VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики icon

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики





Скачать 334.93 Kb.
НазваниеVI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики
Дата конвертации09.04.2013
Размер334.93 Kb.
ТипДокументы
VI. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

Изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики и рассмотреть такие вопросы, как корпускулярно-волновой дуализм материи, гипотезу де Бройля, уяснить, что движение любой частицы согласно этой гипотезе всегда сопровождается вол­новым процессом. Исходя из соотношений неопределенностей Гейзенберга, определить границы применимости классической механи­ки и понять, что из этих соотношений вытекает необходимость описания состояния микрочастиц с помощью волновой функции, обратить внимание на ее статистический смысл. Целесообразно рассмотреть применение уравнения Шредингера к стационарным состояниям (прямоугольная потенциальная яма бесконечной глу­бины), следует знать правила квантования энергии, орбитального момента импульса в атоме водорода и выяснить смысл трех кван­товых чисел. При изучении темы «Периодическая система элемен­тов» необходимо обратить внимание на физический смысл спино­вого числа и принцип запрета Паули, на основе которого рассмот­реть распределение электронов в атоме по состояниям.

Переходя к изучению элементов физики атомного ядра и эле­ментарных частиц, студент должен хорошо представлять себе со­став атомного ядра и его характеристики: массу, линейные размеры, момент импульса, магнитный момент ядра, дефект массы ядра, энергию и удельную энергию связи ядра. Рассматривая состав яд­ра и взаимодействие нуклонов в ядре, нужно знать свойства ядер­ных сил и обратить внимание на их обменную природу.

В процессе изучения радиоактивного распада ядер важно по­нять дискретный характер энергетического спектра α-частиц и γ-излучения, свидетельствующий о квантовании энергии ядер; понять закономерности β-распада, связанного с законами сохранения энергии и момента импульса.

Изучая тему «Ядерные реакции», важно понять, что во всех ядерных реакциях выполняются законы сохранения: энергии, им­пульса, момент импульса, электрического заряда, массы (массово­го числа). Особое внимание уделите реакциям синтеза легких и делению тяжелых ядер, вопросам ядерной энергетики и проблемам управления термоядерными реакциями.

При изучении темы «Элементы физики твердого тела»; основ­ное внимание должно быть уделено: элементам теории кристалли­ческой решетки, элементам зонной теории твердых тел, полупроводникам, проводникам (металлам). Рассматривая эти вопросы, существенно понять характер теплового движения в твердых те­лах, дебаевскую теорию теплоемкости, распределение электронов по энергиям при Т=0 и Т>0, иметь качественное представление о сверхпроводимости, выяснить различие между металлами, диэлект­риками и полупроводниками, рассмотреть собственную и примес­ную проводимости полупроводников в вольт-амперную характери­стику р-n-перехода. -

Контрольная работа № 6 представлена набором задач, вклю­чающих следующие вопросы: определение длины волны де Бройля движущихся частиц, соотношения неопределенностей Гейзенберга, применение уравнения Шредингера для частицы, находящейся в одномерной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками, рентгеновское излучение и закон Мозли, закон радиоактивного рас­пада, определение дефекта массы, энергии связи и удельной энер­гии связи ядра, энергии ядерных реакций. В эту контрольную ра­боту включены также задачи по теме «Элементы физики твердо­го тела», в которых определяются параметры объемно-центриро­ванных и гранецентрированных кубических решеток, удельная и молярная теплоемкости при постоянном объеме по теории Дебая при T<<ϴD, примесная электропроводность некоторых полупровод­ников.

Основные законы и формулы

Длина волны де Бройля



Одномерное уравнение Шредингера для стационарных состояний




Плотность вероятности



Вероятность обнаружения частицы (в интервале от x1 до x2)



Соотношения неопределенности Гейзенберга для координаты и импульса и энергии и времени

;

Стационарное уравнение Шредингера



Импульс релятивистской частицы и его связь с кинетической энергией



Волновая функия описывающая состояние частицы в бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме шириной l



Полная энергия частицы в прямоугольной потенциальной яме шириной l



Коротковолновая граница сплошного рентгеновского спектра



Формула Мозли



Закон поглощения излучения веществом (Формула Бугера)



Закон радиоактивного распада



Деффект массы ядра



Энергия массы ядра

;

(где ∆Есв выражена в МэВ)

Расстояние между ближайшими соседними атомами в кубической решетке (а – параметр решетки)

а) объемно-центрированной

б) гранецентрированной

а)

б)

Молярная теплоемкость твердого тела при постоянном объеме по теории Дебая при Т<<ϴD



Примесная электропроводность полупроводников

;


ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

  1. Кинетическая энергия электрона равна 1,02 МэВ. Вычислить дли­ну волны де Бройля этого электрона.

.Дано: Ек=1,02, МэВ=16,2.10-14 Дж, Е0 = 0,51 МэВ = 8,1.10-14 Дж.

Найти К.

Решение. Длина волны де Бройля определяется по формуле λ=h/p, (1) где λ — длина волны, соответствующая частице с им­пульсом р; h —постоянная Планка. По условию задачи кинетиче­ская энергия электрона больше его энергии покоя:

Ek = 2E0, (2) следовательно, движущийся электрон является релятивистской части­цей. Импульс релятивистских частиц определяется по формуле

(3)

или, учитывая соотношение (2),

(4)

Подставляя (4) в (1), получим



Производя вычисления, получим



Ответ: λ=0,87.10-12 м


2. Используя соотношение неопределенностей Гейзенберга, показать,
что ядра атомов не могут содержать электронов. Считать радиус
ядра равным 10-13 см.


Дано: Rя=1015 м, h= 6,62.10-34 Дж.с.

Решение. Соотношение неопределенностей Гейзенберга выражается

формулой



где ∆х — неопределенность координаты; pхнеопределенность им­пульса; h — постоянная Планка. Если неопределенность координаты принять равной радиусу ядра, т. е. x=Rя, то неопределенность им­пульса электрона выразим следующим образом: ∆px=h/(2π∆x). Так как ∆px=mvx, то mvx=h/(2π∆х) и ∆vx=h/(2π∆x.m). Вычислим неопределенность скорости электрона:



Сравнивая полученное значение ∆vx со скоростью света в вакууме с=3.108 м/с, видим, что ∆vx>c, а это невозможно, следовательно, ядра не могут содержать электронов.

  1. Электрон находится в бесконечно глубокой одномерной потенци­альной яме шириной 1 нм в возбужденном состоянии. Определить минимальное, значение энергии электрона и вероятность нахождения электрона в интервале 0<х<l/3 второго энергетического уровня.

Дано:l=1 нм=10-9 м, m = 9,1.10-31 кг, 0<х<l/3, п=2.

Найти:Emin , P2

Решение. В квантовой механике информацию о движений частиц получают из волновой функции (ψ-функция), которая отражает рас­пределение частиц или систем по квантовым состояниям. Эти части­цы характеризуются дискретными значениями энергии, импульса, момента импульса, т. е. ψ-функция является функцией состояния частиц в микромире. Решая уравнение Шредингера, получим, что для рассматриваемого случая собственная функция имеет вид

(1)





(рис 17)


где n = 1, 2, 3, ...; х — координата частицы; l — ширина ямы. Графики собственных функций изображены на рис. 17. Согласно соотношению де Бройля двум отличающимся знаком проекциям им­пульса соответствуют две плоские монохроматические волны де Бройля, распространяющиеся в противоположных направлениях вдоль оси х. В результате их интерференции возникают стоячие вол­ны де Бройля, характеризующиеся стационарным распределением вдоль оси х амплитуды колебаний. Эта амплитуда и есть волновая функция ψ(x), квадрат которой определяет плотность вероятности пребывания электрона в точке с координатой х. Как видно из рис. 17, для значения n = 1 на ширине ямы l укладывается полови­на длины стоячей волны де Бройля, для n = 2 — целая длина стоячей волны де Бройля и т. д., т. е. в потенциальной яме могут быть лишь волны де Бройля, длина которых удовлетворяет условию

1 = пλ/2 (n= 1,2,3,.., )

Таким образом, на ширине l ямы должно укладываться целое число полуволн: λ=2l/n, (2)

Полная энергия частицы в потенциальной яме зависит от ее ширины l и определяется формулой Е=h2n2/(8ml2) (3), где m — масса частицы; n=1,2,3... . Минимальное значение энергии элек­трон будет иметь при минимальном значении п, т. е. при п=1. Сле­довательно,

Emin=h2l2/(8ml2)

Подставляя числовые значения, получим



Вероятность того, что электрон будет обнаружен в интервале от х до x + dx, равна



Искомую вероятность находим интегрированием в пределах от 0 до l/3:



Используя соотношение sin2α = (1 - cos2α), вычисляем интеграл при условии, что электрон находится на втором энергетическом уровне:




Ответ: Еmin = 0,6.10-19 Дж, Р2=0,4


4. Граничная длина волны Ка - серии характеристического рентгенов­ского излучения для некоторого элемента равна 0,0205 нм. Опреде­лить этот элемент.

Дано: λКа =0,0205 нм=0,205.10-10 м, i = 1, n=2, a=1.

Найти Z.

Решение. Из формулы Мозли



где λдлина волны характеристического излучения, равная λ=c/v (с — скорость света, v — частота, соответствующая длине волны λ); Rпостоянная Ридберга; Zпорядковый номер элемента, из ко­торого изготовлен электрод; а —постоянная экранирования; i — но­мер энергетического уровня, на который переходит электрон; п — но­мер энергетического уровня, с которого переходит электрон (для Ka -серии i=1, п=2, а=1), находим Z:





Порядковый номер 78 имеет платина.

Ответ: Z=78 (платина).

5. На поверхность воды падает узкий монохроматический пучок γ-лучей с длиной волны 0,775 пм. На какой глубине интенсивность γ-лучей уменьшится в 100 раз!

Дано: λ=0,775 пм = 7,7.10-13 м, k=100.

Найти х.

Решение. Ослабление интенсивности γ-лучей определяется из фор­мулы I=I0ex , (1) откуда k=:I0/I=ex, где I0интенсивность падающего пучка γ-лучей; I — их интенсивность на глубине х; μ - коэффициент линейного ослабления. Решая уравнение (1) относи­тельно х, находим

lnk = μx; x = lnk/μ (2)

Для определения μ, вычислим энергию γ-квантов ε = =hc/λ, где h — постоянная Планка; с — скорость света в вакууме. Подставляя чис­ловые значения, получим



По графику зависимости линейного коэффициента ослабления γ-лу­чей от их энергии (рис. 18) находим μ=0,06 см-1. Подставляя это значение μ. в формулу (2), находим



(рис 18)




Ответ: х=76,75 см.


6. Определить, сколько ядер в 1 г радиоактивного 9038Sr распадается в течение одного года.

Дано: m=10-3 кг, T=27 лет, t=1 год.

Найти Nt

Решение. Для определения числа атомов, содержащихся в 1 г 9038Sr, используем соотношение

N = vNA = (m/M) NA, (1)

где NA —постоянная Авогадро; ν - число молей, содержащихся в массе данного элемента; М — молярная масса изотопа. Между молярной массой изотопа и его относительной атомной массой сущест­вует соотношение: М= 10—3 А кг/моль. (2) Для всякого изотопа относительная атомная масса весьма близка к его массовому числу А, т. е. для данного случая M=10-3.90 кг/моль=9.10-2 кг/моль. Используя закон радиоактивного распада

N = N0e-λt (3)

где No — начальное число нераспавшихся ядер в момент t=0; N — число нераспавшихся ядер в момент t; λ — постоянная радиоактив­ного распада, определим количество распавшихся ядер 9038 Sr в те­чение 1 года:

Nt = N0 - N = No(1-e-λt) (4)

Учитывая, что постоянная радиоактивного распада связана с перио­дом полураспада соотношением λ= 1п2/Т, получим

Nt = N0(1 – e-(ln2/T)t ) (5)

Подставляя (1) с учетом (2) в выражение (5), имеем (6)

Произведя вычисления по формуле (6), найдем

Ответ:Nt = 6,4.1021


7. Вычислить в мегаэлектрон-вольтах энергию ядерной реакции:



Выделяется или поглощается энергия при этой реакции?

Решение. Энергию ядерной реакции ∆Е=∆тсг, (1), где ∆m— дефект массы реакции; с — скорость света в вакууме. Если ∆m выра­жать в а. е. м., то формула (1) примет вид ∆Е=931∆m. Дефект мас­сы равен



Так как число электронов до и после реакции сохраняется, то вмес­то значений масс ядер воспользуемся значениями масс нейтральных атомов, которые приводятся в справочных таблицах:


; ;




Реакция идет с выделением энергии, так как ∆m>0:

∆E = 931 МэВ/а.е.м. . 0,00825 а.е.м = 7,66 МэВ

Ответ: ∆E=7,66 МэВ.


8. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Расстоя­ние между ближайшими атомами меди 0,255 нм. Определить плот­ность меди и параметр решетки.

Дано: d=0,255 нм=2,55.1010 м, n = 4, М = 63,54.10-3 кг/моль.

Найти: ρ, а.

Решение. Плотность кристалла меди найдем по формуле ρ = M/Vo, (1) где М — молярная масса меди; Vo — молярный объем. Он равен объему одной элементарной ячейки а3, умноженной на чис­ло Z0 элементарных ячеек, содержащихся в одном моле кристалла: V0=a3Z0. (2)

Число элементарных ячеек, содержащихся в одном моле крис­талла, состоящего из одинаковых атомов, найдем, разделив постоян­ную Авогадро NA на число п атомов, приходящихся на одну эле­ментарную ячейку: Z0 = NA/n. (3) Для кубической гранецентрированной решетки n = 4. Подставляя (3) в (2), получим

V0 = a3NA/n. (4)

Подставляя (4) в (1), окончательно имеем

ρ = Mn/(a3NA).

Расстояние между ближайшими соседними атомами связано с параметром решетки а простым геометрическим соотношением (рис. 19):

a = d√2.





(рис 19)


Подставляя числовые значения в расчетные формулы, находим






(рис 19)

Ответ: a = 3,59*10-10 м, ρ = 9,12 *103 кг/м3

9. Кристаллический алюминий массой 10 г нагревается от 10 до 20 К. Пользуясь теорией Дебая, определить количество теплоты, не­обходимое для нагревания. Характеристическая температура Дебая для алюминия равна 418 К. Считать, что условие T<<ϴD выпол­няется.

Дано: m=0,01 кг, T1 = 10 К, T2 = 20 К, ϴD =418 К, M = 27.103 кг/моль.

Найти Q.

Решение. Количество теплоты, необходимое для нагревания алюми­ния от температуры T1 до Т2 будем вычислять по формуле

(1)

где m — масса алюминия; с — его удельная теплоемкость, которая связана с молярной теплоемкостью соотношением с=Сm /М. Учиты­вая это, формулу (1) запишем в виде

(2)

По теории Дебая, если условие T<<ϴD выполнено, молярная теплоемкость определяется предельным законом

(3)

где R=8,31 Дж/(моль.К)—молярная газовая постоянная; ϴD — характеристическая температура Дебая; Т — термодинамическая тем­пература. Подставляя (3) в (2) и выполняя интегрирование, полу­чаем




Подставляя числовые значения, находим




Ответ: Q=0,36 Дж.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА N 6 (5)

  1. Определить кинетическую энергию протона и электрона, для которых длины волн де Бройля равны 0,06 нм.

  2. Кинетическая энергия протона равна его энергии покоя. Вы­числить длину волны де Бройля для такого протона.

  1. Определить длины волн де Бройля электрона и протона, про­шедших одинаковую ускорящую разность потенциалов 400 В.

  2. Протон обладает кинетической энергией, равной энергии покоя. Во сколько раз изменится длина волны де Бройля протона, если его кинетическая энергия увеличится в 2 раза?

  3. Кинетическая энергия электрона равна его энергии покоя. Вы­числить длину волны де Бройля для такого электрона.

  4. Масса движущегося электрона в 2 раза больше массы покоя. Определить длину волны де Бройля для такого электрона.

  5. Используя постулат Бора, найти связь между длиной волны де Бройля и длиной круговой электронной орбиты.

  6. Какой кинетической энергией должен обладать электрон, что­бы дебройлевская длина волны электрона была равна его комптоновской длине волны.

  7. Сравнить длины волн де Бройля электрона, прошедшего раз­ность потенциалов 1000 В, атома водорода, движущегося со скоро­стью равной средней квадратичной скорости при температуре 27 °С, и шарика массой 1 г, движущегося со скоростью 0,1 м/с.

  1. Какой кинетической энергией должен обладать протон, чтобы дебройлевская длина волны протона была равна его комптоновской длине волны.

  2. Среднее время жизни π°-мезона равно 1,9.10-16с. Какова должна быть энергетическая разрешающая способность прибора, е помощью которого можно зарегистрировать π0-мезон?

  3. На фотографии, полученной с помощью камеры Вильсона, ши­рина следа электрона составляет 0,8.10-3 м. Найти неопределенность в нахождении его скорости.

  4. Средняя кинетическая энергия электрона в невозбужденном атоме водорода 13,6 эВ. Используя соотношение неопределенностей, найти наименьшую погрешность, с которой можно вычислить коорди­нату электрона в атоме.

  5. Электрон, движущийся со скоростью 8.106 м/с, зарегистри­рован в пузырьковой камере. Используя соотношение неопределенно­стей, найти погрешность в измерении скорости электрона, если диа­метр образовавшегося пузырька в камере 1 мкм.

  6. Показать, что для частицы, неопределенность координаты ко­торой ∆x=λ(2π) (λ— длина волны де Бройля), неопределенность ее скорости равна по порядку величины самой скорости частицы.

  7. Среднее время жизни π+-мезона равно 2,5.10-8 c. Какова должна быть энергетическая разрешающая способность прибора, с помощью которого можно зарегистрировать π+-мезон?

  8. Исходя из соотношения неопределенностей, оценить размеры ядра атома, считая, что минимальная энергия нуклона в ядре 8 МэВ.

  9. Используя соотношение неопределенностей, оценить энергию электрона, находящегося на первой боровской орбите в атоме во­дорода.

  1. Используя соотношение неопределенностей, показать, что в ядре не могут находиться электроны. Линейные размеры ядра при­нять равными 5,8.10-15 м. Учесть, что удельная энергия связи в среднем 8 МэВ/нуклон.

  2. Атом испустил фотон с длиной волны 0,550 мкм. Продол­жительность излучения 10 не. Определить наибольшую погрешность, с которой может быть измерена длина волны излучения.

  3. Частица в потенциальной яме шириной l находится в воз­бужденном состоянии. Определить вероятность нахождения частицы в интервале 0<x<l/2 на третьем энергетическом уровне.

  4. Вычислить отношение вероятностей нахождения электрона на первом и втором энергетических уровнях одномерной потенциальной ямы, ширина которой I, в интервале 0<х<l/4.

  5. Определить, при какой ширине одномерной потенциальной ямы дискретность энергии электрона становится сравнимой с энер­гией теплового движения при температуре 300 К.

  6. Электрон находится в основном состоянии в одномерной по­тенциальной яме с бесконечно высокими стенками, ширина которой 0,1 нм. Определить импульс электрона.

  7. Электрон находится в основном состоянии в одномерной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками, ширина кото­рой 0,1 нм. Определить среднюю силу давления, оказываемую элек­троном на стенки ямы.

  8. Электрон находится в одномерной потенциальной яме с бес­конечно высокими стенками, ширина которой 1,4.10-9 м. Определить энергию, излучаемую при переходе электрона с третьего энергетиче­ского уровня на второй.

  9. Электрон находится в одномерной потенциальной яме с бес­конечно высокими стенками, ширина которой 1 нм. Определить наи­меньшую разность энергетических уровней электрона.

  10. Определить, при какой температуре дискретность энергии электрона, находящегося в одномерной потенциальной яме, ширина которой 2.10-8 м, становится сравнимой с энергией теплового дви­жения.

  11. Частица в потенциальной яме шириной l находится в воз­бужденном состоянии. Определить вероятность нахождения частицы в интервале 0<x<l/4 на втором энергетическом уровне.

  12. Определить ширину одномерной потенциальной ямы с бес­конечно высокими стенками, если при переходе электрона с третьего энергетического уровня на второй излучается энергия 1 эВ?

  13. Граничное значение длины волны К-серии характеристиче­ского рентгеновского излучения некоторого элемента равно 0,174 нм. Определить этот элемент.

  1. Найти граничную длину волны К-серии рентгеновского излу­чения от платинового антикатода.

  2. При каком наименьшем напряжении на рентгеновской трубке с железным антикатодом появляются линии Ка-серии?

  3. Какую наименьшую разность потенциалов нужно приложить к рентгеновской трубке с вольфрамовым антикатодом, чтобы в спек­тре излучения вольфрама были все линии К-серии?

  4. Граничная длина волны К-серии характеристического рент­геновского излучения некоторого элемента равна 0,1284 нм. Опреде­лить этот элемент.

36. Определить минимальную длину волны тормозного рентге­новского излучения, если к рентгеновской трубке приложены напря­жения 30 кВ; 75 кВ.

  1. Наименьшая длина волны тормозного рентгеновского излу­чения, полученного от трубки, работающей под напряжением 15 кВ, равна 0,0825 нм. Вычислить по этим данным постоянную Планка.

  2. При переходе электрона в атоме меди с M-слоя на L-слой испускаются лучи с длиной волны 12.10-10 м. Вычислить постоянную экранирования в формуле Мозли.

  3. Наибольшая длина волны K-серии характеристического рент­геновского излучения равна 1,94.10-10 м. Из какого материала сде­лан антикатод?

  4. К рентгеновской трубке, применяемой в медицине для диаг­ностики, приложено напряжение 45000 В. Найти границу сплошного рентгеновского спектра.

  5. Период полураспада радиоактивного аргона 4118Аг равен 110 мин. Определить время, в течение которого распадается 25% начального количества атомов.

  6. Вычислить толщину слоя половинного поглощения свинца, через который проходит узкий монохроматический пучок γ-лучей с энергией 1,2 МэВ.

  7. Период полураспада изотопа 6027Co равен примерно 5,3 года. Определить постоянную распада и среднюю продолжительность жизни атомов этого изотопа.

  8. На железный экран падает узкий монохроматический пучок γ-лучей, длина волны которых 0,124.10-2 нм. Найти толщину слоя половинного поглощения железа.

  9. Какова энергия γ-лучей, если' при прохождении через слой алюминия толшиной 5 см интенсивность излучения ослабляется в 3 раза?

  10. Период полураспада 6027Со равен 5,3 года. Определить, ка­кая доля первоначального количества ядер этого изотопа распадается через 5 лет,

  1. Рассчитать толщину защитного водяного слоя, который ос­лабляет интенсивность γ-излучения с энергией 1,6 МэВ в 5 раз.

  2. За год распалось 60 % некоторого исходного радиоактивного элемента. Определить период полураспада этого элемента.

  3. Через экран, состоящий из двух плит: свинцовой толщиной 2 см и железной толщиной 5 см, проходит узкий пучок γ-лучей с энергией 3 МэВ. Определить, во сколько раз изменится интенсив­ность γ-лучей при прохождении этого экрана.

  4. Определить постоянную распада и число атомов радона, распавшихся в течение суток, если первоначальная масса радона 10 г.

  5. Вычислить дефект массы, энергию связи ядра и удельную энергию связи для элемента 10847Ag.

  6. Вычислить энергию термоядерной реакции



53. В какой элемент превращается 23892 U после трех α-распадов и двух β-превращений?

54.Определить максимальную энергию β-частиц при β-распаде трития. Написать уравнение распада.

  1. Определить максимальную, кинетическую энергию электрона, вылетающего при β-распаде нейтрона. Написать уравнение распада.

  1. Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи для элемента 2412Mg.

  2. Ядро, состоящее из 92 протонов и 143 нейтронов, выбросило α-частицу. Какое ядро образовалось в результате α-распада? Опре­делить дефект массы и энергию связи образовавшегося ядра.

  3. При термоядерном взаимодействии двух дейтронов возмож­ны образования двух типов: 1) 32Не и 2) 31H. Определить тепловые эффекты этих реакций.

  4. Какое количество энергии освобождается при соединении одного протона и двух нейтронов в атомное ядро?

  1. Вычислить энергию ядерной реакции



  1. Молибден имеет объемно-центрированную кубическую крис­таллическую решетку. Расстояние между ближайшими соседними атомами равно 0,272 им. Определить плотность молибдена.

  2. Используя теорию Дебая, вычислить удельную теплоемкость железа при температуре 12 К. Принять характеристическую темпера­туру Дебая для железа 467 К. Считать, что условие T<<ϴD выполняется.

  3. Золото имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку. Найти плотность золота и расстояние между ближай­шими атомами, если параметр решетки 0,407 нм.

  1. Определить примесную электропроводность германия, кото­рый содержит индий с концентрацией 5.1022 м-3 и сурьму с концент­рацией 2.1021 м-3. Подвижности электронов и дырок для германия соответственно равны 0,38 и 0,18 м2/(В.с).

  2. При комнатной температуре плотность рубидия равна 1,53 г/см3. Он имеет объемно-центрированную кубическую кристалли­ческую решетку. Определить расстояние между ближайшими сосед­ними атомами рубидия.

  3. Слиток золота массой 500 г нагревают от 5 до 15 К. Опре­делить, пользуясь теорией Дебая, количество теплоты, необходимое для нагревания. Характеристическая температура Дебая для золота 165 К. Считать, что условие T<<ϴD выполняется.

  4. Определить примесную электропроводность германия, кото­рый содержит бор с концентрацией 2.1022 м-3 и мышьяк с концент­рацией 5.1021 м-3. Подвижности электронов и дырок для германия соответственно равны 0,38 и 0,18 м2/(В.с).

  5. Найти параметр решетки и расстояние между ближайшими соседними атомами серебра, который имеет гранецентрированную ку­бическую кристаллическую решетку. Плотность серебра при комнат­ной температуре равна 10,49 г/см3.

  6. Пользуясь теорией Дебая, найти молярную теплоемкость цинка при температуре 14 К. Характеристическая температура Де­бая для цинка 308 К. Считать, что условие T<<ϴD выполняется.

  7. Определить примесную электропроводность кремния, кото­рый содержит бор с концентрацией 5.1022 м-3 и сурьму с концент­рацией 58.1021 м-3. Подвижности электронов и дырок для кремния соответственно равны 0,16 и 0,04 м2/(В.с).



ПРИЛОЖЕНИЕ

  1. Основные физические постоянные (округленные значения)




Физическая постоянная

Обозначение

Числовое значение

Нормальное ускорение свободного падения

g

9,81 м/с2

Гравитационная постоянная

G

6,67.10-11 м3/(кг.с2)

Постоянная Авогадро

NA

6,02.1023 моль-1

Молярная газовая постоянная

R

8,31 Дж/(моль.К)

Постоянная Больцмана

k

1,38.10-23 Дж/К

Объем одного моля идеального газа при нормальных условиях (T0 = 273,15 K, p0 = 101325 Па )

V0

22,4.10-3 м3/моль

Элементарный заряд

e

1,60.1019 Кл

Масса покоя электрона

me

9,1.10-31 кг

Постоянная Фарадея

F

9,65 Кл/моль

Скорость света в вакууме

c

3.108 м/с

Постоянная Стефана - Больцмана

σ

5,67.10-8 Вт/(м2.К4 )

Постоянная Вина в первом законе (смещения)

b1

2,89.10-3 м.К

Постоянная Вина во втором законе

b2

1,30.10-5 Вт/(м3.К5 )

Постоянная Планка

h

ħ

6,63.10-34 Дж.с

1,05.10-34 Дж.с

Постоянная Ридберга

R

2,07.10-18 с-1

Боровский радиус

a

0,529.10-10 м

Комптоновская длина волны электрона

ΛC

2,34.10-12 м

Энергия ионизации атома водорода

Ei

2,18.10-18 Дж = 13,6 эВ

Атомная единица массы

Энергия, соответствующая 1 а.е.м.

а.е.м.

1,660.10-27 кг

931,50 МэВ

Электрическая постоянная

ε0

8,85.10-12 Ф/м

Магнитная постоянная

μ0

.107 Гн/м

Магнетон Бора

μB

9,27.10-24 Дж/Тл

Ядерный магнетон

μN

5,05.10-27 Ф/м




  1. Некоторые астрономические величины

Радиус Земли (среднее значение) 6,37.106 м

Масса Земли 5,96.1024 кг

Радиус Солнца (среднее значение) 6,95.108 м

Масса Солнца 1,98.1030 кг

Радиус Луны (среднее значение) 1,74.106 м

Масса Луны 7,33.1022 кг

Среднее расстояние между

центра­ми Земли и Луны 3,84.108 м

Среднее расстояние между центрами

Солнца и Земли 1,5.1011 м

Период обращения Луны вокруг Земли 27 сут 7 ч и 43 мин

  1. Плотность жидкостей ρ.10-3, кг/м3



Вода (при 4 0С) - 1

Глицерин – 1,26

Керосин – 0,8

Масло – 0,9

Ртуть – 13,6

Спирт – 0,8

  1. Плотность газов (при нормальных условиях), кг/м3

Азот — 1,25

Аргон — 1,78

Водород – 0,09

Воздух—1,29

Гелий — 0,18

Кислород – 1,49




  1. Плотность р, модуль упругости (модуль Юнга) Е, коэффициент линейного расширения (среднее значение) α некоторых твердых тел

Твердое тело

ρ.10-3, кг/м3

Е.10-10 , Па

α.106, К-1

Алюминий

2,7

7 0

24

Вольфрам

19,75

41,1

4,3

Железо (сталь)

7,85

22,0

11,9

Константан

8,9

21,0

17,0

Лед

0,92

0,28




Медь

8,8

12,98

16,7

Никель

8,8

20,4

13,4

Нихром

8,4





Фарфор

2,3



3




  1. Скорость звука в веществе (при 15 °С)




Бериллий

12 250 м/с

Воздух

340 м/с

Вода

1450 м/с

Воск

390 м/с



7. Подвижность ионов в электролитах, м2/(В.с)

N03 ¯

6,4.10-8

Н+

3,26.10-7

К+

6,7.10-8

Сl¯

6,8.10-8

Ag+

5,6.10-8


8. Эффективный диаметр молекулы газов d.1010 , м

Азот - 3,1

Аргон - 3,6

Воздух - 3,0

Водород -2,3

Гелий - 1,9

Кислород -2,9



9. Удельная теплота плавления λ.10-4, Дж/кг

Лед

33,5

Свинец

2,3


10. Удельная теплота парообразования r.10-5 , Дж/кг

Вода

22,5

Эфир

6,68

11. Удельная теплоемкость c.10-2, Дж/(кг.К)

Вода

41,9

Лед

21,0

Нихром

2,20

Свинец

1,26



12. Постоянные Ван-дер-Ваальса



Вещество

а, Н.м4/моль2

b,10-5 м6/моль

Азот

0,135

3,68

Аргон

0,134

3,22

Водяной пар

0,545

3,04

Углекислый газ

0,361

4,28

Кислород

0,136

3,17

Водород

0,241

2,61


13. Удельное сопротивление ρ.108, Ом.м

Вольфрам – 5,5

Железо – 9,8

Никелин – 40,0

Нихром – 110,0

Медь – 1,7

Серебро – 1,6



14. Диэлектрическая проницаемость (относительная) вещества

Вода

81,0

Парафин

2,0

Слюда

6,0

Трансформаторное масло

2,2


15. Температурный коэффициент сопротивления проводников α.103, К-1

Вольфрам

5,2

Медь

4,2


16. Потенциал ионизации, эВ

Водород

13,6

Ртуть

10,4


17. Показатель преломления

Алмаз – 2,42

Вода – 1,33

Глицерин – 1,47

Каменная соль – 1,54

Кварц – 1,55

Сероуглерод – 1,63

Скипидар – 1,48

Стекло 1,52






18. Масса m0 и анергия Е0 покоя некоторых элементарных частиц и легких ядер






m0

E0




а. е. м.

1027, кг

МэВ

1010, Дж

Электрон

Протон

Нейтрон

Дейтрон

α-частица

5,486.10-4

1,00728

1,00867

2,01355

4,0015

0,00091

1,6724

1,6748

3,3325

6,6444

0,511

938,23

939,53

1876,5

3726,2

0,00081

1,50

1,51

3,00

5,96

19. Работа выхода электронов из металла, эВ

Алюминий – 3,7

Вольфрам – 4,5

Литий – 2,3

Медь – 4,4

Платина – 6,3

Цезий – 1,8

Цинк – 4,0




20. Периоды полураспада некоторых радиоактивных элементов


4520Сa – 164 cуток

23595U – 7,1.108 лет

9038Sr – 27 лет

23892U – 4,5.109 лет

21084Po – 138 суток

22688Ra – 1590 лет

22286Rn – 3,82 суток






21. Элементы периодической системы и массы нейтральных атомов,

а. е. м



Элемент системы

Масса

Изотоп

Водород

-

-




1,00783

11H




2,01410

21H




3,01605

31H

Гелий




-




3,01605

32He




4,00260

42He

Литий

7,01501

73Li

Берилий

7,01169

74Be

Магний

23,98504

2412Mg




26,98436

2712Mg

Алюминий

26,98135

2712Al

Кремний

26,81535

2614Si

Фосфор

32,97174

3315P

Сера

32,97146

3316S

Железо

55,94700

5626Fe

Медь

63,54000

6429Cu

Вольфрам

183,8500

18474W

Радий

226,02536

22688Ra

Серебро

107,868

10847Ag

Торий

232,038

23290Th




  1. Граница К-серии рентгеновского излучения для различных материалов

антикатода, λГР, 10-10 м


Вольфрам – 0,178

Медь – 1,38

Золото – 0,153

Платина – 0,158

Серебро – 0,484




Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconЭлементы квантовой физики. Строение атома и ядра

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconНеобходимо оценить устойчивость лаборатории физики твердого тела к воздействию электромагнитного импульса (эми) ядерного взрыва и предложить мероприятия по повы

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconI. физические основы механики и молекулярной физики

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconЭлементы физики элементарных частиц

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconЭлементы астрофизики в курсе физики старшей школы

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconТема: “Элементы молекулярно-кинетической теории и статистической физики”

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconМетодическое пособие к лабораторным работам по атомной и ядерной физике «Опыт Резерфорда». Зеленодольск, 2007

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconПрограмма Вопросы экологии на уроках физики Вопрос курса физики

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconКурс физики структурируется на основе физических теорий: механика, молекулярная физика, электродинамика. Цели и задачи, решаемые при реализации рабочей программы по физике

VI. элементы атомной и ядерной физики и физики твердого тела. Пояснения к рабочей программе изучение этого раздела следует начать с элементов квантовой механики iconОсновные понятия квантовой механики



База данных защищена авторским правом © 2018
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
поиск