Глава 4. § 60. Открытие протона и нейтрона — с. 292
§ 60. Вопрос 1. Какой вывод был сделан на основании фотографии треков частиц в камере Вильсона (см. рис. 207)?
На фотографии виден след одной α-частицы, который раздваивается («вилка»). Это означает, что в точке раздвоения α-частица провзаимодействовала с ядром атома азота и образовались две частицы. По искривлению их треков в магнитном поле определили, что это ядра атомов кислорода и водорода. Значит, при столкновении α-частицы с ядром азота идёт ядерная реакция, при которой из ядра азота выбивается протон.
§ 60. Вопрос 2. Как иначе называют и каким символом обозначают ядро атома водорода?
Каковы его масса и электрический заряд?
Ядро атома водорода называют протоном и обозначают ¹₁H или ¹₁p. Его масса приблизительно равна 1 а. е. м. (точнее, 1,0072765 а. е. м.), заряд положительный и равен элементарному электрическому заряду.
§ 60. Вопрос 3. Какое предположение (относительно состава ядер) позволяли сделать результаты опытов по взаимодействию α-частиц с ядрами атомов различных элементов?
В опытах с ядрами бора, натрия, алюминия, магния и других элементов α-частицы выбивали из ядер протоны. Отсюда сделали предположение (вывод), что протоны входят в состав ядер атомов всех химических элементов.
§ 60. Вопрос 4. К какому противоречию приводит предположение о том, что ядра атомов состоят только из протонов?
Поясните это на примере.
Если бы ядра состояли только из протонов, то их масса (в а. е. м.) равнялась бы числу протонов, т. е. зарядовому числу, а по опыту масса ядер заметно больше. Пример: ядро бериллия ⁹₄Be имеет заряд 4 элементарных заряда, значит, в нём было бы 4 протона и масса около 4 а. е. м. Однако опыт показывает, что масса ядра бериллия приблизительно равна 9 а. е. м. Следовательно, в ядре есть ещё какие-то частицы, помимо протонов.
§ 60. Вопрос 5. Как было доказано отсутствие у нейтронов электрического заряда?
Как была оценена их масса?
Чедвик с помощью опытов в камере Вильсона показал, что бериллиевое излучение — поток нейтральных частиц. Отсутствие заряда доказывалось тем, что эти частицы не отклонялись ни в электрическом, ни в магнитном поле. Массу частиц оценили по их взаимодействию с другими частицами; она оказалась приблизительно равной массе протона.
§ 60. Вопрос 6. Как обозначается нейтрон?
Какова его масса по сравнению с массой протона?
Нейтрон обозначают символом ¹₀n (вверху — массовое число 1, внизу — нуль, т. е. заряда нет). Его масса равна 1,0086649 а. е. м., то есть чуть больше массы протона; во многих случаях массу нейтрона и протона считают равной 1 а. е. м.
§ 60. Упражнение 47. Рассмотрите запись ядерной реакции взаимодействия ядер атомов азота и гелия, в результате чего образуются ядра атомов кислорода и водорода. Сравните суммарный заряд взаимодействующих ядер с суммарным зарядом ядер, образованных в результате этого взаимодействия. Сделайте вывод о том, выполняется ли закон сохранения электрического заряда в данной реакции.
Реакция: ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + ¹₁H.
Заряд (в элементарных зарядах) равен числу внизу. До реакции: 7 + 2 = 9. После реакции: 8 + 1 = 9.
Суммарные заряды до и после реакции одинаковы, значит, закон сохранения электрического заряда в этой реакции выполняется. (Сумма массовых чисел тоже сохраняется: 14 + 4 = 17 + 1 = 18.)
Заряд (в элементарных зарядах) равен числу внизу. До реакции: 7 + 2 = 9. После реакции: 8 + 1 = 9.
Суммарные заряды до и после реакции одинаковы, значит, закон сохранения электрического заряда в этой реакции выполняется. (Сумма массовых чисел тоже сохраняется: 14 + 4 = 17 + 1 = 18.)