризация и дисперсия света
- •23. Эффект Комптона. Световое давление
- •24. Тепловое излучение. Фотоэффект
- •Де n6. Квантовая физика и физика атома.
- •25. Дуализм свойств микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •26. Спектр атома водорода. Правило отбора
- •27. Уравнение Шредингера (общие свойства)
- •28. Уравнение Шредингера (конкретные ситуации)
- •Де n7. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц.
- •29. Фундаментальные взаимодействия
- •30. Ядро. Элементарные частицы
- •31. Ядерные реакции.
- •32.Законы сохранения в ядерных реакциях
30. Ядро. Элементарные частицы
В центральной части атома, занимая небольшой объем и обладая его основной массой, находится положительно заряженное ядро. Неверным является утверждение, что …
|
масса ядра равна сумме масс образующих ядро нуклонов |
||
|
|
ядерные силы, удерживающие ядро, обладают зарядовой независимостью |
|
|
|
наиболее устойчивы ядра с четными числами протонов и нейтронов |
|
|
|
ядра с одинаковыми зарядовыми, но разными массовыми числами называются изотопами |
Решение: Экспериментально установлено, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов), а его заряд равен суммарному положительному заряду протонов: , где – число протонов в ядре (зарядовое число), заряд протона. Ядерные силы, удерживающие ядро, обладают зарядовой независимостью – пары нуклонов одинаково притягиваются. Ядерные силы не являются центральными силами. Ядерное взаимодействие возникает в условиях обмена виртуальными мезонами между нуклонами. Чтобы разбить ядро на составляющие части – протоны и нейтроны, нужно совершить работу по преодолению ядерных сил, то есть сообщить ядру энергию, называемую энергией связи. По закону сохранения энергии такая же энергия связи выделится при соединении свободных нуклонов в ядро. Таким образом, при образовании ядра в результате выделения энергии должна уменьшиться и масса нуклонов. Масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, из которых оно состоит: (дефект массы). Следовательно, масса ядра не является аддитивной величиной. У разных атомов число протонов и нейтронов в ядре различно. Ядра с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов называются изотопами. Среди них имеются стабильные ядра (с большой энергией связи). Наиболее устойчивы ядра с четными числами протонов и нейтронов ( и др.). В одной из существующих моделей ядра – оболочечной – имеют место дискретные энергетические уровни, заполненные нуклонами с учетом принципа Паули. Уровни объединены в оболочки, которые, будучи полностью заполненными, образуют устойчивые структуры.
Для ядерных сил не характерно (-а) …
|
действие по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов, что характерно для центральных сил |
||
|
|
короткодействие |
|
|
|
насыщение |
|
|
|
зависимость от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов |
Решение: Ядерные силы являются короткодействующими: их действие проявляется только на расстояниях примерно Ядерным силам свойственно насыщение, то есть удельная энергия связи нуклонов в ядре (если не учитывать легкие ядра) при увеличении числа нуклонов не растет, а остается приблизительно постоянной. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Ядерные силы не являются центральными силами. Их нельзя представить действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.
5. В ядре изотопа углерода содержится …
|
6 протонов и 8 нейтронов |
|
6 протонов и 14 нейтронов |
|
14 протонов и 6 нейтронов |
|
8 протонов и 6 нейтронов |
Решение: Зарядовое число определяет число протонов в ядре. Массовое число определяет число нуклонов, то есть суммарное число протонов и нейтронов. Следовательно, число нейтронов равно: .
6. Взаимодействие -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере идет по схеме Если спин -мезона , то характеристиками -мезона будут …
|
|
|
; |
; |
|
; |
; |
Решение: При взаимодействии элементарных частиц и их превращении возможны только такие процессы, в которых выполняются законы сохранения, в частности законы сохранения электрического заряда и спина. -мезоны имеют спин , а электрический заряд в единицах элементарного заряда. Спин протона в единицах постоянной Планка равен , а заряд . Гиперон имеет спин , заряд . В соответствии с законами сохранения у-мезона спин равен , заряд .
7. В центральной части атома, занимая небольшой объем и обладая его основной массой, находится положительно заряженное ядро. Верным является утверждение, что …
ядерные силы, удерживающие ядро, обладают зарядовой независимостью |
|
|
масса ядра равна сумме масс образующих ядро нуклонов |
|
наименее устойчивы ядра с четными числами протонов и нейтронов |
|
ядра с одинаковыми массовыми числами, но разными зарядовыми называются изотопами |
Решение: Экспериментально установлено, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов), а его заряд равен суммарному положительному заряду протонов: , где – число протонов в ядре (зарядовое число), заряд протона. Ядерные силы, удерживающие ядро, обладают зарядовой независимостью – пары нуклонов одинаково притягиваются. Ядерные силы не являются центральными силами. Ядерное взаимодействие возникает в условиях обмена виртуальными мезонами между нуклонами. Чтобы разбить ядро на составляющие части – протоны и нейтроны, нужно совершить работу по преодолению ядерных сил, то есть сообщить ядру энергию, называемую энергией связи. По закону сохранения энергии такая же энергия связи выделится при соединении свободных нуклонов в ядро. Таким образом, при образовании ядра в результате выделения энергии должна уменьшиться и масса нуклонов. Масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, из которых оно состоит: (дефект массы). Следовательно, масса ядра не является аддитивной величиной. У разных атомов число протонов и нейтронов в ядре различно. Ядра с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов называются изотопами. Среди них имеются стабильные ядра (с большой энергией связи). Наиболее устойчивы ядра с четными числами протонов и нейтронов ( и др.). В одной из существующих моделей ядра – оболочечной – считается, что имеют место дискретные энергетические уровни, заполненные нуклонами с учетом принципа Паули. Уровни объединены в оболочки, которые, будучи полностью заполненными, образуют устойчивые структуры.
8. На рисунке показана кварковая диаграмма распада -гиперона. Эта диаграмма соответствует реакции …
|
|
|
|
|
|
Решение: Кварковый состав -гиперона – , заряд равен нулю, спин полуцелый. -гиперон относится к странным барионам, которые входят в класс адронов. Кварковый состав соответствует протону с зарядом +1, полуцелым спином. Протон относится к обычным барионам класса адронов. Распад -гиперона сопровождается образованием пиона с кварковым составом , зарядом –1, целым спином. Пион относится к обычным мезонам класса адронов. При превращении элементарных частиц выполняются законы сохранения, в частности закон сохранения электрического заряда. Этот закон выполняется в реакции
9. Заряд в единицах заряда электрона равен +1, масса в единицах массы электрона равна 1836,2, спин в единицах равен 1/2. Это основные характеристики
протона |
|
нейтрона |
|
мюона |
|
позитрона |
Решение: Электрический заряд протона и позитрона равен +1 в единицах заряда электрона. Заряд мюона –1 (античастицы мюона +1), нейтрон заряда не имеет. Масса мюона составляет 206,8 масс электрона. Масса протона составляет 1836,2 масс электрона, а нейтрона – 1838,7 масс электрона. Масса позитрона равна массе электрона. Все представленные частицы имеют полуцелый спин, равный 1/2 , и являются фермионами. Следовательно, указанные характеристики имеет протон.
10. Если через интервал времени осталось 25% нераспавшихся радиоактивных ядер, то это время равно …
|
двум периодам полураспада |
|
периоду полураспада |
|
половине периода полураспада |
|
четырем периодам полураспада |
Решение: Период полураспада это время, в течение которого первоначальное количество ядер данного радиоактивного вещества распадается наполовину. Через время, равное одному периоду полураспада, останется 50% нераспавшихся радиоактивных ядер, а еще через такой же промежуток времени – 25%. Следовательно, интервал времени равен двум периодам полураспада.
11. На графике в полулогарифмическом масштабе показана зависимость изменения числа радиоактивных ядер изотопа от времени. Среднее время жизни данного изотопа в равно
|
|
|
|
|
|
|
Решение: Число радиоактивных ядер изменяется со временем по закону , где начальное число ядер, постоянная радиоактивного распада. Прологарифмировав это выражение, получим , или . Среднее время жизни радиоактивного ядра – это промежуток времени, за который число нераспавшихся ядер уменьшается в раз: . Следовательно, .