Номер 935, страница 267 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

935. Укажите, какой цифрой на рисунке 222 обозначен график зависимости энергии связи $E_{св}$ от массового числа $A$ для средних и тяжелых стабильных ядер. Обоснуйте свой ответ.

Рис. 222

Зависимость энергии связи $E_{св}$ от массового числа $A$ для средних и тяжелых стабильных ядер обозначена на рисунке цифрой 3.

Обоснование:

Энергия связи ядра ($E_{св}$) — это энергия, необходимая для полного расщепления ядра на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны).

При увеличении массового числа $A$ (общего числа нуклонов) полная энергия связи ядра $E_{св}$ возрастает, поскольку увеличивается число частиц, связанных сильным взаимодействием. Это означает, что графики 4, 5 и 6, на которых энергия связи перестает расти или даже убывает, неверны.

Характер роста энергии связи определяется балансом двух типов сил, действующих в ядре:

1. Сильное взаимодействие (ядерные силы) — это силы притяжения между нуклонами. Они являются короткодействующими, то есть каждый нуклон взаимодействует только со своими ближайшими соседями.

2. Электростатическое (кулоновское) взаимодействие — это силы отталкивания между протонами. Они являются дальнодействующими, и каждый протон отталкивается от всех остальных протонов в ядре.

Для средних и особенно для тяжелых ядер, по мере увеличения числа нуклонов $A$ и, соответственно, числа протонов $Z$, возрастает суммарное кулоновское отталкивание. Это приводит к тому, что каждый новый добавляемый в ядро нуклон связывается слабее, чем предыдущие. В результате удельная энергия связи (энергия связи на один нуклон, $E_{уд} = E_{св}/A$) для ядер тяжелее железа ($A > 60$) начинает медленно уменьшаться.

Поскольку полная энергия связи $E_{св} = E_{уд} \cdot A$, она продолжает расти с увеличением $A$ (так как $A$ растет быстрее, чем $E_{уд}$ убывает), но темп этого роста замедляется. Графически это выражается в том, что кривая зависимости $E_{св}$ от $A$ является возрастающей, но вогнутой (её наклон уменьшается). Этому поведению соответствует кривая 3.

Ответ: График 3.