Атомная физика и ядерная физика — разделы физики, которые изучают строение вещества на микроуровне: электроны и атомы с одной стороны, ядра и ядерные реакции — с другой. В школьной программе эти темы важны как для понимания современной физики, так и для подготовки к контрольным, ОГЭ и ЕГЭ. В этой статье мы разберём основные понятия, приведём типичные задачи (радиоактивность задачи, атомная модель задача) и покажем ядерные реакции примеры, полезные при подготовке.
Обе области связаны: процессы в ядре определяют устойчивость изотопов и излучение, а электроны отвечают за химические свойства и спектральные линии.
Развитие моделей атома — от модели Резерфорда до квантовой механики — постепенно уточняло представление о строении материи:
Задача (типовая для школьников): электрон в атоме водорода переходит с уровня n=3 на n=1. Найдите энергию испущенного фотона.
Решение (коротко): уровни водорода: E_n = -13.6 эВ / n^2. Тогда E_1 = -13.6 эВ, E_3 = -13.6/9 = -1.51 эВ. Энергия фотона ΔE = E_1 - E_3 = 12.09 эВ.
Это классический пример атомная модель задача, показывающий применение формул уровней энергии и понятия квантовых переходов.
Типы радиоактивного распада:
| Тип распада | Частица | Заряд частицы | Проникающая способность |
|---|---|---|---|
| Альфа (α) | 4He | +2 | Низкая (останавливается бумагой) |
| Бета (β) | e– или e+ | −1 или +1 | Средняя (остановится металлом) |
| Гамма (γ) | фотон | 0 | Высокая (плотный свинец требуется) |
Основные формулы распада:
Задача: исходная активность образца A0 = 80 Бк, период полураспада T_{1/2} = 10 сут. Найдите активность через 30 суток.
Решение: за 30 сут прошло 3 периода полураспада, значит A = A0 / 2^3 = 80 / 8 = 10 Бк.
Другой пример: если задано N0 и λ, можно вычислить долю оставшихся ядер за время t, используя экспоненциальный закон.
Ядерные реакции делятся на реакции захвата, деления (fission), синтеза (fusion) и радиоактивные превращения. В учебниках часто приводят следующие примеры.
Пример деления урана-235 при поглощении нейтрона:
n + 235/92 U -> 141/56 Ba + 92/36 Kr + 3 n + энергия (~200 МэВ)
Пример термоядерного синтеза (дейтерий + тритий):
2/1 D + 3/1 T -> 4/2 He + 1/0 n + 17.6 МэВ
Радиоактивный распад (альфа, бета):
238/94 Pu -> 234/92 U + 4/2 He (α‑распад)
14/6 C -> 14/7 N + e- + антинейтрино (β-распад)
Эти ядерные реакции примеры часто используются в задачах: требуется записать уравнение, сохранить сумму массовых и зарядовых чисел, оценить энерговыделение.
Энергия реакции Q определяется разностью масс до и после реакции и вычисляется по формуле Q = (Δm) c^2. На практике в школьных задачах часто дают экспериментальные значения энергии (напр., 17.6 МэВ для D+T).
Для лабораторных и виртуальных экспериментов полезны симуляторы: simulators-virtual-labs и онлайн-калькуляторы: online-calculators-physics.
Если вы готовитесь к курсу или экзаменам, рекомендую эти материалы:
Также полезны справочники формул: formulas-and-tables и интерактивные тренажёры: interactive-trainers-physics.
Атомная физика и ядерная физика — фундаментальные разделы, дающие понимание микромира и источников энергии. Разбирая типовые задачи (атомная модель задача, радиоактивность задачи) и просматривая ядерные реакции примеры, вы быстро улучшите навыки решения задач и подготовитесь к проверочным работам.
Попробуйте решить несколько задач из сборников по вашей программе (см. fizika-9-zadachi-sbornik или fizika-10-zadachi-sbornik), сделайте виртуальную лабораторную работу через simulators-virtual-labs и проверьте знания тестами на fizika-10-onlinetesty или fizika-11-onlinetesty.
Хотите разбор конкретной задачи? Загрузите условие — и мы пошагово разберём её вместе.