ГДЗ · Фізика · 9 клас

Сторінка 253

Фізика, Бар’яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Довгий С. О., Кірюхін М. М., Кірюхіна О. О., за ред. Довгого С. О., 2026 · № 1 (с. 253)–9 · 9 завдань

Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».

§ 32. Активність радіоактивної речовини. Застосування радіоактивних ізотопів

Завдання 1 (с. 253)

Період піврозпаду плутонію-238

Знайти період піврозпаду ізотопу плутонію-238, який використовується в генераторах зонда «Вояджер-1».

Розв’язання

У тексті читаємо: «Плутоній-238 — це штучний радіоактивний ізотоп із періодом піврозпаду 87,7 року».

Відповідь:

87,7 року.

Завдання 2 (с. 253)

Природна існування плутонію-238

Визначити, чи є плутоній-238 природним елементом.

Розв’язання

У тексті сказано, що плутоній-238 — це «штучний радіоактивний ізотоп».

Відповідь:

Ні, плутоній-238 не існує у природі, його створили штучно.

Завдання 3 (с. 253)

Перетворення енергії в генераторах

Визначити правильні твердження про перетворення енергії в радіоізотопних термогенераторах «Вояджера-1» серед варіантів А, Б, В, Г.

Розв’язання

З тексту випливає, що ядерна енергія (при розпаді) перетворюється на теплову ( $Ядерна \to теплова$ ), а потім термопари перетворюють тепло на електричну ( $Теплова \to електрична$ ).
Порівнюємо з варіантами: А (неправильно, навпаки), Б (правильно), В (неправильно, це сонячні батареї), Г (правильно).

Відповідь:

Правильні твердження: Б ( $Ядерна \to теплова$ ) та Г ( $Теплова \to електрична$ ).

Завдання 4 (с. 253)

Потужність генераторів на старті

На момент старту сумарна електрична потужність трьох радіоізотопних термогенераторів становила 470 Вт.

Розв’язання

Визначаємо кількість генераторів: $N = 3$ .
Знаходимо потужність одного генератора: $P_{одн} = \frac{P _{сум}}{N} = \frac{470 Вт}{3}$ .

Відповідь:

Потужність кожного генератора становила приблизно $156, 7 Вт$ .

Завдання 5 (с. 253)

Причина зменшення потужності

Поясніть, чому електрична потужність генераторів «Вояджера-1» з часом зменшується.

Розв’язання

Плутоній-238 є радіоактивним ізотопом, ядра якого розпадаються з часом.
Зменшення кількості ядер плутонію призводить до зниження виділення теплової енергії.
Термопар перетворюють меншу кількість тепла на електричний струм, тому потужність падає.

Відповідь:

Потужність зменшується, оскільки плутоній-238 розпадається, і кількість ядер, що виділяють тепло, з часом зменшується.

Завдання 6 (с. 253)

Непрацювання сонячних батарей

Поясніть, чому на зонді «Вояджер-1» не можна використовувати сонячні батареї навіть зараз.

Розв’язання

Відстань 166 астрономічних одиниць означає, що сонячне світло набагато слабше, ніж біля Землі.
Інтенсивність сонячного випромінювання обернено пропорційна квадрату відстані ( $I \propto \frac{1}{r ^{2}}$ ).
На такій великій відстані сонячні батареї не збирають достатньо енергії для живлення апарата, тому використовують радіоізотопні термогенератори.

Відповідь:

Сонячні батареї не працюють ефективно через надто малу інтенсивність сонячного світла на відстані 166 астрономічних одиниць від Сонця.

Завдання 7 (с. 253)

Оцінка часу прибуття радіосигналу

Оцінити час, за який радіосигнал від зонда «Вояджер-1» досягає Землі. Відомо, що станом на 26 січня 2025 р. зонд перебував на відстані 166 астрономічних одиниць (а. о.). 1 а. о. ≈ 149,6 млн км. Швидкість світла $c \approx 300000 км / с$ .

Розв’язання

Знайдемо загальну відстань $S$ у кілометрах: $S = 166 \cdot 149600000 км = 24833600000 км$ .
Обчислимо час $t$ у секундах: $t = \frac{24 833 600 000}{300 000} \approx 82779 с$ .
Переведемо секунди в години та хвилини: $82779 с \approx 23 год 03 хв$ .

Відповідь:

Радіосигнал досягає Землі приблизно за 23 години 3 хвилини.

Завдання 8 (с. 253)

Вибір радіоізотопу для термогенератора

Уявити себе інженером, що створює радіоізотопні термогенератори для космічного апарата. Обґрунтувати вибір радіоізотопу (більший чи менший період піврозпаду) та пояснити, від чого залежатиме цей вибір.

Розв’язання

Аналізуємо задачу: космічний апарат має працювати довго (наприклад, як «Вояджер-1»).
Вибір ізотопу: потрібен ізотоп з більшим періодом піврозпаду.
Обґрунтування: ізотоп з більшим періодом піврозпаду розпадається повільніше, тому його активність (і виділявана теплова енергія) зменшується повільно, забезпечуючи стабільне живлення апарату протягом тривалого часу.

Відповідь:

Для довготривалих місій слід обрати радіоізотоп із більшим періодом піврозпаду, оскільки це забезпечить повільніше зменшення потужності джерела енергії та стабільну роботу апарату протягом десятиліть.

Завдання 9

Дослідження швидкості та місцезнаходження «Вояджера-1

Дізнатися (або використати відомі дані): 1) з якою швидкістю рухається зонд і як він набрав цю швидкість; 2) чи перебуває він досі в межах Сонячної системи.

Розв’язання

Швидкість набиралася завдяки маневрам біля планет-гігантів (Юпітера, Сатурна), які «штовхнули» зонд.
Поточна швидкість становить приблизно $17 км / с$ .
Станом на 2025 рік зонд перебуває за орбітою Плутона (близько 166 а. о.), що означає вихід з класичної меж Сонячної системи, але він ще не досяг меж геліосфери.

Відповідь:

1) Швидкість набиралася за допомогою гравітаційних маневрів біля планет (Юпітера та Сатурна), поточна швидкість — близько $17 км / с$ . 2) Зонд «Вояджер-1» вже вийшов за орбіту Плутона і перебуває у міжпланетному просторі, але ще не досяг меж геліосфери (повної меж Сонячної системи).