ôn tập chương VII - Hạt nhân nguyên tử
Chia sẻ bởi Trieu Hoang Manh |
Ngày 19/03/2024 |
9
Chia sẻ tài liệu: ôn tập chương VII - Hạt nhân nguyên tử thuộc Vật lý 12
Nội dung tài liệu:
Chuyên đề
Vật lý hạt nhân
Nội dung lý thuyết
Tóm tắt kiến thức
Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
Phóng xạ
Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng
Năng lượng liên kết của hạt nhân
Phản ứng hạt nhân
Các loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Các bài toán cơ bản
Bài tập tự giải
A. Tóm tắt kiến thức
A. Tóm tắt kiến thức
1. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn, gọi là nuclon. Có hai loại nuclon: proton mang điện tích nguyên tố dương +e và nơtron không mang điện.
Ký hiệu hạt nhân:
Với Z : số proton
N = A – Z : số nơtron
A : Số khối
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ
a) Định nghĩa: Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Có 3 loại tia phóng xạ:
Tia
Tia (+ và -)
Tia
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ (tt)
b) Định luật phóng xạ:
Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kỳ bán rã, cứ sau mỗi chu kỳ này thì một nửa số nguyên tử hạt nhân của chất ấy đã biết đổi thành chất khác.
No, mo: số nguyên tử, khối lượng ban đầu
N(t), m(t): số nguyên tử, khối lượng ở thời điểm t
Với là hằng số phóng xạ
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ (tt)
c) Độ phóng xạ của một mẫu chất phóng xạ được đo bằng số phân rã trong một giây:
Đơn vị đo độ phóng xạ: 1 Bq = 1 phân rã trong một giây.
1 Ci = 3,7.1010 Bq
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
3. Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng
Nếu một vật có khối lượng m thì nó cũng có một năng lượng E tỉ lệ với m, E gọi là năng lượng nghỉ: E = mc2
Trong đó c: vận tốc ánh sáng trong chân không.
là đơn vị đo khối lượng.
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
4. Năng lượng liên kết của hạt nhân
Độ hụt khối của hạt nhân: m = Zmp + (A – Z)mn – m
Trong đó mp, mn và m tương ứng là khối lượng của proton, nơtron và của hạt nhân.
Năng lượng liên kết của hạt nhân: E = m.c2
Năng lượng liên kết riêng Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
5. Phản ứng hạt nhân
a) Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác.
b) Phản ứng hạt nhân tuân theo các định luật bảo toàn:
Bảo toàn số nuclon: A1 + A2 = A3 + A4
Bảo toàn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
Bảo toàn động lượng:
Bảo toàn năng lượng: (mA+mB)c2 + KA+ KB = (mC + mD) c2 + KC + KD
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
5. Phản ứng hạt nhân (tt)
c) Phóng xạ cũng là phản ứng hạt nhân:
A B + C
d) Năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Q = (Mo - M)C2
Với: Mo = mA + mB
M = mC + mD
Nếu Mo > M: Phản ứng tỏa năng lượng
Mo < M: Phản ứng thu năng lượng
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
6. Các loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng:
Phản ứng phân hạch: Một hạt nhân rất nặng (U235 hoặc Pu239) hấp thụ một nơtron vỡ thành hai hạt nhân trung bình và tạo ra 2-3 nơtron. Nếu phản ứng phân hạch có tính dây chuyền thì nó tỏa ra năng lượng rất lớn (có tác dụng tàn phá trong sự nổ bom nguyên tử). Phản ứng phân hạch được khống chế trong lò phản ứng hạt nhân.
Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân rất nhẹ có thể kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ hàng trăm triệu độ nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con người mới chỉ thực hiện được phản ứng này dưới dạng không kiểm soát được (sự nổ của bom H).
B. Các bài toán cơ bản
Bài toán 1: Định luật phóng xạ - Xác định tuổi của mẫu vật
Phương pháp giải
1) Giữa số nguyên tử (N) và khối lượng (m) có mối liên hệ:
Với NA = 6,022.1023 mol-1 là số Avôgađrô
A: Khối lượng của một mol chất.
m: khối lượng của mẫu chất.
2) Số nguyên tử hoặc khối lượng chất phóng xạ còn lại ở thời điểm t
No, mo: là số nguyên tử hoặc khối lượng mẫu chất ở thời điểm ban đầu
T: chu kỳ bán rã
: hằng số phóng xạ.
Phương pháp giải (tt)
3) Số nguyên tử hoặc khối lượng chất phóng xạ đã phân rã trong thời gian t.
4) Độ phóng xạ là số hạt nhân nguyên tử phân rã trong một đơn vị thời gian
5) Tính tuổi của mẫu vật:
Để tính tuổi của mẫu vật, người ta thường đo tỷ lệ giữa số nguyên tử (hoặc khối lượng) của sản phẩm phóng xạ và số nguyên tử (hoặc khối lượng) còn lại của chất phóng xạ.
Cũng có thể dựa vào độ phóng xạ để tính tuổi của mẫu vật:
Thí dụ 1: Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Độ phóng xạ của 1 gam là (lấy 1 năm = 365 ngày; NA = 6,022.1023)
15322 Bq
12358 Bq
13252 Bq
Một giá trị khác.
Giải
Thí dụ 2: Lúc đầu có một mẫu (poloni) nguyên chất là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 138 ngày. Poloni phát ra tia và biến đổi thành chì
Ở thời điểm khảo sát người ta thấy khối lượng poloni lớn gấp 4 lần khối lượng chì có trong mẫu. Tuổi của mẫu chất là:
45,2 ngày
90,4 ngày
22,5 ngày
60,3 ngày
Thí dụ 2 (tt) - Giải
Số nguyên tử poloni còn lại ở thời điểm t:
N(t) = N0e-t Khối lượng pôloni còn lại:
Số nguyên tử chì tạo thành (bằng số nguyên tử polini đã phân rã)
N = N0 – N(t) = N0(1 – e-t) Khối lượng chì tạo thành:
Theo giả thiết m1 = 4m2
Thí dụ 3: Chu kì bán rã của xấp xỉ bằng 5 năm. Sau 10 năm, từ một nguồn khối lượng 1g sẽ còn lại bao nhiêu gam?
Gần 0,75g
Gần 0,25g
Gần 0,50g
Gần 0,10g
Giải
Áp dụng công thức:
Thí dụ 4: Tại thời điểm ban đầu người ta có 3,0g Rađon (Rn) là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 3,6 ngày. Trong thời gian 3 ngày, số nguyên tử Rađon bị phân rã là:
4,56.1021
45,6.1021
35,7.1021
3,57.1021
Giải
Số nguyên tử Rn ban đầu là:
Số nguyên tử Rn bị phân rã trong thời gian t = 3 ngày là:
Thí dụ 5: là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 140 ngày. Để độ phóng xạ Ho của nó giảm xuống e lần (e là cơ số của loga tự nhiên) thì cần khoảng thời gian là bao nhiêu?
180 ngày
200 ngày
202 ngày
240 ngày
Giải
C. Bài tập tự giải
Bài 1: là đồng vị phóng xạ phát ra tia - và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Tìm xem trong một tháng (30 ngày) chất cơ bản bị phân rã bao nhiêu phần trăm.
25,3%
16,4%
30,5%
40,2%
Bài 1: là đồng vị phóng xạ phát ra tia - và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Tìm xem trong một tháng (30 ngày) chất cơ bản bị phân rã bao nhiêu phần trăm.
25,3%
16,4%
30,5%
40,2%
Bài 2: Ban đầu có 2g Rađon là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ngày. Tính độ phóng xạ của lượng nói trên ở thời điểm t = 1,5T.
4,05.1016 (Bq)
4,05.1015 (Bq)
2,02.1015 (Bq)
2,02.1016 (Bq)
Bài 2: Ban đầu có 2g Rađon là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ngày. Tính độ phóng xạ của lượng nói trên ở thời điểm t = 1,5T.
4,05.1016 (Bq)
4,05.1015 (Bq)
2,02.1015 (Bq)
2,02.1016 (Bq)
Bài 3: Hạt nhân urani phát ra một số hạt và một số hạt - để biến thành hạt nhân rađi . Số hạt và số hạt - là:
A. Hai hạt và hai hạt -
B. Ba hạt và hai hạt -
C. Ba hạt và ba hạt -
D. Ba hạt và bốn hạt -
Bài 3: Hạt nhân urani phát ra một số hạt và một số hạt - để biến thành hạt nhân rađi . Số hạt và số hạt - là:
A. Hai hạt và hai hạt -
B. Ba hạt và hai hạt -
C. Ba hạt và ba hạt -
D. Ba hạt và bốn hạt -
Bài 4: Đồng vị phóng xạ và để thành đồng vị chì . Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Trong một mẫu đá lúc đầu chỉ có . Tỉ lệ hiện nay giữa khối lượng của U238 và chì Pb 206 bằng 37. Tuổi của mẫu đá là:
1,73.108 năm
1,73.107 năm
3,46.108 năm
3,46.107 năm
Bài 4: Đồng vị phóng xạ và để thành đồng vị chì . Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Trong một mẫu đá lúc đầu chỉ có Tỉ lệ hiện nay giữa khối lượng của 238 và chì Pb 206 bằng 37. Tuổi của mẫu đá là:
1,73.108 năm
1,73.107 năm
3,46.108 năm
3,46.107 năm
Bài 5: Một ngôi mộ vừa được khai quật. Ván quan tài của nó có chứa 50g cácbon có độ phân rã 457 phân rã/phút. (chỉ có đồng vị phóng xạ). Biết rằng độ phóng xạ của cây cối đang sống bằng 15 phân rã/phút tính trên 1gam cácbon. Chu kỳ bán rã của là 5600 năm. Tuổi của ngôi mộ đó cỡ bằng:
2800 năm
1400 năm
4000 năm
8000 năm
Bài 5: Một ngôi mộ vừa được khai quật. Ván quan tài của nó có chứa 50g cácbon có độ phân rã 457 phân rã/phút. (chỉ có đồng vị phóng xạ). Biết rằng độ phóng xạ của cây cối đang sống bằng 15 phân rã/phút tính trên 1gam cácbon. Chu kỳ bán rã của là 5600 năm. Tuổi của ngôi mộ đó cỡ bằng:
2800 năm
1400 năm
4000 năm
8000 năm
Chuyên đề
Vật lý hạt nhân (tiếp theo)
Nội dung
Nội dung và phương pháp giải
Các ví dụ
Bài tập áp dụng
Nội dung và phương pháp giải
Viết phương trình phản ứng hạt nhân. (Xác định một hạt nhân nào đó khi biết các hạt nhân khác).
Chỉ cần áp dụng định luật bảo toàn số khối (A) và định luật bảo toàn điện tích (bảo toàn nguyên tử số Z).
Tính năng lượng liên kết hay năng lượng liên kết riêng của hạt nhân - So sánh độ bền vững của các hạt nhân
Áp dụng công thức định nghĩa năng lượng liên kết:
E = mc2 với m = Zmp + (A – Z)mn – m
Lưu ý:
Năng lượng liên kết riêng với A là số nuclon của hạt nhân.
Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền hơn.
Nội dung và phương pháp giải (tt)
Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Áp dụng công thức: Q = (M0 – M)c2
Nếu Q > 0: phản ứng tỏa năng lượng.
Q < 0: phản ứng thu năng lượng.
(Trong đó M0: tổng khối lượng các hạt nhân tham gia phản ứng
M: tổng khối lượng các hạt nhân thu được sau phản ứng)
Xác định động năng, vận tốc hoặc hướng bay của các hạt nhân (khi bắn hạt nhân bằng hạt nhân khác).
Phương pháp chung:
Căn cứ vào định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn năng lượng để lập hệ phương trình. Giải hệ phương trình để rút ra đại lượng cần tìm.
Các ví dụ - Ví dụ 1
Giải
Áp dụng định luật bảo toàn nuclôn: 1 + 19 = 16 + A A = 4
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 1 + 9 = 8 + Z Z = 2
Vậy hạt nhân chính là (hạt nhân hêli)
Chọn đáp án B
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 2
Cho khối lượng proton và nơtron lần lượt là: mp = 1,007276u; khối lượng nơtron là mn = 1,008665u và 1u = 931,5MeV/c2. Hạt nhân có khối lượng m = 19,98950u có lăng lượng liên kết riêng là:
A. 7,6662 MeV/nuclon B. 9,6662 MeV/nuclon
C. 8,0323 MeV/nuclon D. 7,0738 MeV/nuclon
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 3
Xét phản ứng hạt nhân:
Biết khối lượng các nguyên tử tương ứng mD = 2,0141u; mHe = 3,0160u và khối lượng nơtron mn = 1,0087u. Cho 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng:
A. 4,19 MeV B. 3,07 MeV C. 3,26 MeV D. 5,43 MeV
Giải
Trong đó * là khối lượng hạt nhân đơteri:
mD: khối lượng nguyên tử đơteri
me: khối lượng electron
mHe: khối lượng nguyên tử hêli
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 4
Dùng hạt bắn phá hạt nhân (đứng yên) ta có phản ứng:
Biết khối lượng các hạt nhân là: m = 4,0015u; mAl = 26,974u; mP =29,970u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2; Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra. Động năng tối thiểu của hạt để phản ứng xảy ra là:
A. 2 MeV B. 3 MeV C. 4 MeV D. 5 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 5
Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân đứng yên để gây ra phản ứng: . Biết động năng của proton và lần lượt là 5,45 MeV; 3,575 MeV và 4,0 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng.
A. Phản ứng trên thu năng lượng là 2,125 MeV.
B. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 3,26 MeV.
C. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 2,125 MeV.
D. Không xác định được năng lượng của phản ứng vì không cho khối lượng các hạt nhân.
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6
Hạt nhân đứng yên phân rã theo phương trình:
Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên là 14,15 MeV. Động năng của hạt là (lấy xấp xỉ khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối của chúng).
A. 13,72 MeV B. 12,91 MeV C. 13,91 MeV D. 12,79 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6 (tt)
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7
Hạt proton có động năng K1= 5,48 MeV được bắn vào hạt nhân đứng yên thì thấy tạo thành hạt nhân và một hạt X bay ra, với động năng bằng K2 = 4 MeV, theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của hạt proton tới. Tính vận tốc chuyển động của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối). Cho 1u = 931 MeV/c2.
A. 10,7.106 m/s B. 1,07.106 m/s
C. 8,24.106 m/s D. 0,824.106 m/s
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt)
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt)
Chú ý:
1) Xét phản ứng: A + B C + D
Ngoài cách tính năng lượng phản ứng hạt nhân theo công thức cơ bản:
Q = (M0 – M)c2
Còn có thể tính năng lượng theo các công thức sau:
Q = [mC + mD – (mA + mB)]
Hoặc: Q = Wlk(C) + Wlk(D) – (WlkA + WlkB)
Hoặc: Q = KC + KD – (KA + KB)
2) Giữa động lượng (P) và động năng (K) của một hạt có hệ thức:
P2 = 2mK; với m: khối lượng của hạt đó.
3) Phải viết định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véctơ
(Lưu ý: hạt nhân đứng yên có động lượng bằng 0)
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:
Trong đó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng:
A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6
C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:
Trong đó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng:
A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6
C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4
Bài tập áp dụng - Bài 2
Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là:
Bài tập áp dụng - Bài 2
Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là:
Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là:
A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV
C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là:
A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV
C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã thành hạt nhân chì. Động năng của hạt bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã thành hạt nhân chì. Động năng của hạt bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng).
A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV
C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng).
A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV
C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:
Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt là m = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là:
A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV
C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:
Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt là m = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là:
A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV
C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.
Vật lý hạt nhân
Nội dung lý thuyết
Tóm tắt kiến thức
Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
Phóng xạ
Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng
Năng lượng liên kết của hạt nhân
Phản ứng hạt nhân
Các loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Các bài toán cơ bản
Bài tập tự giải
A. Tóm tắt kiến thức
A. Tóm tắt kiến thức
1. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn, gọi là nuclon. Có hai loại nuclon: proton mang điện tích nguyên tố dương +e và nơtron không mang điện.
Ký hiệu hạt nhân:
Với Z : số proton
N = A – Z : số nơtron
A : Số khối
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ
a) Định nghĩa: Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Có 3 loại tia phóng xạ:
Tia
Tia (+ và -)
Tia
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ (tt)
b) Định luật phóng xạ:
Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian T gọi là chu kỳ bán rã, cứ sau mỗi chu kỳ này thì một nửa số nguyên tử hạt nhân của chất ấy đã biết đổi thành chất khác.
No, mo: số nguyên tử, khối lượng ban đầu
N(t), m(t): số nguyên tử, khối lượng ở thời điểm t
Với là hằng số phóng xạ
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
2. Phóng xạ (tt)
c) Độ phóng xạ của một mẫu chất phóng xạ được đo bằng số phân rã trong một giây:
Đơn vị đo độ phóng xạ: 1 Bq = 1 phân rã trong một giây.
1 Ci = 3,7.1010 Bq
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
3. Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng
Nếu một vật có khối lượng m thì nó cũng có một năng lượng E tỉ lệ với m, E gọi là năng lượng nghỉ: E = mc2
Trong đó c: vận tốc ánh sáng trong chân không.
là đơn vị đo khối lượng.
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
4. Năng lượng liên kết của hạt nhân
Độ hụt khối của hạt nhân: m = Zmp + (A – Z)mn – m
Trong đó mp, mn và m tương ứng là khối lượng của proton, nơtron và của hạt nhân.
Năng lượng liên kết của hạt nhân: E = m.c2
Năng lượng liên kết riêng Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
5. Phản ứng hạt nhân
a) Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác.
b) Phản ứng hạt nhân tuân theo các định luật bảo toàn:
Bảo toàn số nuclon: A1 + A2 = A3 + A4
Bảo toàn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
Bảo toàn động lượng:
Bảo toàn năng lượng: (mA+mB)c2 + KA+ KB = (mC + mD) c2 + KC + KD
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
5. Phản ứng hạt nhân (tt)
c) Phóng xạ cũng là phản ứng hạt nhân:
A B + C
d) Năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Q = (Mo - M)C2
Với: Mo = mA + mB
M = mC + mD
Nếu Mo > M: Phản ứng tỏa năng lượng
Mo < M: Phản ứng thu năng lượng
A. Tóm tắt kiến thức (tt)
6. Các loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng:
Phản ứng phân hạch: Một hạt nhân rất nặng (U235 hoặc Pu239) hấp thụ một nơtron vỡ thành hai hạt nhân trung bình và tạo ra 2-3 nơtron. Nếu phản ứng phân hạch có tính dây chuyền thì nó tỏa ra năng lượng rất lớn (có tác dụng tàn phá trong sự nổ bom nguyên tử). Phản ứng phân hạch được khống chế trong lò phản ứng hạt nhân.
Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân rất nhẹ có thể kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ hàng trăm triệu độ nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con người mới chỉ thực hiện được phản ứng này dưới dạng không kiểm soát được (sự nổ của bom H).
B. Các bài toán cơ bản
Bài toán 1: Định luật phóng xạ - Xác định tuổi của mẫu vật
Phương pháp giải
1) Giữa số nguyên tử (N) và khối lượng (m) có mối liên hệ:
Với NA = 6,022.1023 mol-1 là số Avôgađrô
A: Khối lượng của một mol chất.
m: khối lượng của mẫu chất.
2) Số nguyên tử hoặc khối lượng chất phóng xạ còn lại ở thời điểm t
No, mo: là số nguyên tử hoặc khối lượng mẫu chất ở thời điểm ban đầu
T: chu kỳ bán rã
: hằng số phóng xạ.
Phương pháp giải (tt)
3) Số nguyên tử hoặc khối lượng chất phóng xạ đã phân rã trong thời gian t.
4) Độ phóng xạ là số hạt nhân nguyên tử phân rã trong một đơn vị thời gian
5) Tính tuổi của mẫu vật:
Để tính tuổi của mẫu vật, người ta thường đo tỷ lệ giữa số nguyên tử (hoặc khối lượng) của sản phẩm phóng xạ và số nguyên tử (hoặc khối lượng) còn lại của chất phóng xạ.
Cũng có thể dựa vào độ phóng xạ để tính tuổi của mẫu vật:
Thí dụ 1: Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Độ phóng xạ của 1 gam là (lấy 1 năm = 365 ngày; NA = 6,022.1023)
15322 Bq
12358 Bq
13252 Bq
Một giá trị khác.
Giải
Thí dụ 2: Lúc đầu có một mẫu (poloni) nguyên chất là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 138 ngày. Poloni phát ra tia và biến đổi thành chì
Ở thời điểm khảo sát người ta thấy khối lượng poloni lớn gấp 4 lần khối lượng chì có trong mẫu. Tuổi của mẫu chất là:
45,2 ngày
90,4 ngày
22,5 ngày
60,3 ngày
Thí dụ 2 (tt) - Giải
Số nguyên tử poloni còn lại ở thời điểm t:
N(t) = N0e-t Khối lượng pôloni còn lại:
Số nguyên tử chì tạo thành (bằng số nguyên tử polini đã phân rã)
N = N0 – N(t) = N0(1 – e-t) Khối lượng chì tạo thành:
Theo giả thiết m1 = 4m2
Thí dụ 3: Chu kì bán rã của xấp xỉ bằng 5 năm. Sau 10 năm, từ một nguồn khối lượng 1g sẽ còn lại bao nhiêu gam?
Gần 0,75g
Gần 0,25g
Gần 0,50g
Gần 0,10g
Giải
Áp dụng công thức:
Thí dụ 4: Tại thời điểm ban đầu người ta có 3,0g Rađon (Rn) là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 3,6 ngày. Trong thời gian 3 ngày, số nguyên tử Rađon bị phân rã là:
4,56.1021
45,6.1021
35,7.1021
3,57.1021
Giải
Số nguyên tử Rn ban đầu là:
Số nguyên tử Rn bị phân rã trong thời gian t = 3 ngày là:
Thí dụ 5: là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 140 ngày. Để độ phóng xạ Ho của nó giảm xuống e lần (e là cơ số của loga tự nhiên) thì cần khoảng thời gian là bao nhiêu?
180 ngày
200 ngày
202 ngày
240 ngày
Giải
C. Bài tập tự giải
Bài 1: là đồng vị phóng xạ phát ra tia - và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Tìm xem trong một tháng (30 ngày) chất cơ bản bị phân rã bao nhiêu phần trăm.
25,3%
16,4%
30,5%
40,2%
Bài 1: là đồng vị phóng xạ phát ra tia - và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Tìm xem trong một tháng (30 ngày) chất cơ bản bị phân rã bao nhiêu phần trăm.
25,3%
16,4%
30,5%
40,2%
Bài 2: Ban đầu có 2g Rađon là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ngày. Tính độ phóng xạ của lượng nói trên ở thời điểm t = 1,5T.
4,05.1016 (Bq)
4,05.1015 (Bq)
2,02.1015 (Bq)
2,02.1016 (Bq)
Bài 2: Ban đầu có 2g Rađon là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T = 3,8 ngày. Tính độ phóng xạ của lượng nói trên ở thời điểm t = 1,5T.
4,05.1016 (Bq)
4,05.1015 (Bq)
2,02.1015 (Bq)
2,02.1016 (Bq)
Bài 3: Hạt nhân urani phát ra một số hạt và một số hạt - để biến thành hạt nhân rađi . Số hạt và số hạt - là:
A. Hai hạt và hai hạt -
B. Ba hạt và hai hạt -
C. Ba hạt và ba hạt -
D. Ba hạt và bốn hạt -
Bài 3: Hạt nhân urani phát ra một số hạt và một số hạt - để biến thành hạt nhân rađi . Số hạt và số hạt - là:
A. Hai hạt và hai hạt -
B. Ba hạt và hai hạt -
C. Ba hạt và ba hạt -
D. Ba hạt và bốn hạt -
Bài 4: Đồng vị phóng xạ và để thành đồng vị chì . Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Trong một mẫu đá lúc đầu chỉ có . Tỉ lệ hiện nay giữa khối lượng của U238 và chì Pb 206 bằng 37. Tuổi của mẫu đá là:
1,73.108 năm
1,73.107 năm
3,46.108 năm
3,46.107 năm
Bài 4: Đồng vị phóng xạ và để thành đồng vị chì . Chu kỳ bán rã của là T = 4,5.109 năm. Trong một mẫu đá lúc đầu chỉ có Tỉ lệ hiện nay giữa khối lượng của 238 và chì Pb 206 bằng 37. Tuổi của mẫu đá là:
1,73.108 năm
1,73.107 năm
3,46.108 năm
3,46.107 năm
Bài 5: Một ngôi mộ vừa được khai quật. Ván quan tài của nó có chứa 50g cácbon có độ phân rã 457 phân rã/phút. (chỉ có đồng vị phóng xạ). Biết rằng độ phóng xạ của cây cối đang sống bằng 15 phân rã/phút tính trên 1gam cácbon. Chu kỳ bán rã của là 5600 năm. Tuổi của ngôi mộ đó cỡ bằng:
2800 năm
1400 năm
4000 năm
8000 năm
Bài 5: Một ngôi mộ vừa được khai quật. Ván quan tài của nó có chứa 50g cácbon có độ phân rã 457 phân rã/phút. (chỉ có đồng vị phóng xạ). Biết rằng độ phóng xạ của cây cối đang sống bằng 15 phân rã/phút tính trên 1gam cácbon. Chu kỳ bán rã của là 5600 năm. Tuổi của ngôi mộ đó cỡ bằng:
2800 năm
1400 năm
4000 năm
8000 năm
Chuyên đề
Vật lý hạt nhân (tiếp theo)
Nội dung
Nội dung và phương pháp giải
Các ví dụ
Bài tập áp dụng
Nội dung và phương pháp giải
Viết phương trình phản ứng hạt nhân. (Xác định một hạt nhân nào đó khi biết các hạt nhân khác).
Chỉ cần áp dụng định luật bảo toàn số khối (A) và định luật bảo toàn điện tích (bảo toàn nguyên tử số Z).
Tính năng lượng liên kết hay năng lượng liên kết riêng của hạt nhân - So sánh độ bền vững của các hạt nhân
Áp dụng công thức định nghĩa năng lượng liên kết:
E = mc2 với m = Zmp + (A – Z)mn – m
Lưu ý:
Năng lượng liên kết riêng với A là số nuclon của hạt nhân.
Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì bền hơn.
Nội dung và phương pháp giải (tt)
Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Áp dụng công thức: Q = (M0 – M)c2
Nếu Q > 0: phản ứng tỏa năng lượng.
Q < 0: phản ứng thu năng lượng.
(Trong đó M0: tổng khối lượng các hạt nhân tham gia phản ứng
M: tổng khối lượng các hạt nhân thu được sau phản ứng)
Xác định động năng, vận tốc hoặc hướng bay của các hạt nhân (khi bắn hạt nhân bằng hạt nhân khác).
Phương pháp chung:
Căn cứ vào định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn năng lượng để lập hệ phương trình. Giải hệ phương trình để rút ra đại lượng cần tìm.
Các ví dụ - Ví dụ 1
Giải
Áp dụng định luật bảo toàn nuclôn: 1 + 19 = 16 + A A = 4
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 1 + 9 = 8 + Z Z = 2
Vậy hạt nhân chính là (hạt nhân hêli)
Chọn đáp án B
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 2
Cho khối lượng proton và nơtron lần lượt là: mp = 1,007276u; khối lượng nơtron là mn = 1,008665u và 1u = 931,5MeV/c2. Hạt nhân có khối lượng m = 19,98950u có lăng lượng liên kết riêng là:
A. 7,6662 MeV/nuclon B. 9,6662 MeV/nuclon
C. 8,0323 MeV/nuclon D. 7,0738 MeV/nuclon
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 3
Xét phản ứng hạt nhân:
Biết khối lượng các nguyên tử tương ứng mD = 2,0141u; mHe = 3,0160u và khối lượng nơtron mn = 1,0087u. Cho 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng:
A. 4,19 MeV B. 3,07 MeV C. 3,26 MeV D. 5,43 MeV
Giải
Trong đó * là khối lượng hạt nhân đơteri:
mD: khối lượng nguyên tử đơteri
me: khối lượng electron
mHe: khối lượng nguyên tử hêli
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 4
Dùng hạt bắn phá hạt nhân (đứng yên) ta có phản ứng:
Biết khối lượng các hạt nhân là: m = 4,0015u; mAl = 26,974u; mP =29,970u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2; Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra. Động năng tối thiểu của hạt để phản ứng xảy ra là:
A. 2 MeV B. 3 MeV C. 4 MeV D. 5 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 5
Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân đứng yên để gây ra phản ứng: . Biết động năng của proton và lần lượt là 5,45 MeV; 3,575 MeV và 4,0 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng.
A. Phản ứng trên thu năng lượng là 2,125 MeV.
B. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 3,26 MeV.
C. Phản ứng trên tỏa năng lượng là 2,125 MeV.
D. Không xác định được năng lượng của phản ứng vì không cho khối lượng các hạt nhân.
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6
Hạt nhân đứng yên phân rã theo phương trình:
Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên là 14,15 MeV. Động năng của hạt là (lấy xấp xỉ khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối của chúng).
A. 13,72 MeV B. 12,91 MeV C. 13,91 MeV D. 12,79 MeV
Giải
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 6 (tt)
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7
Hạt proton có động năng K1= 5,48 MeV được bắn vào hạt nhân đứng yên thì thấy tạo thành hạt nhân và một hạt X bay ra, với động năng bằng K2 = 4 MeV, theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của hạt proton tới. Tính vận tốc chuyển động của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối). Cho 1u = 931 MeV/c2.
A. 10,7.106 m/s B. 1,07.106 m/s
C. 8,24.106 m/s D. 0,824.106 m/s
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt)
Các ví dụ (tt) – Ví dụ 7 (tt)
Chú ý:
1) Xét phản ứng: A + B C + D
Ngoài cách tính năng lượng phản ứng hạt nhân theo công thức cơ bản:
Q = (M0 – M)c2
Còn có thể tính năng lượng theo các công thức sau:
Q = [mC + mD – (mA + mB)]
Hoặc: Q = Wlk(C) + Wlk(D) – (WlkA + WlkB)
Hoặc: Q = KC + KD – (KA + KB)
2) Giữa động lượng (P) và động năng (K) của một hạt có hệ thức:
P2 = 2mK; với m: khối lượng của hạt đó.
3) Phải viết định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véctơ
(Lưu ý: hạt nhân đứng yên có động lượng bằng 0)
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:
Trong đó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng:
A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6
C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4
Bài tập áp dụng - Bài 1
hấp thụ nơtron nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau:
Trong đó x và y tương ứng là số hạt nơtron, electron và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng:
A. x = 4; y = 5 B. x = 5; y = 6
C. x = 3; y = 8 D. x = 6; y = 4
Bài tập áp dụng - Bài 2
Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là:
Bài tập áp dụng - Bài 2
Năng lượng liên kết của các hạt nhân: lần lượt là: 2,22; 2,83; 492 và 1786 (MeV). Hạt nhân bền vững nhất là:
Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là:
A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV
C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 3
Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành thì năng lượng tỏa ra là:
A. 30,2 MeV B. 25,8 MeV
C. 23,6 MeV D. 19,2 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã thành hạt nhân chì. Động năng của hạt bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 4
Hạt nhân đứng yên, phân rã thành hạt nhân chì. Động năng của hạt bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã?
A. 1,9% B. 98,1% C. 81,6% D. 19,4%
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng).
A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV
C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 5
Rađi là chất phóng xạ . Giả sử ban đầu hạt nhân rađi đứng yên ; phản ứng phân rã tỏa ra một năng lượng là 5,96 MeV. Tính động năng của hạt sau phản ứng( xem khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ bằng số khối của chúng).
A. 5,855 MeV B. 0,105 MeV
C. 5,645 MeV D. 0,315 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:
Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt là m = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là:
A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV
C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 6
Hạt nhân triti và đơteri tham gia phản ứng nhiệt hạch theo phương trình:
Độ hụt khối của triti là: mT = 0,0087u; của đơteri là mD = 0,0024u; của hạt là m = 0,0305u. Cho 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng tỏa ra một năng lượng là:
A. 3,26 MeV B. 18,06 MeV
C. 1,806 MeV D. 23,20 MeV
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.
Bài tập áp dụng – Bài 7
Cho proton có động năng KP= 1,46 MeV, bắn vào hạt nhân đang đứng yên. Phản ứng sinh ra hai hạt nhân giống nhau và có cùng động năng. Cho biết phản ứng tỏa ra năng lượng 17,22 MeV. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 8,61 MeV.
B. Hai hạt sinh ra là hai hạt triti và động năng mỗi hạt là 8,61 MeV.
C. Hai hạt sinh ra là hai hạt và có động năng mỗi hạt là 7,88 MeV.
D. Hai hạt sinh ra là hai hạt và động năng của mỗi hạt là 9,34 MeV.
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Trieu Hoang Manh
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)