25

Решение: Энергия протона при синтезе

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Квантовая и ядерная физика
ПовышеннаяФИПИEBB156Развёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 5 шагов
Условие

При реакции синтеза $^{2}_{1}\mathrm{H}+{}^{3}_{2}\mathrm{He}\rightarrow{}^{4}_{2}\mathrm{He}+p$ образуются ядро гелия и протон, а также выделяется энергия $E=18{,}3\ \text{МэВ}$. Какую кинетическую энергию уносит протон, если кинетическая энергия исходных частиц пренебрежимо мала по сравнению с выделившейся? Начальным импульсом исходных ядер пренебречь. Считать, что $m_{\text{ядра гелия}}\approx4m_{\text{протона}}$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

Начальным импульсом исходных ядер пренебрегаем, поэтому по закону сохранения импульса импульсы продуктов реакции равны по модулю и противоположны по направлению.

$$p_p=p_{\mathrm{He}}=p$$
2

Кинетические энергии продуктов выразим через общий по модулю импульс.

$$K_p=\frac{p^2}{2m_p},\qquad K_{\mathrm{He}}=\frac{p^2}{2m_{\mathrm{He}}}$$
3

С учётом соотношения $m_{\mathrm{He}}\approx4m_p$ энергия ядра гелия в четыре раза меньше энергии протона.

$$K_{\mathrm{He}}=\frac{K_p}{4}$$
4

Выделившаяся энергия переходит в кинетическую энергию продуктов реакции.

$$18{,}3=K_p+K_{\mathrm{He}}=K_p+\frac{K_p}{4}=\frac{5}{4}K_p$$

Находим кинетическую энергию протона.

$$K_p=18{,}3\cdot\frac{4}{5}=14{,}64\ \text{МэВ}$$
Ответ

Кинетическая энергия протона равна $14{,}64\ \text{МэВ}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что вся выделившаяся энергия передаётся протону.

Использовать равенство кинетических энергий частиц вместо равенства модулей их импульсов.

Неверно учесть зависимость кинетической энергии от массы при одинаковых по модулю импульсах.

Закрепить приёмВ теме «Квантовая и ядерная физика» ещё 281 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Квантовая и ядерная физика»: в ней 282 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.