Giải Vật Lí 12 Bài 36: Năng Lượng Liên Kết Của Hạt Nhân ...

[toc:ul]

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. Lực hạt nhân

• Các nuclôn trong hạt nhân hút nhau bằng các lực rất mạnh gọi là lực hạt nhân.
• Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Lực hạt nhân lớn hơn rất nhiều so với các loại lực khác nên gọi là lực tương tác mạnh. Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân.

II. Năng lượng liên kết của hạt nhân

1. Độ hụt khối

• Độ chênh lệch của khối lượng hạt nhân và tổng khối lượng của nuclôn tạo thành hạt nhân gọi là độ hụt khối của hạt nhân:

∆m = Zmp + ( A - Z )mn - mX

2. Năng lượng liên kết

• Khi các nuclôn liên kết với nhau để tạo thành hạt nhân thì khối lượng giảm đi nên giải phóng ra một lượng năng lượng, năng lượng này cũng chính là năng lượng cần cung cấp để phá vở hạt nhân thành các nuclôn riêng lẽ nên gọi là năng lượng liên kết.

Wlk = [ Zmp + ( A - Z )mn - mx ]c2

Hay Wlk = ∆mc2.

• Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c2.

3. Năng lượng liên kết riêng

• Năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt nhân là năng lượng tính cho từng nuclôn trong hạt nhân: $\frac{Wlk}{A}$

• Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

III. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa và đặc tính

• Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của hạt nhân này thành hạt nhân khác.

a. Phản ứng hạt nhân tự phát

• Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.

b. Phản ứng hạt nhân kích thích

• Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.

2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

a. Bảo toàn điện tích.

b. Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A).

c. Bảo toàn năng lượng toàn phần.

d. Bảo toàn động lượng.

3. Năng lượng phản ứng hạt nhân

W = ( mtrước - msau )c2

Nếu W > 0 thì phản ứng tỏa năng lượng.

Nếu W < 0 thì phản ứng thu năng lượng.

II. GIẢI BÀI TẬP

Hướng dẫn trả lời các câu hỏi giữa bài

Giải câu 1: Hãy giải thích rõ hơn bảng 36.1...

Hãy giải thích rõ hơn bảng 36.1

Bài giải:

So sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học.

• Phản ứng hóa học:

$K+HCl\rightarrow KCl+H_{2}$

Có sự biến đổi các phân tử như: HCl đổi thành KCl.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ trước và sau phản ứng bằng nhau.

• Phản ứng hạt nhân:

$_{2}^{4}\textrm{He}+_{7}^{14}\textrm{N}+1,1MeV\rightarrow _{1}^{1}\textrm{H}+_{8}^{17}\textrm{O}$

Có sự biến đổi các hạt nhân như: hạt nhân sinh ra khác với hạt nhân ban đầu.

Có sự biến đổi các nguyên tố.

Không bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ của các hạt sinh ra lớn hơn tổng khối lượng nghỉ của các hạt ban đầu.

Hướng dẫn trả lời các câu hỏi cuối bài

Giải câu 1: Hãy chọn câu đúng....

Hãy chọn câu đúng.

Năng lượng liên kết riêng

A. Giống nhau với mọi hạt nhân.

B. Lớn nhất với các hạt nhân nhẹ.

C. Lớn nhất với các hạt nhân trung bình.

D. Lớn nhất với các hạt nhân nặng.

Bài giải:

Chọn C

Các hạt nhân bền vững có$\frac{W_{lk}}{A}$ lớn nhất vào cỡ 8,8 Mev/nuclôn. Hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn ứng với: 50< A < 95.

Giải câu 2: Hãy chọn câu đúng...

Hãy chọn câu đúng

Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là:

A. Lực tĩnh điện

B. Lực hấp dẫn

C. lực điện từ

D. Lực tương tác mạnh.

Bài giải:

chọn D

Bản chất tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là: lực tương tác mạnh.

Giải câu 3: Phạm vi tác dụng của lực tương tác...

Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là bao nhiêu?

A. 10-13 cm.

B. 10-8 cm.

C. 10-10 cm.

D. Vô hạn.

Bài giải:

Chọn A. Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là 10-13 cm

Giải cau 4: Hạt nhân nào có năng lượng liên kết...

Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn nhất?

A. Heli

B. Cacbon

C. Sắt

D. Urani.

Bài giải:

Chọn C vì hạt nhân có năng lượng W lk riêng lớn nằm trong khoảng 50 < A < 95, AFe = 56.

Giải câu 5: Năng lượng liên kết của $_{10}^{20}\textrm{Ne}$...

Năng lượng liên kết của $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ là 160,64 MeV.

Xác định khối lượng của nguyên tử $_{10}^{20}\textrm{Ne}$

Bài giải:

Năng lượng liên kết được tính bằng:

Wlk = [ Zmp + ( A - Z )mn - mx ]c2

Muốn tính khối lượng hạt nhân chính là đi xác định mx:

⇒ mx = Zmp + ( A - Z )mn -$\frac{Wlk}{c^{2}}$

Trong đó: $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ có Z = 10, A =10,

mp = 1,00728u, mn = 1,00866u ( tra bảng sgk trang 178 )

mx = 10. 1,00728u + 10.1,00866u -$\frac{160,64 }{931,5}$≈ 19,98695u.

Xác định khối lượng của nguyên tử$_{10}^{20}\textrm{Ne}$: là tổng của khối lượng hạt nhân và khối lượng của 10 e ( do nguyên tử đã cho có số = Số Z ):

m = mx + 10me = 19,98695 + 10.5,486.10-4 ≈ 19,9924u

Giải câu 6: Khối lượng nguyên tử của $_{26}^{56}\textrm{Fe}$ là 55,934939u....

Khối lượng nguyên tử của $_{26}^{56}\textrm{Fe}$ là 55,934939u. Tính Wlk và $\frac{W_{lk}}{A}$

Bài giải:

Năng lượng liên kết được tính bằng:

Wlk = [ Zmp + ( A - Z )mn - mx ]c2

Trong đó: $_{26}^{56}\textrm{Fe}$ có Z = 26, A =56,

mx = 55,934939u, mp = 1,00728u, mn = 1,00866u ( tra bảng sgk trang 178 )

Thay số ta có:

Wlk = [ 26.1,00728u + ( 56 - 26 )1,00866u - 55,934939u] .c2 = 0,514141uc2

= 0,514141u.931,5MeV = 478,922MeV.

Năng lượng liên kết riêng:

$\frac{W_{lk}}{A} =\frac{478,922}{56}\approx 8,55MeV/nuclon$

Giải câu 7: Hoàn chỉnh các phản ứng sau...

Hoàn chỉnh các phản ứng sau:

$_{3}^{6}\textrm{Li}+?\rightarrow _{4}^{7}\textrm{Be}+_{0}^{1}\textrm{n}$

$_{5}^{10}\textrm{B}+?\rightarrow _{3}^{7}\textrm{Li}+_{2}^{4}\textrm{He}$

$_{17}^{35}\textrm{Cl}+?\rightarrow _{16}^{32}\textrm{S}+_{2}^{4}\textrm{He}$

Bài giải:

Các định luật bảo toàn trong phản ứng:

$_{Z_{1}}^{A_{1}}\textrm{A}+_{Z_{2}}^{A_{2}}\textrm{B}\rightarrow _{Z_{3}}^{A_{3}}\textrm{X}+_{Z_{4}}^{A_{4}}\textrm{Y}$

Gọi ? cần tìm là: $_{Z}^{A}\textrm{X}$

Định luật bảo toàn điện tích:

Z1 + Z2 = Z3 + Z4.

Định luật bảo toàn số nuclôn:

A1 + A2 = A3 + A4.

• $_{3}^{6}\textrm{Li}+?\rightarrow _{4}^{7}\textrm{Be}+_{0}^{1}\textrm{n}$

Theo bảo toàn số nuclon ta có:

6+ A= 7 + 1 => A=2

Theo bảo toàn điện tích ta có: 3+ Z = 4+0 => Z=1

$_{Z}^{A}\textrm{X}$ là:$_{1}^{2}\textrm{X}$hay$_{1}^{2}\textrm{H}$

• $_{5}^{10}\textrm{B}+?\rightarrow _{3}^{7}\textrm{Li}+_{2}^{4}\textrm{He}$

Theo bảo toàn số nuclon ta có:

10+ A = 7+4 => A=1

Theo bảo toàn diện tích ta có:

5+Z = 3+2 => Z = 0

$_{Z}^{A}\textrm{X}$ là:$_{0}^{1}\textrm{X}$hay$_{0}^{1}\textrm{n}$

• $_{17}^{35}\textrm{Cl}+?\rightarrow _{16}^{32}\textrm{S}+_{2}^{4}\textrm{He}$

Theo bảo toàn số nuclon ta có: 35 + A = 32 + 4 => A = 1

Theo bảo toàn điện tích ta có:

17+ Z = 16 + 2 => Z = 1

$_{Z}^{A}\textrm{X}$ là:$_{1}^{1}\textrm{X}$hay$_{1}^{1}\textrm{H}$

Giải câu 8: Phản ứng $_{3}^{6}\textrm{Li}+_{1}^{2}\textrm{H}\rightarrow 2\left ( _{2}^{4}\textrm{He} \right )$...

Phản ứng:

$_{3}^{6}\textrm{Li}+_{1}^{2}\textrm{H}\rightarrow 2\left ( _{2}^{4}\textrm{He} \right )$

tỏa năng lượng 22,4 MeV. Tính khối lượng nguyên tử của $_{3}^{6}\textrm{Li}$. Khối lượng của $_{1}^{2}\textrm{H}$ và $_{2}^{4}\textrm{He}$ lần lượt là 2,01400u và 4,00150u.

Bài giải:

Ta có : Do phản ứng tỏa năng lượng: W > 0 ⇒ W = ( mtrước - msau )c2

[mLi + mH - 2mHe]c2 = 22,4 MeV =$\frac{22,4}{931,5}$= 0,0024uc2.

Vậy mLi + mH - 2mHe = 0,024u

Suy ra mLi = 2mHe - mH + 0,024u

Mà mHe= 4,00150u; mH= 2,01400u.

mLi = 2.4,0015u - 2,014u + 0,024u = 6,013u

Vậy khối lượng nguyên tử$_{3}^{6}\textrm{Li}$là: = 6,013u + 3. 0,00055u = 6,01465u

Giải câu 9: Chọn câu sai....

Chọn câu sai.

Trong một phản ứng hạt nhân, có bảo toàn

A. năng lượng

B. động lượng

C. động năng

D. điện tích.

Bài giải:

Chọn C.

Các định luật trong phản ứng hạt nhân có:

- Bảo toàn điện tích

- Bảo toàn số nuclôn

- Bảo toàn năng lượng toàn phần

- Bảo toàn động lượng.

Vậy không có bảo toàn động năng.

Giải câu 10: Phản ứng nào sau đây thu năng lượng...

Phản ứng nào sau đây thu năng lượng?

A.$_{1}^{1}\textrm{H}+_{1}^{2}\textrm{H}\rightarrow _{2}^{3}\textrm{He}$

B.$_{1}^{2}\textrm{H}+_{1}^{2}\textrm{H}\rightarrow _{2}^{4}\textrm{He}$

C.$_{1}^{2}\textrm{H}+_{1}^{3}\textrm{H}\rightarrow _{2}^{4}\textrm{He}+_{0}^{1}\textrm{n}$

D.$_{2}^{4}\textrm{He}+_{7}^{14}\textrm{N}\rightarrow _{8}^{17}\textrm{O}+_{1}^{1}\textrm{H}$

Bài giải:

Chọn D. Ta có:

(mHe + mN) – (mO + mH) = (4,002603 + 14,003074)u - (16,999133 + 1,007825)u = -0,001281u < 0

Phản ứng thu năng lượng.