Номер 3, страница 40 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Электрические явления. Самостоятельные работы. СР-31. Строение атома. Вариант 1 - номер 3, страница 40.

Условие.

3. Что общего у протона и нейтрона и чем они различаются?

Решение.

Протон и нейтрон — это субатомные частицы, которые являются основными компонентами атомных ядер. Их общее название — нуклоны (от лат. nucleus — ядро). Несмотря на ряд общих свойств, они имеют и фундаментальные различия.

Что общего у протона и нейтрона

1. Местоположение: Обе частицы являются нуклонами, то есть находятся в ядре атома.
2. Классификация: И протон, и нейтрон относятся к классу барионов. Это означает, что они являются составными частицами и состоят из трех кварков. Также они оба участвуют в сильном взаимодействии.
3. Масса: Массы протона и нейтрона очень близки друг к другу. Масса протона ($m_p$) составляет примерно $1.6726 \times 10^{-27}$ кг (или $938.27$ МэВ/с²), а масса нейтрона ($m_n$) — примерно $1.6749 \times 10^{-27}$ кг (или $939.57$ МэВ/с²).
4. Спин: Обе частицы являются фермионами и имеют одинаковый спин, равный $1/2$.
5. Сильное взаимодействие: Обе частицы подвержены действию сильного ядерного взаимодействия, которое удерживает их вместе в ядре, преодолевая электростатическое отталкивание между протонами.

Ответ: Общими чертами протона и нейтрона являются их расположение в ядре атома, принадлежность к классу барионов (нуклонов), участие в сильном ядерном взаимодействии, очень близкие по значению массы и одинаковый спин ($1/2$).

Чем они различаются

1. Электрический заряд: Это их основное и самое известное различие. Протон имеет положительный элементарный заряд, равный $+e$ (приблизительно $+1.602 \times 10^{-19}$ Кл). Нейтрон, как следует из его названия, электрически нейтрален (его суммарный заряд равен 0).
2. Кварковый состав: Различие в заряде обусловлено разным составом кварков. Протон состоит из двух верхних (up) кварков и одного нижнего (down) кварка (схема uud). Нейтрон состоит из одного верхнего и двух нижних кварков (схема udd).
3. Масса: Несмотря на близость масс, нейтрон немного тяжелее протона. Разница масс составляет примерно $2.5$ массы электрона.
4. Стабильность: Протон является стабильной частицей (время его жизни, если он не стабилен, превышает $10^{34}$ лет). Свободный нейтрон (вне ядра) нестабилен и распадается в среднем за 15 минут (период полураспада около 10.3 минут) на протон, электрон и электронное антинейтрино в процессе бета-распада. Однако в составе стабильных атомных ядер нейтрон может быть стабилен.

Ответ: Протон и нейтрон различаются в первую очередь электрическим зарядом (протон заряжен положительно, нейтрон нейтрален), а также, как следствие, кварковым составом. Кроме того, они незначительно различаются по массе (нейтрон немного тяжелее) и обладают разной стабильностью в свободном состоянии (свободный протон стабилен, а свободный нейтрон — нет).