Страница 161 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета

Авторы: Рымкевич А. П.

Тип: Задачник

Издательство: Просвещение, Дрофа

Год издания: 2016 - 2025

Цвет обложки: белый, синий

ISBN: 978-5-358-15963-1

Популярные ГДЗ в 10 классе

Cтраница 161

№1225 (с. 161)
Условие. №1225 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1225, Условие

1225. Ввиду большой энергии связи, приходящейся на нуклон ядра гелия, возможны экзоэнергетические реакции деления лёгких ядер. Найти, какая энергия выделяется при бомбардировке бора ${}_{5}^{11}\text{B}$ протонами с образованием трёх $\alpha$-частиц.

Решение 1. №1225 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1225, Решение 1
Решение 2. №1225 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1225, Решение 2
Решение 3. №1225 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1225, Решение 3
Решение 4. №1225 (с. 161)

Дано:

Ядерная реакция: $_{5}^{11}\text{B} + _{1}^{1}\text{p} \rightarrow 3 \cdot _{2}^{4}\text{He}$

Масса атома бора-11: $m(_{5}^{11}\text{B}) = 11,009305 \text{ а.е.м.}$

Масса атома водорода-1: $m(_{1}^{1}\text{H}) = 1,007825 \text{ а.е.м.}$

Масса атома гелия-4: $m(_{2}^{4}\text{He}) = 4,002603 \text{ а.е.м.}$

Энергетический эквивалент атомной единицы массы: $1 \text{ а.е.м.} \cdot c^2 \approx 931,5 \text{ МэВ}$

Найти:

Энергетический выход реакции $Q$.

Решение:

Запишем уравнение ядерной реакции, указав выделяющуюся энергию $Q$. Протон — это ядро атома водорода $_{1}^{1}\text{H}$, а α-частица — ядро атома гелия $_{2}^{4}\text{He}$.

$_{5}^{11}\text{B} + _{1}^{1}\text{p} \rightarrow 3 \cdot _{2}^{4}\text{He} + Q$

Сначала проверим выполнение законов сохранения зарядового и массового чисел.

Сумма зарядовых чисел до реакции: $Z_{нач} = 5 + 1 = 6$.

Сумма зарядовых чисел после реакции: $Z_{кон} = 3 \cdot 2 = 6$.

Сумма массовых чисел до реакции: $A_{нач} = 11 + 1 = 12$.

Сумма массовых чисел после реакции: $A_{кон} = 3 \cdot 4 = 12$.

Законы сохранения выполняются.

Энергетический выход реакции $Q$ определяется дефектом масс $\Delta m$ — разницей между суммарной массой частиц до реакции и после неё. Энергия связана с массой соотношением Эйнштейна $E=mc^2$.

$Q = \Delta m \cdot c^2 = (m_{нач} - m_{кон}) \cdot c^2$

где $m_{нач}$ — суммарная масса частиц до реакции, а $m_{кон}$ — суммарная масса частиц после реакции. В расчетах можно использовать массы нейтральных атомов, так как число электронов в исходных атомах ($5+1=6$) и в конечных атомах ($3 \cdot 2 = 6$) одинаково, поэтому их массы взаимно сокращаются при вычислении разности.

Вычислим массу частиц до реакции (атом бора-11 и атом водорода-1):

$m_{нач} = m(_{5}^{11}\text{B}) + m(_{1}^{1}\text{H}) = 11,009305 \text{ а.е.м.} + 1,007825 \text{ а.е.м.} = 12,017130 \text{ а.е.м.}$

Вычислим массу частиц после реакции (три атома гелия-4):

$m_{кон} = 3 \cdot m(_{2}^{4}\text{He}) = 3 \cdot 4,002603 \text{ а.е.м.} = 12,007809 \text{ а.е.м.}$

Теперь найдем дефект масс $\Delta m$:

$\Delta m = m_{нач} - m_{кон} = 12,017130 \text{ а.е.м.} - 12,007809 \text{ а.е.м.} = 0,009321 \text{ а.е.м.}$

Так как дефект масс положителен ($\Delta m > 0$), масса продуктов реакции меньше массы исходных частиц. Это означает, что реакция является экзоэнергетической, то есть протекает с выделением энергии.

Вычислим выделившуюся энергию $Q$, умножив дефект масс на энергетический эквивалент одной атомной единицы массы:

$Q = \Delta m \cdot 931,5 \frac{\text{МэВ}}{\text{а.е.м.}} = 0,009321 \text{ а.е.м.} \cdot 931,5 \frac{\text{МэВ}}{\text{а.е.м.}} \approx 8,682 \text{ МэВ}$

Ответ: при бомбардировке бора $^{11}\text{B}$ протонами выделяется энергия, равная приблизительно $8,682 \text{ МэВ}$.

№1226 (с. 161)
Условие. №1226 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1226, Условие

1226. При делении изотопа урана $^{235}_{92}\text{U}$ освобождается энергия 200 МэВ, причём 84% этой энергии приобретают осколки деления. Считая, что этими осколками являются ядра бария $^{137}_{56}\text{Ba}$ и криптона $^{84}_{36}\text{Kr}$ и что импульсы их по модулю одинаковы, найти энергию осколков.

Решение 1. №1226 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1226, Решение 1
Решение 2. №1226 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1226, Решение 2
Решение 3. №1226 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1226, Решение 3
Решение 4. №1226 (с. 161)

Дано:

Полная энергия, освобождающаяся при делении ядра урана $_{92}^{235}\textrm{U}$, $E_{общ} = 200 \text{ МэВ}$.
Доля энергии, переходящая в кинетическую энергию осколков, $\eta = 84\% = 0.84$.
Осколки деления: ядро бария $_{56}^{137}\textrm{Ba}$ и ядро криптона $_{36}^{84}\textrm{Kr}$.
Массовое число бария $A_{Ba} = 137$.
Массовое число криптона $A_{Kr} = 84$.
Импульсы осколков по модулю равны: $p_{Ba} = p_{Kr}$.

Найти:

Кинетическую энергию ядра бария $E_{Ba}$ и кинетическую энергию ядра криптона $E_{Kr}$.

Решение:

1. Найдем суммарную кинетическую энергию $E_k$, которую приобретают осколки деления. Она составляет 84% от общей выделившейся энергии: $E_k = E_{общ} \cdot \eta = 200 \text{ МэВ} \cdot 0.84 = 168 \text{ МэВ}$.

Эта энергия равна сумме кинетических энергий ядра бария и ядра криптона: $E_k = E_{Ba} + E_{Kr}$.

2. Согласно условию задачи, импульсы осколков по модулю равны. Это также следует из закона сохранения импульса, так как начальный импульс ядра урана (если считать его покоящимся до деления) равен нулю: $\vec{p}_{Ba} + \vec{p}_{Kr} = 0 \implies p_{Ba} = p_{Kr} = p$.

3. Связь между кинетической энергией $E$ и импульсом $p$ частицы массой $m$ выражается формулой: $E = \frac{p^2}{2m}$.

Запишем это выражение для каждого осколка: $E_{Ba} = \frac{p^2}{2m_{Ba}}$
$E_{Kr} = \frac{p^2}{2m_{Kr}}$

4. Найдем отношение кинетических энергий осколков: $\frac{E_{Ba}}{E_{Kr}} = \frac{p^2 / (2m_{Ba})}{p^2 / (2m_{Kr})} = \frac{m_{Kr}}{m_{Ba}}$.

Массы ядер можно считать пропорциональными их массовым числам ($A$), т.е. $m \approx A \cdot u$, где $u$ — атомная единица массы. Тогда отношение масс равно отношению массовых чисел: $\frac{m_{Kr}}{m_{Ba}} = \frac{A_{Kr}}{A_{Ba}} = \frac{84}{137}$.

Следовательно, отношение энергий: $\frac{E_{Ba}}{E_{Kr}} = \frac{84}{137}$.

5. Теперь у нас есть система из двух уравнений с двумя неизвестными ($E_{Ba}$ и $E_{Kr}$):
$E_{Ba} + E_{Kr} = 168 \text{ МэВ}$
$E_{Ba} = \frac{84}{137} E_{Kr}$

Подставим второе уравнение в первое: $\frac{84}{137} E_{Kr} + E_{Kr} = 168$
$E_{Kr} \left(\frac{84}{137} + 1\right) = 168$
$E_{Kr} \left(\frac{84 + 137}{137}\right) = 168$
$E_{Kr} \left(\frac{221}{137}\right) = 168$
$E_{Kr} = 168 \cdot \frac{137}{221} = \frac{23016}{221} \approx 104.1 \text{ МэВ}$.

Теперь найдем энергию ядра бария, используя первое уравнение: $E_{Ba} = 168 - E_{Kr} \approx 168 - 104.1 = 63.9 \text{ МэВ}$.

Ответ: энергия ядра бария $E_{Ba} \approx 63.9 \text{ МэВ}$, энергия ядра криптона $E_{Kr} \approx 104.1 \text{ МэВ}$.

№1227 (с. 161)
Условие. №1227 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1227, Условие

1227. Для замедления быстрых нейтронов можно использовать, например, тяжёлую воду или углерод. В каком из этих замедлителей нейтрон испытает большее число столкновений, пока его скорость не снизится до тепловой?

Решение 1. №1227 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1227, Решение 1
Решение 2. №1227 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1227, Решение 2
Решение 3. №1227 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1227, Решение 3
Решение 4. №1227 (с. 161)

Решение

Замедление быстрых нейтронов до тепловых скоростей происходит в результате упругих столкновений с ядрами атомов вещества-замедлителя. Эффективность этого процесса, то есть доля кинетической энергии, которую нейтрон теряет при одном столкновении, зависит от соотношения масс сталкивающихся частиц.

Согласно законам сохранения энергии и импульса для упругого столкновения, передача энергии от налетающей частицы к покоящейся мишени максимальна, когда их массы равны. Чем ближе масса ядра-мишени к массе нейтрона, тем большую часть своей энергии нейтрон теряет за одно соударение, и тем меньше столкновений потребуется для его замедления до заданной (тепловой) скорости.

Сравним массы ядер замедлителей с массой нейтрона ($m_n$):

1. Масса нейтрона: $m_n \approx 1$ атомной единице массы (а.е.м.).

2. Замедлитель — тяжёлая вода ($D_2O$). Основные столкновения происходят с ядрами дейтерия (дейтронами, $D$), которые состоят из одного протона и одного нейтрона. Масса дейтрона: $m_D \approx 2$ а.е.м.

3. Замедлитель — углерод ($C$). Столкновения происходят с ядрами углерода. Основной изотоп — углерод-12 ($^{12}C$), ядро которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Масса ядра углерода-12: $m_C \approx 12$ а.е.м.

Сравнивая массы, видим, что масса ядра дейтерия ($m_D \approx 2 \cdot m_n$) гораздо ближе к массе нейтрона, чем масса ядра углерода ($m_C \approx 12 \cdot m_n$).

Это означает, что при каждом столкновении с ядром дейтерия в тяжёлой воде нейтрон теряет в среднем значительно большую долю своей энергии, чем при столкновении с ядром углерода. Следовательно, для замедления до тепловых скоростей в тяжёлой воде потребуется меньшее число столкновений.

Соответственно, в углероде, как в менее эффективном замедлителе с точки зрения потери энергии за одно столкновение, нейтрон испытает большее число столкновений, пока его скорость не снизится до тепловой.

Ответ: нейтрон испытает большее число столкновений в углероде.

№1228 (с. 161)
Условие. №1228 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1228, Условие

1228. При делении одного ядра урана ${}_{92}^{235}\text{U}$ на два осколка выделяется энергия 200 МэВ. Какая энергия освобождается при «сжигании» в ядерном реакторе 1 г этого изотопа? Сколько каменного угля нужно сжечь для получения такой энергии?

Решение 1. №1228 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1228, Решение 1
Решение 2. №1228 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1228, Решение 2
Решение 3. №1228 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1228, Решение 3
Решение 4. №1228 (с. 161)

Дано:

Изотоп урана: $ ^{235}_{92}\text{U} $

Энергия деления одного ядра, $E_0 = 200 \text{ МэВ}$

Масса урана, $m_U = 1 \text{ г}$

Молярная масса урана-235, $M_U \approx 235 \text{ г/моль}$

Число Авогадро, $N_A = 6,022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Удельная теплота сгорания каменного угля (справочное значение), $q_у = 2,9 \cdot 10^7 \text{ Дж/кг}$

$m_U = 1 \text{ г} = 1 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

$M_U = 235 \text{ г/моль} = 0,235 \text{ кг/моль}$

$E_0 = 200 \text{ МэВ} = 200 \cdot 10^6 \text{ эВ} = 200 \cdot 10^6 \cdot 1,602 \cdot 10^{-19} \text{ Дж} = 3,204 \cdot 10^{-11} \text{ Дж}$

Найти:

$E_U$ - ?

$m_у$ - ?

Решение:

Какая энергия освобождается при «сжигании» в ядерном реакторе 1 г этого изотопа?

Сначала найдем количество ядер $N$ в 1 грамме урана-235. Количество вещества (число молей) $\nu$ можно найти по формуле:

$\nu = \frac{m_U}{M_U}$

Число ядер $N$ связано с количеством вещества и числом Авогадро $N_A$ следующим соотношением:

$N = \nu \cdot N_A = \frac{m_U}{M_U} \cdot N_A$

Подставим значения в СИ:

$N = \frac{1 \cdot 10^{-3} \text{ кг}}{0,235 \text{ кг/моль}} \cdot 6,022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} \approx 2,56 \cdot 10^{21}$ ядер

Общая энергия $E_U$, которая выделится при делении всех этих ядер, равна произведению числа ядер $N$ на энергию, выделяющуюся при делении одного ядра $E_0$:

$E_U = N \cdot E_0$

Выполним расчет:

$E_U = 2,56 \cdot 10^{21} \cdot 3,204 \cdot 10^{-11} \text{ Дж} \approx 8,2 \cdot 10^{10} \text{ Дж} = 82 \text{ ГДж}$

Ответ: при сжигании 1 г урана-235 освобождается энергия около $8,2 \cdot 10^{10} \text{ Дж}$.

Сколько каменного угля нужно сжечь для получения такой энергии?

Энергия, получаемая при сгорании топлива, рассчитывается по формуле:

$Q = q_у \cdot m_у$

где $q_у$ – удельная теплота сгорания угля, а $m_у$ – его масса.

Приравняем эту энергию к энергии, полученной от деления урана $E_U$:

$E_U = q_у \cdot m_у$

Отсюда можем выразить массу угля:

$m_у = \frac{E_U}{q_у}$

Подставим числовые значения:

$m_у = \frac{8,2 \cdot 10^{10} \text{ Дж}}{2,9 \cdot 10^7 \text{ Дж/кг}} \approx 2,83 \cdot 10^3 \text{ кг} = 2830 \text{ кг}$

Переведем массу в тонны для наглядности: $2830 \text{ кг} = 2,83 \text{ т}$.

Ответ: для получения такой же энергии нужно сжечь примерно $2,83$ тонны каменного угля.

№1229 (с. 161)
Условие. №1229 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1229, Условие

1229. Какова электрическая мощность атомной электростанции, расходующей в сутки 220 г изотопа урана $_{92}^{235}\text{U}$ и имеющей КПД 25%?

Решение 1. №1229 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1229, Решение 1
Решение 2. №1229 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1229, Решение 2
Решение 3. №1229 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1229, Решение 3
Решение 4. №1229 (с. 161)

Дано:

Масса урана-235, $m = 220 \text{ г}$
Время, $t = 1 \text{ сутки}$
КПД, $\eta = 25\%$
Изотоп: $_{92}^{235}\text{U}$
Энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана-235, $E_0 \approx 200 \text{ МэВ}$
Число Авогадро, $N_A \approx 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$
Молярная масса урана-235, $M \approx 235 \text{ г/моль}$

$m = 220 \text{ г} = 0.22 \text{ кг}$
$t = 1 \text{ сутки} = 24 \cdot 3600 \text{ с} = 86400 \text{ с}$
$\eta = 25\% = 0.25$
$M = 235 \text{ г/моль} = 0.235 \text{ кг/моль}$
$E_0 = 200 \text{ МэВ} = 200 \cdot 10^6 \text{ эВ} = 200 \cdot 10^6 \cdot 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж} = 3.2 \cdot 10^{-11} \text{ Дж}$

Найти:

Электрическая мощность, $P_{эл}$

Решение:

Электрическая мощность $P_{эл}$ атомной электростанции определяется как полезная работа (выработанная электроэнергия) $A_{полезная}$ за единицу времени $t$:

$P_{эл} = \frac{A_{полезная}}{t}$

Полезная работа связана с полной энергией $E_{полная}$, выделившейся в реакторе, через коэффициент полезного действия $\eta$:

$A_{полезная} = \eta \cdot E_{полная}$

Полная энергия, выделившаяся при делении ядер урана, равна произведению числа разделившихся ядер $N$ на энергию, выделяющуюся при делении одного ядра $E_0$:

$E_{полная} = N \cdot E_0$

Число ядер $N$ в массе урана $m$ можно найти по формуле:

$N = \frac{m}{M} \cdot N_A$

где $M$ — молярная масса урана-235, $N_A$ — число Авогадро.

Объединим все формулы в одну для расчета электрической мощности:

$P_{эл} = \frac{A_{полезная}}{t} = \frac{\eta \cdot E_{полная}}{t} = \frac{\eta \cdot N \cdot E_0}{t} = \frac{\eta \cdot m \cdot N_A \cdot E_0}{M \cdot t}$

Подставим числовые значения в систему СИ:

$P_{эл} = \frac{0.25 \cdot 0.22 \text{ кг} \cdot 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} \cdot 3.2 \cdot 10^{-11} \text{ Дж}}{0.235 \text{ кг/моль} \cdot 86400 \text{ с}}$

$P_{эл} \approx \frac{1.0599 \cdot 10^{12} \text{ Дж}}{20304 \text{ с}} \approx 5.22 \cdot 10^7 \text{ Вт}$

Переведем результат в мегаватты: $5.22 \cdot 10^7 \text{ Вт} = 52.2 \text{ МВт}$.

Ответ: электрическая мощность атомной электростанции составляет примерно $52.2 \text{ МВт}$.

№1230 (с. 161)
Условие. №1230 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1230, Условие

1230. Какая энергия выделяется при термоядерной реакции

$${}_{1}^{2}\text{H} + {}_{1}^{3}\text{H} \rightarrow {}_{2}^{4}\text{He} + {}_{0}^{1}\text{n}?$$

Решение 1. №1230 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1230, Решение 1
Решение 2. №1230 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1230, Решение 2
Решение 3. №1230 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1230, Решение 3
Решение 4. №1230 (с. 161)

Дано:

Термоядерная реакция: $_{1}^{2}\text{H} + _{1}^{3}\text{H} \to _{2}^{4}\text{He} + _{0}^{1}\text{n}$

Массы ядер (из справочных таблиц):

$m(_{1}^{2}\text{H}) = 2.014102 \text{ а.е.м.}$

$m(_{1}^{3}\text{H}) = 3.016049 \text{ а.е.м.}$

$m(_{2}^{4}\text{He}) = 4.002603 \text{ а.е.м.}$

$m(_{0}^{1}\text{n}) = 1.008665 \text{ а.е.м.}$

Энергетический эквивалент атомной единицы массы: $1 \text{ а.е.м.} \approx 931.5 \text{ МэВ}$.

Атомная единица массы в СИ: $1 \text{ а.е.м.} \approx 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг}$.

$m(_{1}^{2}\text{H}) = 2.014102 \times 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг} \approx 3.34449 \times 10^{-27} \text{ кг}$

$m(_{1}^{3}\text{H}) = 3.016049 \times 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг} \approx 5.00827 \times 10^{-27} \text{ кг}$

$m(_{2}^{4}\text{He}) = 4.002603 \times 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг} \approx 6.64648 \times 10^{-27} \text{ кг}$

$m(_{0}^{1}\text{n}) = 1.008665 \times 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг} \approx 1.67493 \times 10^{-27} \text{ кг}$

Найти:

$E$ — ?

Решение:

Энергия, которая выделяется или поглощается в ходе ядерной реакции, называется энергетическим выходом реакции. Она равна изменению энергии покоя ядер и частиц, участвующих в реакции. Эта энергия связана с дефектом масс $\Delta m$ соотношением Эйнштейна $E = \Delta m c^2$.

Дефект масс — это разница между суммой масс исходных частиц (реагентов) и суммой масс конечных частиц (продуктов).

1. Найдем суммарную массу частиц до реакции (ядро дейтерия $_{1}^{2}\text{H}$ и ядро трития $_{1}^{3}\text{H}$):
$M_{до} = m(_{1}^{2}\text{H}) + m(_{1}^{3}\text{H}) = 2.014102 \text{ а.е.м.} + 3.016049 \text{ а.е.м.} = 5.030151 \text{ а.е.м.}$

2. Найдем суммарную массу частиц после реакции (ядро гелия $_{2}^{4}\text{He}$ и нейтрон $_{0}^{1}\text{n}$):
$M_{после} = m(_{2}^{4}\text{He}) + m(_{0}^{1}\text{n}) = 4.002603 \text{ а.е.м.} + 1.008665 \text{ а.е.м.} = 5.011268 \text{ а.е.м.}$

3. Вычислим дефект масс:
$\Delta m = M_{до} - M_{после} = 5.030151 \text{ а.е.м.} - 5.011268 \text{ а.е.м.} = 0.018883 \text{ а.е.м.}$

Поскольку дефект масс положителен ($\Delta m > 0$), это означает, что суммарная масса частиц уменьшилась, а "пропавшая" масса превратилась в энергию. Следовательно, реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением энергии.

4. Рассчитаем выделившуюся энергию $E$. Для этого умножим дефект масс на энергетический эквивалент одной атомной единицы массы, который составляет приблизительно $931.5 \text{ МэВ}$.
$E = \Delta m \times 931.5 \text{ МэВ/а.е.м.} = 0.018883 \times 931.5 \text{ МэВ} \approx 17.589 \text{ МэВ}$.

Ответ: при данной термоядерной реакции выделяется энергия, равная примерно $17.59 \text{ МэВ}$.

№1231 (с. 161)
Условие. №1231 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1231, Условие

1231. Толщина $h$ слоя перекрытия, ослабляющего данное ионизирующее излучение в 2 раза, носит название толщины слоя половинного ослабления. Доказать, что слой толщиной $H = nh$ ослабляет излучение в $2^n$ раз.

Решение 1. №1231 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1231, Решение 1
Решение 2. №1231 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1231, Решение 2
Решение 3. №1231 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1231, Решение 3 ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1231, Решение 3 (продолжение 2)
Решение 4. №1231 (с. 161)

Дано:

$h$ - толщина слоя перекрытия, ослабляющего излучение в 2 раза (толщина слоя половинного ослабления).
$H = nh$ - общая толщина слоя, где $n$ - количество слоев половинного ослабления.

Найти:

Доказать, что слой толщиной $H$ ослабляет излучение в $2^n$ раз.

Решение:

Пусть $I_0$ — это начальная интенсивность ионизирующего излучения.

Согласно условию, слой толщиной $h$ ослабляет излучение в 2 раза. Это означает, что после прохождения через один такой слой интенсивность излучения $I_1$ станет:

$I_1 = \frac{I_0}{2}$

Рассмотрим слой толщиной $H = nh$. Этот слой можно представить как $n$ последовательно расположенных слоев, каждый толщиной $h$.

После прохождения первого слоя интенсивность станет $I_1 = I_0/2$.

Когда излучение с интенсивностью $I_1$ проходит через второй слой толщиной $h$, его интенсивность снова уменьшается в 2 раза. Интенсивность после второго слоя, $I_2$, будет:

$I_2 = \frac{I_1}{2} = \frac{I_0/2}{2} = \frac{I_0}{2^2}$

Аналогично, после прохождения третьего слоя интенсивность $I_3$ составит:

$I_3 = \frac{I_2}{2} = \frac{I_0/2^2}{2} = \frac{I_0}{2^3}$

Закономерность очевидна: после прохождения $k$-го слоя интенсивность становится $I_k = I_0/2^k$. Следовательно, после прохождения $n$ слоев (то есть слоя общей толщиной $H = nh$) итоговая интенсивность $I_n$ будет равна:

$I_n = \frac{I_0}{2^n}$

Кратность ослабления излучения $K$ определяется как отношение начальной интенсивности к конечной. Для слоя толщиной $H = nh$ она будет равна:

$K = \frac{I_0}{I_n} = \frac{I_0}{I_0/2^n} = 2^n$

Таким образом, мы доказали, что слой толщиной $H = nh$ ослабляет излучение в $2^n$ раз.

Это же можно доказать более формально, используя закон ослабления интенсивности излучения (закон Бугера-Ламберта-Бера):

$I(x) = I_0 e^{-\mu x}$

где $I(x)$ — интенсивность после прохождения слоя толщиной $x$, а $\mu$ — линейный коэффициент ослабления.

Для слоя половинного ослабления $h$ имеем: $I(h) = I_0/2$.

$\frac{I_0}{2} = I_0 e^{-\mu h} \implies \frac{1}{2} = e^{-\mu h}$

Для слоя толщиной $H=nh$ интенсивность $I(H)$ будет:

$I(H) = I_0 e^{-\mu H} = I_0 e^{-\mu (nh)} = I_0 (e^{-\mu h})^n$

Подставив $e^{-\mu h} = 1/2$, получаем:

$I(H) = I_0 \left(\frac{1}{2}\right)^n = \frac{I_0}{2^n}$

Тогда кратность ослабления $K = \frac{I_0}{I(H)} = \frac{I_0}{I_0/2^n} = 2^n$, что и требовалось доказать.

Ответ: Слой толщиной $H = nh$ можно рассматривать как $n$ последовательных слоев толщиной $h$. Каждый из этих слоев ослабляет падающее на него излучение в 2 раза. Следовательно, после прохождения первого слоя интенсивность составит $I_0/2$, после второго — $(I_0/2)/2 = I_0/2^2$, и так далее. После прохождения всех $n$ слоев итоговая интенсивность будет $I_0/2^n$. Кратность ослабления, как отношение начальной интенсивности к конечной, равна $I_0 / (I_0/2^n) = 2^n$.

№1232 (с. 161)
Условие. №1232 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1232, Условие

1232. Лучше всего нейтронное излучение ослабляет вода (в 4 раза лучше бетона и в 3 раза лучше свинца). Толщина слоя половинного ослабления нейтронного излучения для воды равна 3 см. Во сколько раз ослабит нейтронное излучение слой воды толщиной 30 см?

Решение 1. №1232 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1232, Решение 1
Решение 2. №1232 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1232, Решение 2
Решение 3. №1232 (с. 161)
ГДЗ Физика, 10-11 класс Задачник, автор: Рымкевич Андрей Павлович, издательство Просвещение, Москва, 2016, белого цвета, страница 161, номер 1232, Решение 3
Решение 4. №1232 (с. 161)

Дано:

$d_{1/2} = 3 \text{ см} = 0.03 \text{ м}$
$d = 30 \text{ см} = 0.3 \text{ м}$

Найти:

Коэффициент ослабления $k = \frac{I_0}{I}$ — ?

Решение:

Интенсивность излучения при прохождении через поглощающий слой вещества уменьшается по экспоненциальному закону. Для описания ослабления часто используют понятие "слой половинного ослабления".

Толщина слоя половинного ослабления ($d_{1/2}$) — это такая толщина вещества, при прохождении которой интенсивность излучения уменьшается в 2 раза.

Чтобы найти, во сколько раз ослабнет излучение в слое воды толщиной $d = 30$ см, сначала определим, сколько слоев половинного ослабления $n$ укладывается в этой толщине: $n = \frac{d}{d_{1/2}}$

Подставим данные из условия задачи: $n = \frac{30 \text{ см}}{3 \text{ см}} = 10$

Это означает, что слой воды толщиной 30 см эквивалентен 10 слоям половинного ослабления. Каждый такой слой ослабляет излучение в 2 раза. Следовательно, общее ослабление $k$ будет равно произведению коэффициентов ослабления каждого слоя, то есть $2$ в степени $n$: $k = 2^n$

Подставим найденное значение $n = 10$: $k = 2^{10} = 1024$

Таким образом, слой воды толщиной 30 см ослабит интенсивность нейтронного излучения в 1024 раза. Информация о том, что вода ослабляет излучение лучше бетона и свинца, является дополнительной и для решения задачи не требуется.

Ответ: слой воды толщиной 30 см ослабит нейтронное излучение в 1024 раза.

Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.

Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz

Присоединиться