ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 57.5: Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда
Физика; углубленное обучение — Касьянов В.А.
Ольга Кузнецова, методист по физике Шпаргача обновлено 12 сентября 2026
Условие
Почему экспериментальное обнаружение кварков не нарушает принцип квантования заряда?
Номер как в учебнике. Условие — полный пересказ редакции: те же пункты, числа и факты, не цитата из книги.
Пошаговое решение
В данном вопросе требуется объяснить кажущееся противоречие между теорией кварков (с их дробными зарядами) и фундаментальным законом квантования электрического заряда. План решения: вспомнить формулировку закона квантования, рассмотреть свойства свободных частиц и связанных состояний (адронов), а затем сделать вывод о наблюдаемых величинах.
Шаг 1. Формулировка закона квантования заряда
Закон квантования электрического заряда гласит, что любой наблюдаемый в природе электрический заряд является целым числом элементарного заряда e. То есть для любого тела или системы частиц, которые мы можем измерить экспериментально, выполняется условие:
Q=n·e, где n — целое число (0,±1,±2,…).Шаг 2. Свойства кварков и явление конфайнмента
Кварки действительно имеют дробные электрические заряды: +2/3e (для верхних, очарованных и истинных) и -1/3e (для нижних, странных и прелестных). Однако ключевой момент состоит в том, что кварки не могут существовать в свободном состоянии. Это явление называется конфайнментом (от англ. confinement — удержание).
Из-за особенностей сильного взаимодействия кварки всегда объединяются в составные частицы — адроны (барионы и мезоны). При этом они группируются так, чтобы суммарный заряд получившейся частицы был целым числом e.
Шаг 3. Проверка на примерах адронов
Рассмотрим два основных типа адронов, из которых состоит вещество:
- Барионы (например, протон и нейтрон) состоят из трёх кварков.
- Протон (uud): заряд равен 2/3e+2/3e-1/3e=3/3e=+1e.
- Нейтрон (udd): заряд равен 2/3e-1/3e-1/3e=0.
- Мезоны состоят из кварка и антикварка.
- Пи-плюс мезон (ud): заряд равен 2/3e-(-1/3e)=2/3e+1/3e=+1e.
Как видно из расчётов, хотя сами компоненты имеют дробные заряды, их сумма всегда даёт целое значение.
Шаг 4. Вывод
Экспериментальное обнаружение кварков (косвенно, через рассеяние электронов на нуклонах, или в виде струй в коллайдерах) не нарушает принцип квантования заряда, потому что:
- Мы никогда не измеряем заряд изолированного свободного кварка.
- Все стабильные или долгоживущие частицы, которые мы наблюдаем как отдельные объекты (протоны, электроны, ионы), имеют целый заряд.
- Дробные заряды кварков «компенсируются» внутри связанных систем до целых значений.
Таким образом, закон квантования сохраняется для всех наблюдаемых макроскопических и микроскопических объектов, доступных прямому измерению заряда.
Обнаружение кварков не нарушает закон квантования, так как кварки не существуют в свободном состоянии (конфайнмент). Они образуют связанные состояния (адроны), суммарный заряд которых всегда является целым числом элементарного заряда e. Закон квантования относится к наблюдаемым зарядам, а все наблюдаемые частицы имеют целый заряд.
Важно подчеркнуть разницу между 'зарядом частицы' и 'зарядом наблюдаемого объекта'. Ученики часто путают это, считая, что если есть частица с зарядом 1/3, то закон нарушен. Нужно акцентировать внимание на явлении конфайнмента.
Как решение?
Двойная оценка: понятность и подробность. Можно выбрать одно или оба.
У вас другое условие?
Загрузите фото — учтём ваши числа и редакцию.
Частые вопросы
Это точный номер 57.5 из моего учебника?
Номер совпадает с учебником «Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Формулировка — пересказ редакции, не дословная цитата. Если в вашей редакции другие числа — загрузите фото.
Какой ответ в задании 57.5?
Краткий ответ: Обнаружение кварков не нарушает закон квантования, так как кварки не существуют в свободном состоянии (конфайнмент). Они образуют связанные состояния (адроны), суммарный заряд которых всегда является целым числом элементарного заряда e. Закон квантования относится к наблюдаемым зарядам, а все наблюдаемые частицы имеют целый заряд.
Как пользоваться этим разбором?
Сначала прочитайте условие и чертёж, затем шаги решения по порядку и сверьте свой ход с кратким ответом внизу.
Какой учебник имеется в виду?
«Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Проверьте часть, год и автора на обложке. Тема в учебнике: § 57. Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда.
Можно ли списать ответ без решения?
Лучше сначала решить самостоятельно, а разбор использовать для проверки хода и поиска ошибки.