Тема 4. Квантовая физика

Самостоятельная работа студента	Количество часов
Работа с расчетными заданиями	2
Ответы на контрольные вопросы	0,5
Работа с конспектами (подготовка к устному опросу)	0,5
Подготовка к семинару по теме «Радиационные излучения и их воздействие на живые организмы».	4
Подготовка сообщений и докладов по теме семинара.	1
	Всего: 8 часов

Студент должен уметь:

• формулировать постулаты Бора;

• объяснять сущность опытов Резерфорда; модель и сущность радиоактивности; механизм деления атомных ядер.

• объяснять квантовую природу света; законы фотоэффекта; сущность квантово - волнового дуализма света;

• решать задачи с использованием уравнения Эйнштейна для фотоэффекта; на расчет энергии связи нуклонов в ядре; с использованием правила смещения Содди; на закон радиоактивного распада; на расчет энергетического выхода в ядерных реакциях; на использование закона сохранения заряда и массового числа в ядерных реакциях.

Методические указания к выполнению самостоятельной работы №1

Для решения задач №№ 1 – 59, изучите материал темы: «Квантовая физика», ознакомьтесь с примерами решения задач 1-6.

Задача 1. Определить красную границу фотоэффекта у хлористого натрия, работа выхода электронов которого равна 4,2 эВ.

Дано:	Решение:
Авых = 4,2эВ=6,72·10-19Дж c = 3·108 м/с h = 6,62·10-34Дж·с Найти: λкр.	Из уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта следует: , что длинна волны (красная граница), с которой начинается фотоэффект, определяется из условия ,т.е. т.е. Ответ: λкрас=295 нм.

Задача 2. Работа выхода электронов из оксида меди равна 5,15 эВ. Вызовет ли фотоэффект ультрафиолетовое излучение длиной волны 300 нм?

Дано:	Решение:
Авых=5,15эВ=8,24·10-19Дж c = 3·108 м/с h = 6,62·10-34Дж·с λ= 3·10-7м Найти: λкр.	Для решения задачи необходимо найти красную границу фотоэффекта у оксида меди: Фотоэффект не наступит, потому что наибольшая длина волны, при которой еще существует фотоэффект, λкрас=241 нм, а данное ультрафиолетовое излучение имеет длину волны 300 нм, т.е. больше длины волны красной границы фотоэффекта. Ответ: фотоэффект не наступит, т. к. данная длина волны (300 нм) больше λкрас=241 нм.

Задача 3. Красная граница фотоэффекта у цезия равна 653 нм. Определить скорость вылета фотоэлектронов при облучении цезия светом с длиной волны 500 нм. Масса электрона 9,1·10^-31кг.

Дано:	Решение:
m=9,91·10-31кг c = 3·108 м/с h = 6,62·10-34Дж·с λкрас= 6,53·10-7м λ= 5·10-7м Найти: υ.	Запишем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: Отсюда найдем: Ответ: υ = 450 км/с

Задача 4. Определить энергию связи (в МэВ) ядра изотопа лития-7, если известны массы протона, нейтрона и ядра: m_p= 1, 00814 а.е.м.; m_n= 1,00899 а.е.м.; m_я= 7,01823 а.е.м.

Дано:	Решение:
Ядро лития: Z=3, A=7 mp= 1, 00814 а.е.м.; mn= 1,00899 а.е.м.; mя= 7,01823 а.е.м. Найти: Есв ядра лития.	Энергия связи ядра: где ∆m – дефект массы ядра. Выразим энергию в МэВ: 4 МэВ. Ответ: Есв=39,24 МэВ.

Задача 5. Определить энергетический выход ядерной реакции

если энергия связи у ядер азота- 115,6 МэВ, гелия- 28,3 МэВ, углерода- 92,2 МэВ.

Дано:	Решение:
Есв (ядра азота)=115,6 МэВ Есв (ядра углерода)=92,2 МэВ Есв(ядра гелия)=28,3 МэВ Найти: ∆Е.	Освобождающаяся при ядерных реакциях энергия равна разности между суммарной энергией связи образовавшихся ядер и суммарной энергии связи исходных ядер: Ответ: ∆Е=4,9 МэВ.

Задача 6. Определить период полу распада радиоактивного стронция, если за один год на каждую тысячу атомов распадается в среднем 24,75 атома.

Дано:	Решение:
N0=1000 ∆N=24,75 t=1 год Найти: T1|2.	Применяя формулу радиоактивного распада, получим: 24,75=1000 года. Применяя приближенную формулу для определения числа рыпавшихся атомов, получим: Ответ: Т1\2.