Номер 5, страница 268 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

5. Как в рамках протонно-нейтронной модели ядра объяснить существование ядер с одинаковыми зарядами и различными массами?

5. В рамках протонно-нейтронной модели предполагается, что ядро атома состоит из двух видов частиц: протонов и нейтронов. Эти частицы, образующие ядро, носят общее название нуклоны.

Заряд ядра определяется суммарным зарядом протонов, так как нейтроны электрически нейтральны. Каждый протон обладает элементарным положительным зарядом $e$. Следовательно, полный заряд ядра равен $Z \cdot e$, где $Z$ – это зарядовое число, равное количеству протонов в ядре. Из этого следует, что ядра с одинаковыми зарядами содержат одинаковое число протонов. Число протонов $Z$ также определяет порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева.

Масса ядра, в свою очередь, складывается из масс всех нуклонов, входящих в его состав. Массы протона и нейтрона приблизительно равны. Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре называется массовым числом $A$. Оно вычисляется по формуле $A = Z + N$, где $N$ – число нейтронов. Масса ядра приблизительно пропорциональна его массовому числу $A$.

Таким образом, существование ядер с одинаковыми зарядами, но различными массами объясняется тем, что эти ядра могут иметь одинаковое число протонов ($Z$), но разное число нейтронов ($N$). Так как заряд определяется только числом протонов, он будет одинаковым. Однако из-за разного числа нейтронов суммарное число нуклонов ($A$) и, соответственно, масса ядра будут различными.

Ядра, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами. Например, в природе существует несколько изотопов углерода. Наиболее распространены углерод-12 ($^{12}_{6}C$) и углерод-13 ($^{13}_{6}C$). Ядро каждого из этих изотопов содержит 6 протонов ($Z=6$), поэтому их заряд одинаков и они оба являются атомами углерода. Однако ядро $^{12}_{6}C$ содержит $12 - 6 = 6$ нейтронов, а ядро $^{13}_{6}C$ содержит $13 - 6 = 7$ нейтронов. Эта разница в количестве нейтронов и обуславливает различие их масс.

Ответ: В рамках протонно-нейтронной модели существование ядер с одинаковыми зарядами и различными массами объясняется наличием изотопов. Изотопы — это ядра одного и того же химического элемента, которые содержат одинаковое количество протонов (что обуславливает их одинаковый заряд), но разное количество нейтронов (что приводит к различной массе ядра).