Строение атома. Ядерные реакции.
Решение задания №17 ОГЭ по физике основано на материалах по теме радиоактивности, строения атома по Резерфорду, ядерных реакций. Необходимые теоретические сведения приведены в разделе теории к заданию.
Теория к заданию №17 ОГЭ по физике
Планетарная (ядерная) модель атома
Ядерная модель, выясненная и сформулированная Резерфордом, описывает атом произвольного химич.элемента как структуру, подобную строению Солнечной системы, в которой существует наша планета. Согласно этой модели, атом состоит из сосредоточенных в ядре-центре положительно заряженных протонов и определенного числа нейтральных (незаряженных) нейтронов, а также облака вращающихся вокруг ядра отрицательно заряженных электронов.
Количество протонов и электронов в атоме одинаково. Его называют зарядом хим.элемента; эта величина совпадает с порядковым (атомным) номером химического элемента в таблице Менделеева (в правом верхнем углу клетки элемента) и обозначается Z. Количество нейтронов в ядре обозначается буквой N. Общее количество нейтронов и протонов называется массовым числом и обозначается А (т.е. А=Z+N). А тоже определяется из таблицы Менделеева. Эта величина указана внизу клетки элемента в виде целого числа.
Произвольный химический элемент, участвующий в ядерных реакциях, обозначается:
, где Х – химический символ вещества в соответствии с таблицей Менделеева.
Обозначения элементарных частиц в ядерных реакциях:
– электрон;
– протон;
– нейтрон.
Альфа-распад
Альфа-распад (α-распад) – это самопроизвольный распад ядра хим.элемента, который выражается в образовании ядра-продукта и α-частицы. Ядром-продуктом всегда является ядро хим.элемента с порядковым номером на 2 меньше порядкового номера исходного ядра. α-частицей является ядро атома 
(гелия). За редким исключением альфа-радиактивность проявляют только ядра тяжелых хим.элементов, порядковый номер которых Z>82.
Бета-распад
Бета-распад (β-распад) – самопроизвольная трансформация атомного ядра из-за испускания электрона. Причиной этого процесса является взаимное превращение нейтронов и протонов, в результате которого происходит изменение их суммарных масс в пользу массы нейтрона. Соответственно, возникающая избыточная масса (1 электрон) отторгается из атома. Параллельно с этим в атоме образуется антинейтрино (еще один вид элементарных частиц), который тоже испускается из атома.
Уравнение β-распада выглядит так:
Гамма-излучение
Гамма-излучение (γ-излучение) – один из видов электромагнитного излучения, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией. Оно отличается очень малой длиной волны, вследствие чего характеризуется слабыми волновыми свойствами.
Если расположить γ-излучение на волновой шкале, то увидим, что оно соседствует с рентгеновским излучением, причем четкой границы между ними не существует. И в ряде ситуаций отнесение квантов к гамма- или рентгеновскому излучению осуществляется только по тому, излучается ли квант в ядерном переходе или нет. Если это так, значит, имеет место γ-излучение.
Разбор типовых вариантов заданий №17 ОГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
[su_note note_color=»#defae6″]
Произошла следующая ядерная реакция: 
. Какая частица X выделилась в результате реакции?
- α-частица
- β-частица
- нейтрон
- протон
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Анализируем данное в условии уравнение произошедшей реакции. Определяем законы, действующие в данной ситуации.
- Находим зарядовое число искомого элемента Х.
- Находим массовое число для Х.
- Анализируем предложенные варианты ответа и находим правильный.
Решение:
- При прохождении реакции исполняются з-ны сохранения массы и зарядов. Следовательно, суммарное кол-ва зарядовых и массовых чисел слева и справа в ур-нии реакции должно быть одинаковыми.
- Т.к. сумма зарядовых чисел у N (азота) и He (гелия) равна 7+2=9, то и их сумма у Х и О (кислорода) тоже должна быть равной 9. Поэтому зарядовое число для Х составляет 9–8=1.
- Аналогично (см. п.2) найдем для Х массовое число. Слева в ур-нии реакции имеем: 14+4=18. Справа для Х получаем: 18–17=1. Итак, искомый элемент – это:
. - α-частица представляет собой
, β-частица – 
, протон – 
. Ни зарядовое, ни массовое число искомого элемента им не соответствуют. А вот протону 
соответствуют оба параметра. Т.о., прав.вариант ответа – 4.
Ответ: 4
Первый вариант (Камзеева, № 6)
[su_note note_color=»#defae6″]
Ядро азота 
захватило нейтрон и испустило протон. Чему равно зарядовое число ядра, образовавшегося в результате этих превращений?
- 6
- 8
- 14
- 16
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Выясняем, как изменится зарядное число ядра азота после захвата нейтрона.
- Определяем, чему станет равным зарядное число ядра азота после испускания нейтрона.
Решение:
- Если ядро захватило нейтрон, то его массовое число увеличилось на 1. Зарядовое число при этом не изменяется.
- Если ядро азота испустило протон, значит, его зарядовое число стало меньше на 1. Отсюда имеем: Z=7-1=6 – станет в результате испускания протона. Соответственно, прав.вариант ответа – 1.
Ответ: 1
Второй вариант (Камзеева, № 7)
[su_note note_color=»#defae6″]
Контейнер с радиоактивным веществом помещают в магнитное поле, в результате чего наблюдается расщепление пучка радиоактивного излучения на три компоненты (см. рис.).
Каким видам излучения соответствуют пучки 1, 2 и 3?
- 1 – гамма-излучение, 2 – альфа-излучение, 3 – бета-излучение
- 1 – бета-излучение, 2 – альфа-излучение, 3 – гамма-излучение
- 1 – альфа-излучение, 2 – гамма-излучение, 3 – бета-излучение
- 1 – бета-излучение, 2 – гамма-излучение, 3 – альфа-излучение
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Анализируем характер излучения для разных видов частиц.
2–3. Анализируем рисунок и находим соответствие пучков 1–3 определенным видам частиц.
Решения:
- α-излучением принято считать поток ядер атома гелия. При этом ядро любого атома является положительно заряженным (т.е. q>0) плюс нужно учесть, что ядро гелия тяжелое, т.е. оно имеет достаточно большое массовое число. β-частица – это электрон; ее заряд отрицателен и у него имеется собственная масса. γ-частица представляет собой электромагнитное излучение, а у него масса и заряд отсутствуют.
- Расщепление пучка происходит именно вследствие попадания его в магнитное поле. Характер расщепления зависит от наличия и знака заряда частиц. Т.е. магнитное поле не в состоянии действовать на частицы, если у них нет заряда. Это означает, что на движение γ-частиц магн.поле никак не влияет и, следовательно, траектория этих частиц никак не будет искажена. Вывод: γ-частицы движутся по прямой, и, соответственно, их пучок обозначен цифрой 2.
- Пучки 1 и 3 отклоняются от первоначальной (прямой) траектории. Это означает, что частицы, формирующие их, имеют массу. При этом отклонение будет тем большим, чем меньше масса частиц, поскольку от величины массы зависит сила инерции, действующая на частицы (чем больше масса, тем меньше отклонение, и наоборот – чем меньше масса, тем быстрее происходит отклонение). Т.к. масса электрона меньше массы гелия, то можно утверждать, что отклонение пучка β-частиц произойдет быстрее, чем пучка α-частиц. Значит, α-частицам соответствует пучок 1, а β-частицам – пучок 3. Отсюда получаем: прав.вариант ответа – 3.
Ответ: 3
Третий вариант (Камзеева, № 11)
[su_note note_color=»#defae6″]
Радиоактивный атом 
превратился в атом 
в результате цепочки альфа- и бета-распадов. Чему было равно число альфа-распадов?
- 5
- 3
- 6
- 4
[/su_note]
Алгоритм решения:
- Анализируем условие, выясняем как повлиял на превращение элементов α- и β-распад.
- Вычисляем кол-во α-распадов.
Решение:
- Известно, что α-распад – это поток ядер
, β-распад – поток 
. Верхние числа в этих обозначениях представляют собой массовые числа, т.е. кол-во нейтронов и протонов в ядре. Нижние – зарядные числа, т.е. кол-во в ядре протонов. Т.е. если происходит β-распад, то массовое число в атоме вещества не изменится. Отсюда следует, что изменение от 232 (у элемента Th) до 208 (у Pb) произошло именно в результате α-распада. - Находим величину изменения массового числа: 232–208=24. Поскольку при одном α-распаде массовое число изменяется на 4, то цепочка α-распадов составляет: 24:4=6 распадов. Соответственно, прав.вариант ответа – 3.
Ответ: 3