Номер 10, страница 314 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер 10, страница 314.

Условие.

Лабораторная работа 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДОВОГО И МАССОВОГО ЧИСЕЛ В ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ ПО ФОТОГРАФИЯМ СОБЫТИЙ ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Цель работы: убедиться в справедливости закона сохранения массового и зарядового чисел в ядерных реакциях.

Оборудование: фотографии треков заряженных частиц, образовавшихся в ядерной фотоэмульсии¹ при взаимодействии ядер ${}_4^7\text{Be}$, ${}_7^{14}\text{N}$ с ядрами фотоэмульсии.

Указания к выполнению работы

1. Рассмотрите фотографию события (рис. Л7), заключающегося в испускании ядром ${}_4^7\text{Be}$ двух частиц — изотопов гелия (${}_2^3\text{He}$, ${}_2^4\text{He}$) при взаимодействии с ядром серебра (${}_{47}^{107}\text{Ag}$) из состава ядерной фотоэмульсии.

Рис. Л7

2. Допишите реакцию, приведённую на фотографии:

$${}_4^7\text{Be} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + \dots + \dots$$

3. Рассмотрите фотографию (рис. Л8) события, заключающегося в испускании ядром ${}_7^{14}\text{N}$ трёх альфа-частиц (${}_2^4\text{He}$) и дейтрона (${}_1^2\text{H}$) при взаимодействии с ядром серебра (${}_{47}^{107}\text{Ag}$) из состава ядерной фотоэмульсии.

4. Допишите реакцию, приведённую на фотографии:

$${}_7^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow {}_{47}^{107}\text{Ag} + \dots + \dots + \dots$$

Рис. Л8

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

Реакция До взаимодействия После взаимодействия

$\Sigma A =$ $\Sigma Z = $ $\Sigma A =$ $\Sigma Z =$

${}_7^{14}\text{N} + {}_{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow \dots$ $ $\Sigma A =$ $\Sigma Z =$ $\Sigma A =$ $\Sigma Z =$

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

Решение.

2. Допишите реакцию, приведённую на фотографии:

Решение:

На фотографии (рис. Л7) показано взаимодействие ядра бериллия ($_{4}^{7}\text{Be}$) с ядром серебра ($_{47}^{107}\text{Ag}$). В результате реакции ядро бериллия распадается на два изотопа гелия: $_{2}^{3}\text{He}$ и $_{2}^{4}\text{He}$. Ядро серебра в реакции не претерпевает изменений, выступая в роли мишени. Для завершения уравнения реакции необходимо применить законы сохранения массового числа (A) и зарядового числа (Z).
Сумма массовых чисел до реакции: $A = 7 + 107 = 114$.
Сумма зарядовых чисел до реакции: $Z = 4 + 47 = 51$.
После реакции продуктами являются ядро серебра и два изотопа гелия.
Сумма массовых чисел после реакции: $A = 107 + 3 + 4 = 114$.
Сумма зарядовых чисел после реакции: $Z = 47 + 2 + 2 = 51$.
Поскольку суммы массовых и зарядовых чисел до и после реакции равны, законы сохранения выполняются. Таким образом, недостающие частицы — это $_{2}^{3}\text{He}$ и $_{2}^{4}\text{He}$.

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

4. Допишите реакцию, приведённую на фотографии:

Решение:

На фотографии (рис. Л8) показано взаимодействие ядра азота ($_{7}^{14}\text{N}$) с ядром серебра ($_{47}^{107}\text{Ag}$). В результате этого взаимодействия ядро азота распадается, испуская три альфа-частицы ($_{2}^{4}\text{He}$) и один дейтрон ($_{1}^{2}\text{H}$). Ядро серебра ($_{47}^{107}\text{Ag}$) остается неизменным.
Применим законы сохранения массового и зарядового чисел.
Сумма массовых чисел до реакции: $A = 14 + 107 = 121$.
Сумма зарядовых чисел до реакции: $Z = 7 + 47 = 54$.
Продукты реакции: ядро серебра, три альфа-частицы и дейтрон.
Сумма массовых чисел после реакции: $A = 107 + 3 \cdot 4 + 2 = 107 + 12 + 2 = 121$.
Сумма зарядовых чисел после реакции: $Z = 47 + 3 \cdot 2 + 1 = 47 + 6 + 1 = 54$.
Законы сохранения выполняются. Недостающие частицы в уравнении — это три $_{2}^{4}\text{He}$ и один $_{1}^{2}\text{H}$.

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

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

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: $\Sigma A = A(\text{Ag}) + A(_{}^{3}\text{He}) + A(_{}^{4}\text{He}) = 107 + 3 + 4 = 114$.
Суммарное зарядовое число: $\Sigma Z = Z(\text{Ag}) + Z(_{}^{3}\text{He}) + Z(_{}^{4}\text{He}) = 47 + 2 + 2 = 51$.

Для второй реакции: $_{7}^{14}\text{N} + _{47}^{107}\text{Ag} \rightarrow _{47}^{107}\text{Ag} + 3 \cdot _{2}^{4}\text{He} + _{1}^{2}\text{H}$
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: $\Sigma A = A(\text{Ag}) + 3 \cdot A(_{}^{4}\text{He}) + A(_{}^{2}\text{H}) = 107 + 3 \cdot 4 + 2 = 121$.
Суммарное зарядовое число: $\Sigma Z = Z(\text{Ag}) + 3 \cdot Z(_{}^{4}\text{He}) + Z(_{}^{2}\text{H}) = 47 + 3 \cdot 2 + 1 = 54$.

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

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

Решение:

На основе расчетов, выполненных в пункте 5, можно видеть, что для обеих рассмотренных ядерных реакций суммарное массовое число ($\Sigma A$) и суммарное зарядовое число ($\Sigma Z$) до взаимодействия в точности равны соответствующим суммарным значениям после взаимодействия.
Для первой реакции: $\Sigma A_{до} = 114$, $\Sigma A_{после} = 114$; $\Sigma Z_{до} = 51$, $\Sigma Z_{после} = 51$.
Для второй реакции: $\Sigma A_{до} = 121$, $\Sigma A_{после} = 121$; $\Sigma Z_{до} = 54$, $\Sigma Z_{после} = 54$.
Это подтверждает справедливость фундаментальных законов сохранения в ядерной физике.

Ответ: В ходе ядерных реакций выполняются закон сохранения массового числа и закон сохранения зарядового числа. Сумма массовых чисел всех частиц, вступающих в реакцию, равна сумме массовых чисел всех частиц, образующихся в результате реакции. Аналогично, сумма зарядовых чисел частиц до реакции равна сумме зарядовых чисел частиц после реакции. Данная лабораторная работа наглядно демонстрирует выполнение этих законов.