Задание 2, страница 243 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

Рассмотрите рисунки 234 и 235. Назовите частицы, из которых состоит атом (молекула) вещества. Посредством каких частиц они взаимодействуют между собой? Изобразите модель атома.

Рис. 234. Частицы вещества и поля

Рис. 235. Стандартная модель элементарных частиц

Частицы, из которых состоит атом (молекула) вещества

Все вещество состоит из молекул, которые являются комбинациями атомов. Атом, в свою очередь, состоит из центрального ядра и электронов вокруг него. Основываясь на информации из рисунков 234 и 235, можно определить фундаментальные частицы, из которых построено вещество:

1. Электроны (e⁻). Согласно Стандартной модели (рис. 235), электрон является фундаментальной частицей, которая относится к классу лептонов. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и образуют электронные оболочки атомов.

2. Протоны ($p^+$) и нейтроны ($n^0$). Эти частицы, образующие атомное ядро, не являются фундаментальными. Они принадлежат к классу адронов (рис. 234) и состоят из более мелких частиц — кварков. Для построения обычного вещества используются только два типа кварков:
• Верхний кварк (up, u) с зарядом $ +2/3 $ от элементарного заряда.
• Нижний кварк (down, d) с зарядом $ -1/3 $ от элементарного заряда.

Протоны и нейтроны являются комбинациями этих кварков:
• Протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварка (состав uud). Его суммарный заряд: $ \frac{2}{3} + \frac{2}{3} - \frac{1}{3} = +1 $ элементарного заряда.
• Нейтрон состоит из одного верхнего и двух нижних кварков (состав udd). Его суммарный заряд: $ \frac{2}{3} - \frac{1}{3} - \frac{1}{3} = 0 $.

Таким образом, все стабильное вещество состоит из трех типов фундаментальных частиц: электронов, верхних кварков и нижних кварков.

Ответ: Атом состоит из электронов, а также протонов и нейтронов в ядре. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из верхних (up) и нижних (down) кварков. Таким образом, фундаментальными частицами, из которых состоит атом вещества, являются электроны, верхние кварки и нижние кварки.

Посредством каких частиц они взаимодействуют между собой

Частицы в атоме взаимодействуют через обмен частицами-переносчиками фундаментальных взаимодействий, которые называются калибровочными бозонами (рис. 234, 235):

1. Сильное взаимодействие. Это самое мощное взаимодействие, которое удерживает кварки внутри протонов и нейтронов. Остаточное сильное взаимодействие также связывает протоны и нейтроны друг с другом в атомном ядре. Переносчиками этого взаимодействия являются глюоны.

2. Электромагнитное взаимодействие. Оно отвечает за притяжение между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженным ядром, удерживая атом как единое целое. Это же взаимодействие связывает атомы в молекулы. Переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон ($\gamma$).

3. Слабое взаимодействие. Это взаимодействие проявляется в процессах радиоактивного распада, например, при превращении нейтрона в протон (бета-распад). Переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны.

Ответ: Взаимодействие между кварками в нуклонах и между нуклонами в ядре осуществляется посредством обмена глюонами (сильное взаимодействие). Взаимодействие между ядром и электронами, а также между атомами в молекуле осуществляется посредством обмена фотонами (электромагнитное взаимодействие). В процессах радиоактивного распада внутри ядра участвуют W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие).

Модель атома

Так как нарисовать модель атома невозможно, представим её в виде словесного описания, соответствующего современным научным представлениям (квантово-механическая модель):

1. Ядро. В центре атома расположено чрезвычайно маленькое и плотное положительно заряженное ядро. В нём сосредоточена почти вся масса атома ($>99.9\%$).

2. Состав ядра. Ядро состоит из нуклонов — протонов (положительно заряжены) и нейтронов (нейтральны). Каждый нуклон, в свою очередь, состоит из трех кварков (протон = uud, нейтрон = udd), которые прочно связаны между собой глюонами (сильное взаимодействие).

3. Электронная оболочка. Вокруг ядра находится область пространства, занимаемая электронами. Электроны — фундаментальные отрицательно заряженные частицы. В отличие от планет, они не движутся по четким орбитам. Вместо этого они существуют в виде «электронных облаков» — трёхмерных областей пространства (орбиталей), в которых вероятность найти электрон максимальна.

4. Связь в атоме. Атом как единая система существует благодаря электромагнитному взаимодействию (обмену фотонами) между положительным ядром и отрицательными электронами.

Ответ: Модель атома представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра (включающего протоны и нейтроны, которые состоят из кварков) и движущихся вокруг него в вероятностных областях (орбиталях) отрицательно заряженных электронов. Устойчивость атома обеспечивается сильным (связывает нуклоны через глюоны) и электромагнитным (связывает ядро и электроны через фотоны) взаимодействиями.