Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
Сторінка 234
§ 30. Моделі атома та атомного ядра. Ядерні сили. Ізотопи
Завдання 1
Які моделі є ядерними?
Розглянути рис. 30.1 та визначити, які з моделей атома (Демокріт, Томсон, Резерфорд, Бор) можна назвати «ядерними», обґрунтувавши вибір.
Розв’язання
Модель Демокріта описує атом як тверду кульку без внутрішньої структури, тому вона не є ядерною.
Модель Томсона («пудинг з родзинками») розглядає атом як однорідно заряджену кулю, де немає централізованого ядра.
Моделі Резерфорда (1911) та Бора (1913) передбачають наявність важкого позитивно зарядженого ядра в центрі атома.
Відповідь:
Ядерними моделями є модель Ернеста Резерфорда та модель Нільса Бора, оскільки вони передбачають існування централізованого ядра.
Завдання 2
Відношення розмірів атома та ядра
Оцінити, у скільки разів розмір атомного ядра менший за розмір всього атома.
Розв’язання
Беремо діаметр атома ≈10−10м та діаметр ядра ≈10−15м.
Ділимо 10−10 на 10−15, що дає 105=100000.
Відповідь:
Розмір атома приблизно в 100 000 разів більший за розмір його ядра.
Завдання 3
Склад ядра атома
Визначити, з яких частинок складається ядро атома.
Розв’язання
Згідно з висновками Е. Резерфорда, ядро складається з частинок, які мають велику масу та позитивний заряд (протони) та нейтральні частинки (нейтрони).
Отже, основними складовими є протони та нейтрони.
Відповідь:
Ядро атома складається з протонів і нейтронів.
Сторінка 235
Завдання 1 (с. 235)
Обґрунтування планетарної моделі атома
Чому Резерфорд запропонував планетарну модель атома?
Розв’язання
Якщо позитивний заряд і маса були б рівномірно розподілені по всьому об'єму атома, то великоенергійні α-частинки пролетіли б крізь нього майже без відхилень (як м'ячик крізь павутиння).
Оскільки жодна частинка не зупинялася в товщі фольги, а лише рідко відхилялася або відбивалася назад, це означає, що перше припущення хибне.
Друге припущення — концентрація заряду та маси в малому об'ємі (ядрі) — краще пояснює результати: лише рідкісна зустріч з таким «важким» центром призводить до відхилення або відскоку.
Відповідь:
Резерфорд запропонував планетарну модель, оскільки рівномірне розподілення заряду не пояснює відхилень α-частинок, тоді як наявність малого, важкого позитивного ядра в центрі атома ідеально відповідає експериментальним даним.
Завдання 2 (с. 235)
Пояснення заряду та маси ядра
Чому Резерфорд вирішив, що ядро атома має позитивний заряд і набагато більшу масу, ніж α-частинка?
Розв’язання
Перший варіант («Ядро може бути заряджене й негативно, α-частинки також відхилялися б») — хибний, бо позитивні частинки не можуть відштовхуватися від негативного ядра; вони притягувалися б і «прилипали» б до нього.
Другий варіант («α-частинка має величезну швидкість руху, тому вона може відскочити тільки від важкого ядра») — правильний. Легке ядро було б виштовхнуто в інший бік при зіткненні з енергійною частинкою.
Третій варіант («Якби ядро було заряджене негативно, то α-частинка «пристала» б до нього») — правильний у сенсі притягування, але оскільки ми спостерігаємо відштовхування, це підтверджує позитивність заряду ядра.
Відповідь:
Правильна відповідь — «α-частинка має величезну швидкість руху, тому вона може відскочити тільки від важкого ядра». Це пояснюється тим, що лише важке ядро здатне відбити частинку назад, а позитивний заряд забезпечує необхідну відштовхувальну силу.
Сторінка 236
Завдання 2 (с. 236)
Будова атомного ядра та нукліди
Описати склад ядра, визначити поняття нуклон, масове (A), зарядове (Z) числа та нейтронне число. Розв'язати приклад для алюмінію-27 (1327Al).
Розв’язання
З символу нукліда 1327Al визначаємо зарядове число Z=13, отже, протонів у ядрі 13.
Масове число A=27, тому кількість нейтронів обчислюємо: N=27−13=14.
Відповідь:
Ядро складається з протонів і нейтронів (нуклонів). Для алюмінію-27 (1327Al): протонів — 13, нейтронів — 14.
Сторінка 237
Завдання 3 (с. 237)
Сили у ядрі атома
Пояснити, які сили утримують протони всередині ядра, враховуючи їхній позитивний заряд.
Розв’язання
Визначаємо дію кулонівських сил: оскільки протони мають однаковий заряд, між ними діє сила відштовхування, яка намагається «розірвати» ядро.
Розглядаємо ядерні сили: вони діють між усіма нуклонами (протонами та нейтронами) і є силами притягання.
Порівнюємо сили: сила ядерного притягання в сотні разів сильніша за силу електромагнітного відштовхування на малих відстанях, тому вона перемагає і утримує ядро цілісним.
Відповідь:
Протони утримуються всередині ядра завдяки ядерним силам притягання, які діють між нуклонами і в сотні разів сильніші за електромагнітне відштовхування.
