Министерство науки и высшего образования российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева»

 

Кафедра теории и методики профессионального образования

 

 

 

 

Составитель

Т. Я. Клавецка

 

ФИЗИКА 

 

Методические указания к практическому занятию № 14 

для студентов 1 курса (семестр 2) специальностей СПО технологического профиля

 

 

 

Рекомендовано цикловой методической комиссией математических и естественнонаучных дисциплин в качестве электронного издания

для использования в образовательном процессе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2019

Рецензенты:

Кабачевская Е. В. – доцент, зав. кафедрой теории и методики профессионального образования

Ощепкова Е. А. – председатель цикловой методической комиссии математических и естественнонаучных дисциплин СПО

 

 

 

 

 

 

 

Клавецка Татьяна Яковлевна

Физика [Электронный ресурс] : Методические указания к практическому  занятию  для студентов 1 курса (семестр 2) специальностей СПО  технологического профиля очной формы обучения / сост. Т. Я. Клавецка; КузГТУ. – Электрон. издан. – Кемерово, 2019.

 

 

 

В методических материалах приведено содержание практической работы по дисциплине «Физика».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 КузГТУ, 2019

 Клавецка Т. Я.,  составление 2019 Оглавление

Пояснительная записка                                                                         3

Практическое занятие 14 Решение задач на состав и строение атомного ядра                                                                                                                   5

Список литературы                                                                                9

 

 

 

Пояснительная записка

При изучении курса физики большое значение имеет практическое применение теоретических знаний, главное из которых – умение самостоятельно решать задачи.

Выработка приёмов и навыков решения конкретных задач из разных областей физики помогает в дальнейшем решать и сложные инженерные задачи.

Требования к оформлению практических работ

По практическим работам составляется отчет, который выполняется в отдельной тетради, предназначенной для практических работ. 

Отчет о практической работе должен содержать тему практической работы, ее номер, дату выполнения. В зависимости от задания отчет может включать расчеты, формулы, таблицы, графики и пр. 

Критерии оценки практической работы

Отметка	Критерии	Показатели по шкале  от 0 до 100 баллов
5 (отлично)	работа выполнена в полном объеме, приведены все шаги решения  и получены верные ответы.	100 баллов
	работа выполнена в полном объеме, приведены все шаги решения, но имеется одна–две вычислительные ошибки.	[90; 100) баллов
4  (хорошо)	работа выполнена в полном объеме, но есть пропуски в последовательности решения, которые обучающийся не может восстановить и объяснить.	[86; 90) баллов
	выполнено верно не менее 85 % от объема работы, приведена верная  последовательность всех шагов решения.	85 баллов
	выполнено 80–85 % от объема работы, приведена верная последовательность всех шагов решения, но имеется одна вычислительная ошибка  или недочет в  выкладках, рисунках, чертежах, графиках (если эти виды работы не являются специальным объектом проверки).	[80; 85) баллов
3 (удовлетворительно)	выполнено 75–79 %от объема работы, приведена верная  последовательность всех шагов решения, но допущены одна–две  вычислительные ошибки или два–три недочета в чертежах, графиках	[65; 80)
	выполнено 60–74 % от объема работы допущено не более одной вычислительной ошибки или двух недочетов в выкладках, чертежах графиках, но обучающийся владеет обязательными умениями по проверяемой теме
	выполнено верно не менее 50 % от объема работы, приведена верная  последовательность всех шагов решения	[60; 65)
2 (неудовлетворительно)	выполнено менее 50 % работы.	менее 60 баллов

 

Общие правила при решении задач

Не приступайте к решению задач, не проработав теоретический материал на соответствующую тему.

Решая задачу, постарайтесь понять её содержание, чтобы правильно ответить на поставленные вопросы.

 

Практическое занятие 14 Решение задач на состав и строение атомного ядра

Основные понятия и формулы

Атом состоит из трех видов элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Атомное ядро – центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклон, в ядре они могут превращаться друг в друга. Ядро простейшего атома – атома водорода – состоит из одной элементарной частицы – протона.

Протон – элементарная частица, ядро атома водорода. Масса протона равна 1,672110^27кг , она в 1836 раз больше массы электрона. Электрический заряд положителен и равен 1,6610^19Кл. Кулон – единица электрического заряда, равная количеству электричества, проходящему через поперечное сечение проводника за время 1с при неизменной силе тока 1А (ампер).

Нейтрон – электрически нейтральная частица с массой 1,674910^27кг, в 1839 раз больше массы электрона. Нейрон в свободном состоянии – нестабильная частица, он самостоятельно превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино. Период полураспада нейтронов (время, в течение которого распадается половина первоначального количества нейтронов) равен примерно 12 мин. Однако в связанном состоянии внутри стабильных атомных ядер он стабилен. Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре называют массовым числом (атомной массой – А). Число нейтронов, входящих в состав ядра, равно разности между массовым и зарядовым числами: NAZ .

Электрон – элементарная частица, носитель наименьшей массы – 0,9109510^27ги наименьшего электрического заряда –

1,602110^19Кл. Это отрицательно заряженная частица. Число электронов в атоме равно числу протонов в ядре, т.е. атом электрически нейтрален.

Позитрон – элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону. Масса электрона и позитрона равны, а электрические заряды равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку.

Различные типы ядер называют нуклидами. Нуклид – вид атомов с данными числами протонов и нейтронов. В природе существуют атомы одного и того же элемента с разной атомной массой (массовым числом): ₁₇³⁵Сl, ³⁷₁₇Сl и т.д. Ядра этих атомов содержат одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядер, но различное массовое число, называются изотопами. Изотопы обозначают символом соответствующего химического элемента с расположенным сверху слева индексом А – массовым числом, иногда слева внизу приводится также число протонов (Z). Например, радиоактивные изотопы фосфора обозначают ³²Р, ³³Р или ³²₁₅Ри ₁₅³³Р соответственно. При обозначении изотопа без указания символа элемента массовое число приводится после обозначения элемента, например, фосфор – 32, фосфор – 33.

Атомная единица массы — бесконтрольная единица массы, используемая для определения масс молекул, атомных ядер и элементарных частиц.

1 а.е.м =1,660540^*10^27кг .

 AZN : A – массовое число ядра, Z – число протонов – заряд ядра, N – число нейтронов.

Формула дефекта масс: m^_^Nmn^Zmp^_M_я

 E mc² – энергия связи ядра, 

где mNmnZmpMя.

Примеры решения задач Пример 1. 

Из символической записи атома магния ²⁴₁₂Мg ⁽_Z^АХ ) следует, что Z = 12. Таким образом, в ядре атома магния 12 протонов. По массовому числу А определяют количество нуклонов — сумму протонов и нейтронов. Количество нейтронов в ядре:

NAZ .

Ядро атома магния состоит из 24 нуклонов (А = 24), нейтронов в ядре магния: n241212 Пример 2. 

Чем отличаются ядра изотопов кислорода ¹⁶₈О и ¹⁸₈О?

Используя символическую запись изотопов кислорода, определим число протонов и нейтронов. _Z^АХ изотопы кислорода ¹⁶₈О и ¹⁸₈О. Видно, что число протонов в их ядрах одинаково и равно восьми (Z = 8), а число нейтронов соответственно равно

N₁A₁Z1688,  N₂A₂Z18810.

Следовательно, ядра этих изотопов отличаются числом содержащихся в них нейтронов.

Пример 3. 

Вычислить дефект массы (в а.е.м.) и энергию связи ядра бора ¹¹5B (в МэВ).

Дефект массы атомного ядра определяется по формуле:

mZm_pAZm_nM_я

Масса ядра M_яMaZ_m , где M_a — масса нейтрального

e

атома, ^m_e— масса электрона.

Тогда

mZmpAZmnMaZme.

Решение задачи можно упростить, если принять во внимание, что масса атома водорода ¹₁H складывается из массы протона и электрона, тогда ^m_p^me_m^_1¹H^_, в ядре водорода нет нейтронов, следовательно, mZ11HAZmnMa



Находим в таблице ^_¹₁H^_1,00783  a.e.м. Энергия связи 

_

E_cвmc²

Из символической записи ядра бора ¹¹₅B следует, что Z = 5; А = 11, то есть ядро атома бора состоит из 11 нуклонов: 5 протонов и 6 нейтронов.

m0.08186  а.е.м. ^E_cв76,3 МэВ

Задачи для самостоятельного решения

1.                Каков заряд ядра ¹¹₅B (в единицах элементарного заряда)?

2.                Во сколько раз число протонов в ядре изотопа плуто235⁹⁴Рu превышает число нуклонов в ядре изотопа вана-

ния

47²³V?

дия

3.                Сколько электронов вращается вокруг ядра ато-

³⁰65Zn ? ма

4.                Каков состав ядер натрия, фтора, серебра, кюрия, менделевия?

5.                Вычислить дефект массы (в а.е.м.) и энергию связи ядра 1)  ²₁H;   2) ⁶₃Li ;  3) ¹²₆C;   4) ¹⁶₈O;   5) ²⁷₃Al.

6.                Какая минимальная энергия необходима для расщепления ядра азота  7 14N на протоны и нейтроны?

7.                Выделяется или поглощается энергия  при следующих ядерных реакциях:

                8.      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.                Фирсов, А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей [Электронный ресурс] : учебник для использования в учебном процессе образовательных учреждений СПО на базе основного общего образования с получением среднего общего образования / А. В. Фирсов ; под ред. Т. И. Трофимовой. – Москва : Академия, 2017. – 352 c. Режим доступа : http://academia-moscow.ru/reader/?id=227482#copy. – Загл. с экрана.

2.                Дмитриева, В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля [Электронный ресурс] : учебник для использования в учебном процессе образовательных учреждений СПО на базе основного общего образования с получением среднего общего образования / В. Ф. Дмитриева. – Москва : Академия, 2017. – 448 c. Режим доступа: http://academiamoscow.ru/reader/?id=213496#copy. – Загл. c экрана.