Лабораторная работа №9, страница 191, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 11. Квантовые явления. Параграф 109. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 191.

Условие.

Лабораторная работа № 9

Изучение законов сохранения зарядового и массового чисел в ядерных реакцияхЦель работы

Убедиться в справедливости закона сохранения массового и зарядового чисел в ядерных реакциях.

Оборудование и материалы

Фотографии треков заряженных частиц, образовавшихся в ядерной фотоэмульсии при взаимодействии ядер $^7_{4}\text{Be}$, $^{14}_{7}\text{N}$ с ядрами фотоэмульсии.

Научная справка

Ядерная фотоэмульсия — один из первых детекторов заряженных частиц, использующихся для изучения ядерных реакций посредством анализа треков заряженных частиц, образующихся в результате ядерных взаимодействий.

Фотоэмульсии облучались ускоренными до десятка ГэВ лёгкими ядрами $^7_{4}\text{Be}$, $^{14}_{7}\text{N}$ (нуклотрон, ОИЯИ, г. Дубна). Вашему вниманию представлены фотографии событий ядерных взаимодействий, наблюдавшихся при облучении.

Ход работы

• Рассмотрите фотографию первого события, заключающегося в испускании ядром $^7_{4}\text{Be}$ двух частиц — изотопов гелия ($^3_{2}\text{He}$, $^4_{2}\text{He}$) при взаимодействии с ядром серебра ($^{107}_{47}\text{Ag}$) из состава ядерной фотоэмульсии.

• Допишите реакцию с участием ядерных частиц, треки которых приведены на фотографии:

$\text{}^{7}_{4}\text{Be} + \text{}^{107}_{47}\text{Ag} \rightarrow \text{}^{107}_{47}\text{Ag} + \dots$

• Рассмотрите фотографию второго события, заключающегося в испускании ядром $^{14}_{7}\text{N}$ трёх альфа-частиц ($^4_{2}\text{He}$) и дейтрона ($^2_{1}\text{H}$) при взаимодействии с ядром серебра ($^{107}_{47}\text{Ag}$) из состава ядерной фотоэмульсии.

• Допишите реакцию с участием ядерных частиц, треки которых приведены на фотографии:

$\text{}^{14}_{7}\text{N} + \text{}^{107}_{47}\text{Ag} \rightarrow \text{}^{107}_{47}\text{Ag} + \dots$

• Определите суммарные значения массовых и зарядовых чисел ядер, участвующих в реакции, и образующихся ядер-продуктов, заполнив таблицу в своей тетради.

Реакция	До взаимодействия		После взаимодействия
	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$
$\text{}^{7}_{4}\text{Be} + \text{}^{107}_{47}\text{Ag} \rightarrow$	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$
$\text{}^{14}_{7}\text{N} + \text{}^{107}_{47}\text{Ag} \rightarrow$	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$	$\Sigma\text{A}$	$\Sigma\text{Z}$

• Сделайте выводы, сравнив суммарные значения массовых и зарядовых чисел ядер, участвующих в ядерной реакции, с соответствующими значениями для образующихся ядер-продуктов.

Решение.

Допишите реакцию с участием ядерных частиц, треки которых приведены на фотографии:

Решение:

В данной реакции ядро бериллия $ {}_{4}^{7}\text{Be} $ взаимодействует с ядром серебра $ {}_{47}^{107}\text{Ag} $. В результате взаимодействия ядро бериллия распадается на два изотопа гелия: $ {}_{2}^{3}\text{He} $ и $ {}_{2}^{4}\text{He} $, а ядро серебра остается неизменным. Для того чтобы дописать реакцию, воспользуемся законами сохранения массового ($\text{A}$) и зарядового ($\text{Z}$) чисел.

Запишем схему реакции, где продукты распада бериллия обозначены как $\text{X}$: $ {}_{4}^{7}\text{Be} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + X $.

Из условия и фотографии известно, что продуктами распада являются $ {}_{2}^{3}\text{He} $ и $ {}_{2}^{4}\text{He} $. Проверим, выполняется ли для такого распада $ {}_{4}^{7}\text{Be} \rightarrow {}_{2}^{3}\text{He} + {}_{2}^{4}\text{He} $ закон сохранения.

Закон сохранения массового числа ($\text{A}$): сумма массовых чисел до реакции должна быть равна сумме массовых чисел после. Для распада бериллия: $7 = 3 + 4$. Равенство $7 = 7$ выполняется.

Закон сохранения зарядового числа ($\text{Z}$): сумма зарядовых чисел до реакции должна быть равна сумме зарядовых чисел после. Для распада бериллия: $4 = 2 + 2$. Равенство $4 = 4$ выполняется.

Законы сохранения выполняются, следовательно, уравнение реакции записано верно.

Ответ: $ {}_{4}^{7}\text{Be} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + {}_{2}^{3}\text{He} + {}_{2}^{4}\text{He} $.

Допишите реакцию с участием ядерных частиц, треки которых приведены на фотографии:

Решение:

В этой реакции ядро азота $ {}_{7}^{14}\text{N} $ взаимодействует с ядром серебра $ {}_{47}^{107}\text{Ag} $. В результате ядро азота распадается на три альфа-частицы ($ {}_{2}^{4}\text{He} $) и один дейтрон ($ {}_{1}^{2}\text{H} $), а ядро серебра не изменяется. Применим законы сохранения для завершения уравнения реакции.

Схема реакции: $ {}_{7}^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + Y $, где $\text{Y}$ — продукты распада азота.

Согласно условию и фотографии, продуктами распада ядра $ {}_{7}^{14}\text{N} $ являются три частицы $ {}_{2}^{4}\text{He} $ и одна частица $ {}_{1}^{2}\text{H} $. Проверим законы сохранения для распада: $ {}_{7}^{14}\text{N} \rightarrow 3({}_{2}^{4}\text{He}) + {}_{1}^{2}\text{H} $.

Закон сохранения массового числа ($\text{A}$): $14 = 3 \cdot 4 + 2 = 12 + 2 = 14$. Равенство $14 = 14$ выполняется.

Закон сохранения зарядового числа ($\text{Z}$): $7 = 3 \cdot 2 + 1 = 6 + 1 = 7$. Равенство $7 = 7$ выполняется.

Законы сохранения выполняются, значит, мы правильно определили продукты реакции.

Ответ: $ {}_{7}^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + 3{}_{2}^{4}\text{He} + {}_{1}^{2}\text{H} $.

Определите суммарные значения массовых и зарядовых чисел ядер, участвующих в реакции, и образующихся ядер-продуктов, заполнив таблицу в своей тетради.

Решение:

Для первой реакции: $ {}_{4}^{7}\text{Be} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + {}_{2}^{3}\text{He} + {}_{2}^{4}\text{He} $

До взаимодействия:

Суммарное массовое число $\Sigma A = A(\text{Be}) + A(\text{Ag}) = 7 + 107 = 114$.

Суммарное зарядовое число $\Sigma Z = Z(\text{Be}) + Z(\text{Ag}) = 4 + 47 = 51$.

После взаимодействия:

Суммарное массовое число $\Sigma A = A(\text{Ag}) + A({}_{2}^{3}\text{He}) + A({}_{2}^{4}\text{He}) = 107 + 3 + 4 = 114$.

Суммарное зарядовое число $\Sigma Z = Z(\text{Ag}) + Z({}_{2}^{3}\text{He}) + Z({}_{2}^{4}\text{He}) = 47 + 2 + 2 = 51$.

Для второй реакции: $ {}_{7}^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + 3{}_{2}^{4}\text{He} + {}_{1}^{2}\text{H} $

До взаимодействия:

Суммарное массовое число $\Sigma A = A(\text{N}) + A(\text{Ag}) = 14 + 107 = 121$.

Суммарное зарядовое число $\Sigma Z = Z(\text{N}) + Z(\text{Ag}) = 7 + 47 = 54$.

После взаимодействия:

Суммарное массовое число $\Sigma A = A(\text{Ag}) + 3 \cdot A({}_{2}^{4}\text{He}) + A({}_{1}^{2}\text{H}) = 107 + 3 \cdot 4 + 2 = 107 + 12 + 2 = 121$.

Суммарное зарядовое число $\Sigma Z = Z(\text{Ag}) + 3 \cdot Z({}_{2}^{4}\text{He}) + Z({}_{1}^{2}\text{H}) = 47 + 3 \cdot 2 + 1 = 47 + 6 + 1 = 54$.

Ответ:

Реакция	До взаимодействия		После взаимодействия
	$\Sigma A$	$\Sigma Z$	$\Sigma A$	$\Sigma Z$
$ {}_{4}^{7}\text{Be} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow $	114	51	114	51
$ {}_{7}^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow $	121	54	121	54

Сделайте выводы, сравнив суммарные значения массовых и зарядовых чисел ядер, участвующих в ядерной реакции, с соответствующими значениями для образующихся ядер-продуктов.

Вывод:

Проанализировав обе ядерные реакции, мы рассчитали суммарные массовые числа ($\Sigma A$) и суммарные зарядовые числа ($\Sigma Z$) для реагентов (до взаимодействия) и продуктов (после взаимодействия).

Для первой реакции: $\Sigma A_{до} = 114$ и $\Sigma A_{после} = 114$; $\Sigma Z_{до} = 51$ и $\Sigma Z_{после} = 51$.

Для второй реакции: $\Sigma A_{до} = 121$ и $\Sigma A_{после} = 121$; $\Sigma Z_{до} = 54$ и $\Sigma Z_{после} = 54$.

Сравнение показывает, что в обоих случаях суммарное массовое число и суммарное зарядовое число до реакции в точности равны соответствующим суммарным числам после реакции. Это экспериментально подтверждает справедливость законов сохранения массового числа и зарядового числа в ядерных реакциях.

Ответ: В ходе выполнения работы было установлено, что суммарное массовое число ($\Sigma A$) и суммарное зарядовое число ($\Sigma Z$) сохраняются в ядерных реакциях. Сумма массовых чисел ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме массовых чисел ядер и частиц, образующихся в результате реакции. Аналогично, сумма зарядовых чисел до реакции равна сумме зарядовых чисел после реакции. Это подтверждает фундаментальные законы сохранения в ядерной физике.