Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела, страница 30

Онаравна той энергии, которая выделяется при образовании ядра изотдельных частиц.Энергию связи определяют на основе соотношения Эйнштейнамежду массой и энергиейE свmc 2 .(13.6)Если массу частиц и ядра измерять в атомных единицах массы(а.е.м.), а энергию – в мегаэлектронвольтах (МэВ), соотношение (13.6)можно представить в видеE св 931,5 m ,или, с учетом (13.5):E св (МэВ) 931,5 [Z mН(A Z) mnmатома ](а.е.м.) , (13.7)где mр = 1,00728 а.е.м., mН = 1,00783 а.е.м.Отношение энергии связи ядра Есв к числу нуклонов А в ядреназывается удельной энергией связи нуклонов в ядреЕ свудE св.(13.8)АУдельная энергия связи нуклонов в разных атомных ядрахнеодинакова и позволяет судить об устойчивости ядер: чем большеудельная энергия связи, тем более устойчиво ядро изотопа.удЕ св(МэВ / нуклон)Рис.

13.1233Зависимость удельной энергии связи от массового числа Аисследована экспериментально для всех стабильных ядер ипредставлена на рис.13.1.Как видно из рис.13.1, наибольшей устойчивостью обладаютэлементы с массовым числом от 50 до 60. Для них удельная энергияМэВудсвязи достигает величины Е св.8,75нуклонНаличие энергии связи ядра указывает на то, что между нуклонамиядра действуют ядерные силы притяжения. Это взаимодействие междунуклонами получило название сильного взаимодействия.Перечислим основные особенности ядерных сил:1.

Им присуще свойство зарядовой независимости: силы,действующие между нейтроном и протоном, двумя нейтронами илидвумя протонам имеют одинаковую величину.2. Ядерные силы являются короткодействующими, их радиусдействия составляет порядка 10–15 м.3. Ядерные силы обладают свойством насыщения: каждый нуклонвзаимодействует только с ограниченным числом соседних нуклонов.Об этом, в частности, свидетельствует тот факт, что (см.

рис.13.1)удельная энергия связи примерно постоянна при значения атомныхчисел А > 16.4. Ядерные силы носят обменный характер. Переносчикомядерного взаимодействия являются частицы -мезоны.5. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов.Например, в тяжелом водороде – дейтроне ( 21 H ) – нейтрон и протонудерживаются вместе, только если их спины параллельны друг другу.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 141(к)Энергия связи ядерЦель работы: исследование с помощью компьютерной моделиустойчивости атомных ядер и определение удельной энергии связи.Методика измеренийЯдра стабильных изотопов образуются только при определенномсоотношении чисел протонов и нейтронов.

Для легких ядер числонейтронов приблизительно равно числу протонов, но с увеличениеммассового числа А число нейтронов N становится больше, чем числопротонов Z ядра.234В данной работе исследуется устойчивость различных изотоповэлементов и определяется наиболее устойчивый изотоп для каждого иззаданных преподавателем химических элементов.Порядок выполнения работыЗапустить программу, подведя маркер мыши под значок «Открытаяфизика.1.1» на рабочем столе компьютера и дважды щѐлкнув левойкнопкой мыши.

Выбрать раздел «Квантовая физика» и «Энергия связиядер» (рис.13.2).Рис. 13.2Рассмотреть внимательно рисунок и, подведя маркер мыши клюбому рычажку, несколько раз изменить характеристики Z и N и,нажимая на кнопку «Старт», наблюдать, будет ли ядро устойчивым.Зарисовать зависимость числа нейтронов N от зарядового числа Z всвой конспект лабораторной работы. Дописать, если необходимо,нужные формулы (кнопка с изображением страницы служит длявызова теоретических сведений).1. Установить значение Z для первого элемента, заданного вашейбригаде.2. Меняя N (начиная примерно с N = Z), определить, при какихзначениях числа нейтронов ядро будет устойчивым (не будетраспадаться).235Таблица 13.1НазваниеZNAmатомаа.е.м.ЕсвМэВудЕ свМэв/нуклон3. Занести в табл.13.1 каждое значение числа нейтронов N, прикотором ядро остаѐтся устойчивым (для разных элементов числостабильных изотопов в таблице может изменяться от 2 до 7)4.

По формуле (13.1) подсчитать массовое число А для каждогоизотопа.5. Из таблицы, имеющейся у преподавателя, выписать в табл.13.1массы нейтральных атомов для найденных стабильных изотопов.6. По формуле (13.7) определить энергию связи ядер вмегаэлектронвольтах.7. Рассчитать удельную энергию связи по формуле (13.8)8. Повторить измерения по п.п. 2-8 для других элементов, заданныхвашей бригаде.10. Для каждого элемента определить наиболее устойчивый изотопи выписать химические символы и соответствующие значенияудельной энергии связи наиболее устойчивых изотопов.236Вопросы по работе и разделу 131. Из каких частиц состоят ядра химических элементов?2. Что означает понятие «спин» элементарной частицы?3. Как обозначаются ядра химических элементов, какими числамиони характеризуются?4.

Что такое изотопы химического элемента?5. Что называется дефектом массы ядра? Как он определяется?6. Что называется энергией связи ядра?7. Как определяется удельная энергия связи ядра?8. Какая величина определяет устойчивость атомных ядер?9. К какому виду взаимодействия относятся ядерные силы?10.

Перечислите основные свойства ядерных сил.11. Какие элементы в таблице Менделеева являются наиболееустойчивыми?12. Каким образом в данной работе определяется наиболееустойчивый изотоп заданного химического элемента?237ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУЭлектричество1. Электрические заряды. Закон сохранения заряда.2. Точечные заряды. Закон Кулона.3. Напряженность электрического поля (в вакууме). Принципсуперпозиции.4.

Силовые линии поля. Поток вектора напряженности.5. Теорема Остроградского – Гаусса.6. Применение теоремы Гаусса (точечный заряд, сфера, шар,цилиндр, бесконечная заряженная плоскость).7. Работа электрического поля. Потенциал. Потенциал полейсистемы зарядов.8. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля.9. Связь напряженности и потенциала.10. Диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы. Диэлектрики вэлектрическом поле.

Вектор электрической индукции (смещение).Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость.11. Теорема Гаусса для диэлектриков.12. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов впроводниках.13. Электрическая емкость изолированного проводника. Емкостьшара.14.

Емкость системы проводников. Плоский конденсатор.15. Цилиндрический конденсатор.16. Энергия системы точечных зарядов.17. Энергия заряженного конденсатора.18. Энергия электрического поля. Объемная плотность.19. Соединение конденсаторов.20. Электрический ток. Плотность тока. Уравнение непрерывности.21. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.Сопротивление проводников.22. Тепловоедействиетока.ЗаконДжоуля – Ленцавдифференциальной и интегральной форме.23. Магнитное поле. Напряженность и индукция магнитного поля.24. Магнитное поле тока.

Закон Био – Савара – Лапласа.25. Магнитное поле бесконечного прямого проводника с током и вцентре кругового тока.26. Сила Ампера. Взаимодействие токов.27. Действие магнитного поля на движущиеся заряды. СилаЛоренца.23828. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля.Магнитное поле длинного соленоида.29. Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура стоком.

Вращающий механический момент, действующий на контур.30. Контур в магнитном поле. Магнитный поток.31. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле.32. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.33. Самоиндукция. Индуктивность. Взаимная индукция.34. Магнетики.

Диа–, пара– и ферромагнетизм. Магнитнаяпроницаемость и магнитная восприимчивость.35. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.36. Идеальныйколебательныйконтур.Дифференциальноеуравнение и его решение.37. Колебательныйконтурсактивнымсопротивлением.Дифференциальное уравнение и его решение. Апериодическийпроцесс.38. Вынужденные колебания в контуре. Дифференциальноеуравнение и его решение. Электрический резонанс.

Добротностьконтура.39. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальнойформах.40. Электромагнитные волны. Волновое уравнение, его решение.41. Плоскаяэлектромагнитнаяволна.  Связьвекторовнапряженности электрического Е и магнитного Н поля.42. Плотность и поток энергии электромагнитного поля.Волновая оптика1. Интерференция света.

Когерентность источников, методыполучения когерентных волн. Оптическая длина пути и оптическаяразность хода волн.2. Интерференция света от двух точечных источников,интерференция в тонких пленках. Интерферометры.3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля.4. Метод векторных диаграмм. Дифракция на круглом отверстии идиске.5.

Дифракция Фраунгофера на щели и решетке. Дифракционнаярешетка как спектральный прибор.6. Поляризация света. Линейная, круговая и эллиптическаяполяризация.7. Поляризаторы.ЗаконМалюсадляестественногоиполяризованного света.2398. Поляризация при отражении и преломлении света. ЗаконБрюстера. Двойное лучепреломление.9. Интерференция поляризованного света.Квантовая оптика1. Тепловое излучение. Энергетическая светимость и спектральнаяплотность энергетической светимости тел. Закон Кирхгофа.2. Абсолютно черное тело. Закон Стефана–Больцмана. Законсмещения Вина.3. Квантовая гипотеза Планка.

Формула Планка для спектральнойплотности энергетической светимости абсолютно черного тела.4. Корпускулярно–волновой дуализм излучения. Фотоны. ЭффектКомптона.5. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта.6. Давление света.Квантовая механика. Атомная физика1. Ядерная модель атома водорода. Спектр атома. Теория Бора дляатома водорода и водороподобных систем.2. Дискретность энергетических уровней атома.

Опыты Франка иГерца.3. Корпускулярно–волновая природа частиц вещества. Волны де–Бройля, их вероятностный смысл.4. Соотношения неопределенностей Гейзенберга.5. Волновыесвойствамикрочастиц.Экспериментальныеподтверждения гипотезы де–Бройля и принципа неопределенностейГейзенберга.6. Волновая функция и ее свойства.7. Стационарное уравнение Шредингера. Его решение.8. Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме. Квантованиеэнергии частицы. Собственные значения волновой функции.9. Прохождение частиц через потенциальный барьер. Туннельныйэффект.10. Основное состояние атома водорода с точки зрения квантовоймеханики. Уравнение Шредингера и его решение.11. Квантовые числа. Орбитальный механический и магнитныймоменты электрона в атоме.12.