Тест по физике 11 класс: энергия связи атомного ядра

Что нужно знать

Энергия связи атомного ядра — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы полностью разделить ядро на отдельные протоны и нейтроны, или энергия, выделяющаяся при образовании ядра из этих частиц. Масса любого атомного ядра меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, из которых оно состоит; разность этих масс называется дефектом массы. Дефект массы рассчитывается по формуле Δm = Z · mₚ + (A − Z) · mₙ − mя, где Z — число протонов, A — массовое число, mₚ — масса протона, mₙ — масса нейтрона, mя — масса ядра. Энергия связи определяется по формуле Eсв = Δm · c², где Δm — дефект массы в килограммах, c — скорость света в вакууме (примерно 3 · 10⁸ м/с), а Eсв измеряется в джоулях. В ядерной физике энергию часто выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ), причём 1 а.е.м. соответствует примерно 931,5 МэВ энергии. Для сравнения устойчивости различных ядер используют удельную энергию связи — энергию связи, приходящуюся на один нуклон: Eуд = Eсв / A. Чем больше удельная энергия связи, тем, как правило, устойчивее атомное ядро; наибольшие значения характерны для ядер элементов, расположенных вблизи железа и никеля. При делении тяжёлых ядер и слиянии лёгких ядер энергия может выделяться, поскольку образующиеся ядра имеют большую удельную энергию связи. Например, выделение энергии при делении ядер урана используется на атомных электростанциях для получения электричества. Типичная ошибка учеников — путать полную энергию связи с удельной энергией связи: первая относится ко всему ядру, а вторая рассчитывается на один нуклон.

Тест: 8 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что называют энергией связи атомного ядра?

    • Энергию, выделяющуюся при нагревании атомного ядра
    • Энергию, необходимую для полного разделения ядра на отдельные нуклоны
    • Энергию, необходимую для удаления одного электрона из атома
    • Энергию движения протонов внутри ядра
    Энергия связи равна энергии, которую нужно затратить, чтобы разделить ядро на свободные протоны и нейтроны. При обратном процессе — образовании ядра — такая же энергия выделяется.

  2. 2. Что называют дефектом массы атомного ядра?

    • Разность между массами ядра и электронной оболочки атома
    • Разность между массами протона и нейтрона
    • Разность между суммой масс свободных нуклонов и массой образовавшегося ядра
    • Сумму масс всех электронов атома
    При образовании ядра часть массы свободных нуклонов переходит в энергию связи. Поэтому масса связанного ядра меньше суммы масс составляющих его свободных протонов и нейтронов.

  3. 3. В каких единицах СИ измеряется энергия связи атомного ядра?

    • В килограммах (кг)
    • В метрах в секунду (м/с)
    • В ньютонах (Н)
    • В джоулях (Дж)
    Энергия связи является физической величиной, характеризующей энергию, поэтому в системе СИ измеряется в джоулях. В ядерной физике также широко используется мегаэлектронвольт (МэВ).

  4. 4. Что характеризует удельная энергия связи атомного ядра?

    • Энергию связи, приходящуюся на один нуклон
    • Энергию движения одного нейтрона
    • Энергию связи всего ядра, делённую на число протонов
    • Массу одного нуклона в составе ядра
    Удельная энергия связи определяется формулой Eуд = Eсв / A, где Eсв — полная энергия связи, а A — число нуклонов в ядре.

  5. 5. Почему при слиянии лёгких атомных ядер может выделяться энергия?

    • Масса образовавшегося ядра всегда больше суммы масс исходных ядер
    • Образовавшееся ядро имеет большую удельную энергию связи, чем исходные ядра
    • При слиянии полностью исчезают все нейтроны
    • Температура ядер уменьшается, поэтому выделяется энергия
    При слиянии лёгких ядер могут образовываться более устойчивые ядра с большей удельной энергией связи. Разность энергий выделяется в окружающее пространство.

  6. 6. Почему при делении некоторых тяжёлых атомных ядер выделяется энергия?

    • Масса продуктов деления всегда больше массы исходного ядра
    • При делении исчезает энергия связи всех нуклонов
    • Образующиеся ядра имеют большую удельную энергию связи, чем исходное тяжёлое ядро
    • Число протонов в продуктах деления обязательно увеличивается
    При делении тяжёлого ядра образуются более лёгкие ядра, для которых удельная энергия связи обычно больше. Разность энергий связи выделяется в виде энергии продуктов реакции.

  7. 7. Какое практическое применение основано на выделении энергии при делении тяжёлых атомных ядер?

    • Получение электрического тока в обычной батарейке за счёт химической реакции
    • Нагрев воды солнечными коллекторами
    • Получение энергии в гидроэлектростанциях за счёт падения воды
    • Получение электрической энергии на атомных электростанциях
    На атомных электростанциях используется энергия, выделяющаяся при делении тяжёлых ядер, например урана-235. Она превращается в тепловую энергию, которая затем используется для производства электричества.

  8. 11. Какое утверждение об устойчивости атомных ядер является правильным?

    • Ядра с большей удельной энергией связи, как правило, более устойчивы
    • Все атомные ядра имеют одинаковую удельную энергию связи
    • Устойчивость ядра определяется только числом протонов
    • Чем больше число нуклонов, тем всегда устойчивее ядро
    Удельная энергия связи показывает, насколько прочно нуклоны связаны в ядре. Чем больше эта величина, тем, как правило, устойчивее ядро.
Тесты по физике 11 класс