Упражнение 47, страница 292 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 60. Открытие протона и нейтрона. Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - страница 292.

Упражнение 47. Рассмотрите запись ядерной реакции взаимодействия ядер атомов азота и гелия, в результате чего образуются ядра атомов кислорода и водорода. Сравните суммарный заряд взаимодействующих ядер с суммарным зарядом ядер, образованных в результате этого взаимодействия. Сделайте вывод о том, выполняется ли закон сохранения электрического заряда в данной реакции.

Дано:

Ядерная реакция взаимодействия ядра атома азота и ядра атома гелия, в результате которой образуются ядро атома кислорода и ядро атома водорода.

Реагенты: ядро азота ($N$), ядро гелия ($He$).

Продукты: ядро кислорода ($O$), ядро водорода ($H$).

Найти:

Сравнить суммарный заряд взаимодействующих ядер с суммарным зарядом образовавшихся ядер. Сделать вывод о выполнении закона сохранения электрического заряда.

Решение:

1. Запишем уравнение ядерной реакции. Эта реакция была впервые осуществлена Э. Резерфордом. Ядро азота-14 ($^{14}N$) взаимодействует с альфа-частицей, которая является ядром гелия-4 ($^{4}He$). В результате реакции образуется изотоп кислорода-17 ($^{17}O$) и протон, который является ядром водорода ($^{1}H$). Уравнение реакции имеет вид:

$_{7}^{14}N + _{2}^{4}He \rightarrow _{8}^{17}O + _{1}^{1}H$

В этой записи верхний индекс обозначает массовое число $A$ (общее число протонов и нейтронов в ядре), а нижний индекс — зарядовое число $Z$ (число протонов в ядре).

2. Сравним суммарные заряды до и после реакции. Электрический заряд ядра определяется его зарядовым числом $Z$. Заряд одного протона равен элементарному заряду $e$. Таким образом, заряд ядра равен $Z \cdot e$. Для сравнения суммарных зарядов достаточно сравнить сумму зарядовых чисел до и после реакции.

Суммарное зарядовое число ядер, вступивших в реакцию (левая часть уравнения):

$Z_{до} = Z(N) + Z(He) = 7 + 2 = 9$

Следовательно, суммарный электрический заряд до реакции равен $Q_{до} = 9e$.

Суммарное зарядовое число ядер, образовавшихся в результате реакции (правая часть уравнения):

$Z_{после} = Z(O) + Z(H) = 8 + 1 = 9$

Следовательно, суммарный электрический заряд после реакции равен $Q_{после} = 9e$.

Сравнивая полученные значения, мы видим, что $Z_{до} = Z_{после}$ и, соответственно, $Q_{до} = Q_{после}$. Суммарный электрический заряд до реакции равен суммарному электрическому заряду после реакции.

3. Сделаем вывод о выполнении закона сохранения электрического заряда. Поскольку суммарный заряд системы частиц до взаимодействия ($9e$) равен суммарному заряду системы частиц после взаимодействия ($9e$), закон сохранения электрического заряда в данной реакции выполняется. Этот закон является фундаментальным и справедлив для всех ядерных реакций.

Ответ: Суммарный заряд взаимодействующих ядер (азота и гелия) равен $9e$. Суммарный заряд ядер, образовавшихся в результате реакции (кислорода и водорода), также равен $9e$. Так как суммарные заряды до и после реакции равны, закон сохранения электрического заряда в данной реакции выполняется.