سوال ۲۲۰ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۳۹۸ · سوال ۲۲۰ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ · فصل ۴: آشنایی با فیزیک اتمی و هسته‌ای
در هستهٔ اتم یک عنصر، اگر نیروی ربایشی هسته‌ای بین دو پروتون مجاور و بین دو نوترون مجاور برابر و بین یک پروتون و یک نوترون مجاور برابر باشد، کدام‌یک از موارد زیر درست است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول: نوع نیروی مورد سؤال را مشخص می‌کنیم. کمیت‌های ، و فقط بزرگی نیروی ربایشی هسته‌ای‌اند؛ بنابراین نباید دافعهٔ الکتریکی بین پروتون‌ها را از آن‌ها کم کنیم.
گام دوم: ویژگی اصلی نیروی هسته‌ای را به کار می‌بریم. طبق کتاب، این نیرو مستقل از بار الکتریکی است؛ یعنی در مقایسهٔ زوج‌های مجاور، پروتون یا نوترون بودن ذرات باعث تفاوت در نیروی ربایشی هسته‌ای نمی‌شود (فیزیک ۳، صفحه‌های ۱۱۳–۱۱۴).
گام سوم: این ویژگی را بر سه زوجِ سؤال تطبیق می‌دهیم. نیروی هسته‌ای میان دو پروتون، دو نوترون و یک پروتون و یک نوترون یکسان است؛ پس:
نکتهٔ مهم: پروتون‌ها علاوه بر جاذبهٔ هسته‌ای، دافعهٔ الکتریکی هم دارند؛ اما این دافعه نیرویی جداگانه است و برابری نیروهای هسته‌ای را تغییر نمی‌دهد (فیزیک ۳، صفحهٔ ۱۱۴).
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۲: ممکن است دانش‌آموز به‌دلیل دافعهٔ الکتریکی بین پروتون‌ها، جاذبهٔ هسته‌ای میان آن‌ها را ضعیف‌تر بداند و برای زوج ناهم‌نوع نیز جاذبهٔ بیشتری فرض کند. اما سؤال فقط نیروی هسته‌ای را مقایسه می‌کند؛ این نیرو مستقل از بار و نوع نوکلئون‌هاست.
- گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز جرم اندکی بیشتر نوترون را دلیل جاذبهٔ هسته‌ای بیشتر میان دو نوترون بداند. این استدلال، نیروی هسته‌ای را با گرانش اشتباه می‌گیرد؛ طبق کتاب، نیروی هسته‌ای میان هر سه نوع زوج نوکلئون یکسان است.
- گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز تصور کند چون پروتون‌ها یکدیگر را دفع می‌کنند، نیروی هسته‌ای میان آن‌ها الزاماً باید از نیروی هسته‌ای میان سایر زوج‌ها بیشتر باشد. غلبه بر دافعهٔ الکتریکی چنین تفاوتی را نتیجه نمی‌دهد و با مستقل‌بودن نیروی هسته‌ای از بار ناسازگار است.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- ویژگی‌های نیروی هسته‌ای را در بخش «ساختار هسته» مرور کن؛ به‌ویژه وابستگی یا استقلال آن از بار الکتریکی.
- دقت کن که سؤال دربارهٔ نیروی ربایشی هسته‌ای است، نه برآیند نیروهای هسته‌ای و الکتریکی بین ذرات.
- با جایگزین‌کردن یک پروتون با نوترون در یک زوج مجاور، آیا طبق ویژگی استقلال از بار، بزرگی نیروی هسته‌ای تغییر می‌کند؟ همین بررسی را برای هر سه زوج انجام بده.