Вопрос задан 05.04.2025 в 07:34. Предмет Физика. Спрашивает Саляхетдинова Диана.

На какое минимальное расстояние приблизится α-частица с кинетической энергией Т = 0,40 МэВ (при лобовом соударении): а) к покоящемуся тяжелому ядру атома свинца; б) к первоначально покоившемуся легкому свободному ядру Li7?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Власюк Максим.

Для решения задачи нужно определить минимальное расстояние, на которое α-частица может приблизиться к ядру при лобовом соударении. Это расстояние можно найти из закона сохранения энергии, учитывая, что кинетическая энергия α-частицы полностью превращается в потенциальную энергию электростатического взаимодействия на минимальном расстоянии.

Условия задачи:

  • Заряд α-частицы qα=2eq_{\alpha} = 2e (где ee — элементарный заряд).
  • Кинетическая энергия T=0,40МэВ=0,401061,61019Дж=6,41014ДжT = 0,40 \, \text{МэВ} = 0,40 \cdot 10^6 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \, \text{Дж} = 6,4 \cdot 10^{-14} \, \text{Дж}.
  • Электростатическая потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов q1q_1 и q2q_2 на расстоянии rr определяется формулой:
Eпот=kq1q2r,E_{\text{пот}} = \frac{k q_1 q_2}{r},

где k=14πε09109Н\cdotpм2/Кл2k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \approx 9 \cdot 10^9 \, \text{Н·м}^2/\text{Кл}^2 — электрическая постоянная.

На минимальном расстоянии вся кинетическая энергия α-частицы преобразуется в потенциальную энергию:

T=kqαqядраrмин.T = \frac{k q_{\alpha} q_{\text{ядра}}}{r_{\text{мин}}}.

Отсюда минимальное расстояние:

rмин=kqαqядраT.r_{\text{мин}} = \frac{k q_{\alpha} q_{\text{ядра}}}{T}.

Теперь рассмотрим два случая.


а) Приближение к тяжелому ядру свинца

Ядро атома свинца имеет заряд qPb=ZPbeq_{\text{Pb}} = Z_{\text{Pb}} e, где ZPb=82Z_{\text{Pb}} = 82.

Подставим значения:

qα=2e,qPb=82e,T=6,41014Дж.q_{\alpha} = 2e, \quad q_{\text{Pb}} = 82e, \quad T = 6,4 \cdot 10^{-14} \, \text{Дж}.

Подставляем в формулу:

rмин=(9109)(21,61019)(821,61019)6,41014.r_{\text{мин}} = \frac{(9 \cdot 10^9) \cdot (2 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19}) \cdot (82 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19})}{6,4 \cdot 10^{-14}}.

Вычислим численно:

rмин=910921,61019821,610196,41014.r_{\text{мин}} = \frac{9 \cdot 10^9 \cdot 2 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \cdot 82 \cdot 1,6 \cdot 10^{-19}}{6,4 \cdot 10^{-14}}. rмин9282(1,6)210286,41014.r_{\text{мин}} \approx \frac{9 \cdot 2 \cdot 82 \cdot (1,6)^2 \cdot 10^{-28}}{6,4 \cdot 10^{-14}}. rмин3,7810166,41014.r_{\text{мин}} \approx \frac{3,78 \cdot 10^{-16}}{6,4 \cdot 10^{-14}}. rмин5,91013м.r_{\text{мин}} \approx 5,9 \cdot 10^{-13} \, \text{м}.

Итак, минимальное расстояние при лобовом столкновении с ядром свинца:

rмин5,91013м.r_{\text{мин}} \approx 5,9 \cdot 10^{-13} \, \text{м}.

б) Приближение к легкому ядру Li7

Заряд ядра лития qLi=ZLieq_{\text{Li}} = Z_{\text{Li}} e

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос