Современная физика
Энергия связи железа-56
Устойчивый железный пик — считайте энергию связи на нуклон B/A.
Энергия связи железа-56 — интерактивная симуляция (Современная физика). Устойчивый железный пик — считайте энергию связи на нуклон B/A. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Энергия связи
Устойчивый железный пик — считайте энергию связи на нуклон B/A.
Железо-56 сидит у пика энергии связи на нуклон B/A на кривой ядерной стабильности. Слияние лёгких ядер и деление тяжёлых оба высвобождают энергию, двигаясь к железу. Считывайте B(Z,A) из модели жидкой капли: B/A максимальна около Fe, что объясняет, почему звёзды перестают синтезировать после железа и почему осколки деления богаты нейтронами.
- Пик B/A у Fe-56
- Дефект массы
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Полуэмпирическая формула масс (модель жидкой капли) оценивает полную энергию связи ядра по числу протонов Z и массовому числу A. При фиксированном Z = 26 (железо) и изменении только A, предсказывает ли модель монотонный рост энергии связи с каждым добавленным нуклоном?
Прогнозы для взвешивания
- Да — больше нуклонов всегда значит больше полной энергии связи.
- Нет — энергия связи зависит от баланса конкурирующих членов (объёмный, поверхностный, кулоновский, асимметрии), меняющихся по-разному с ростом A, поэтому она не просто растёт с каждым нуклоном.
- Энергия связи всегда убывает с ростом A.
Роли переменных
Что вы задали:
- Массовое число A
Что вы измеряете:
- Полная энергия связи E_B (MeV)
Как идёт исследование
- Откройте пресет iron-binding и нажмите «Сброс». Этот пресет моделирует железо с Z = 26 протонами.
- Включите показание энергии связи.
- Задайте массовое число A для каждой пробы (Z = 26 зафиксировано) и запишите полную энергию связи.
Определяющее уравнение
Полуэмпирическая формула масс (модель жидкой капли) — B = Δmc²
Энергия связи ядра моделируется как конкуренция объёмного члена (за большее число нуклонов), поверхностного (штраф за нуклоны на «поверхности» капли), кулоновского (штраф за отталкивание протонов) и члена асимметрии (штраф за неравенство чисел протонов и нейтронов).
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A, используя a_v = 15.75; a_s = 17.8; a_c = 0.711; a_a = 23.7 (МэВ); Z = 26. Сравните с таблицей.
- Ваши три пробы сначала растут, потом падают: E_B поднимается от A = 56 к A = 80, затем снова опускается к A = 110. Объясните, как объёмный член +a_vA, растущий с каждым добавленным нуклоном, со временем перегоняют поверхностный член и член асимметрии, и почему −a_a(A−2Z)²/A штрафует ядро, где нейтронов сильно больше, чем протонов.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Эта же модель жидкой капли объясняет, почему очень тяжёлые ядра (большое A) высвобождают энергию делением, а очень лёгкие — слиянием: оба процесса двигают ядра к области пика энергии связи на нуклон около железа. Объясните, почему железо сидит у этого пика.
- Это упрощённая версия полуэмпирической формулы масс (без члена спаривания для чётных/нечётных чисел нуклонов), поэтому её предсказания не точно совпадают с реальной таблицей ядерных масс. Почему физикам всё же полезна упрощённая модель для обучения, даже зная о её неточности?
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.3 Radioactive decay
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Добро пожаловать к энергии связи железа
- Выберите нуклид
- Нажмите Play
- Пик связи на нуклон
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →