Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц

7. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц.
29. Ядро. Элементарные частицы
Ответ:
Варианты ответа:
К фундаментальным частицам относятся …
Ответ: кварки, фотоны, электроны
Варианты ответа:
1. кварки
2. фотоны
3. электроны
4. нейтроны
5. протоны
Согласно современным представлениям, к истинно элементарным (фундаментальным) частицам
относятся лептоны (к этому классу принадлежит
электрон); кварки, из которых состоят адроны (к
ним относятся протоны и нейтроны); переносчики
фундаментальных взаимодействий (к ним относятся фотоны).
Реакция    е   е    не может идти из-за нарушения Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.
закона сохранения …
Для данного уравнения этот закон выполняется согласно уравне1: электрического заряда
нию  1  1  0  0 .
2: лептонного заряда*
Все представленные частицы являются лептонами, следовательно,
3: барионного заряда
закон сохранения барионного заряда здесь не учитывается, а вернее
4: спинового момента импульса
выполняется по формуле 0  0 .
Лептонное число, лептонный заряд – разность числа лептонов и
антилептонов в данной системе. Во всех наблюдавшихся процессах
лептонное число в замкнутой системе сохраняется. Лептонам присваивается лептонное число (по соглашению) L=+1, для антилептонов L=−1. Для данной реакции уравнение лептонных зарядов выглядит следующим образом: 1  1  1  1  1  3 . Это противоречит закону сохранения лептонного заряда.
Ответ: 2
Реакция    е    е    не может идти из-за нарушения Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.
закона сохранения …
Для данного уравнения этот закон выполняется согласно уравне1: спинового момента импульса
нию  1  1  0  0 .
2: лептонного заряда*
Все представленные частицы являются лептонами, следовательно,
3: электрического заряда
закон сохранения барионного заряда здесь не учитывается, а вернее
4: барионного заряда
выполняется по формуле 0  0 .
Лептонное число, лептонный заряд – разность числа лептонов и
антилептонов в данной системе. Во всех наблюдавшихся процессах
лептонное число в замкнутой системе сохраняется. Лептонам присваивается лептонное число (по соглашению) L=+1, для антилептонов L=−1. Для данной реакции уравнение лептонных зарядов выглядит следующим образом: 1  1  1  1  1  3 . Это противоречит закону сохранения лептонного заряда.
Ответ: 2
Из перечисленных ниже частиц считается нуклоном …
1: фотон
2: электрон
3: мюон
4: нейтрон*
Ядра с долгоживущим возбуждѐнным состоянием называют …
1: изоспины
2: изотопы
3: изобары
Нуклоны – частицы, из которых построены атомные ядра. Нуклоны
представлены протонами и нейтронами.
Ответ: 4
Изотопический спин (изоспин) – одна из внутренних характеристик
(квантовое число), определяющая число зарядовых состояний адронов.
Изотопы – разновидности атомов (и ядер) одного химического эле-
2
4: изомеры*
мента с разным количеством нейтронов в ядре.
Изобары – нуклиды, имеющие одинаковое массовое число;
Изомерия атомных ядер – явление существования у ядер атомов
метастабильных (изомерных) возбуждѐнных состояний с достаточно большим временем жизни.
Ответ: 4
Для нуклонов верными являются следующие утверждения:
Нуклоны – частицы, из которых построены атомные ядра. Нуклоны
1: масса протона много больше массы нейтрона
представлены протонами и нейтронами.
2: оба нуклона обладают отличными от нуля магнитными момасса
электрический спин
ментами*
заряд
3: спины нуклонов одинаковы*
Нейтрон
939,6 МэВ
0
1/2 (фермион)
4: оба нуклона нейтральны
Протон
938,3 МэВ
+1
1/2 (фермион)
Магнитный момент – основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитный момент элементарных частиц (протонов и нейтронов) обусловлен существованием у них
собственного механического момента – спина, то есть они обладают отличным от 0 магнитным моментом.
Ответы: 2,3
Установите соответствие между основными
характеристиками и обладающими ими элементарными частицами. Первое значение – заряд в единицах заряда электрона, второе – масса в единицах массы электрона, третье – спин в
единицах .
Ответ: 1-фотон, 2-нейтрино, 3-мюон, 4-протон
1. 0; 0; 1
2. 0; 0; ½
3. 1; 206,8; ½
4. 1; 1836,2; 1/2
Не имеют заряда из предложенных частиц фотон,
нейтрино и нейтрон. Масса покоя равна нулю у
фотона и нейтрино (существование массы у
нейтрино пока не доказано). Масса мюона составляет 206,8 масс электрона. Масса протона составляет 1836,2 масс электрона, а нейтрона – 1838,7
масс электрона. Из представленных частиц бозоном,
т.е.
частицей
с
целым
спином в
цах является только фотон. Остальные частицы
имеют полуцелый спин, равный 1/2 , и являются
фермионами. Следовательно, первая частица – фотон, а далее нейтрино, мюон и протон.
Установить соответствие процессов взаимопревращения ча- Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее
стиц:
античастицей, в результате которого они превращаются в γ-кванты
0
0
(фотоны) электромагнитного поля или другие частицы. Например,
1.   - распад
А. 1 е 1 е  2
при столкновении электрона и позитрона обе частицы исчезают, а
1
1
0
2. К-захват
Б. 1 р  0 n  1  е   e
рождаются два γ-кванта (фотона): 10 e 01  2 .
1
0
1
3.   - распад
В. 1 р  1 e 0 n   e
Электронный захват, e-захват или k-захват – один из видов β1
1
0
распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов
n

p

e


4. аннигиляция
Г. 0
1
1
e
ядра захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон,
1
0
1
Д. 0 n  1 e1 p   e
испуская электронное нейтрино: 11 p  10 e  01n   e
1: 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А*
Бета-распад – тип радиоактивного распада, обусловленного слабым
2: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Д
взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом
3: 1-А, 2-Б, 3-Г, 4-Д
ядро может излучать β-частицу (электрон или позитрон). В случае
4: 1-Б, 2-Г, 3-А, 4-Д
испускания электрона он называется β-минус (   ), а в случае испускания позитрона – β-плюс распадом (   ).
В   -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:
1
1
0
.
0 n  1 p  1 e   e
В   -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино: 11 p  01n  10e   e
Методом исключения из предложенных в задании вариантов получается 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А. Правильным же ответом является: 1-Г, 2В, 3-Б, 4-А
Ответ: 1
3
Установить соответствие процессов взаимопревращения ча- Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее
стиц:
античастицей, в результате которого они превращаются в γ-кванты

(фотоны) электромагнитного поля или другие частицы. Например,
0
0

1.
- распад
А. 1 е 1 е  2
при столкновении электрона и позитрона обе частицы исчезают, а
1
1
0
2. К-захват
Б. 1 р  0 n  1  е   e
рождаются два γ-кванта (фотона): 10 e 01  2 .

Электронный захват, e-захват или k-захват – один из видов β1
0
1
3.  - распад
В. 1 р  1 e 0 n   e
распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов
1
1
0
ядра захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон,
4. аннигиляция
Г. 0 n1 p  1 e   e
1
0
1
испуская электронное нейтрино: 11 p  10 e  01n   e
Д. n  e p  
0
1: 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А*
2: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Д
3: 1-Б, 2-Г, 3-А, 4-Д
4: 1-А, 2-Б, 3-Г, 4-Д
1
1
e
Бета-распад – тип радиоактивного распада, обусловленного слабым
взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом
ядро может излучать β-частицу (электрон или позитрон). В случае
испускания электрона он называется β-минус (   ), а в случае испускания позитрона – β-плюс распадом (   ).
В   -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:
1
1
0
.
0 n  1 p  1 e   e
В   -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино: 11 p  01n  10e   e
Методом исключения из предложенных в задании вариантов получается 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А. Правильным же ответом является: 1-Г, 2В, 3-Б, 4-А
Ответ: 1
На рисунке показана фотография взаимодействия неизвестной Запишем уравнение реакции: X  1p  1p          .
1
1
частицы Х с протоном в водородной пузырьковой камере, коИсходя из закона сохранения заряда, получаем, что заряд частицы
торое идѐт по схеме
X q  0.
Согласно закону сохранения момента количества движения (спина),
получаем S X 
Если спин π-мезона S=0, то заряд и спин налетающей частицы
X S  0.
будут равны …
Ответ: 1
1
1
  0  0  0 , следовательно, спин частицы
2
2
1: q<0; S=0*
2: q<0; S=1/2
3: q>0; S=1/2
4: q>0; S=0
1*
2
3
1*
2
3
4
1*
2
3
4
Ответ:
5
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, назыПрямая линия соответствует равновесным значениям Zβ , соот- ваются   -радиоактивными. Для области Z  Z при постоян
ветствующим β-стабильным ядрам. Здесь Z – порядковый ноном
количестве
нейтронов
число
протонов
(порядковый
номер)
мер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
меньше нормы, значит, ядра обладают избытком нейтронов, соответственно этот избыток должен превратиться в протоны. По определению такие ядра называются   -активными.
Ответ: 3
В области Z<Zβ…
1: ядра обладают избытком нейтронов и
2: ядра обладают избытком протонов и
3: ядра обладают избытком нейтронов и
4: ядра обладают избытком протонов и
-активны
-активны
-активны*
-активны
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, назыПрямая линия соответствует равновесным значениям Z , соот- ваются   -радиоактивными. Для области Z  Z при постоян
ветствующим β-стабильным ядрам. Здесь Z – порядковый ноном
количестве
нейтронов
число
протонов
(порядковый
номер)
мер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
больше нормы, значит, ядра обладают избытком протонов, соответственно этот избыток должен превратиться в нейтроны. Обратно
определению такие ядра называются   -активными.
Ответ: 1
В области Z>Zβ…
1: ядра обладают избытком протонов и
-активны*
2: ядра обладают избытком нейтронов и
-активны
3: ядра обладают избытком нейтронов и
-активны
4: ядра обладают избытком протонов и
-активны
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, назы-
6
Прямая линия соответствует равновесным значениям Z , соот- ваются   -радиоактивными. Для   -активных ядер характерно,
ветствующим β-стабильным ядрам. Здесь Z – порядковый но- что в них происходит превращение нейтрона в протон. Это означамер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
ет, что при постоянном количестве нейтронов число протонов (порядковый номер) меньше нормы, ядра обладают избытком нейтронов. Это выполняется для области Z  Z  .
Ответ: 1
-активные ядра…
1: обладают избытком нейтронов и находятся в области
Z<Zβ*
2: обладают избытком протонов и находятся в области Z<Zβ
3: обладают избытком нейтронов и находятся в области Z>Zβ
4: обладают избытком протонов и находятся в области Z>Zβ
На рисунке показана область существования β-активных ядер.
Прямая линия соответствует равновесным значениям Z , соответствующим β-стабильным ядрам. Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Для   -активных ядер характерно,
что в них происходит превращение протона в нейтрон. Это означает, что при постоянном количестве нейтронов число протонов (порядковый номер) больше нормы, ядра обладают избытком протонов. Это выполняется для области Z  Z  .
Ответ: 1
-активные ядра…
1: обладают избытком протонов и находятся в области
Z>Zβ*
2: обладают избытком протонов и находятся в области Z<Zβ
3: обладают избытком нейтронов и находятся в области Z>Zβ
4: обладают избытком нейтронов и находятся в области Z<Zβ
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, назыПрямая линия соответствует равновесным значениям Z , соот- ваются   -радиоактивными. Ядра, нестабильные по отношению к
ветствующим β-стабильным ядрам. Здесь Z – порядковый ноe -захвату являются   -активными. Для   -активных ядер хамер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
рактерно, что в них происходит превращение протона в нейтрон.
Это означает, что при постоянном количестве нейтронов число
протонов (порядковый номер) больше нормы, ядра обладают избытком протонов. Это выполняется для области Z  Z  .
Ответ: 1
Ядра, нестабильные по отношению к
-захвату…
1: обладают избытком протонов и находятся в области
Z>Zβ*
2: обладают избытком протонов и находятся в области Z<Zβ
3: обладают избытком нейтронов и находятся в области Z>Zβ
7
4: обладают избытком нейтронов и находятся в области Z<Zβ
30. Ядерные реакции.
Активностью данного радиоактивного вещества называется величина, равная …
Ответ: число распадов за единицу времени
Варианты ответа:
1.времени, в течение которого число нераспавшихся ядер уменьшается вдвое
2.вероятности распада ядер за одну секунду,
т.е. доле ядер, распадающихся за единицу времени
3.числу распадов за единицу времени
4.величине, обратной постоянной радиоактивного распада
Четыре вида радиоактивного излучения
- лучи отклоняются в магнитном
поле, индукция которого направлена на нас
(рис.). - лучи отклоняются в направлении …
Ответ: по траектории 1
Активность радиоактивного вещества
, где
dN - число распавшихся ядер за время dt , т.е. активность равна числу распадов за единицу времени.
-излучение представляет собой поток быстрых
электронов. Эти частицы имеют отрицательный
заряд. На движущиеся заряженные частицы в магнитном поле действует сила Лоренца, которая искривляет траекторию, направлена к центру кривизны. Она зависит от скорости частицы и индукции магнитного поля. Направление силы Лоренца
находят по правилу векторного произведения
(правило левой руки); также следует учесть, что
заряд частицы отрицательный. Таким образом, частицы движутся по траектории 1.
Варианты ответа: 1-4 2-2 3-1 4-3
Испусканием ядер гелия обязательно сопровождается …
1: β+-распад
Альфа-распад, вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы (ядра атома 24He ).
8
2: β--распад
3: α-распад*
4: К-захват
α-излучение представляет собой поток …
1: ядер атомов гелия*
2: протонов
3: квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбуждѐнного состояния в основное
4: электронов
При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер (зарядовое число) уменьшается на 2.
Ответ: 3
Альфа-распад, вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы (ядра атома 24He ).
При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер (зарядовое число) уменьшается на 2.
Ответ: 1
Правильный ответ 1.
1
Какая доля радиоактивных атомов распадается через интервал
Период полураспада – время T 2 , в течение которого система расвремени, равный двум периодам полураспада?
1: 25%
1 , т.е. в течение одного периода полупадается с вероятностью
2: 90%
2
3: 50%
распада количество не распавшихся частиц уменьшится в среднем в
4: Все атомы распадутся
2 раза. После первого периода полураспада распадется и останется
5: 75%*
1
по m1  m0 вещества. После второго периода полураспада рас-
2
падется и останется по m2 
1
m1 вещества. В итоге распадется за
2
два периода полураспада:
m  m1  m2 
1
1
1
1 1
3
m0  m1  m0   m0  m0 , что со2
2
2
2 2
4
ставляет 75%.
Ответ: 5
Через интервал времени, равный двум периодам
полураспада,
нераспавшихся
радиоактивных атомов останется...
Ответ: 25%
Варианты ответа: 1.
2.
3.
4.
Периодом полураспада T1/2 называется промежуток
времени,
за
который
в
среднем
число
нераспавшихся
атомных
ядер
уменьшается вдвое. Если начальное число
радиоактивных атомов принять за 100%, то
согласно определению через интервал времени,
равный одному периоду полураспада, останется
50% нераспавшихся атомных ядер, тогда еще через период полураспада останется 25% нераспавшихся атомных ядер.
Согласно закону радиоактивного распада из- Согласно
менение
числа
нераспавшихся
закону
ядер
(
начальное число) со временем
стрируется графиком …
, где
иллю- активных ядер,
моменту времени
радиоактивного
распада
начальное число радиочисло нераспавшихся ядер к
,
постоянная распада.
9
Число радиоактивных ядер со временем уменьшается по экспоненциальному закону, что иллюстрируется графиком
Варианты ответа:
Ответ:
Ответ: 4 час-1
В ядерной реакции
вой
обозначена частица …
Ответ: нейтрон
Варианты ответа:
бук-
Из законов сохранения массового числа и зарядового числа следует, что заряд частицы равен нулю,
а массовое число равно 1. Следовательно, буквой
обозначен нейтрон.
Распад изотопа урана
сопровождается испусканием ...
Используем закон сохранения массового и
зарядового числа. Массовое число неизвестной
частицы равно 4, а зарядовое равно 2. Следова-
Ответ:
Варианты ответа:
тельно, неизвестная частица – ядро гелия
( -
10
частица).
1.
3.
-частиц 2.
-протонов 4.
-частиц
-частиц
При α-распаде значение зарядового числа Z меняется
1: на два*
2: на четыре
3: не меняется
4: на три
Альфа-распад – вид радиоактивного распада ядра, в результате
которого происходит испускание альфа-частицы (ядра атома 24 He ).
При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер (зарядовое число) – на 2.
Ответ: 1
1*
2
3
4
5
ядерная реакция деления
ядерная реакция синтеза
Запишем
реакцию,
которая
соответствует
заданию:
Сколько α- и β--распадов должно произойти, чтобы 238
пре92 U
238
206
4
0
(a
–
число
-распадов
и
b
– число

U

U

a

He

b

e
92
82
2
1
вратился в стабильный изотоп свинца 206
.
82 Pb

 -распадов). Используем представленные в таблице величины
1: 10 α- распадов и 4 β-- распадов
2: 6 α- распадов и 8 β - распадов
для  -частицы и   -частицы:
3: 8 α- распадов и 6 β—распадов*
масса
заряд
4: 9 α- распадов и 5 β-- распадов
4 a.e.m.
+2
 -частица

1
a.e.m.
0
 -частица
и запишем законы сохранения массы и заряда:
238  206  4a  a  8
92  82  2a  b
b  6


Ответ: 3
Сколько α- и β--распадов должно произойти, чтобы
вратился в стабильный изотоп свинца
 - распадов и 4  - распадов
2: 8  - распадов и 6   -распадов*
3: 9  - распадов и 5   -распадов
4: 6  - распадов и 8   - распадов
1: 10

206
82
Pb .
реакцию,
которая
соответствует
заданию:
U пре- Запишем
238
206
4
0
(a – число  -распадов и b – число
92 U  82 U  a2 He  b1 e
238
92
  -распадов). Используем представленные в таблице величины
для  -частицы и   -частицы:
 -частица
  -частица
масса
4 a.e.m.
1 a.e.m.
заряд
+2
0
и запишем законы сохранения массы и заряда:
238  206  4a  a  8
92  82  2a  b
b  6


Ответ: 2
Перепишем
1: 94 протона и 144 нейтрона
2: 92 протона и 142 нейтрона
3: 92 протона и 144 нейтрона*
4: 94 протона и 142 нейтрона
238
92
X 
реакцию,
представленную
в
задании:
1
. Запишем законы сохранения массы и
Kr 142
56 Ba 30 n
91
36
заряда:
m  91  142  3  236
 z  36  56  92

Ответ: 3
n  m  p  236  92  144
 
 p  92

11
1*
2
3
4
1*
2
3
4
1*
2
3
4
При
-распаде калия
в до- При
-распаде в ядре радиоактивного элемента
происходит
превращение нейтрона в протон по
чернем ядре …
Ответ: число протонов увеличится на 1, число
схеме
. Нижний индекс уканейтронов уменьшится на 1
зывает
зарядовое
число,
а
верхний
– массовое чисВарианты ответа:
1.число протонов уменьшится на 1, число нейтронов
увеличится на 1
2.число протонов увеличится на 1, число нейтронов увеличится на 1
3.число протонов уменьшится на 1, число нейтронов
уменьшится на 1
4.число протонов увеличится на 1, число нейтронов
уменьшится на 1
Постоянная распада изотопа радия
на
.
Число
радиоактивных
ло. Ядро испускает электрон (
-частицу) и
электронное антинейтрино. Следовательно, число
протонов увеличится на 1, а число нейтронов
уменьшится на 1.
рав- Закон радиоактивного распада –
,
ядер где
– число радиоактивных ядер в момент вре-
уменьшится в
( ~2,7) раз за время …
Ответ: 0,0028 с
Варианты ответа:
1. 0,01 с 2. 0,0028 с 3. 96 с 4. 0,0014 с
мени ,
–
число
радиоактивных
начальный момент времени,
пада.
ядер
в
– постоянная рас-
. Следовательно,
, то-
гда
.
-частица
- это ядро атома гелия, которое
Ядро полония
образовалось после двух
содержит 2 протона и 2 нейтрона, зарядовое
последовательных -распадов. Ядро исходночисло (число протонов) равно 2, массовое
го элемента содержало ...
12
Ответ: 88 протонов и 136 нейтронов.
Варианты ответа:
1. 92 протона, 128 нейтронов
2. 88 протонов, 224 нейтрона
3. 80 протонов, 128 нейтронов
4. 88 протонов, 136 нейтронов
число (число протонов и нейтронов) равно 4.
Символически это записывается в виде
. Ядро
полония
содержит
84
протона
и
216-84 = 132 нейтрона. В результате двух
последовательных
-распадов число протонов
исходного ядра уменьшилось на 4, число нейтронов
также
уменьшилось
на
4.
Следовательно,
ядро
исходного
элемента
содержало 34 + 4 = 88 протонов и 132+4 = 136
нейтронов.
Покоящееся
ядро
урана
претерпевает
α-распад: При всех ядерных превращениях выполняются все известные зако.
Из
следующих
утверждений
верными
явля- ны сохранения: энергии, импульса, момента импульса, заряда, а так
U  Th  He
же закон сохранения нуклонов (массовых чисел).
ются:
При  -распаде ядро испытывает отдачу и заметно смещается в
1: процесс распада описывается соотношениями релятисторону, противоположную направлению вылета  -частицы.
вистской механики*
2: движение ядер подчиняется законам классической механики Согласно дефекту масс кинетическая энергия продуктов распада
3: процесс распада происходит в соответствии с законом определяется по формуле:
235
92
231
90
4
2
сохранения массовых чисел*
4: образующиеся ядра движутся в одном направлении
Радиоактивное
излучение,
которое
обладает очень большой проникающей
способностью,
относительно
слабой
ионизирующей
способностью,
не
отклоняется электрическим и магнитным
полями, не вызывает изменения заряда и
массового
числа
распадающихся
ядер,
является ...
Ответ: - излучение
Варианты ответа:
1.
2.
-излучением
-излучением
3. -излучением
4.
-излучением
Ek  mU  mTh  mHe  c 2
,
большую часть которой уносит α-частица. Отсюда следует, что
скорость α-частицы сопоставима со скоростью света и процесс распада может быть описан соотношениями релятивистской механики.
Ответ: процесс распада описывается соотношениями релятивистской механики;
процесс распада происходит в соответствии с законом сохранения массовых чисел.
Ответы: 1,3
Все перечисленные свойства относятся к
- излучению, которое представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны
и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является
потоком частиц -квантов (фотонов). - кванты не имеют электрического заряда, масса покоя
равна нулю, обладают большой энергией; этим
объясняются все перечисленные свойства. Гаммаизлучение – основная форма уменьшения энергии
возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием -фотона.
Неизвестный радиоактивный химический эле- В процессе этой ядерной реакции помимо изотопа
мент самопроизвольно распадается по схеме:
углерода
образуются позитрон
и
.
нейтрино
. Нижний индекс указывает зарядоЯдро этого элемента содержит …
вое
число
(число
протонов или заряд частицы в
Ответ: 12 протонов и 11 нейтронов
относительных единицах относительно заряда
Варианты ответа:
электрона), а верхний – массовое число (число
1. 12 протонов и 12 нейтронов
протонов и нейтронов). Используем закон сохра2. 11 протонов и 11 нейтронов
нения массового и зарядового числа. Массовое
3. 12 протонов и 11 нейтронов
число неизвестной частицы равно 23, а зарядовое
13
4. 11 протонов и 12 нейтронов
– 12, это магний
. Следовательно, ядро неизвестной частицы содержит 12 протонов и
нейтронов.
31. Законы сохранения в ядерных реакциях.
Реакция
не может идти из-за Во всех фундаментальных взаимодействиях выполняются законы сохранения: энергии, импульса,
нарушения закона сохранения…
момента импульса (спина) и всех зарядов (элек-
Ответ: барионного заряда
трического , барионного и лептонного ).
Эти законы сохранения не только ограничивают
последствия различных взаимодействий, но определяют также все возможности этих последствий.
Для выбора правильного ответа надо проверить,
каким законом сохранения запрещена и какими
разрешена приведенная реакция взаимопревращения элементарных частиц. Согласно закону сохранения барионного заряда
для всех процессов с
участием барионов и антибарионов суммарный
барионный заряд сохраняется. Барионам (нуклонам
и гиперонам) приписывается барионный
заряд
. Антибарионам (антинуклонам
и
антигиперонам) – барионный заряд
, а всем остальным частицам – барионный
заряд
. Реакция
не может
идти из-за нарушения закона сохранения барионного заряда
Реакция распада электрона по схеме
невозможна вследствие невыполнения закона сохранения …
1: электрического заряда*
2: лептонного заряда
3: энергии
т.к.
.
Запишем эту реакцию с учетом зарядовых чисел: e   2 0  ~ .
Получили противоречие закону сохранения электрического заряда.
Ответ: 1
Законом сохранения электрического заряда запрещена реакция
Законом сохранения электрического заряда за- При взаимодействии элементарных частиц и их
прещены реакции …
превращении в другие возможны только такие
процессы, в которых выполняются законы сохраОтвет:
,
.
нения, в частности закон сохранения электричеВарианты ответа:
14
ского заряда: суммарный электрический заряд частиц, вступающих в реакцию, равен суммарному
электрическому заряду частиц, полученных в ре-
1.
3.
зультате реакции. Электрический заряд
в единицах элементарного заряда равен: у нейтрона
( )
,
протона
( )
,
электрона
4.
(
5.
нейтрино и антинейтрино (
2.
, позитрона (
)
протона
(
,
)
, электронного
)
,
, анти-
)
мюонного
нейтрино
(
)
, мюона (
)
. Закон сохранения электрического заряда не выполняется в реакциях
,
.
На рисунке показана кварковая диаграмма β- распада нук- Запишем уравнение реакции в общем виде: а Za  b Zb  е ~ 0 .

лона.
Закон сохранения заряда выглядит следующим образом:
Z a  Zb  1  0  Z a  Zb  1  Z a  Zb .
Эта диаграмма соответствует реакции …
1:
2:
3:
*
4:
Для такого соотношения подходит только пара n, p .
Решение II
Используем следующую таблицу
название частицы
заряд
1

d
нижний
doun
3
2

u
верхний
up
3
1

s
странный
strange
3
c
очарованный
charm
b
прелестный
beauty
t
истинный
truth
2
3
1

3
2

3

Слева получаем заряд  1  2  1  0 – нейтрон, справа получаем
3 3 3
1
2
2
заряд     1 – протон. Под эти данные подходит реакция
3 3 3
n  p  e ~ .
Ответ: 3
На рисунке показана кварковая диаграмма захвата нукло- Запишем уравнение реакции в общем виде: а Za     b Zb  0 .

ном μ-- мезона.
Закон сохранения заряда выглядит следующим образом:
Z a  1  Zb  0  Z a  1  Zb  Z a  Zb .
Эта диаграмма соответствует реакции …
1:
2:
3:
*
Для такого соотношения подходит только пара p, n .
Решение II
Используем следующую таблицу
название частицы
заряд
1

d
нижний
doun
3
2

u
верхний
up
3
1

s
странный
strange
3
15
4:
c
очарованный
charm
b
прелестный
beauty
t
истинный
truth
2
3
1

3
2

3

Слева получаем заряд 2  2  1  1 – протон, справа получаем
3 3 3
1
2
1
заряд     0 – нейтрон. Под эти данные подходит реакция
3 3 3

  р  n  0 .
Ответ: 1
На рисунке показана кварковая диаграмма распада
мезона.
Эта диаграмма соответствует реакции …
1:
*
2:
Za
Zb

- Запишем уравнение реакции в общем виде: К  а  b .
Закон сохранения заряда выглядит следующим образом:
Z a  Zb  1 .
Для такого соотношения подходит только пара   ,  0 .
Решение II
Используем следующую таблицу
название частицы
заряд античастица
1
~

d
нижний
doun
d
3
2

u
верхний
up
u~
3
1
~s

s
странный
strange
3
3:
c
очарованный
charm
4:
b
прелестный
beauty
t
истинный
truth
2
3
1

3
2

3

c~
~
b
~
t
заряд
1

3
2

3
1

3
2

3
1

3
2

3
Заряд исходной частицы 2  1  0 , заряд 1-ой полученной части3 3
2
1
цы   1 , заряд 2-ой полученной частицы 2  2  0 . Под эти
3 3
3 3
данные подходит только одна реакция К       0 .
Ответ: 1
На рисунке показана кварковая диаграмма распада
гиперона.
Эта диаграмма соответствует реакции …
1:
2:
3:
*
– Запишем уравнение реакции в общем виде: 0  а Za  b Zb .
Закон сохранения заряда выглядит следующим образом:
Z a  Zb  0  Z a  Zb .
Для такого соотношения подходит только пара p1 ,   .
Решение II
Используем следующую таблицу
название частицы
заряд античастица
1
~

d
нижний
doun
d
3
2

u
верхний
up
u~
3
1
~s

s
странный
strange
3
c
очарованный
charm
b
прелестный
beauty
t
истинный
truth
4:
2
3
1

3
2

3

c~
~
b
~
t
заряд
1

3
2

3
1

3
2

3
1

3
2

3
16
Заряд исходной частицы 2  1  1  0 , заряд 1-ой полученной
3 3 3
2 1 2
частицы
,
заряд 2-ой полученной частицы
  1
3 3 3
2 1
   1 . Под эти данные подходит только одна реакция
3 3
0  р    .
Ответ: 1
32. Фундаментальные взаимодействия.
В процессе электромагнитного взаимодействия принимают Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать учаучастие …
стие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
1: нейтрино
кванты электромагнитного поля.
2: фотоны*
Ответ: 2
3: нейтроны
В процессе электромагнитного взаимодействия принимают
участие …
1* протоны
нейтроны
2
нейтрино
3
нуклоны
фотоны
электроны
Сильные взаимодействия удерживают нуклоны в атомных ядрах,
они же присущи большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Ответы: 1,2
1*
2
3
В сильном взаимодействии не принимают участие …
1: фотоны*
2: электроны*
3: протоны
4: нейтроны
Ответ:
гравитационное,
электромагнитное, сильное
слабое,
Установите соответствие между видами фундаментальных взаимодействий и радиусами их
действия в метрах.
Ответ: электромагнитное-∞м, слабое 10-18м,
сильное- 10-15м
1. Электромагнитное
2. Слабое
3. Сильное
Радиус действия электромагнитного взаимодействия равен бесконечности. Сильное взаимодействие проявляется на очень малых расстояниях
порядка
м, сравнимых с размерами ядер.
Для слабого взаимодействия радиус действия
м.
17
Установите соответствие групп элементарных частиц харак- Адроны – элементарные частицы, участвующие в сильном взатерным типам фундаментальных взаимодействий:
имодействии.
1. фотоны
А. сильное
Лептоны – фундаментальные частицы с полуцелым спином  ,
2. лептоны
Б. электромагнитное
2
3. адроны
В. слабое
участвующие в слабом взаимодействии.
1: 1-А, 2-В, 3-Б
Фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия.
2: 1-В, 2-А, 3-Б
Ответы: 3
3: 1-Б, 2-В, 3-А*
Известно четыре вида фундаментальных взаи- Все перечисленные характеристики соответствуют
модействий. В одном из них участниками яв- электромагнитному взаимодействию. Его радиус
ляются все заряженные частицы и частицы, действия равен бесконечности
обладающие магнитным моментом, переносчиками – фотоны. Этот вид взаимодействия
характеризуется сравнительной интенсивностью
, радиус его действия равен …
Ответ: бесконечность
Варианты ответа:
1)
м 2)
м 3)
4)
м
Известно четыре вида фундаментальных взаи- Между нуклонами в ядре, характерный размер комодействий. В одном из них выполняются все
м, осуществляется сильное взаимозаконы сохранения; оно характеризуется срав- торого
действие.
Его
интенсивность принята за 1. Для
нительной интенсивностью, равной 1; радиус
сильного взаимодействия выполняются все законы
его действия составляет
м. Всѐ перечис- сохранения: энергии; импульса; момента импульленное относится к ______ взаимодействию.
са; зарядов электрического, лептонного и барионОтвет: сильное
ного; изоспина; странности; четности.
И электроны, и фотоны являются участниками…
1: электромагнитного взаимодействия*
2: гравитационного взаимодействия
3: сильного взаимодействия
4: слабого взаимодействия
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
кванты электромагнитного поля.
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна.
Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов.
Фотон – элементарная частица, которая не имеет массы покоя. Следовательно, вообще не участвует в гравитационном взаимодействии.
Ответ: электромагнитного взаимодействия
Ответ: 1
Укажите квантовую схему, соответствующую гравитационно- Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
му взаимодействию.
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
1:
кванты электромагнитного поля. Переносчиком электромагнитного
взаимодействия выступает фотон.
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
18
2:
3*:
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна. Переносчик гравитационного поля – гравитон.
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов.
Слабое взаимодействие ответственно за протекание процессов с
участием нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона 01n  11p  10e  00~e , а также безнейтринные процессы распада
частиц с большим временем жизни.
Ответ: 1
Укажите квантовую схему, соответствующую слабому взаи- Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
модействию.
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
кванты электромагнитного поля. Переносчиком электромагнитного
1*:
взаимодействия выступает фотон.
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна. Переносчик гравитационного поля – гравитон.
2:
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов.
Слабое взаимодействие ответственно за протекание процессов с
участием нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона 01n  11p  10e  00~e , а также безнейтринные процессы распада
3:
частиц с большим временем жизни.
4:
Ответ: 1
Укажите квантовую схему, соответствующую электромаг- Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
нитному взаимодействию.
мезоны и др.)
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
кванты электромагнитного поля. Переносчиком электромагнитного
1*:
взаимодействия выступает фотон.
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна. Переносчик гравитационного поля – гравитон.
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
2:
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов. Слабое взаимодействие ответственно за протекание процессов с участием
нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона
1
1
0
0 ~
, а также безнейтринные процессы распада ча0 n  1 p  1 e  0  e
стиц с большим временем жизни.
19
3:
Ответ: 1
4:
Укажите квантовую схему, соответствующую сильному взаи- Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
модействию
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
кванты электромагнитного поля. Переносчиком электромагнитного
взаимодействия выступает фотон.
1*:
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна. Переносчик гравитационного поля – гравитон.
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов. Слабое вза2:
имодействие ответственно за протекание процессов с участием
нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона
1
1
0
0 ~
, а также безнейтринные процессы распада ча0 n  1 p  1 e  0  e
стиц с большим временем жизни.
3:
4:
Электрослабое взаимодействие соответствует объединению Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
схем…
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Электромагнитное взаимодействие. В нем могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны –
кванты электромагнитного поля. Переносчиком электромагнитного
взаимодействия выступает фотон.
Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения
1*:
частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц силы
гравитационного взаимодействия между ними пренебрежимо малы
и в процессах микромира их роль несущественна. Переносчик гравитационного поля – гравитон.
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов. Слабое взаимодействие ответственно за протекание процессов с участием
нейтрино или антинейтрино, например, β-распад нейтрона
1
1
0
0 ~
, а также безнейтринные процессы распада ча0 n  1 p  1 e  0  e
стиц с большим временем жизни.
20
2:
Ответ: 1
3:
4:
Участниками сильного взаимодействия являются …
1: протоны*
2: нейтроны*
3: фотоны
4: электроны
Участниками слабого взаимодействия являются …
1: электроны*
2: нейтрино*
3: протоны*
4: фотоны
Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах,
оно же присуще большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны,
мезоны и др.)
Ответы: 1,2
Слабое взаимодействие – определяет ход наиболее медленных
процессов, протекающих в микромире. В нем могут принимать
участие любые элементарные частицы, кроме фотонов.
Ответы: 1,2,3