Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý phần vật lý hạt nhân nguyên tử

  • Số trang: 34 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 18 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 24000 tài liệu

Mô tả:

MỤC LỤC THỨ TỰ I PHẦN DẠNG II A B 1 2 3 4 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 C III NỘI DUNG TRANG ĐẶT VẤN ĐỀ 3 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN SÁNG KIẾN ,GIẢI PHÁP NỘI DUNG SÁNG KIẾN CƠ SỞ LÍ LUẬN CÁC DẠNG BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT XÁC ĐỊNH HẠT NHÂN CÒN THIẾU TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (TRONG PHƯƠNG TRÌNH PHÓNG XẠ) NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐỘNG NĂNG VÀ VẬN TỐC CÁC HẠT TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHẬN CÁC DẠNG TOÁN VỀ PHÓNG XẠ XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHẤT CÒN LẠI XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHẤT ĐÃ BỊ PHÂN RÃ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CỦA HẠT NHÂN CON XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÓNG XẠ .TUỐI CỦA VẬT CHẤT XÁC ĐỊNH CHU KỲ BÁN RÃ KẾT QUẢ KẾT LUẬN ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG 3 4 4 10 10 13 15 18 21 21 23 25 26 28 31 32 33 Tài liệu tham khảo: - Sách giáo khoa Vật Lý 12 – NXBGD. - Sách giáo khoa Nâng Cao Vật Lý 12 – NXBGD. -Sách 1008 câu hỏi trắc nghiệm Vật lý Tác giả Trương Thọ Lương ;Nguyễn Hùng Mãnh. -Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm trên trang Thư Viện Vật lý. Trang 2 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN VẬT LÝ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Hiện nay, khi mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan được áp dụng trong các kì thi tốt nghiệp và tuyển sinh đại học, cao đẳng thì yêu cầu về việc nhận dạng để giải nhanh và tối ưu các câu trắc nghiệm, đặc biệt là các câu trắc nghiệm định lượng là rất cần thiết để có thể đạt được kết quả cao trong các kì thi. Khi giảng dạy phần “vật lý hạt nhân” lớp 12 tôi nhận thấy hầu hết các em học sinh đều rất lúng túng khi làm các bài tập .Bởi đây là phần khá mới mẻ , học sinh chưa được làm quen ở cấp THCS,có nhiều dạng bài tập ,có nhiều công thức cần nhớ và việc áp dụng các công thức toán học tương đối phức tạp.Hơn hết là phần dễ lấy điểm hơn trong các kì thi so với các chương khác của Vật lý 12. Khó khăn lớn nhất của các em là việc xác định bài toán thuộc dạng nào để đưa ra phương pháp giải phù hợp cho việc giải bài toán đó một cách đúng đắn và nhanh . Để giúp cho học sinh dễ dàng nắm chắc kiến thức ở chương hạt nhân nguyên tử, vận dụng tốt các phương pháp giải các bài toán trong các đề thi thuộc phần “ Hạt nhân nguyên tử ”.Tôi chọn đề tài : “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ” II. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN SÁNG KIẾN, GIẢI PHÁP Trước đây khi dạy phần này tôi hệ thống kiến thức toàn chương rồi đưa ra hệ thống ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm của chương rồi hướng dẫn học sinh giải mà không đưa ra phương pháp giải theo từng chuyên đề .Cách làm đó học sinh làm cũng được nhưng hiệu quả chưa cao và các em cũng không nắm rõ trong phần hạt nhân có những dạng bài tập nào thuộc chuyên đề nào , xác định bài toán thuộc dạng nào để đưa ra phương pháp giải phù hợp cho việc giải bài toán đó một cách đúng đắn và nhanh . Trong đề tài này tôi lần lượt giải quyết như sau : -Tóm tắt lý thuyết của chương này. -Phân loại các dạng bài tập của chương và nêu phương pháp giải . -Các ví dụ minh họa cho từng dạng . -Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập. Trang 3 NỘI DUNG SÁNG KIẾN NHƯ SAU : A.CƠ SỞ LÍ LUẬN. I.TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN 1.Cấu tạo hạt nhân a. Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn). - Kích thước hạt nhân rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 104  105 lần. - Hạt nhân coi như quả cầu bán kính R thì bán kính hạt nhân đươc tính bởi công thức thực nghiệm: R  1,2.10 15 1 3 A (m) b. Cấu tạo hạt nhân - Hạt nhân được tạo thành bởi các nuclôn. + Prôtôn (p), mang điện tích nguyên tố dương (+e) , mP = 1,67262.10-27 kg = 1,0073 u + Nơtrôn (n), không mang điện, mN = 1,67493.10-27 kg = 1,0087 u - Số prôtôn trong hạt nhân bằng Z (nguyên tử số) - Tổng số nuclôn trong hạt nhân kí hiệu A (số khối). - Số nơtrôn trong hạt nhân là A – Z. c. Kí hiệu hạt nhân - Hạt nhân của nguyên tố X được kí hiệu: ZA X - Kí hiệu này vẫn được dùng cho các hạt sơ cấp: 11 p , 01n , 0  1 e . d. Đồng vị - Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác nhau số A hay cùng số Prôtôn Z khác số Nơtrôn N - Ví dụ: hiđrô có 3 đồng vị a. Hiđrô thường 11H (99,99%) b. Hiđrô nặng 12 H , còn gọi là đơ tê ri 12 D (0,015%) c. Hiđrô siêu nặng 13 H , còn gọi là triti 31T , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm. Trang 4 2. Khối lượng và năng lượng hạt nhân - Theo Anh-xtanh, năng lượng E và khối lượng m tương ứng của cùng một vật luôn luôn tồn tại đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là c2. E = mc2 c: vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.108m/s). 1uc2 = 931,5MeV  1u = 931,5MeV/c2 MeV/c2 được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân. - Chú ý quan trọng: + Một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với m m0 1 v2 c2 Trong đó m0: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động. + Năng lượng toàn phần: E  mc2  m0 c2 1 v2 c2 Trong đó: E0 = m0c2 gọi là năng lượng nghỉ. K = E – E0 = (m - m0)c2 chính là động năng của vật. II.NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN 1. Lực hạt nhân - Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh). - Kết luận: + Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh. Trang 5 + Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10-15m). 2.Năng lượng liên kết của hạt nhân a. Độ hụt khối - Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. - Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu m m = Zmp + (A – Z)mn – m( ZA X ) b. Năng lượng liên kết Elk   Zmp  ( A  Z )mn  m( ZA X ) c2 Hay Elk  mc2 - Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c2. c. Năng lượng liên kết riêng - Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu Elk , là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn . A - Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân. III. ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ 1. Định luật phóng xạ: Sau một khoảng thời gian xác định T thì một nửa số hạt nhân hiện có bị phân rã, biến đổi thành hạt nhân khác; T được gọi là chu kì bán rã của chất phóng xạ. N(t) = Noe-t Đại lượng  = 0, 693 gọi là hằng số phóng xạ T m(t) = moe-t Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ với số mũ âm. Trang 6 2. Độ phóng xạ: Để đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, người ta dùng đại lượng gọi là độ phóng xạ (hay hoạt độ phóng xạ), được xác định bằng số phân rã trong một giây. Đơn vị đo độ phóng xạ có tên gọi là Becơren, kí hiệu Bq hay phân rã/s. 1Ci = 3,7.1010 Bq. H = N + Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ tại thời điểm t bằng tích hằng số phóng xạ và số lượng hạt nhân phóng xạ chứa trong lượng chất đó ở thời điểm t. Độ phóng xạ ban đầu bằng Ho = No + Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ giảm theo thời gian theo cùng quy luật hàm số mũ, như số hạt nhân (số nguyên tử) của nó. 3. Đồng vị phóng xạ và các ứng dụng a. Đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. b. Các ứng dụng của đồng vị phóng xạ - Đồng vị 60 27 Co phát ra tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn được dùng để tìm khuyết tật trong chi tiết máy. - Đồng vị 32 15 P phát ra tia  được dùng để làm nguyên tử đánh dấu trong khoa học. - Đồng vị 14 6 C được dùng trong xác định tuổi của các cổ vật trong khảo cổ học (phương pháp cacbon 14) IV. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1. Khái niệm: a.Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân Có hai loại phản ứng hạt nhân: - Sự tự phân rã của hạt nhân không bền dẫn đến hạt nhân khác - Các hạt nhân tương tác với nhau dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác Tổng quát ta có thể viết: A+B  C+D (1) Trang 7 A, B: Hạt nhân tương tác C, D: Hạt nhân sản phẩm Trong trường hợp phóng xạ: A  B+C (2) A: hạt nhân mẹ, B: hạt nhân con C: có thể là hạt  hoặc  b. Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo :  + 27 13 30 P + 01 n Al  15 Ngày nay người ta có thể tạo ra đồng vị nhiều phóng xạ nhân tạo. 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân a. Định luật l bảo toàn số nuclon (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của hạt tương tác bằng tổng số nuclon của hạt sản phẩm b. Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. c. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ) Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. d. Định luật bảo toàn động lượng. 3. Quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ a. Phân rã  A Z X  24 He  ZA''Y Trong phân rã , so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con “lùi” hai ô trong Bảng tuần hoàn b. Phân ra A Z X  10e  ZA''Y Trong phân rã -, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con tiến một ô trong Bảng tuần hoàn. c. Phân rã + A Z X  10e  ZA''Y Trang 8 Vậy quy tắc dịch chuyển của phân rã + là : Trong phân rã +, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con lùi một ô trong Bảng tuần hoàn. d. Phân rã  Trong các phân rã  và . Nếu hạt nhân con sinh ra ở trong trạng thái kích thích, thì nó chuyển từ mức kích thích E2 xuống mức thấp hơn E1, đồng thời phóng ra một phôtôn có tần số f xác định bởi hệ thức E2 – E1 = hf. Hiệu E2 – E1 có trị số lớn, nên phôtôn  phát ra có tần số rất lớn và bước sóng rất nhỏ ( < 10-11m) 4. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân A+B  C+D Đặt m0 = mA + mB m = mC + mD a. Nếu m < m0 Phản ứng tỏa một lượng năng lượng: W = (m0 – m)c2 (3) Năng lượng này tồn tại dưới dạng động năng của các hạt C, D hoặc năng lượng của photon gọi là năng lượng hạt nhân b. Nếu m>m0 Để phản ứng này xảy ra ta phải cung cấp cho các hạt A, B một động năng ban đầu. Vậy năng lượng thỏa điều kiện W = (m0 – m)c2 + Wđ (4) 5. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng + Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng xảy ra khi các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt tương tác ban đầu. + Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng - Phản ứng nhiệt hạch . - Phản ứng phân hạch. Trang 9 B.CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG 1 : XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN.NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT PHƯƠNG PHÁP : A *Kí hiệu hạt nhân : Z X  Số proton : Z.  Số nơtron : N ( N = A  Z )  số khối ( tổng số nuclôn ) : A *Độ hụt khối: Δm : đv( u ) Δm = Z.mp + (A – Z).mn – mX *Năng lượng liên kết : Wlk : đv ( MeV ) với 1u.c2 ≈ 931,5 MeV Wlk = Δm.c2 = [Z.mp + (A – Z).mn – mX].c2 = 931,5. Δm mp = 1,00728u : khối lượng prôtôn mn = 1,00866u khối lượng nơtron mX khối lượng hạt nhân X *Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân :  = Wlk ; đv: MeV/ nuclôn A 1.VÍ DỤ : Câu 1: (TN – THPT 2007): Các nguyên tử được gọi là đồng vị khi hạt nhân của chúng có A. cùng số prôtôn B. cùng số nơtrôn C. cùng số nuclôn Câu 2: (TN – THPT 2009): Trong hạt nhân nguyên tử 210 84 D. cùng khối lượng po có A. 84 prôtôn và 210 nơtron. B. 126 prôtôn và 84 nơtron. C. 210 prôtôn và 84 nơtron. D. 84 prôtôn và 126 nơtron. Câu 3: ( TN năm 2010)So với hạt nhân 40 20 Ca, hạt nhân 56 27 Co có nhiều hơn A. 7 nơtron và 9 prôtôn. B. 11 nơtron và 16 prôtôn. C. 9 nơtron và 7 prôtôn. D. 16 nơtron và 11 prôtôn. Câu 4:(CĐ năm 2012) Hạt nhân 31T ; 23He có cùng A. cùng số prôtôn B. cùng số nơtrôn C. cùng số nuclôn D. số điện tích Câu 5:(ĐH năm 2013) Cho khối lượng của hạt prôtôn, nơtrôn và hạt nhân đơteri 21 D lần lượt là 1,0073u; 1,0087u và 2,0136u. Biết 1u= 931,5MeV / c2 . Năng lượng liên kết của hạt nhân 21 D là: A. 2,24 MeV B. 4,48 MeV C. 1,12 MeV D. 3,06 MeV Trang 10 Hướng dẫn: Áp dụng CT : Wlk = 931,5. Δm = 931,5 (1. 1,0073 +1. 1,0087-2,0136) Câu 6: (ĐH năm 2013) Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì có A. năng lượng liên kết càng nhỏ . B. năng lượng liên kết càng lớn. C. năng lượng liên kết riêng càng lớn. D. năng lượng liên kết riêng càng nhỏ Câu 7: (ĐH năm 2013) Các hạt nhân đơteri 12 H ; triti 13 H , heli 24 He có năng lượng liên kết lần lượt là 2,22 MeV; 8,49 MeV và 28,16 MeV. Các hạt nhân trên được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về độ bền vững của hạt nhân là A. 12 H ; 24 He ; 13 H . B. 12 H ; 13 H ; 24 He . Hướng dẫn: Áp dụng CT : Wlk.r = 2 1 C. 24 He ; 13 H ; 12 H . D. 13 H ; 24 He ; 12 H . Wlk ; Năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân đơteri A H ; triti 13 H , heli 24 He lần lượt là 1,11 MeV; 2,83 MeV; 7,04 MeV. Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt càng bền vững Câu 8: (ĐH năm 2013) Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, khối lượng động (khối lượng tương đối tính) của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6 c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là A. 1,25 m0. B. 0,36 m0 C. 1,75 m0 D. 0,25 m0 Hướng dẫn: m m0 1 v / c 2 2  m0 1  0, 62  1, 25m0 Câu 9: :(CĐ năm 2012) Biết động năng tương đối tính của một hạt bằng năng lượng nghỉ của nó .Tốc độ của hạt này (tính theo tốc độ ánh sáng trong chân không c ) bằng A. 1 c . 2 B. 2 c 2 C. 3 c 2 D. 3 c 4 Hướng dẫn:Theo thuyết tương đối K = E – E0 ,giả thuyết K = E0 nên E = 2 E0 mc2 = 2 m0 c2  m0 1 2 v c2  2m0  v  3 c 2 Trang 11 2.BÀI TẬP VẬN DỤNG 1.1 Hạt nhân nguyên tử ZA X được cấu tạo A. gồm Z nơtron và A proton B. gồm Z proton và A nơtron C. gồm Z proton và (A-Z) nơtron D. gồm Z nơtron và (A +Z) proton 1.2 Các hạt nhân đồng vị có cùng A. số Z nhưng khác số A B. số A nhưng khác nhau số Z C. số nơtron D. số Z và cùng số A 1.3 Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học có cùng B. số nơtron A. số prôtôn lượng liên kết D. C. số nuclôn năng 1.4 Giả sử ban đầu có Z proton và N nơtron đứng yên, chưa liên kết với nhau, khối lượng tổng cộng là m0, khi chúng kết hợp lại với nhau để tạo thành một hạt nhân thì có khối lượng m. Gọi Wlk là năng lượng liên kết và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Biểu thức nào sau đây luôn đúng ? B. Wlk  A. m = m0 1.5 Hạt nhân 1  m0  m  .c 2 2 C. m > m0 D. m < m0 238 92 U có cấu tạo gồm 1.6 Trong hạt nhân 1735Cl có A. 35 proton và 17 electron B. 18 proton và 17 nơtron C. 17 proton và 35 nơtron D. 17 proton và 18 nơtron 206 82 1.7 Hạt nhân chì Pb có A. 206 proton proton 1.32 Hạt nhân B. 206 nuclon C. 82 nơtron 124 Co có khối lượng là 55,94 u. Biết khối lượng của proton là 1,0073u và 60 27 khối lượng của nơtron 1,0087u. Độ hụt khối của hạt nhân A. 4,544u D. B. 4,536u C. 3,154u 60 27 Co là D. 3,637u 1.8 Hạt nhân 24 He có độ hụt khối bằng 0,03038u. Biết 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân 24 He là Trang 12 A. 32,29897MeV 1.9 Hạt nhân B. 28,29897MeV C. 82,29897MeV D. 25,29897MeV Co có khối lượng là 55,94 u. Biết khối lượng của proton là 1,0073u và 60 27 khối lượng của nơtron 1,0087u. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân A. 70,5MeV B. 70,4MeV C. 48,9MeV 60 27 Co là D. 54,MeV 1.10 Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, động năng của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,8 c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là A. 2 E0 3 B. 1 E0 3 C. 1 E0 2 D. E0 1.11 Theo thuyết tương đối, một hạt có động năng bằng 3/7năng lượng nghỉ của nó .Tốc độ của hạt này bằng A. 2,14.108 m/s B. 2,35.108 m/s C. 2,41.108 m/s D. 2,53.108 m/s DẠNG 2 : XÁC ĐỊNH HẠT NHÂN CÒN THIẾU TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN.(TRONG PHƯƠNG TRÌNH PHÓNG XẠ ) PHƯƠNG PHÁP : Phương trình phản ứng: ZA X1 + ZA X 2 ® ZA X 3 + ZA X 4 Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ... * Áp dụng Các định luật bảo toàn + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 *Chú ý : Nên học thuộc một vài chất có số điện tích thường gặp trong phản ứng hạt nhân. -Một vài loại phóng xạ và đặc trưng về điện tích , số khối của chúng:hạt α  24 He ;hạt nơtron  01n; hạt proton  11 p ;tia    10e ;tia    10e ;tia 𝛄 có bản chất là sóng điện từ. -Xác định số các hạt phóng xạ phát ra của một phản ứng . 1.VÍ DỤ 1 2 3 4 1 2 3 4 Câu 1: (TN – THPT 2008): Cho phản ứng hạt nhân α + Al1327 → P1530 + X thì hạt X là A. prôtôn. B. nơtrôn. C. êlectrôn. D. pôzitrôn. Hướng dẫn: 24 He + Al1327 → P1530 + X ĐLBT số khối : 4+27=30+AX →AX = 1 ĐLBT điện tích : 2 + 13 = 15 +ZX → ZX =0 Câu 2: (TN – THPT 2009): Pôlôni 210 84 210 84 po phóng xạ theo phương trình: po → ZA X + 206 82 pb . Hạt X là Trang 13 A. 4 2 B. He 3 2 He C. 0 1 e D. 0 1 e Hướng dẫn: ĐLBT số khối : 210 = 206+AX →AX = 4 ĐLBT điện tích : 84 = 82 +ZX → ZX =2 Câu 3: (TN năm 2010): Cho phản ứng hạt nhân ZA X + 94 Be  12 6 C + 0n. Trong phản ứng này ZA X là B. hạt α. A. prôtôn. C. êlectron. D. pôzitron. Hướng dẫn: Tương tự trên Câu 4:(ĐH 2012) Trong phản ứng hạt nhân có sự bảo toàn B. số nơtron A. Số prôtôn. C.số nuclon D. khối lượng Câu 5: (TN – THPT 2008) Khi nói về phản ứng hạt nhân, phát biểu nào sau đây đúng ? A. tổng động năng của các hạt trước và sau phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn B. Tất cả các phản ứng hạt nhân đều thu năng lượng C. tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước và sau phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn D. năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn Câu 6: (CĐ 2012) Cho phản ứng hạt nhân sau : 199 F  X  168 O  24 He .Hạt X là B. hạt α. A. prôtôn. C. đơtêri. D. nơtron. Hướng dẫn: Tương tự trên Câu 7: Urani 238 phân rã thành rađi tiếp tục cho đến khi hạt nhân con là đồng vị chì 206 238 bền 206 82 Pb . Hỏi 92 U biến thành 82 Pb sau bao nhiêu phóng xạ  và  theo dãy sau: U  Th  Pa  U  Th  Ra  ....206 82 Pb . 238 92 A. 8 và 6-. Hướng dẫn: B. 6 và 8-. C. 8 và 8-. D. 6 và 6-. U  x  y   206 82 Pb 238 92 ĐLBT số khối : 238 = x.4+y.0+206 →x = 8 ĐLBT điện tích : 92 = x.2 +y(-1)+82 → y =6 2.BÀI TẬP VẬN DỤNG Trang 14 2.1 Xác định hạt nhân X trong phản ứng hạt nhân sau: 31T  X    n A. 11 H B 12 D D. 24 He C. 31T 2.2 Định luật bảo toàn nào sau đây không áp dụng được trong phản ứng hạt nhân A. điện tích B. khối lượng C. năng lượng toàn phần D. số nuclon 2.3 (TN – THPT 2007):Hạt nhân C614 phóng xạ β- . Hạt nhân con được sinh ra có A. 5 prôtôn và 6 nơtrôn B. 7 prôtôn và 7 nơtrôn C. 6 prôtôn và 7 nơtrôn D. 7 prôtôn và 6 nơtrôn. 2.4 (TN năm 2010)Hạt nhân 16C sau một lần phóng xạ tạo ra hạt nhân 17N. Đây là A. phóng xạ γ. B. phóng xạ α. C. phóng xạ β-. D. phóng xạ β+.      2.5 Urani 238 phân rã theo chuỗi phóng xạ : 238 Th   Pa   ZA X .Trong đó 92U  Z,A là A. Z = 92 ; A = 234. B. Z = 234 ; A =92. C. Z = 94 ; A = 234. D. Z = 92 ; A = 238 DẠNG 3 : NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. PHƯƠNG PHÁP : Phương trình phản ứng: ZA X1 + ZA X 2 ® ZA X 3 + ZA X 4 Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ... Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (M0 – M)c2 = (M0 – M)931,5MeV Trong đó: M0 = mX + mX là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng. M = mX + mX là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng. 1 3 1 2 3 4 1 2 3 4 2 4 Lưu ý: - Nếu M0 > M thì phản ứng toả năng lượng E dưới dạng động năng của các hạt X3, X4 hoặc phôtôn . Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn. - Nếu M0 < MSau thì phản ứng thu năng lượng E dưới dạng động năng của các hạt X1, X2 hoặc phôtôn . Các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững. * Trong phản ứng hạt nhân ZA X1 + ZA X 2 ® ZA X 3 + ZA X 4 Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là 1, 2, 3, 4. Năng lượng liên kết tương ứng là Wlk1 , Wlk2’ Wlk3 , Wlk4 Độ hụt khối tương ứng là m1, m2, m3, m4 Năng lượng của phản ứng hạt nhân E = A33 +A44 – A11 – A22 = Wlk3 + Wlk4 – Wlk1 – Wlk2 = (m3 + m4 – m1 – m2)c2 = (m3 + m4 – m1 – m2)931,5Mev 1 2 3 4 1 2 3 4 Trang 15 *Chú ý : số hạt nhân nguyên tử có trong m (g) chất N= A Z X m .N A A *Đổi đơn vị 1 MeV = 1,6.10-13 J 1 eV = 1,6.10-19 J 1.VÍ DỤ Câu 1: (CĐ 2012)Cho phản ứng hạt nhân : 12 D 12 D 32 He 10 n . Biết khối lượng của D,32 He,10 n lần lượt là mD=2,0135u; mHe = 3,0149 u; mn = 1,0087u. Năng lượng tỏa ra 2 1 của phản ứng trên bằng A. 1,8821 MeV. B. 2,7391 MeV. C. 7,4991 MeV. D. 3,1671 MeV. Hướng dẫn:: Năng lượng tỏa ra của phản ứng: E = (2mD - mHe - mn)c2 = 0,0034uc2 = 3,1671 MeV Câu 2: :(ĐH 2009) Cho phản ứng hạt nhân: 31T  21 D  24 He  X . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng A. 15,017 MeV. B. 200,025 MeV. C. 17,498 MeV. D. 21,076 MeV Hướng dẫn:E = (m3 + m4 – m1 – m2)931,5Mev = (0,030382 u -0,009106 u0,002491 u) 931,5Mev = 17,498 MeV. (độ hụt khối của nowtron (X) = 0) Câu 3:(ĐH 2013) Tổng hợp hạt nhân heli 4 2 He từ phản ứng hạt nhân H  37 Li  24 He  X . Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi 1 1 tổng hợp được 0,5 mol heli là A. 1,3.1024 MeV. B. 2,6.1024 MeV. C. 5,2.1024 MeV. D. 2,4.1024 MeV. Hướng dẫn: Hạt nhân X cũng là hạt He nên số phản ứng bằng một nửa số hạt. Tổng hợp được 1 hạt X tỏa năng lượng 17,3/2 MeV n.NA E  17,3. ? nN A  2,6.10 24 MeV 2 Câu 4: :(ĐH 2013) Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200 MW. Cho rằng toàn bộ năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của 235U và đồng vị này chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi năm có 365 ngày; mỗi phân hạch sinh ra 200 Trang 16 MeV; số A-vô-ga-đrô NA=6,02.1023 mol-1. Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ trong 3 năm là A. 461,6 kg. B. 461,6 g. C. 230,8 kg. D. 230,8 g. Hướng dẫn:P=E/t=NE/t với E =200 MeV=200.1,6.1013J ; t=3.365.24.3600 (s)  N=Pt/E  m= NA PtA =230823gam=230,823kg  N A E.N A 2.BÀI TẬP VẬN DỤNG 3.1 Cho phản ứng tổng hợp hạt nhân: 2 12 D  A Z X + 01n . Biết độ hụt khối của hạt nhân D là 0,0024u, của hạt nhân X là 0,0083u. Phản ứng này tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng? A. tỏa 4,24 MeV B. tỏa 3,26 MeV C.thu 4,24 MeV D. thu 3,26 MeV 3.2 Cho phản ứng hạt nhân   1327 Al  1530 P  n , khối lượng các hạt nhân là m = 4,0015u, mAl = 26,97435u, mp = 1,00867u, 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng mà phản ứng này tỏa ra hoặc thu vào là bao nhiêu ? A. tỏa ra 4,275152 MeV B. thu vào 2,67197MeV C. tỏa ra 4,275152.10-13 J D. thu vào 2,67197.10-13 J 37 Cl  p  18 Ar  n , khối lượng của các hạt nhân là m(Ar) = 3.3 Cho phản ứng hạt nhân 37 17 36,956889u, m(Cl) = 36,956563u, m(n) = 1,00867u, m(p) = 1,007276u, 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng mà phản ứng này tỏa ra hay thu vào là A. tỏa ra 1,60132 MeV B. thu vào 1,60132 MeV C. tỏa ra 2,562112.10-19J D. thu vào 2,562112.10-19 J 3.4 Bắn hạt  vào hạt nhân 14 7 N đứng yên ta có phản ứng:  147N 178O  p .Biết m = 4,0015u; mN = 13,9992u; mO = 16,9947u; mp = 1,0073u Phản ứng này: A.thu 1,94.10-13J B.thu 1,21.10-13J. C.toả 1,94.10-13J. D.toả 1,2110-13 J. 3.5 Chọn câu đúng. Bom nhiệt hạch dùng trong phản ứng hạt nhân D+T   +n Hay 2 1 H  13H  24 He  01n Tính năng lượng tỏa ra nếu có 1kmol He được tạo thành do vụ nổ. Biết mD = 2,0136u; mT=3,016u, mHe = 4,0015u, mn = 1,0087u A. 174,06.1010J B. 174,06.109J C. 17,406.109J D. 17,4.108J Trang 17 3.6 Mỗi hạt nhân kg U phân hạch tỏa ra năng lượng 200MeV.Năng lượng tỏa ra khi phân hạch 1 235 92 235 92 U là A. tỏa 4,24 MeV B. tỏa 5,12.1026 MeV C.thu 4,24.1026 MeV D. thu 3,26 MeV 3.7 Phản ứng nào sau đây không phải là phản ứng hạt nhân nhân tạo U  01n  239 92U A. 238 92 C. 4 2 He  147 N  178 O  11H U  24 He  234 90Th B. 238 92 D. 27 13 30 Al    15 P  01n 3.8 Số nguyên tử có trong 5g Radon 222 86 Rn A. 13,5.1022 nguyên tử B. 1,35.1022 nguyên tử C. 3,15.1022 nguyên tử D. 31,5.1022 nguyên tử DẠNG 4 : ĐỘNG NĂNG VÀ VẬN TỐC CỦA CÁC HẠT TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. PHƯƠNG PHÁP : 4. Phản ứng hạt nhân và năng lượng phản ứng hạt nhân. a.Phương trình phản ứng: ZA X1 + ZA X 2 ® ZA X 3 + ZA X 4 Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ... * Các định luật bảo toàn + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 uur uur uur uur ur ur ur ur + Bảo toàn động lượng: p1 + p2 = p3 + p4 hay m1 v1 + m2 v2 = m3 v3 + m4 v4 + Bảo toàn năng lượng: K X + K X ± D E = K X + K X (1) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 p = mv đv: p: kg.m/s m: kg Trong đó: v: m/s *E là năng lượng phản ứng hạt nhân . - Nếu phản ứng tỏa năng lượng thì lấy +ΔE ở phương trình (1) - Nếu phản ứng thu năng lượng thì lấy –ΔE ở phương trình (1) uur uur uur uur * p1 ; p2 ; p3 ; p4 : là động lượng của các hạt nhân X1 ; X2 ; X3 ; X4 * K X ; K X ; K X ; K X : Là động năng của các hạt nhân X1 ; X2 ; X3 ; X4 1 KX = 2 3 4 Với 1 mx vx2 ; dv : J 2 Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng. Trang 18 - Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là: pX2 = 2mX K X Û (mX .vX )2 = 2mX K X Þ mX .vX = 2mX K X - Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành * TH : Cho hạt X1 bắn phá hạt X2 (đứng yên) sinh ra hạt X3 và X4 : X 1 + X2 = X3 + X4    Theo định luật bảo toàn động lượng: p1  p3  p4 (1)   uur p3  p1  p3  p4 (1)   p12   p32  2 p3 p4 cos( p3 ; p4 )  p42 m1K1  m3 K3  m4 K4  2 m3m4 K3 K4 cos  φ * TH hạt nhân phóng xạ : (v = 0 hay p = 0 ) A Z X®  A1 Z1 X1 +  A2 Z2  p  p1  p2 (1) X2  P1 = p 2  ur p1 uur p4 K1 v1 m2 = = K 2 v2 m1 1.VÍ DỤ Câu 1: (ĐH 2012)Một hạt nhân X, ban đầu đứng yên, phóng xạ  và biến thành hạt nhân Y. Biết hạt nhân X có số khối là A, hạt  phát ra tốc độ v. Lấy khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó tính theo đơn vị u. Tốc độ của hạt nhân Y bằng A. 4v A 4 B. 2v A4 C. 4v A4 D. 2v A 4 Hướng dẫn: Viết phương trình phóng xạ .Áp dụng định luật bảo toàn động lượng    (A - 4) V + 4 v = 0  V   4v 4v  Độ lớn V = A4 A4 Câu 2: (ĐH 2013)Dùng một hạt  có động năng 7,7 MeV bắn vào hạt nhân 14 7 N đang 1 17 đứng yên gây ra phản ứng  14 7 N 1 p 8 O . Hạt prôtôn bay ra theo phương vuông góc với phương bay tới của hạt . Cho khối lượng các hạt nhân: m = 4,0015u; mP = 1,0073u; mN14 = 13,9992u; mO17=16,9947u. Biết 1u = 931,5 MeV/c2. Động năng của hạt nhân 17 8 O là A. 2,075 MeV. B. 2,214 MeV. C. 6,145 MeV. D. 1,345 MeV. Hướng dẫn: Định luật bảo toàn động lượng: p  p p  pO vì p  p p nên pO2  p2  p 2p  2mOKO=2mK+2mpKp (1) Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: Trang 19 K  (m  mN  mp  mO ).931,5  K p  KO (2) Có K=7,7MeV, giải hệ (1) và (2) tìm được Kp=4,417MeV và KO=2,075 MeV. Câu 3 :( ĐH 2008 )Hạt nhân A đang đứng yên thì phân rã thành hạt nhân B có khối lượng mB và hạt  có khối lượng m . Tỉ số giữa động năng của hạt nhân B và động năng của hạt  ngay sau phân rã bằng A.  mB    m  m mB B.  2 C. m  mB m 2 D.     mB  HD: Theo định luật bảo toàn động lượng: 0  m B vB  m v   m B vB    m v   m B WB  m W  2 2 WB m  W m B 2.BÀI TẬP VẬN DỤNG 4.1.Dùng p có động năng K1 bắn vào hạt nhân 49 Be đứng yên gây ra phản ứng p + 49 Be  α + 36 Li . Phản ứng này tỏa năng lượng Q = 2,125MeV. Hạt nhân 36 Li & α bay ra với các động năng lần lượt là 3,575MeV & 4 MeV. Tính góc giữa các hướng chuyển động của hạt α & hạt p (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối). 1uc2 = 931,5 MeV A. 450 B. 900 C. 750 D. 1200 4.2Hạt prôtôn có động năng 5,48 MeV được bắn vào hạt nhân 49 Be đứng yên thì thấy tạo thành một hạt nhân 36 Li & một hạt X bay ra với động năng 4 MeV theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của hạt p tới . Tính vận tốc của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối A. 10,7.106m/s 4.3 Hạt nhân 210 84 B. 1,07.106m/s C. 8,24.106 m/s D. 0,824.106 m/s Po đang đứng yên thì phóng xạ , ngay sau phóng xạ đó, động năng của hạt  A. lớn hơn động năng của hạt nhân con. B. chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng động năng của hạt nhân con. C. bằng động năng của hạt nhân con. D. nhỏ hơn động năng của hạt nhân con. Trang 20 4.4 Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đang đứng yên. Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt . Hạt  bay ra theo phương vuông góc với phương tới của prôtôn và có động năng 4 MeV. Khi tính động năng của các hạt, lấy khối lượng các hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng. Năng lượng tỏa ra trong các phản ứng này bằng A. 4,225 MeV B. 1,145 MeV C. 2,125 MeV D. 3,125 MeV 4.5 Bắn hạt  vào hạt nhân 147 N đứng yên ta có phản ứng:  147N 178O  p .Biết m = 4,0015u; mN = 13,9992u; mO = 16,9947u; mp = 1,0073u và 1u Mev . Biết các hạt sinh ra có cùng vận tốc. Tính động năng hạt  bắn vào theo đơn c2 = 931 vị Mev? A. 2,15Mev. B. 1,21Mev. C. 1,56Mev. D. 0,95Mev. DẠNG 5 : CÁC DẠNG TOÁN VỀ PHÓNG XẠ 1.XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHẤT CÒN LẠI PHƯƠNG PHÁP : VẬN DỤNG CÔNG THỨC: mt = m0 2 t T = m0 .e- l t λ.T = ln2 ; λ.T = 0,693 Chu kỳ bán rã: T đv: thời gian (s, h, ngày, tháng…….) Hằng số phóng xạ: λ đv: 1/(thời gian ) ; 1/(s, h, ngày, tháng…) Trong đó: mt : Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t mo : Khối lượng chất phóng xạ ban đầu Nt = N0 2 t T = N 0 .e- l t Trong đó: Nt : Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t No: Số nguyên tử chất phóng xạ ban đầu. Lưu ý: Nếu có m(g) chất phóng xạ AX thì có số nguyên tử là: mt .6,023.1023 (Nguyên tử ) A m No = o .6,023.1023 (Nguyên tử ) ; A Nt = ; m : đv : gam Chú ý : t và T phải đưa về cùng đơn vị . Trang 21
- Xem thêm -