Задание 16. Физика атомного ядра. ЕГЭ 2027 по физике
Средний процент выполнения: 79.3%
Ответом к заданию 16 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Подпишись на суперполезные материалы
Задачи для практики
Задача 1
На какой энергетический уровень можно перейти с 3, поглотив при этом фотон c наибольшей длинной волны? Укажите номер уровня.
Решение
Чем больше длинна волны, тем меньше получаемая энергия, что значит, что мы поднимемся на ближайший энергетический уровень, с наименьшей полученной энергией. А это есть 4
Задача 2
На какой энергетический уровень нужно перейти электрону в атоме с 3-го энергетического уровня, чтоб при этом испустить фотон c наименьшей частотой? Укажите номер уровня.
Решение
Чем меньше частота фотона, тем меньше энергии мы должны испустить. То есть перейти на ближайший энергетический уровень, то есть второй
Задача 3
Определите количество нуклонов в полученном ядре химического элемента в результате реакции $↙{13}↖{27}Al + {}↙{0}↖{1}n → X + ↙{2}↖{4}He$?
Решение
$↙{13}↖{27}Al+{}↙{0}↖{1}n→X+{}↙{2}↖{4}He$. Найдем массовое $A$ и зарядовое $Z$ числа химического элемента: $A=27+1-4=28-4=24, Z=13+0-2=11$. Число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре равняется массовому числу $A$.
Задача 4
Какой должна быть длина волны излучения, падающего на стронций, чтобы при фотоэффекте максимальная кинетическая энергия электронов равнялась 1,8 · 10−19 Дж? Красная граница фотоэффекта для стронция равна 550 нм. Ответ выразите в (нм), округлив до целых.
Решение
Дано:
$E_{к,max}=1.8·10^{-19}$Дж
$h=6.626·10^{-34}$Дж·с
$с=3·10^8$м/с
$λ_{кр}=550·10^{-9}$м
$λ-?$
Решение:
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: ${hc}/{λ}={hc}/{λ_{кр}}+E_{к,max}$(1), где $h$ - постоянная Планка, где $c$ - скорость света в вакууме.
Из (1) найдем $λ$: $λ={hc}/{{hc}/{λ_{кр}}+E_{к,max}}$(2).
Подставим числовые значения в (2): $λ={6.626·10^{-34}·3·10^8}/{{6.626·10^{-34}·3·10^8}/{550·10^{-9}}}+1.8·10^{-19}={19.878·10^{-26}}/{(3.6+1.8)·10^{-19}}=367·10^{-19}=367$нм.
Задача 5
Определите максимальную кинетическую энергию электронов, вылетающих из калия, если на его поверхность падает излучение с длиной волны 345 нм. Работа выхода электронов из калия равна 2,26 эВ. Ответ выразите в (эВ), округлив до десятых . Постоянная Планка: $h=6.6 ·10^{-34}$Дж·с
Решение
Дано:
$λ=345·10^{-9}$м
$h=6.6·10^{-34}$Дж·с
$с=3·10^8$м/с
$A_{вых}=2.26$эВ
$1эВ=1.6·10^{-19}$Дж
$E_{к,max}-?$
Решение:
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: $hv=A_{вых}+E_{к,max}$(1), где $v={c}/{λ}$(2), где $c$ - скорость света в вакууме.
$E_{к,max}={hc}/{λ}-A_{вых}$(3).
Подставим числовые значения в (3): $E_{к,max}={6.6·10^{-34}·3·10^8}/{345·10^{-9}·1.6·10^{-19}}-2.26=3.6-2.26=1.327$эВ. ($E_{к,max}$ разделили на $1.6·10^{-19}$, чтобы перейти от Дж к эВ)
Задача 6
Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта для натрия, составляет 530 нм. Определите работу выхода электронов из натрия. Ответ выразите в (эВ), округлив до сотых. Постоянную планка принять за $h=6.62·10^{-34}$Дж·с
Решение
Дано:
$λ_{кр}=530=530·10^{-9}$м
$h=6.62·10^{-34}$Дж·с
$с=3·10^8$м/с
$A_{вых}-?$
Решение:
Работа выхода электронов из металла по определению равна: $A_{вых}=hυ_{кр}={hc}/{λ_{кр}}$(1), где $c$ - скорость света; $h$ - постоянная Планка.
Подставим числовые значения в (1): $A_{вых}={6.62·10^{-34}·3·10^8}/{530·10^{-9}}=0.0375·10^{-17}=3.75·10^{-19}={3.75·10^{-19}}/{1.6·10^{-19}}=2.34$эВ.
Задача 7
В результате ядерной реакции $↙{13}↖{27}Al +↙{0}↖{1}n → ? +↙{2}↖{4}He$ был получен химический элемент X. Укажите число нуклонов и протонов в ядре образовавшегося химического элемента.
Решение
Решение:
Запишем уравнение ядерной реакции:
$↙{13}↖{27}Al+{}↙{0}↖{1}n⇄{}↙{11}↖{24}x+{}↙{2}↖{4}He$.
Тогда число нуклонов $A=24$, а число протонов $Z=11$.
Задача 8
При бомбардировке америция $↙{95}↖{243}Am$ атомами изотопа кислорода был получен новый элемент лоуренсий. Найдите число x нейтронов, являющихся продуктом реакции $↙{95}↖{243}Am + {}↙{8}↖{18}O = {}↙{103}↖{256}Lr + x · n$.
Решение
Для находения числа нейтронов решим реакцию относительно атомного числа: $|256-243-18|={5}/{1}=5$ нейтронов.
Задача 9
Радиоактивный изотоп урана $↙{92}↖{238}U$ претерпевает 2α-распада и 2β-распада. Укажите массовое и зарядовое число образовавшегося ядра изотопа тория.
Решение
Решение:
Запишем уравнение ядерной реакции:
$↙{92}↖{238}U⇄{}↙{90}↖{230}x+2{}↙{2}↖{4}He+2{}↙{1}↖{0}e$.
Альфа-распад это $↙{2}↖{4}He$, а β-распад это $↙{-1}↖{0}e$.
Задача 10
В теории атома водорода Бора энергия его электрона вычисляется по формуле Eп = −13,6 · ${1}/{n^2}$ эВ. Если в основном состоянии энергия электрона равна −13,6 эВ, определите энергию кванта, выделившегося при переходе электрона с 3-й орбиты на 2-ю. Ответ округлите до сотых. Ответ выразите в (эВ).
Решение
Дано:
$E_{3-2}-?$
$n_1=3$
$n_2=2$
Решение:
$E_n=-13.6·{1}/{n^2}$, зная формулу подставим: $E_{3-2}=-13.6({1}/{9}-{1}/{4})=1.89$эВ.
Задача 11
На сколько джоулей увеличится полная энергия электрона в атоме водорода при поглощении им излучения длиной волны 0,5 мкм? В ответе запишите в ·10−20 Дж, округлив до десятых . (Постоянная Планка $6.6·10^{-34}$)
Решение
Дано:
$λ=0.5·10^{-6}$м
$∆E-?$
Решение:
$∆E={hc}/{λ}={6.6·10^{-34}·3·10^8}/{0.5·10^{-6}}=39.6·10^{-20}$Дж.
Задача 12
Какой заряд Z будет иметь ядро элемента, получившееся из ядра изотопа $↙{92}↖{238}U$ после трёх α-распадов и одного β-распада?
Решение
Решение:
$↙{92}↖{238}U⇄{}↙{Z}↖{A}x+3{}↙{2}↖{4}He+{}↙{-1}↖{0}e$,
$Z=92-3*2-(-1)=87$
Задача 13
Определите, сколько протонов и нейтронов входит в состав ядра атома $↙{88}↖{226}Ra$? В ответе последовательно запишите число протонов и число нейтронов без пробелов и запятых
Решение
Число $p$(протонов)$=Z=88$ для $Ra$(радия).
Число $n$(нейтронов)$=A-Z=226-88=138$.
Задача 14
Поток фотонов выбивает фотоэлектроны из металла с работой выхода 4 эВ. Энергия фотонов в 1,25 раза больше максимальной кинетической энергии фотоэлектронов. Какова энергия фотонов? Ответ выразите в (эВ).
Решение
Дано:
$A_{вых}=4$эВ
$hυ=E_к·1.25$
$hυ-?$
Решение:
$hυ=4эВ+{hυ}/{1.25}$ - уравнение фотоэффекта.
$0.2·hυ=4эВ$.
$hυ=20$эВ
Задача 15
Какая доля радиоактивных атомов ещё не распадётся через интервал времени, равный двум периодам полураспада? Ответ в %.
Решение
Дано:
$t=α-Е$
${m_0}/{m}-?$
Решение:
1) За два периода полураспада останется лишь четвертая часть того, что было изначально, т.е. 25%
Задача 16
Два источника излучают пучки монохроматического света с длинами волн λ1 = 360 нм и λ2 = 540 нм. Чему равно отношение энергий фотонов E1/E2 в этих пучках?
Решение
Дано:
$λ_1=360$нм
$λ_2=540$нм
${E_1}/{E_2}-?$
Решение:
Известно, что энергия фотона $E=hυ$, $υ={c}/{λ}$, тогда ${E_1}/{E_2}={hυ_1}/{hυ_2}={λ_2}/{λ_1}=1.5$.
Задача 17
Период полураспада изотопа натрия Na равен 2,6 года. Если изначально было 104 г этого изотопа, то сколько примерно его будет через 5,2 года? Ответ выразите в (г).
Решение
Дано:
$T_п=2.6$года
$m_0=104$г
$t=5.2$года
$m_к-?$
Решение:
За время $t=5.2$ пройдет два периода полураспада, тогда масса начальная $m_0$ уменьшится в 4 раза $m_к={m_0}/{4}={104}/{4}=26$г.
Задача 18
Источник света мощностью 100 Вт испускает 5·1020 фотонов в секунду. Какова средняя длина волны излучения? Ответ выразите в (мкм) и округлите до целых. (Постоянную Планка принять за $h=6.6·10^{-34}$ Дж·с)
Решение
Дано:
$P=100Вт$
$t=1с$
$n=5·10^{20}$
$λ-?$
Решение:
Найдем энергию одного фотона: $E_1={E}/{N}={Pt}/{N}$(1). Учитывая, что энергия фотона $E_1$ по определению: $E_1={hv}={hυ}$(2), где $v={c}/{λ}$(3), тогда имеем: $E_1={hc}/{λ}$ или ${Pt}/{N}={hc}/{λ}⇒λ={Nhc}/{Pt}$(4). Подставим числа: $λ={5·10^{20}·6.6·10^{-34}·3·10^8}/{100·1}=99.39·10^{-8}≈0.99·10^{-6}≈1мкм$
Задача 19
Масса ядра дейтерия $↙{1}↖{2}H$ на 3,9 · 10−30 кг меньше суммы масс нейтрона и протона. Какая энергия выделяется в ядерной реакции $↙{1}↖{1}p +{}↙{0}↖{1}n → {}↙{1}↖{2}H$? Ответ округлите до десятых. Ответ выразите в (МэВ).
Решение
Дано:
$∆m=3.9·10^{-30}кг$
$с=3·10^{8}м/с$
$∆E-?$
Решение:
Запишем уравнение: $↙{1}↖{1}p+{}↙{0}↖{1}n→{}↙{1}↖{2}H+∆E$(1), где $∆E$ - выделяющаяся энергия.
По уравнению Эйнштейна: $∆E=mc^2$(2), где С - скорость света в вакууме. Учитывая, что $1эВ=1.6·10^{-19}Дж$, найдем $∆E: ∆E=∆mc^2={3.9·10^{-30}·9·10^{16}}/{1.6·10^{-19}}=2.19·10^{6}эВ≈2.2МэВ$
Задача 20
Радиоактивный изотоп технеция $↙{43}↖{95}Tc$, не обнаруженный в природе, был получен искусственно в результате реакции $↙{42}↖{94}Mo + ↙{1}↖{2}H → {}↙{43}↖{95}Tc + X$. Какая частица (нейтрон, протон, электрон, альфа-частица) выбрасывается? Ответ запишите словом (словами).
Решение
$↙{42}↖{94}Mo+{}↙{1}↖{2}H→{}↙{43}↖{95}Tc+X$. Найдем массовое $A$ и зарядовое $Z$ числа элемента $X$ и на их основе сделаем вывод: $A=94+2-95=1, Z=42+1-43=0$. Значит, неизвестным элементом является нейтрон $↙{0}↖{1}n$.
Рекомендуемые курсы подготовки
- Разберешься с термодинамикой
- Научишься различать изопроцессы
- Поймешь отличие графиков процессов в разных осях
- Заберешь 5 первичных баллов на ЕГЭ
- Порешаешь задания 7-10 из ЕГЭ
на бесплатном курсе Турбо ЕГЭ
