11-б

Работа по теме: «Квантовые свойства света и атома»

Работу выполнить на двойном листочке, после окончания карантина листочек сдать.

Номер варианта определяете по порядковому номеру по списку в журнале согласно следующей таблице.

В – 1

1.(1б) Волновые свойства света проявляются при...

A. ... фотоэффекте.                                                                              Б. ... поглощении света атомом.  

В.... прохождении света через дифракционную решетку.       Г. ... излучении света.

2.(1б) Согласно теории Бора атом может излучить свет при...

А.... переходе из возбужденного состояния в основное.  

Б.... движении электронов по орбитам в атоме.

В.... переходе на более высокий энергетический уровень.

Г. ... любом ускоренном движении электронов.

3.(2б) Синий свет, действующий на поверхность металла, вырывает с нее фотоэлектроны. Если интенсивность светового потока увеличить в 2 раза, то...

A. ... количество вырываемых ежесекундно электронов увеличится в 2 раза.

Б. ... количество вырываемых ежесекундно электронов не изменится.

B. ... максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличится в 2 раза.

Г. ... максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличится в 4 раза.

4. (2б) На поверхность металла падают фотоны с энергией 3,5 эВ. Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, если работа выхода электронов из металла равна 1,5 эВ?

А. 1,5 эВ.             Б. 2 эВ.                     В. 3,5 эВ.       Г. 5 эВ.

5. (2б) Длина волны лазерного излучения равна 500 нм, мощность излучения 5 мВт. Сколько фотонов излучает лазер за 1 минуту?

6.(2б) В рентгеновской трубке электроны, ускоренные напряжением 45 кВ, ударяются о металлическую мишень. Какова наименьшая длина волны возникающего электромагнитного излучения?

7.(2б) Когда на поверхность металла падает излучение, длина волны которого в 2 раза меньше красной границы фотоэффекта, максимальная скорость фотоэлектронов равна 1000 км/с. Какова красная гра­ница фотоэффекта для этого металла?

В – 2

1.(1б) Корпускулярные свойства света проявляются при...

А. ... интерференции двух световых пучков.                                     Б. ... дифракции света.

B. ... разложении белого света в спектр с помощью призмы.      Г. ... фотоэффекте.

2.(1б) На рисунке показаны энергетические уровни атома. Стрелками обозначены переходы между уровнями. Выберите правильное утверждение.

A. При переходе 1 происходит излучение фотона.

Б. При переходе 3 происходит излучение фотона.

В. При переходе 2 происходит излучение фотона.

Г. При переходе 4 происходит излучение фотона.

3. (2б) Наблюдаемый фотоэффект может прекратиться, если...

A. ... увеличить в 2 раза расстояние между поверхностью металла и источником света.

Б. ... увеличить в 2 раза частоту падающего света.

B. ... уменьшить в 2 раза частоту падающего света.

Г. ... уменьшить в 2 раза световой поток.

4.(2б) На поверхность тела действует световое излучение с частотой v. Какую энергию может поглотить тело?

A. hv/2.   Б. 2hv.              В. 3,5hv .             Г. Любую энергию между hv и 2hv.

5.(2б) Выразите в джоулях работу выхода электронов из металла, для которого красная граница фотоэффекта соответствует длине волны 450 нм.

6. (2б)Для калия красная граница фотоэффекта соответствует длине волны 620 нм. Какова максимальная скорость фотоэлектронов при облучении калия светом с длиной волны 500 нм?

7.(2б) Фотоны с энергией 6 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода 4,5 эВ. Найдите максимальный импульс фотоэлектронов.

В – 3

A. ... не зависит от частоты излучения.                                         Б. ... не зависит от интенсивности излучения.

B. ... прямо пропорциональна интенсивности излучения.     Г. ... не зависит от длины волны излучения.
2.(1б) Выберите правильное утверждение: энергия фотона ...

А. ... инфракрасного излучения больше, чем энергия фотона видимого света.

Б. ... ультрафиолетового излучения меньше, чем энергия фотона видимого света.

В.... видимого света меньше, чем энергия рентгеновского фотона.

Г. ... инфракрасного излучения больше, чем энергия рентгеновского фотона.

3.(2б) При освещении катода фотоэлемента зеленым светом в цепи возникает ток, а при освещении желтым светом ток не возникает. Выберите правильное утверждение.

A. При освещении катода синим светом возникает фотоэффект.

Б. При освещении катода оранжевым светом возникает фотоэффект.

B. При освещении катода красным светом возникает фотоэффект.

Г. При освещении катода фиолетовым светом фотоэффект не наблюдается.

4.(2б) Энергия кванта электромагнитного излучения равна 4*10-19Дж. Какова длина волны этого излучения?

А. 500 нм.          Б. 550 нм.           В. 600 нм.          Г. 700 нм.

5. (2б)При переходе с энергетического уровня 1 на уровень 2 атом излучает свет с длиной волны 600 нм. Какой из уровней выше и на сколько?

6.(2б) На поверхность металла действует свет с частотой 6*1014 Гц. Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, если работа выхода электронов из металла равна 1,5*10-19 Дж?

7. (2б) Когда на поверхность металла действует излучение с длиной волны 400 нм, задерживающее напряжение равно 1 В. Каково задерживающее напряжение при действии на эту поверхность излу­чения с длиной волны 300 нм?

В – 4

1. (1б) Количество электронов, выбитых излучением с поверхности металла за 1 с,...          

A. ... прямо пропорционально интенсивности излучения.        Б. ... не зависит от интенсивности излучения.

B. ... обратно пропорционально интенсивности излучения.     Г. ... зависит лишь от частоты излучения.

2.(1б) Линейчатый спектр наблюдается при свечении любого...

A. ...химически чистого вещества.                Б. ...вещества в газообразном атомарном состоянии.        

B. ...вещества в газообразном состоянии.   Г. ...раскаленного тела.

3.(2б) Выберите правильное утверждение: энергия фотона ...

А. ... инфракрасного излучения больше, чем энергия фотона видимого света.

Б. ... ультрафиолетового излучения больше, чем энергия фотона видимого света.

В.... видимого света больше, чем энергия рентгеновского фотона.

Г. ... инфракрасного излучения больше, чем энергия рентгеновского фотона.

4. (2б) Работа выхода электронов из металла равна 1,2 эВ. Выразите в электрон-вольтах энергию фотонов падающего   на поверхность   металла   излучения,   если   максимальная   кинетическая   энергия фотоэлектронов равна 0,9 эВ.

А.0,ЗэВ.           Б. 0,9 эВ.     В. 1,2 эВ.      Г. 2,1 эВ.

5.(2б) Лазер каждые 10с испускает 6*1017 фотонов излучения, длина волны которого 600 нм. Какова мощность излучения лазера?

6. (2б) Минимальная частота света, вырывающего электроны с поверхности катода, равна 5 • 1014 Гц. Какова длина волны действующего на катод излучения, если задерживающее напряжение равно 2 В?

7. (2б) Поверхность металла поочередно освещают светом с длиной волны 400 нм и 800 нм. Во втором случае максимальная скорость фотоэлектронов в 1,5 раза меньше, чем в первом. Какова работа выхода электронов из данного металла?

Тема: «Радиоактивность. Правила смещения. Закон радиоактивного распада»

Цель: «Рассмотреть что такое радиоактивность, виды радиоактивного излучения. Изучить правила смещения, закон радиоактивного распада, понятия радионуклид, период полураспада, активность, постоянная распада, радиоактивный ряд».

Прочитать материал по данной теме и составить конспект.

1. История открытия.

Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком А. Беккерелем. Он занимался исследованием связи люминесценции и недавно открытых рентгеновских лучей.

Беккерелю пришла в голову мысль: не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую жёлто-зелёным светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в тёмном шкафу на фотопластинку, тоже завёрнутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом.

24 февраля 1896 года на заседании Французской академии наук он сделал сообщение «Об излучении, производимом фосфоресценцией». Но уже через несколько дней в интерпретацию полученных результатов пришлось внести корректировки. 26 и 27 февраля в лаборатории Беккереля был подготовлен очередной опыт с небольшими изменениями, но из-за облачной погоды он был отложен. Не дождавшись хорошей погоды, 1 марта Беккерель проявил пластинку, на которой лежала урановая соль, так и не облучённая солнечным светом. Она, естественно, не фосфоресцировала, но отпечаток на пластинке получился. Уже 2 марта Беккерель доложил об этом открытии на заседании Парижской Академии наук, озаглавив свою работу «О невидимой радиации, производимой фосфоресцирующими телами»[2].

Впоследствии Беккерель испытал и другие соединения и минералы урана (в том числе не проявляющие фосфоресценции), а также металлический уран. Пластинка неизменно засвечивалась. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими.

Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.

Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г.Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Они выяснили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же вернулся к интересующим его люминофорам. Правда, он сделал ещё одно крупное открытие, относящееся к радиоактивности. Однажды для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул радиоактивный препарат владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности.

Но и после этого супруги Кюри мужественно делали своё дело. Достаточно сказать, что Мария Кюри умерла от лучевой болезни в 1934 г.

В 1955 г. были обследованы записные книжки Марии Кюри. Они до сих пор излучают из-за радиоактивного загрязнения, внесённого при их заполнении. На одном из листков сохранился радиоактивный отпечаток пальца Пьера Кюри.

2. Теория.

2.1. Радиоактивность.

Радиоакти́вный распа́д (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный», через фр. radioactif, букв. — «радиоактивность») — спонтанное изменение состава (заряда Z, массового числа A) или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц, гамма-квантов и/или ядерных фрагментов[1]. Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти́вностью, а соответствующие нуклиды — радиоактивными (радионуклидами). Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра.

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путём через соответствующие ядерные реакции.

Ядро, испытывающее радиоактивный распад, и ядро, возникающее в результате этого распада, называют соответственно материнским и дочерним ядрами. Изменение массового числа и заряда дочернего ядра по отношению к материнскому описывается правилом смещения Содди.

Экспериментально установлено, что радиоактивны, то есть не имеют стабильных изотопов, все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута).

Все более лёгкие элементы, помимо стабильных изотопов, имеют радиоактивные изотопы с разными периодами полураспада, варьирующимися от долей наносекунды до значений, на много порядков превышающих возраст Вселенной. Например, теллур-128 имеет самый долгий измеренный период полураспада из всех изученных радионуклидов, ~2,2·1024 лет.

Исключение по нестабильности из элементов легче висмута составляют прометий и технеций, не имеющие долгоживущих относительно длительности геологических эпох изотопов. Наиболее долгоживущий изотоп технеция — технеций-98 — имеет период полураспада около 4,2 млн лет, а самый долгоживущий изотоп прометия — прометий-145 — 17,5 лет. Поэтому изотопы технеция и прометия со времени формирования Земли не сохранились в земной коре и получены искусственно.

Существует много природных радиоактивных изотопов, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли или многократно превышает его, поэтому, несмотря на их радиоактивность, эти изотопы содержатся в природной изотопной смеси соответствующих элементов. Примерами могут служить калий-40, рений-187, рубидий-87, теллур-128 и многие другие.

Измерение отношения концентраций некоторых из долгоживущих изотопов и продуктов их распада позволяет проводить абсолютную датировку минералов, горных пород и метеоритов в геологии.

2.2. Радиоактивное излучение. Правила смещения.

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

• лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами;
• лучи второго типа обычно отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц, их назвали β-лучами (существуют, однако, позитронные бета-лучи, отклоняющиеся в противоположную сторону);
• лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением.

Хотя в ходе исследований были обнаружены и другие типы частиц, испускающихся при радиоактивном распаде, перечисленные названия сохранились до сих пор, поскольку соответствующие типы распадов наиболее распространены.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом . Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада, когда в результате первого этапа распада возникает дочернее ядро в возбуждённом состоянии, затем испытывающее переход в основное состояние с испусканием гамма-квантов.

Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

Правило смещения Содди для α-распада:

Пример (альфа-распад урана-238 в торий-234):

В результате α-распада атом смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра Z уменьшается на 2), массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-минус-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. Бета-распад — это проявление слабого взаимодействия.

Бета-распад (точнее, бета-минус-распад, β−-распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и электронного антинейтрино.

Правило смещения Содди для β−-распада:

Пример (бета-распад трития в гелий-3):

После β−-распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

2.3. Период полураспада. Постоянная распада. Закон радиоактивного распада.

Пери́од полураспа́да ядра — время Т, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2[1]. В течение одного периода полураспада в среднем вдвое уменьшается количество выживших частиц, а также интенсивность реакции распада.

Период полураспада является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Для различных изотопов эта величина может изменяться от десятков аттосекунд до 1019 и более лет, что превышает возраст Вселенной[4][5]. На основании постоянства периода полураспада строится метод радиоизотопного датирования[5].

Согласно закону радиоактивного распада, число нераспавшихся атомов в момент времени tсвязано с начальным (в момент t=0 ) числом атомов N0 соотношением

где  — постоянная распада[7]. По определению, следовательно, откуда

Постоянная распада λ показывает долю ядер распадающихся за 1с.

Тогда закон радиоактивного распада можно представить в виде , где Nчисло ядер, не распавшихся спустя время t, N0 первоначально число радиоактивных ядер, T период полураспада.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2Т останется четверть от начального числа частиц, за 3Т — одна восьмая и т. д.

Акти́вность радиоакти́вного исто́чника — число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.

В Международной системе единиц (СИ) единицей активности является беккерель (русское обозначение: Бк; международное: Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.

Внесистемными единицами активности являются:

• кюри (русское обозначение: Ки; международное: Ci); 1 Ки = 3,7⋅1010 Бк (точно).
• резерфорд (русское обозначение: Рд; международное: Rd); 1 Рд = 106 Бк (точно). Единица используется редко.

Активность (или скорость распада), то есть число распадов в единицу времени, согласно закону радиоактивного распада зависит от времени следующим образом:

где

• NA — число Авогадро,
• T1/2 — период полураспада,
• N(t) — количество радиоактивных ядер данного типа,
• N0 — их начальное количество,
• λ — постоянная распада,
• μ — молярная масса радиоактивных ядер данного типа,
• m — масса образца (радиоактивных ядер данного типа).

2.4. Радиоактивные ряды.

Радиоактивные ряды (семейства) — цепочки радиоактивных превращений.

Выделяют три естественных радиоактивных ряда и один искусственный.

Естественные ряды:

• ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;
• ряд радия (4n+2) — начинается с U-238;
• ряд актиния (4n+3) — начинается с U-235.

Искусственный ряд:

• ряд нептуния (4n+1) — начинается с Np-237.

После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.

Пример такого ряда

Решение задач по теме: «Радиоактивность»

1. Рассмотрите примеры решения задач и законспектируйте их.

1.1. Радиоактивный атом изотопа урана 235 (23592 U) превратился в атом изотопа свинца 207 ( 20782 Рв). Сколько α и β распадов произошло?

Так как массовое число изменяется только при α распаде, то сначала определяем число α распадов. При одном α распаде массовое число уменьшается на 4 единицы, поэтому от массового числа начального элемента вычитаем массовое число конечного и полученную разность делим на 4, результат – число α распадов.

(235 – 207)/4=7

При одном α распаде порядковый номер элемента уменьшается на 2 единицы, значит что при 7 α распадах порядковый номер должен уменьшиться на 14 единиц, но он уменьшился на 92 – 82=10 единиц, следовательно число β распадов равно 14 – 10=4.

     Ответ: число α распадов 7, число β распадов 4.

1.2. Период полураспада калия-42 равен 12 ч. При распаде каждого ядра выделяется энергия 5 МэВ. Сколько энергии выделится за сутки в образце, содержавшем первоначально 1 мг калия-42?

Количество энергии которая выделится за сутки равна Е=Е1*N1, где Е1 – энергия выделяющаяся при одном распаде (дано по условию), N1 – число распадов за сутки.

Число распадов за сутки равно N1=N0 – N, где N0 первоначальное число ядер, N число ядер оставшихся через сутки. Число ядер оставшихся через сутки находим из закона радиоактивного распада N=N0*2-t/Т, где Т=12ч период полураспада калия-42, t=24ч время распада.

Первоначальное число ядер находим определив количество вещества ν=m/М, тогда N=ν*NА , где m масса калия-42, М=0,042 кг/моль молярная масса калия 42, NА=6*1023 1/моль число Авогадро.

Получим

                     N0= 1*10-6 кг*6*1023 1/моль /0,042 кг/моль =1,4*1019

                     N=1,4*1019*2-24/12=1,4*1019*2-2=3,5*1018

                    N1=1,4*1019- 3,5*1018 =1,05*1019

                     Е=5эВ* 1,05*1019=5,25*1019эВ=8,4 Дж

Ответ: 8,4 Дж

2. Решите задачи в тетради.

2.1. Ядро радиоактивного изотопа урана- 238 (23892U) претерпело 3 α-распада и 2 β-распада ядро какого элемента образовалось?

2.2. Период полураспада радиоактивного изотопа равен 30 мин. Через какое время в образце из 8 г данного изотопа останется 250 мг?

2.3. Период полураспада иттрия-90 равен 64 ч. На сколько процентов уменьшается интен­сивность радиоактивного излучения препарата иттрия-90 за 40 ч?

2.4.Два образца в начальный момент содержали одинаковое количество радиоактивных атомов. Период полураспада атомов первого образца равен 10 мин, а второго образца — 30 мин. Най­дите отношение количеств радиоактивных атомов в образцах через 1ч.