Lý Thuyết Vật Lí 12 Bài 36: Năng Lượng Liên Kết Của Hạt Nhân. Phản ...

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

Bài giảng Vật lí 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

I. Năng lượng liên kết của hạt nhân.

1. Lực hạt nhân

- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân. Lực này cũng được gọi là lực tương tác mạnh.

- Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân.

2. Độ hụt khối Δm của hạt nhân XZA

- Khối lượng hạt nhân mht luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng Δm:

Khối lượng hạt nhân	Khối lượng Z prôtôn	Khối lượng N nơtrôn	Độ hụt khối ∆m
mhn (mX)	Zmp	(A – Z)mn	∆m = Zmp + (A – Z)mn – mhn

3. Năng lượng liên kết Wlk của hạt nhân XZA

- Năng liên kết là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt).

Công thức: Wlk=Δm.c2

Hay: Wlk=Z.mp+A−Z.mn−mhn. c2

4. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn

Wlkr=WlkA

- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Ví dụ: F2656e có năng lượng liên kết riêng lớn WlkA = 8,8 (MeV/nuclôn)

II. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa và đặc tính

- Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn tới sự biến đổi của hạt nhân.

X1Z1A 1+X2Z2A 2→X3Z3A 3+X4Z4A 4

hay AZ1A 1+BZ2A 2→CZ3A 3+DZ4A 4

- Có hai loại phản ứng hạt nhân:

+ Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác. Ví dụ: quá trình phóng xạ.

+ Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch.

Chú ý: Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân:

p11=H11 ; n01 ; H24e=α; β−=e−10; β+=e+10

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

Phản ứng hạt nhân: AZ1A 1+BZ2A 2→CZ3A 3+DZ4A 4

a. Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A): A1+A2=A3+A4

b. Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Z1+Z2=Z3+Z4

c. Định luật bảo toàn động lượng: ∑P→t=∑P→s⇔p→1+p→2=p→3+p→4

d. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: Wtr=Ws

Chú ý:

- Năng lượng toàn phần của hạt nhân: gồm năng lượng nghỉ và năng lượng thông thường động năng: W=E0+K=mc2;

Động năng: K=W−E0=m−m0c2

- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần có thể viết:

Wđ1 + Wđ2 + m1.c2 + m2.c2

= Wđ3 + Wđ4 + m3.c2 + m4.c2

=> (m1 + m2 - m3 - m4) c2 = Wđ3 + Wđ4 - Wđ1 - Wđ2 = Q tỏa /thu

- Liên hệ giữa động lượng và động năng:

p2=2mWd=2mK hay K=Wd=p22m

3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

+ Khối lượng trước và sau phản ứng:

mtr = m1 + m2 và ms = m3 + m4

+ Năng lượng W:

- Trong trường hợp m (kg) ; W (J):

W=(mtr−ms)c2=(Δms−Δmtr)c2=Wlks−Wlktr=Ks−Ktr (J)

- Trong trường hợp m (u) ; W (MeV):

W=(m0−m) 931,5=(Δm−Δm0) 931,5=Wlks−Wlktr=Ks−Ktr (MeV)

+ Nếu mtr > ms: W> 0 : phản ứng tỏa năng lượng;

+ Nếu mtr < ms: W< 0 : phản ứng thu năng lượng.

Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

Câu 1. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Năng lượng liên kết là toàn bộ năng lượng của nguyên tử gồm động năng và năng lượng nghỉ.

B. Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt.

C. Năng lượng liên kết là năng lượng toàn phần của nguyên tử tính trung bình trên số nuclôn.

D. Năng lượng liên kết là năng lượng liên kết các êlectron và hạt nhân nguyên tử.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt.

Câu 2. Năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân

A. có thể dương hoặc âm.

B. càng lớn thì hạt nhân càng bền.

C. càng nhỏ thì hạt nhân càng bền.

D. có thể bằng 0 với các hạt nhân đặc biệt.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Năng lượng riêng liên kết của hạt nhân càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

Câu 3. Giả sử ban đầu có Z prôtôn và N nơtron đứng yên, chưa liên kết với nhau, có khối lượng tổng cộng là mo, khi chúng kết hợp lại với nhau thì tạo thành một hạt nhân có khối lượng m. Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Năng lượng liên kết của hạt nhân này được xác định bởi biểu thức

A. Wlk = (mo – m)c2.

B. Wlk = mo.c2.

C. Wlk = m.c2.

D. Wlk = (mo – m)c.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Ta có: Wlk = Δm.c2 = (mo – m)c2.

Câu 4. Độ hụt khối của hạt nhân XZA là (đặt N = A – Z)

A. Δm = Nmn – Zmp.

B. Δm = mX – Nmp – Zmp.

C. Δm = (Nmn + Zmp ) – mX.

D. Δm = Zmp – Nmn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Độ hụt khối của hạt nhân là Δm=Nmn+Zmp−m.

Câu 5. Cho hạt nhân A1327l(nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính độ hụt khối của hạt nhân biết mp = 1,0073u, mn = 1,0087u.

A. Δm = 0,1295u.

B. Δm = 0,0295u.

C. Δm = 0,2195u.

D. Δm = 0,0925u.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

+ Từ kí hiệu hạt nhân A1327lta suy ra được hạt nhân có 13p và 14n.

+ Độ hụt khối

Δm = (Z.mp + N.mn) – mAl

= (13.1,0073u + 14.1,0087u) – 26,9972u = 0,2195u.

Câu 6. Hạt nhân đơteri D12có khối lượng 2,0136 u. Biết khối lượng của prôtôn là 1,0073 u và khối lượng của nơtron là 1,0087 u. Năng lượng liên kết của hạt nhân D12 là bao nhiêu ? Biết 1u = 931,5 MeV/c2.

A. 0,67 MeV.

B. 1,86 MeV.

C. 2,02 MeV.

D. 2,23 MeV.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Năng lượng liên kết của hạt nhân D12là:

Wlk=Δm.c2=Zmp+Nmn−mc2=2,23 MeV.

Câu 7.Cho hạt nhân T90230h (Thori) có mTh = 230,0096u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân T90230hbiết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c2.

A. 1737,62 MeV/nuclôn.

B. 5,57 MeV/nuclôn.

C. 7,55 MeV/nuclôn.

D. 12,41 MeV/nuclôn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Năng lượng liên kết của hạt nhânT90230hlà:

Wlk=Δm.c2=90mp+140mn−mc2=1737,62MeV

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân T90230h là WlkA=7,55MeV/nuclôn.

Câu 8. Cho hạt nhân A1327l(nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân A1327l, biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c2.

A. Wlk = 217,5 MeV.

B. Wlk = 204,5 MeV.

C. Wlk = 10 MeV.

D. Wlk = 71,6 MeV.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có

Wlk=Δm.c2=13.1,0073+14.1,0087−26,9972.931,5

=204,5MeV

Câu 9. Hạt nhân P84210ocó mPo = 210,0913u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân P84210o biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV.

A. 1507,26 MeV/nuclôn.

B. 17,94 MeV/nuclôn.

C. 5,17 MeV/nuclôn.

D. 7,17 MeV/nuclôn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Năng lượng liên kết của hạt nhân là:

Wlk=Δmc2=Zmp+Nmn−mc2=1507,26 MeV.

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là WlkA=7,17MeV/nuclon.

Câu 10.Hạt nhân H24e có năng lượng liên kết là 28,4 MeV; hạt nhân L36i có năng lượng liên kết là 39,2 MeV; hạt nhân D12 có năng lượng liên kết là 2,24 MeV. Hãy sắp theo thứ tự tăng dần về tính bền vững của ba hạt nhân này.

A. H24e, L36i, D12.

B. D12,  H24e, L36i.

C. H24e, D12, L36i.

D. D12, L36i, H24e.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

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

Ta có WlkAHe=28,44=7,1MeV/nuclon,

WlkALi=39,26=6,533MeV/nuclon,

WlkAD=2,242=1,12MeV/nuclon

⇒WlkAHe>WlkALi>WlkAD.

Câu 11. Cho khối lượng các hạt nhân P84210o, U92238, T90232hlần lượt là mPo = 210u, mU = 238u, mTh = 230u. Biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV. Hãy sắp theo thứ tự giảm dần về tính bền vững của ba hạt nhân này.

A. P84210o, U92238, T90232h

B. U92238, T90232h, P84210o.

C. P84210o, T90232h,U92238.

D. T90232h, U92238, P84210o.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Xác định năng lượng liên kết Wlk=Δmc2=Zmp+Nmn−mc2của các hạt nhân :

P84210o có: WlkPo=Δmc2=Zmp+Nmn−mc2=1592,3 MeV

U92238 có: WlkU=Δmc2=Zmp+Nmn−mc2=1808,8 MeV

T90232h có: WlkTh=Δmc2=Zmp+Nmn−mc2=3625,8 MeV

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

WlkAPo=1592,3210=7,58MeV/nuclon,

WlkAU=1808,8238=7,599MeV/nuclon,

WlkATh=3625,8232=15,63MeV/nuclon

⇒WlkAPo<WlkAU<WlkATh.

Câu 12. Cho ba hạt nhân X, Y, Z có số nuclôn tương ứng là AX, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ. Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là DEX, DEY, DEZ với DEZ < DEX < DEY. Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là

A. Y, X, Z.

B. Y, Z, X.

C. X, Y, Z.

D. Z, X, Y.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Ta đặt: εX=ΔEXAX, εY=ΔEYAY, εZ=ΔEZAZ

Với AX = 2AY = 0,5AZvà DEZ < DEX < DEY.

Mặt khác: ΔEXAX<ΔEYAY⇔ΔEX2AY<ΔEYAY( luôn đúng ) ⇒εY>εX

ΔEZAZ<ΔEXAX⇔ΔEZ2AX<ΔEXAX(luôn đúng) ⇒εX>εZ ⇒εY>εX>εZ.

Câu 13.Cho khối lượng của prôtôn, nơtron, A1840r;  L36ilần lượt là: 1,0073 u; 1,0087u; 39,9525u; 6,0145u và 1u = 931,5 MeV/c2. So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân L36ithì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân A1840r

A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV/nuclon.

B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV/nuclon.

C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV/nuclon.

D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV/nuclon.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Áp dụng công thức tính năng lượng liên kết cho các hạt nhân ta được:

WlkAr=344,9 MeV và WlkLi=31,2 MeV

Ta có WlkAAr=8,62MeV/nuclon,

WlkAAr=8,62MeV/nuclon

⇒Năng lượng riêng kết riêng của hạt nhân 1840Arlớn hơn năng lượng riêng kết riêng của 36Limột lượng 3,42MeV/nuclon.

Câu 14. Đại lượng nào đặc trưng cho mức độ bền vững của một hạt nhân?

A. Năng lượng liên kết.

B. Năng lượng liên kết riêng.

C. Số hạt prôlôn.

D. Số hạt nuclôn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Đặc trưng cho mức độ bền vững của một hạt nhân là năng lượng liên kết riêng.

Câu 15. Các hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclôn, các hạt nhân đó có số khối A trong phạm vi

A. 50 < A < 80.

B. 50 < A < 95.

C. 60 < A < 95.

D. 80 < A < 160.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Các hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclôn có số khối A trong phạm vi 80.

Câu 16. Hạt nhân nào sau đây có năng lượng liên kết riêng lớn nhất ?

A. Hêli.

B. Cacbon.

C. Sắt.

D. Urani.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhất

⇒ Năng lượng liên kết riêng lớn nhất là sắt vì số khối của sắt là 56 nằm trong khoảng từ 50 đến 80.

Câu 17. Chọn đáp án câu sai?

A. Các hạt nhân có số khối trung bình là bền vững nhất.

B. Các nguyên tố đứng đầu bảng tuần hoàn như H, He kém bền vững hơn các nguyên tố ở giữa bảng tuần hoàn.

C. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững.

D. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

C – sai vì các hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Câu 18. Cho phản ứng hạt nhân sau AZ1A1+BZ2A2→CZ3A3+DZ4A4.Năng lượng liên kết của các hạt nhân tương ứng là ΔEA, ΔEB, ΔEC, ΔED. Năng lượng của phản ứng ΔE được tính bởi công thức

A. ΔE = ΔEA + ΔEB – ΔEC – ΔED.

B. ΔE = ΔEA + ΔEB + ΔEC + ΔED.

C. ΔE = ΔEC + ΔEB – ΔEA – ΔED.

D. ΔE = ΔEC + ΔED – ΔEA – ΔEB.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Năng lượng của phản ứng là ΔE=ΔEC+ΔED−ΔEA−ΔEB.

Câu 19. Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân C612thành 3 hạt α là bao nhiêu? Cho biết mC = 11,9967u, mα = 4,0015u.

A. ΔE = 7,2618 J.

B. ΔE = 7,2618 MeV.

C. ΔE = 1,16189.10–19 J.

D. ΔE = 1,16189.10–13 MeV.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Năng lượng tối thiểu cần để thiết để chia hạt nhân thành các hạt αbằng với năng lượng liên kết của hạt nhân.

Ta có ΔE=Δmc2=mC−3mα931,5=−7,2618MeV.

Câu 20. Hạt nhân C614phóng xạ β– (có kí hiệu−10e). Hạt nhân con sinh ra có

A. 5p và 6n.

B. 6p và 7n.

C. 7p và 7n.

D. 7p và 6n.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Viết phương trình phản ứng hạt nhân và sử dụng các định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn.

Phương trình 614C→β−+ZAX

14=0+A6=−1+Z⇒A=14Z=7

Suy ra: 614C→β−+714N. Hạt nhân con sinh ra có 7pvà 7n

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 37: Phóng xạ

Lý thuyết Bài 38: Phản ứng hạt nhân

Lý thuyết Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch

Lý thuyết Bài 40: Các hạt sơ cấp

Lý thuyết Bài 41: Cấu tạo vũ trụ