Задание 19. Ядерная физика. ЕГЭ 2021 по физике
Средний процент выполнения: 62.5%
Ответом к заданию 19 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Задачи для практики
Задача 1
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 2
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 $↙{0}↖{1}n$.
Задача 3
Укажите недостающее обозначение (нейтрон, протон, электрон, альфа-частица) ядерной реакции: $↙{3}↖{7}Li + ↙{1}↖{2}H → {}↙{4}↖{8}Be + X$. Ответ запишите словом (словами).
Решение
$↙{3}↖{7}Li+{}↙{1}↖{2}H→{}↙{4}↖{8}Be+{}↙{Z}↖{A}X$. Найдем массовое $A$ и зарядовое $Z$ числа элемента $X$ и на их основе сделаем вывод: $A=7+2-8=1, Z=3+1-4=0$. Значит, неизвестным элементом является нейтрон $↙{0}↖{1}n$.
Задача 4
Сколько протонов и сколько нуклонов содержится в ядре $↙{11}↖{23}Na$?
Решение
В ядре $↙{11}↖{23}Na$: число протонов равно $Z=11$ - зарядовое число; число нуклонов (протонов и нейтронов) равно $A=23$ - массовое число.
Задача 5
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 6
Какой заряд Z будет иметь ядро элемента, получившееся из ядра изотопа $↙{92}↖{238}U$ после трёх α-распадов и одного β-распада?
Решение
Решение:
$↙{92}↖{238}U⇄{}↙{87}↖{225}x+3{}↙{2}↖{4}He+{}↙{1}↖{0}e$, $Z=87$ у ядра элемента.
Задача 7
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 8
Определите, сколько протонов и сколько нейтронов входит в состав ядра атома $↙{42}↖{98}Mo$?
| Число протонов | Число нейтронов |
Решение
Решение:
$↙{42}↖{98}Mo$ Число протонов равно числу электронов $Z=42$.
Число нейтронов $N=A-Z=98-42=56$.
Задача 9
Определите элемент, получившийся в ходе α-распада. $↙{92}↖{235}U → {}↙{Z}↖{A}X + {}↙{2}↖{4}He$. В ответе напишите название элемента
Решение
Запишем ядерную реакцию:
$↙{92}↖{235}U→{}↙{90}↖{231}Th+{}↙{4}↖{2}He$ - по таблице Менделеева определим элемент.
Задача 10
Какой ещё частицей сопровождается деление изотопа урана $↙{92}↖{236}U$, если одним из осколков является ядро цезия $↙{90}↖{232}Cs$?
Решение
Составим уравнение радиоактивного распада $↙{92}↖{236}U⇄{}↙{90}↖{232}Cs+{}↙{2}↖{4}He$ ($α$-частица).
Задача 11
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 12
Период полураспада изотопа натрия N a 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 13
При β-распаде заряд радиоактивного ядра увеличивается на ... Ответ выразить в 10−19 Кл.
Решение
Дано:
$β$ - распад
$∆Q-?$
Решение:
$↙{Z}↖{A}x→{}↙{Z+1}↖{A}Y+{}↙{-1}↖{0}e$
Форму $β$ распада говорит о том, что заряд увеличился на 1 зард электрона, который равен $1.6·10^{-19}$Кл.
Задача 14
Ядро некоторого элемента состоит из 83 протонов и 131 нейтрона. Сколько нейтронов будет содержаться в ядре, образовавшемся из исходного после испускания одной α-частицы и трёх β-частиц?
Решение
Запишем уравнение данной реакции: $↙{83}↖{214}X-{}↙{2}↖{4}α-3{}↙{-1}↖{0}β→{}↙{Z}↖{A}Y$, где $X$ - исходный элемент, $Y$ - образовавшийся элемент. Найдем зарядовое число элемента $Y$: $Z=83-2-3·(-1)=83-2+3=84$. Найдем массовое числоэлемента $Y$: $A=214-4-3·0=210$. Тогда число нейтронов $N$ в ядре элемента $Y$ равно: $N=A-Z=210-84=126$.
Задача 15
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 16
Ядро урана $↙{92}↖{235}U$, захватив нейтрон, делится на два осколка $↙{55}↖{140}Cs$ и $↙{37}↖{94}Rb$. Сколько нейтронов выделяется в такой ядерной реакции деления?
Решение
$↙{92}↖{235}U+{}↙{0}↖{1}n→{}↙{55}↖{140}Cs+{}↙{37}↖{94}Rb+?{}↙{0}↖{1}n$. Найдем зарядовое число: $Z=92+0-55-37=0$. Найдем массовое число: $A=235+1-140-94=2$. Так как массовое число у нас получилось $A=2$, а у нейтрона $A=1$, то, значит, в такой ядерной реакции деления выделяется 2 нейтрона.
Задача 17
Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре $↙{88}↖{226}Ra$?
Решение
$↙{88}↖{226}Ra$. В ядре $↙{88}↖{226}Ra$ зарядовое число $Z=88$, следовательно, число протонов в ядре равно 88, массовое число $A=226$, значит, число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре равно 226. Учитывая, что $A=Z+N$, где $N$ - число нейтронов в ядре, имеем: $N=A-Z=226-88=138$.
Задача 18
На рисунке представлена диаграмма энергетических состояний в атоме. Какой цифрой обозначен переход, соответствующий излучению кванта с самой малой длиной волны?
Решение
Излучению (испусканию, высвечиванию) кванта соответствуют переходы 1,2 и 3, т.к. высвечиванию соответствует переход атома из стационароного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией, энергия кванта определяется выражением: $E=hυ={hc}/{λ}$, где $λ$ - длина волны, анализ данной формулы показывает, что чем меньше длина волны, тем больше разность энергий кванта, значит, переход 3: $E_n-E_m=hυ_{nm}={hc}/{λ}$.
Задача 19
Определите массовое и зарядовое числа продукта реакции $↙{7}↖{14}N + ↙{0}↖{1}n → ↙{6}↖{14}C + X$.
| Массовое число | Зарядовое число |
Решение
Дано:
$↙{7}↖{14}N+{}↙{0}↖{1}n→{}↙{6}↖{14}C+X$
$A-?X-?$
Решение:
Воспользуемся законом сохранения заряда: $Z=7+0-6=1$.
Воспользуемся законом сохранения массового числа: $A=14+1-14=1$.
Задача 20
Определите массовое и зарядовое числа продукта реакции $↙{8}↖{18}O +↙{1}↖{1}p →↙{9}↖{18}F + X$.
| Массовое число | Зарядовое число |
Решение
Дано:
$↙{8}↖{18}O+{}↙{1}↖{1}p→{}↙{9}↖{18}F+{}↙{Z}↖{A}X$
$A-?X-?$
Решение:
Воспользуемся законом сохранения заряда: $Z=8+1-9=9-9=0$.
Воспользуемся законом сохранения массы: $A=18+1-18=1$.
$A$ - массовое число, $Z$ - зарядовое число.