Ядерная физика — это один из разделов физики, встречающийся в ОГЭ по физике для 9 класса. Несмотря на то, что задачи по этой теме составляют небольшой процент экзамена, их правильное выполнение может существенно повлиять на итоговый балл. Разберёмся, как готовиться к этим заданиям, какие задачи встречаются, и почему важно уделять им внимание.
Задачи по ядерной физике в ОГЭ: что нужно знать?
В ОГЭ по физике темы ядерной физики включают:
- Альфа-распады, электронные и позитронные бета-распады
- Составление уравнений ядерных реакций.
- Определение массового числа и зарядового числа элементов, количества протонов, нейтронов, электронов и общего числа нуклонов
- Понятия периода полураспада и активности радиоактивного вещества.
Для каждого из прототипов доступен тренажер для решения каждого типа задания отдельно, посмотреть подробный текстовый разбор и проверить ответ совершенно бесплатно.
Основы ядерной физики:
Атом и его строение
Атом состоит из двух основных частей:
-
Ядро — центральная часть атома, содержащая почти всю его массу. В ядре находятся:
- Протоны — частицы с положительным зарядом;
- Нейтроны — частицы без заряда, но с массой
- Электроны — частицы с отрицательным зарядом, вращающиеся вокруг ядра.
Число протонов в ядре равно числу электронов в нейтральном атоме, поэтому атом в целом электрически нейтрален.
Массовое число и зарядовое число
Для успешного решения большинства задач на ядерную физику в ОГЭ необходимо знать и уметь пользоваться определениями массового и зарядового числа.
В общем виде атом элемента записывается следующим образом:
A
Z
X
Теперь рассмотрим на примере изотопа урана
-
Массовое число (A)
Это общее количество нуклонов (протонов + нейтронов) в ядре атома. Оно записывается сверху в обозначении изотопа, например:
238
92
U
Здесь A = 238. Это означает, что в данном изотопе урана 238 нуклона. Иными словами можно сказать, что масса ядра(как и масса атома) равна 238 атомных единиц массы(а.е.м.).
Обратите внимание, что количество нуклонов это то же самое, что и массовое число и его тоже иногда спрашивают в 11 задании в ОГЭ на ядерную физику
Зарядовое число (Z)
Это количество протонов в ядре, оно равняется количеству электронов. Оно определяет, к какому химическому элементу принадлежит атом. И определяет порядковый номер элемента в таблице Менделеева. Например: в Уране, из примера выше, зарядовое число будет 92.
-
Число нейтронов (N)
Нейтроны не создают никакого заряда в ядре. Однако они участвуют в создании массы ядра. Чтобы рассчитать их количество, необходимо из общей массы ядра(массового числа) вычесть число протонов(зарядовое число)
N = A - Z
Ядерные реакции и уравнения
Ядерные реакции — это процессы изменения состава ядра атома. К ним относятся радиоактивные распады и реакции синтеза.
-
Альфа-распад
При альфа-распаде из ядра испускается альфа-частица(ядро гелия), состоящая из 2 протонов и 2 нейтронов. В результате массовое число уменьшается на 4, зарядовое число уменьшается на 2. Подробнее про альфа-распад
-
Электронный бета-распад
Бета-минус распад - нейтрон превращается в протон, и ядро испускает электрон. Зарядовое число увеличивается на 1, но массовое число не меняется. Подробнее про бета-распад
-
Позитронный бета-распад
При испускании позитрона протон превращается в нейтрон, и ядро испускает позитрон. Зарядовое число уменьшается на 1.
Тип № 1. Задачи на уравнение альфа-распада.
Темы задачи
Задания на уравнения альфа-распадов - основы ядерной физики и решаются при помощи закона сохранения массы и заряда в ходе ядерной реакции. Бывают трёх видов: на массу, заряд или количество протонов/нейтронов в получившемся, в результате ядерной реакции, элементе. Все типы задач на альфа-распад вы можете отработать в тренажере ниже. К каждой задаче вы найдете подробное объяснение, которое призвано помочь вам разобраться с ядерными реакциями
Произошла следующая ядерная реакция альфа-распада:
30
15
P
⇒
4
2
α
+
A
Z
X
Чему равно количество нуклонов атома X?
Прежде всего вспомним, что при альфа-распаде массовое число ядра уменьшается на 4 (то, что стоит сверху), а зарядовое число уменьшается на 2 (число протонов, которое стоит снизу).
В реакциях ядерных распадов всегда сохраняется масса и заряд в левой и правой части уравнений.
В левой части уравнения масса составляет 30, а заряд 15. В правой части в свою очередь масса альфа-частицы составляет 4, а массу нового элемента возьмем за A.
Составим уравнение для массы
Тогда выразим массу нового элемента
Таким образом, запишем в ответ: 26
Тип № 2. Задачи на бета-распады
Темы задачи
Бета-распадов в природе существует 2 вида: позитронный(бета-плюс распад) и электронный(бета-минус). Второй является основным видом распада, встречающемся на экзаменах, однако и первый не стоит упускать из виду. Почитать про особенности обоих видов распадов, а так же разобраться с уравнениями бета-распадов вы можете в тренажёре по кнопке. Тест по бета-распадам предложит вам полноценное решение, чтобы вы смогли полностью разобраться с разными видами ядерных реакций и отработали решения 10 и 11 задания из ОГЭ по физике
209
84
Po
⇒
0
-1
+
A
Z
X
При бета-распаде массовое число ядра остается таким же (то, что стоит сверху), а зарядовое число увеличивается на 1 (число протонов, которое стоит снизу).
В реакциях ядерных распадов всегда сохраняется масса и заряд в левой и правой части уравнений.
В левой части уравнения масса составляет 209, а заряд 84. В правой части в свою очередь заряд электрона -1, а заряд нового элемента возьмем за Z.
Составим уравнение для массы
Тогда выразим заряд нового элемента
Таким образом, запишем в ответ: 85
Тип № 3. Задачи на период полураспада
Темы задачи
Задачи на период полураспада являются частью задач на ядерную физику в ЕГЭ и ОГЭ по физике. В основном они представляют из себя задачи на график, в которых нужно определить период полураспада как время, за которое количество атомов или молекул снижается вдвое. Для того, чтобы запомнить как решать задачи этого формата, рекомендуем вам отработать их решение на тренажёре. После решения каждого задания вы сможете посмотреть решение с подробным объяснением и проверить ответ.
Немного истории развития ядерной физики
Открытие радиоактивности
В 1896 году Анри Беккерель случайно обнаружил, что соли урана излучают невидимые лучи, способные засвечивать фотопластинку.
Открытие альфа-частиц
Эрнест Резерфорд в 1902 году доказал, что альфа-частицы — это ядра атомов гелия.
Открытие и изучение бета-распада
Изучение бета-распада стало ключом к открытию существования нейтрино, предсказанного Вольфгангом Паули в 1930 году.
Почему важно знать теорию по ядерной физике?
Считается, что задания на ядерную физику в ОГЭ в 9 классе являются подарком для сдающего, потому что отличаются достаточно ёмкой теорией для подготовки и однотипное решение большинства задач. Однако, важно уметь правильно выполнять