Курс физики основной школы заканчивается разговором о самом маленьком — об атоме и его ядре. Здесь важно понять две вещи: как устроено ядро и какие законы сохранения позволяют предсказывать результат ядерных превращений. Никаких «формул наизусть» не требуется, но требуется аккуратность со числами, которые пишут рядом с символом элемента.
Опыты Резерфорда дали планетарную модель: почти вся масса атома собрана в крошечном положительном ядре, а электроны движутся вокруг. Модель объясняла опыты с рассеянием, но противоречила устойчивости атомов, и её дополнила гипотеза Бора о стационарных орбитах: атом излучает и поглощает свет порциями, квантами, и именно поэтому спектры газов линейчатые, а не сплошные.
Ядро состоит из протонов и нейтронов; число протонов задаёт заряд ядра и место элемента в периодической системе, а сумма протонов и нейтронов — массовое число. Атомы одного элемента с разным числом нейтронов называют изотопами: химия у них одинаковая, а устойчивость ядер разная. Неустойчивые ядра распадаются самопроизвольно — это радиоактивность. Альфа-частица уносит два протона и два нейтрона, бета-распад превращает нейтрон в протон и электрон, гамма-излучение — это квант, уносящий лишнюю энергию. Проникающая способность у этих излучений разная, и именно поэтому защита работает слоями: от альфа-частиц спасает лист бумаги, от гамма — толстая стена из свинца или бетона.
Ядерные реакции подчиняются законам сохранения: сумма массовых чисел до реакции равна сумме после, и сумма зарядовых чисел — тоже. Этого правила достаточно, чтобы «дописать» недостающую частицу. Энергия в таких реакциях не берётся из ниоткуда: при синтезе и делении часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию осколков, и именно это делает атомную энергетику возможной. Здесь же — прямой разговор о безопасной работе с приборами: радиоактивный фон существует вокруг нас всегда, его измеряют дозиметром, и правило одно — не пугаться фона, следить за дозой.
Три вопроса с объяснением. Первый: чем отличаются два атома одного элемента, если у одного массовое число больше, — и почему в таблице они стоят в одной клетке? Второй: ядро испустило альфа-частицу — как изменились массовое и зарядовое числа, в какую сторону сдвинулся элемент? Третий: почему при делении тяжёлого ядра выделяется энергия, хотя «ничего не сгорает»? Если ребёнок называет два числа ядра без путаницы, объясняет разницу между тремя видами излучения и дописывает ядерную реакцию по законам сохранения, тема закрыта.
Соответствие программе: федеральная рабочая программа основного общего образования «Физика. 7–9 классы» (базовый уровень, 2025), edsoo.ru — 9 класс, раздел 5 «Квантовые явления» (17 ч): 5.1 «Испускание и поглощение света атомом» (4 ч) — опыты Резерфорда и планетарная модель атома, модель атома Бора, испускание и поглощение света атомом, кванты, линейчатые спектры; 5.2 «Строение атомного ядра» (6 ч) — радиоактивность, альфа-, бета- и гамма-излучения, строение атомного ядра, нуклонная модель атомного ядра, изотопы, радиоактивные превращения, период полураспада атомных ядер, измерение радиоактивного фона; 5.3 «Ядерные реакции» (7 ч) — ядерные реакции, законы сохранения зарядового и массового чисел, энергия связи атомных ядер, связь массы и энергии, реакции синтеза и деления ядер, источники энергии Солнца и звёзд, ядерная энергетика, действия радиоактивных излучений на живые организмы; в подготовке к ОГЭ модуль «Повторение и обобщение содержания курса физики за 7–9 классы» (9 ч).
Разборы этой темы — наши аналоги заданий по программе, а не цитаты из учебника.