Ôn luyện vật lý 12 hạt nhân nguyên tử

HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Chủ đề TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN PHÓNG XẠ I CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CẦN NHỚ Cấu tạo hạt nhân a) Hạt nhân nguyên tử cấu tạo nuclôn Có hai loại nuclơn prơtơn, kí hiệu p, mang điện tích nguyên tố dương, nơtron kí hiệu n, không mang điện b) Số prôtôn hạt nhân nguyên tử số Z Bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ép Z gọi nguyên tử số Tổng nuclôn hạt nhân gọi số khối, kí hiệu A Số nơtron hạt nhân N = A Z Các ngun tử mà hạt nhân có số prơtơn Z, có số nơtron N khác nhau, gọi đồng vị Kí hiệu hạt nhân Hạt nhân nguyên tử ngun tố có kí hiệu hố học X kí hiệu A X Z Kích thước hạt nhân Có thể coi hạt nhân nguyên tử cầu có bán kính R phụ thuộc vào số khối A theo công thức gần đúng: R  R A với R0 = 1,2.10-15m Đồng vị Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chứa số prơtơn Z có số nơtron N khác Đơn vị khối lượng nguyên tử 12 Đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u, có trị số khối lượng đồng vị C Khi đổi đơn 12 vị, cần ý: 12 1u  g �1,66055.10 27 kg �931,5MeV / c 12 6,022.10 23 1kg = 0,561.1030MeV/c2; MeV/c2 = 1,78.10-30kg Độ hụt khối Năng lượng liên kết a) Lực hạt nhân lực hút nuclơn với Đó lực mạnh, có tác dụng liên kết nuclôn, không phụ thuộc vào điện tích có bán kính tác dụng khoảng 10 - 15m b) Độ hụt khối hạt nhân Khối lượng m hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân lượng m Đại lượng gọi độ hụt khối hạt nhân: m = [Zmp + (A - Z)mn] - m c) Năng lượng liên kết hạt nhân Năng lượng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c 2: Wlk = mc2 = 931,5.m (MeV) Đó lượng toả nuclôn kết hợp thành hạt nhân Đại lượng đặc trưng cho độ bền vững hạt nhân lượng liên kết riêng Đó lượng liên W MeV kết tính cho nuclôn: lk , đơn vị thường dùng Hạt nhân có lượng liên kết riêng nuclon A lớn bền vững Hiện tượng phóng xạ Hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ Hạt nhân tự phân rã gọi hạt nhân mẹ, hạt nhân tạo thành sau phân rã gọi hạt nhân 8 Các loại tia phóng xạ a) Tia anpha () hạt nhân nguyên tố heli He , mang điện tích +2e, phóng từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.10 7m/s Tia  làm ion hoá mạnh nguyên tử đường nên lượng giảm nhanh Trong khơng khí, tia  vài cm, khơng xun qua bìa dày 1mm b) Tia bêta () hạt phóng với tốc độ lớn, xấp xỉ tốc độ ánh sáng Tia  làm ion hố mơi trường yếu tia , khơng khí vài trăm mét xuyên qua nhơm dày cỡ mm Tia  có hai loại: Loại phổ biến tia   : Đó chùm êlectron kí hiệu e 1 hay e- Loại tia + : Đó chùm pơZitron (kí hiệu 1 e hay e+), có khối lượng với electron mang điện tích nguyên tố dương Trong phóng xạ , ngồi electron pozitron cịn tó hại nơtrinơ (kí hiệu v) phản nơtrinơ (kí hiệu v%) hạt khơng mang điện, có khối lượng nghỉ 0, chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng c) Tia  sóng điện từ có bước sóng ngắn (nhỏ 10 -11m) Đó dịng hạt phơtơn có lượng cao Tia  có khả đâm xuyên mạnh nhiều so với tia ,  Định luật phóng xạ - Một đại lượng đặc trưng chất phóng xạ chu kì bán rã Đó khoảng thời gian T mà sau nửa số hạt nhân ban đầu lượng chất phóng xạ bị phân rã, biến đổi thành hạt nhân khác - Hằng số phóng xạ  đại lượng xác định biểu thức: ln 0,693   , T chu kì bán rã T T - Số hạt nhân khối lượng chất phóng xạ giảm dần theo hàm số mũ: N(t)  N  T  N 0e  t t m(t)  m t  m e t 0 - Độ phóng xạ đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, xác định số hạt nhân phân rã giây, kí hiệu H dN H  N dt t  t Độ phóng xạ giảm dần theo hàm số mũ: H(t) = H  T  H 0e với H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu Đơn vị độ phóng xạ Bq Ci: Ci = 3,7.1010Bq II PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN CƠ BẢN (tự luận trắc nghiệm) Dạng BÀI TẬP VỀ CẤU TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA HẠT NHÂN A PHƯƠNG PHÁP GIẢI A Để xác định số lượng prôtôn nơtron hạt nhân, ta vào kí hiệu hạt nhân Z X , Z số prơtơn N = A - Z số nơtron Các đặc trưng khác hạt nhân xác định sau: - Điện tích hạt nhân Ze (e = 1,6.10 -19) - Khối lượng hạt nhân Nếu đề khơng cho số liệu cụ thể, tính gần m = Au (với A số khối, u đơn vị khối lượng nguyên tử) Cần ý: - Bán kính hạt nhân tính gần R = 1,2.10 -15A Thể tích hạt nhân thể tích cầu bán kính R: V = R B BÀI TẬP VÍ DỤ Ví dụ Cho hạt nhân nguyên tử 21 Ne 10 a) Xác định số prôtôn số nơtron hạt nhân b) Một hạt nhân khác so với hạt nhân Đó hạt nhân nào? Hướng dẫn giải 21 Ne 10 21 Ne 10 có nuclơn có hiệu số nơtron prơtơn A Đối chiếu với kí kiệu tổng qt Z X ta có số prơtơn Z = 10, số nơtron N = A - Z = 21 - 10 = 11 Hạt nhân có số khối A’ = 21 - = 18 Mặt khác N' - Z' = 2; N' + Z' = A' = 18 nên Z' = Đó hạt nhân đồng vị ôxi: 18 O Ví dụ Tính số nơtron số prơtơn có gam nước Hướng dẫn giải Trước hết ta tính số ngun tử nước N có g nước Vì ngun tử nước (H 20) có khối lượng mol  = 2.1 + 16 = 18 nên 1 N  N A  6,02.10 23  3,344.1022 18 18 Trong nguyên tử H có prơtrơn, ngun tử O có nơtron, prơtơn nên ngun tử nước có 10 prơtơn nơtron Do đó, 1g nước có số prôtôn Np = 10N  3,344.1023; số nơtron Nn = 8N  2,68.1023 Ví dụ Xác định điện tích riêng (thương số điện tích khối lượng q/m hạt) khối lượng riêng hạt nhân C14 Hướng dẫn gải Ta cần xác định điện tích q, khối lượng m thể tích V hạt nhân C14 14 Kí hiệu đầy đủ C14 C Hạt nhân có số prôtôn Z = 6, số khối A = 14 nên có điện tích q = 6e, có khối lượng gần m = 14u nên có điện tích riêng là: q 5e 6.1,6.10 19 C C � � �4,1.107 27 m 14u 14.1,66055.10 kg kg Dùng cơng thức tính gần bán kính hạt nhân R = R A ta tích hạt nhân 4 V   R   R 30A Từ đó, tìm khối lượng riêng hạt nhân: 3 m Au 3.Au 3.1,66055.10 27 kg �  � �2,3.1017 3  45 V R 4 R A 4.3,14.1,728.10 m Ví dụ Chọn phát biểu nói cấu tạo hạt nhân nguyên tử A Mọi hạt nhân ngun tử có chứa prơtơn nơtron B Hạt nhân hai nguyên tố khác có số prôtôn số nơtron khác C Hai nguyên tử mà hạt nhân chúng có số nơtron khác hai đồng vị D *D Các đồng vị ngun tố có điện tích hạt nhân Hướng dẫn chọn đáp án A sai hạt nhân hiđrơ (H) có prơtơn mà khơng có nơtron B sai hạt nhân hai ngun tố khác 14 16 có số nơtron giống nhau, ví dụ hai hạt nhân C O có nơtron C sai hai nguyên tử đồng vị nguyên tố hạt nhân chúng có số prơtơn giống D hạt nhân đồng vị có số prơtơn nên có điện tích Ví dụ Lực hạt nhân A có độ lớn nhỏ lực tương tác tĩnh điện prôtôn B có giá trị lớn nuclơn gần có điện tích lớn *C có bán kính tác dụng khoảng 10-13cm D lực hút nuclôn xa lực đẩy nuclôn gần Hướng dẫn chọn đáp án A sai lực hạt nhân có cường độ lớn so với lực điện từ B sai lực hạt nhân khơng phụ thuộc vào điện tích hạt D sai lực hạt nhân ln ln lực hút C 10 13 cm = 10-15m cỡ kích thước hạt nhân, phạm vi mà lực hạt nhân có tác dụng C BÀI TẬP ƠN LUYỆN 5.1 Tìm tỉ số bán kính tỉ số điện tích riêng (q/m) đồng vị O16 so với đồng vị O18 5.2 Tìm số nuclơn có 100g khí CO2 5.3 Khí clo tự nhiên coi hỗn hợp hai đồng vị C/35 có khối lượng nguyên tử 34,969u C/37 có khối lượng nguyên tử 36,996 u Cho khối lượng nguyên tử clo tự nhiên 35,453 Xác định tí lệ % số hạt C/35 tự nhiên 5.4 Nitơ tự nhiên gồm hai đồng vị N14 có khối lượng ngun tử 14,0307u N15' có khối lượng nguyên tử 15,00011u với tỉ lệ số hạt 277:1 Xác định khối lượng nguyên tử nitơ tự nhiên 11 5.5 Cho hạt nhân: C;2 He;4 Be Nếu hạt nhân ta thay nơtron thành prơtơn ngược lại hạt nhân nào? 5.6 Cho NA số A-vô-ga-đrô Chọn phát biểu sai A Trong mol khí hiđrơ có 2NA ngun tử hiđrơ 12 B Trong mol khí hiđrơ thuộc đồng v C ị T có 3NA nuclơn *C Khối lượng xác hạt nhân 12 g NA D Khối lượng hạt nhân H khối lượng prôtôn 5.7 Chọn phát biểu sai Hai hạt nhân 32 Si 14 32 S 16 có A số khối *B điện tích 3,2.10-16 J C số prơtơn D số nơtron 5.8 Tính chất hố học nguyên tố được định thông số số thông số hạt nhân? A Số khối A B Bán kính R *C Nguyên tử số Z D Số nơtron N 5.9 Tỉ số số prôtôn số nơtron đồng vị tự nhiên diễn theo xu hướng *A tăng lên nguyên tử số tăng B giảm nguyên tử số tăng C cực đại nguyên tử số khoảng 50 đến 70 D không đổi nguyên tử số thay đổi 5.10 Khối lượng riêng hạt nhân có giá trị A tăng dần theo nguyên tử số Z B giảm dần theo nguyên tử số Z C có giá trị lớn hạt nhân có nguyên tử số trung bình *D Thay đổi khơng đáng kế theo ngun tử số Z Dạng BÀI TẬP VỀ ĐỘ HỤT KHỐI, NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT RIÊNG CỦA HẠT NHÂN A PHƯƠNG PHÁP GIẢI Để xác định độ hụt khối m lượng hên kết Wlk hạt nhân, ta áp dụng công thức: m = [Zmp + (A - Z)mn] - m; Wlk = mc2 Đơn vị để tính m độ hụt khối u, để tính lượng liên kết MeV W MeV Năng lượng liên kết riêng tính lk theo đơn vị nuclon A II BÀI TẬP VÍ DỤ Ví dụ Cho khối lượng hạt nhân 17 O, prôtôn nơtron mO = 16,9947u, mp = 1,00728u, mn = 1,00866u u = 931,5 kết riêng hạt nhân MeV Tìm độ hụt khối lượng liên c2 17 O Hướng dẫn giải Độ hụt khối hạt nhân 17 O là: m = 8mp + 9mn - mO = 8.1,00728 + 9.1,00866 - 16,9947 = 0,14148u Năng lượng liên kết hạt nhân !gO Wlk = m.c2 = 0,14148 931,5  131,79 MeV W 131,79 MeV �7,75 Năng lượng liên kết riêng: lk  A 17 nuclo� n Ví dụ Tính lượng cần thiết để tách khỏi hạt nhân 40 Ca 20 a) prôtôn liên kết yếu b) nơtron liên kết yếu Cho biết khối lượng hạt nhân mK39 = 38,9533u Hướng dẫn giải 40 Ca 20 ; 39 Ca 20 ; 39 K 19 tương ứng mCa40 = 39,9516u; mCa39 = 38,9597u; a) Khi tách nulơn có liên kết yếu khỏi hạt nhân phương trình biến diễn trình là: 40 Ca 20 , hạt nhân cịn lại có 39 nuclơn Các 40 Ca 20 39 �19 Kp (1) 40 Ca 20 �39 Kn 20 (2) Ta coi hạt vế phải hạt tạo thành hạt nhân khỏi hạt nhân 40 Ca 20 40 Ca 20 Do đó, lượng cần thiết để tách prơtơn liên kết yếu tính cách tính lượng liên kết: W1 = (mK39 + mp - mCa40)c2 = (38,9533 + 1,00728 - 39,9516).931,5 = 0,00898.931,5 = 8,36 MeV b) Tương tự, lượng cần thiết để tách khỏi hạt nhân 40 Ca 20 nơtron liên kết yếu W2 = (mCa39 + mn - mCa40)c2 = (38,9597 + 1,00866 - 39,9516).931,5 = 0,01676.931,5 = 15,6 MeV 56 Fe 8,83MeV, khối lượng 26 56 nhân 26 Fe theo số liệu Ví dụ Cho lượng liên kết riêng hạt nhân nơtron 1,00866u Tìm khối lượng hạt prơtơn 1,00728u, Hướng dẫn giải Hạt nhân Fe56 có số prơtơn Z = 26; số khối A = 56, số nơtron N = 56 - 26 = 30, có lượng liên kết: MeV Wlk  56nuclo� n.8,83  449,48MeV nuclo� n 494,48 �0,5308u Vậy khối lượng hạt nhân 56 Fe là: Độ hụt khối hạt nhân m = 26 931,5 m = 26mp + 30mn - m = 26.1,00728 + 30.1,00866 - 0,5308  55,918u Ví dụ Hai hạt nhân 11 C 11 B khơng có tính chất chung nêu sau đây? A Có số nuclơn B Có khối lượng riêng *C Có lượng liên kết D Có bán kính Hướng dẫn chọn đáp án Chọn C hai hạt nhân có số khối có khối lượng độ hụt khối khác nhau, có lượng liên kết khác Các phát biểu A, B, C, khơng sai cách gần đúng, ta coi hạt nhân có số khối có bán kính hạt nhân có khối lượng riêng Ví dụ Chọn phát biểu sai Năng lượng liên kết hạt nhân có giá trị A nhỏ tổng lượng nghỉ hạt tạo thành hạt nhân *B tích số lượng liên kết riêng số nơtron hạt nhân C lượng tỏa nuclôn liên kết với tạo thành hạt nhân D lượng tối thiểu để tách nuclôn hạt nhân xa Hướng dẫn chọn đáp án Chọn B lượng liên kết tích số lượng liên kết riêng số nuclôn (chứ nơtron hạt nhân C BÀI TẬP ÔN LUYỆN 14 5.11 Biết khối lượng hạt nhân N hạt prôtôn, nơtron mN = 13,9992u, mp = 1,007276u, mn = 1,008665u; u = 931,5MeV/c Tính lượng liên kết riêng 14 hạt nhân N 5.12 Cho khối lượng hạt , prôtôn, nơtron m = 4,0015u, mp = 1,007276u, mp = 1,008665u Tính lượng toả (theo đơn vị J) tạo thành 1kg heli từ prôtôn nơtron 5.13 Cho biết khối lượng nguyên tử U235, U236 khối lượng nơtron m U235 = 235,0439u; mU236 = 236,0457u; mn = 1,008665u Cho u = 931,5MeV/c2 a) Tính lượng cần cung cấp để bứt nơtron khỏi hạt nhân U236 b) Ngay sau U235 hấp thụ nơtron để tạo thành U236, U236 đứng n trạng thái không? 5.14 Chọn phát biểu MeV/c2 A MeV/c2 đơn vị momen động lượng B MeV/c2 đơn vị lượng *C MeV/c2 có giá trị 1,78.10-30kg D MeV/c2 có giá trị 0,561.1030J 5.15 Tính chất hạt nhân nguyên tử không phụ thuộc vào A số nuclôn hạt nhân B độ hụt khối lượng hạt nhân *C Tỉ số số prôtôn Z số nơtron N D lượng liên kết riêng hạt nhân 5.16 Năng lượng liên kết hạt nhân A tỉ lệ với khối lượng hạt nhân *B tỉ lệ với độ hụt khối hạt nhân C có giá trị lớn bền vững D có giá trị âm dương 5.17 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân A có giá trị lớn khó bền vững B có giá trị lớn hạt nhân có độ hụt khối lớn C đặc trưng cho khả chống lại việc tách hạt nhân thành vài ba mảnh riêng biệt *D đặc trưng cho khả chống lại việc tách hạt nhân thành nuclôn riêng biệt 5.18 Biết khối lượng hạt nhân 20 Ne 10 hạt prôtôn, nơtron mNe = 19,98695u, mp = 1,00728u, mn = 1,00867u; u = 931,5MeV/c Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 20 Ne thành nuclôn riêng biệt 10 A 8,04MeV *B 160,7MeV C 16,07MeV D 80,4MeV 5.19 Cho khối lượng hạt nhân heli m = 4,0015u; 1u = 1,66058.10-27kg, c = 3.108m/s Để xảy phản ứng tách hạt nhân 12C thành hạt nhân heli theo phương trình: 12 C  hf � 342 He , tần số nhỏ phơtơn phải có giá trị *A 1,76.1021 HZ C 6,25.1017 HZ 5.20 Hạt nhân 235 U có 92 B 1,76.1020 HZ D 1,52.1020 HZ lượng liên kết riêng 7,6 MeV/nuclôn Cho u = 931,5MeV/c2 Độ hụt khối hạt nhân A m  0,7506 u 238 U là: 92 *B m  251,917 u C m = 7,506 u D m  19,17 u 5.21 Một hạt nhân có prơtơn nơtron Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 7,75MeV/nuclôn Cho khối lượng prôtôn nơtron là: mp = 1,007276u, mn = 1,008667u; u = 931,5MeV/c2 Khối lượng hạt nhân *A 16,995u B 16,325u C 17,285u D 17,234u Dạng BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ A PHƯƠNG PHÁP GIẢI Để nhận biết tượng phóng xạ tia phóng xạ kèm theo, cần nắm vững đặc trưng tượng phóng xạ tính chất, chất tia phóng xạ Q trình phóng xạ phản ứng hạt nhân nên ta vận dụng định luật bảo toàn cho phản ứng hạt nhân bảo toàn điện tích, bảo tồn số nuclơn, bảo tồn động lượng lượng để giải tập phóng xạ II BÀI TẬP VÍ DỤ Ví dụ Hạt nhân 209 Po 84 đứng yên bị phân rã  biến đổi thành hạt nhân chì (Pb) a) Viết phương trình phản ứng b) Tìm tỉ số động hạt nhân Pb với động hạt  sau phóng xạ Hướng dẫn giải 209 A a) Theo giả thiết ta có: 84 Po �2 He  Z Pb Áp dụng định luật bảo toàn số khối bảo toàn số Z, ta có: 209 = + A; 84 = + Z ta có A = 205; Z = 82 Phương trình đầy đủ là: 209 Po 84 205 �42 He  82 Pb b) Vì động lượng hệ bảo toàn nên: m  v   m Pb v Pb  ; 2 WPb m Pb �v Pb � m Pb �m  � m   � � � �  � � � W m � �v  � m  �m Pb � m Pb 205 Ví dụ Tính động cực đại pôzitrôn phân rã + Cho biết khối lượng nguyên tử mẹ M X, nguyên tử MY khối lượng electron me Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng A X Z �AZ1 Y 10 e Khối lượng hạt nhân X, Y tương ứng là: mX = MX - Zme; mY = MY - (Z - )me Nếu bỏ qua lượng hạt kèm theo (như nơtrinơ) lượng toả là: Q = (mX - mY - me)c2 = (MX - MY - 2me)c2 Động cực đại pôzitrôn lượng Q toả ra: Wđmax = Q = (mX - mY - 2me)c2 Ví dụ Sau phân rã  phân rã   hạt nhân nguyên tố X biến thành hạt nhân rađôn định hạt nhân X Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng có dạng: bảo tồn số khối: A X Z dụ Cho khối lượng Xác 226 �88 Ra  342 He  01 e Áp dụng định luật bảo tồn điện tích Z = 88 + 2.3 - = 92; A = 226 + 4.3 = 238 Đó Ví 226 Ra 88 238 U 92 nguyên tử 226 222 Ra;86 88 Rn;24 He mRa = 226,0254u; mRn = 222,0176u; m = 4,0026u; u = 931,5MeV/c2 Hỏi hạt nhân lần 226 Ra 88 lượt đứng yên có 222 khả phóng xạ  để chuyển thành hạt nhân 86 Rn khơng? Nếu có hạt tạo thành có động bao nhiêu? Hướng dẫn giải Hiệu số khối lượng hạt nhân trước sau phản ứng là: m = {mRa - 88me - (mRn - 86me + m - 2me)} = (mRa - mRn - m) = 226,0254 u - 222,0176 u - 4,0026 u = 0,0052 u > Năng lượng tỏa ra: W = mc2  4,84 MeV Vì động bảo toàn nên m  v   m Rn v Rn  Từ suy tỉ số động năng: WRn  W m 222  Rn   55,5 WRn m W 55,5W �0,086MeV;W  �4,754MeV 56,5 56,5 Ví dụ Chọn phát biểu sai nói phóng xạ A Tia anpha có khả đâm xuyên yếu B Tia gamma có tác dụng sinh lí mạnh C Thành phần tia phóng xạ hạt Hạt có khối lượng nghỉ lớn anpha có khối lượng nghỉ nhỏ hạt bêta D Hai loại + - có khối lượng nhau, mang điện tích có độ lớn trái dấu Hướng dẫn chọn đáp án Chọn C tia  dịng phơtơn có khối luợng nghỉ 0, hạt có khối lượng nghỉ nhỏ C BÀI TẬP ÔN LUYỆN 5.22 Hạt nhân 234U đứng yên phóng xạ phát hạt  có vận tốc v = 2,6.107m/s Tìm vận tốc hạt nhân 5.23 Hạt nhân Be trạng thái kích thích có khối lượng 8,02434u Khi hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái bản, phát phơtơn có lượng 17,2 MeV Tính khối lượng hạt nhân Be trạng thái Cho u = 931,5MeV/c2 5.24 Chọn phát biểu sai tia alpha A Bị lệch âm tụ điện B Là dòng hạt nhân nguyên tử He C Có tốc độ cỡ 107m/s *D Đi khoảng 7m đến 8m khơng khí 5.25 Chọn phát biểu phóng xạ A Q trình phóng xạ thu toả lượng B Khi tăng nhiệt độ, tượng phóng xạ xảy mạnh *C Với chất phóng xạ, có khoảng thời gian định mà độ phóng xạ giảm lần D Các tia phóng xạ ln bị lệch điện trường 5.26 Phát biểu không hạt ? A Hạt + - có độ lớn điện tích B Hạt + - có khối lượng 0,000549u C Hạt + có vận tốc gần 3.108m/s *D Hạt - có chất êlectron khơng phải bắn từ lớp vỏ nguyên tử mà từ hạt nhân mang điện dương 5.27 Chọn nhận xét so sánh tia phóng xạ A Bản chất tia  ánh sáng khác *B tia  tia Rơn-ghen có chất có bước sóng khác C tia  có khả đâm xuyên lớn D Trong tia phóng xạ, tia  nguy hiểm người 5.28 Cho tia phóng xạ qua điện trường hai tụ điện, tia  lệch tia  chủ yếu A tốc độ hạt  nhỏ tốc độ hạt  B điện tích hạt  lớn điện tích hạt  *C khối lượng hạt  lớn khối lượng hạt  D lực điện tác dụng vào hạt  lớn lực điện tác dụng vào hạt  5.29 Chọn phát biểu sai Khả đâm xuyên lớn tia  ứng dụng để A chữa bệnh ung thư B thăm dò khuyết tật sản phẩm kim loại C bảo quản thực phẩm *D xác định tuổi cổ vật 5.30 Chỉ nhận xét sai phóng xạ  A Phóng xạ  xảy nguyên tử trạng thái kích thích *B Phóng xạ  xảy độc lập, khơng kèm theo phóng xạ khác C Phóng xạ  khơng phụ thuộc nhiệt độ mơi trường D Phóng xạ  khơng dẫn tới biến đổi hạt nhân 5.31Phóng xạ - xảy hạt nhân có A biến đổi nuclôn thành êlectron B biến đổi prôtôn thành nơtron *C biến đổi nơtron thành prôtôn D chuyển mức lượng từ cao xuống thấp 5.32 Phóng xạ - phóng xạ A làm điện tích hạt nhân tăng lên B làm diện tích hạt nhân giảm xuống C không xảy ngun tử khơng kích thích *D khơng xảy đồng thời hạt nhân 5.33 Hiện tượng phóng xạ tượng phân hạch khơng có chung đặc điểm sau đây? A Phát tia khơng nhìn thấy B Có ngun tố tạo thành *C Phụ thuộc vào mơi trường bên ngồi D Toả lượng Dạng BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT PHĨNG XẠ A PHƯƠNG PHÁP GIẢI Để tính chu kì bán rã, biết chu kì bán rã tìm đại lượng có liên quang ta áp dụng công thức biểu diễn mối quan hệ trực tiếp đại lượng: chu kì bán rã T, số phóng xạ , độ phóng xạ m N , NA = H, số hạt N, khối lượng m Mối liên hệ số hạt khối lượng N =  A 6,022.1023mol-1 số A-vô-ga-đrô 10 Cần vận dụng linh hoạt công thức định luật phóng xạ Nếu thời gian phóng xạ t biểu diễn dạng phân số nhân với chu kì bán rã T, ta dùng cơng thức định luật phóng xạ t dạng N(t)  N T tìm kết mà không cần logarit hai vế B BÀI TẬP VÍ DỤ Ví dụ Biết chu kì bán rã 15 O 122s a) Trong thời gian 1s có % khối lượng mẫu chất b) Tính khối lượng mẫu 15 O 15 O bị phân rã? biết có độ phóng xạ 1,5 Ci Hướng dẫn giải a) Hằng số phóng xạ 15 O là:   ln ,693  �5,68.10 3 s 1 Vì T 122 m N.t H     0,0057  0,57% Vậy khối lượng ôxi bị phân rã 1s chiếm m N N 0,57 % tổng khối lượng ơxi có mẫu m b) Từ công thức H = N =  N A suy ra:  t  1s  T nên m Ví dụ H 1,5.3,7.1010.15   2,475.10 10 kg 23  N A 0,0057.6,022.10 222 Rn 86 có chu kì bán rã 3,8 ngày phát tia  có động Wđ = 5,5MeV Tính nhiệt toả 1g rađon ban đầu thời gian 19 ngày, không kể nhiệt hạt nhân phân rã sinh 218 218 Hạt nhân 84 Po Gọi động 84 Po WđPo Do động lượng hệ bảo toàn: m v + mPovPo = W�Po m  W  W�Po m   m Po 222  � �   Từ suy ra: W� m Po W� m Po 218 Năng lượng toả hạt phân rã: 222 �5,,6MeV W1 = Wđ + WđPo = W� 218 Số hạt ban đầu có 1g Rn là: 1 N0  NA  6,022.10 23 �2,7.10 21 222 222 Trong 19 ngày (bằng 5.3,8 ngày = 5T) số hạt bi phân rã là: � � 31 N  N �  � N0 � � 32 Nhiệt lượng toả ra: 31 31 W N W1  2,7.1021.5,6.1,6.10 13 �2,3.10 J 32 32 238 206 Ví dụ Sau số phóng xạ  phóng xạ -, hạt nhân 92 U biến thành hạt nhân chì 82 Pb Biết chu kì bán rã tổng hợp T = 4,6.109 năm Giả thiết lúc đầu quặng chứa urani Xác định tuổi quặng urani hai trường hợp sau: a) Tỉ lệ số nguyên tử chì số nguyên tử urani : 32 11 b) Tỉ lệ khối lượng chì khối lượng urani 1: 32 Hướng dẫn giải a) Tỉ số số nguyên tử urani lúc đầu là: N 32 32   N 32  33 Theo định luật phóng xạ N  e t , suy ra: N0 ln 33 0,03077.4,6.10 t  ln �0,03077;t  �2,04.108 năm T 32 0,693 b) Theo giả thiết mU N 238 32  U  Từ tìm được: m Pb N Pb 206 NU NU 32.206 6592     e t ; N N U  N Pb 32.206  238 6830 0693 6830 0,03547.4,6.10 t  ln �0,03547 � t  �2,35.108 năm T 6592 0,693 24 Ví dụ Người ta tiêm vào máu người lượng nhỏ dung dịch chứa chất phóng xạ 11 Na có độ phóng xạ H0 Sau giờ, người ta lấy 1cm máu người thấy độ phóng xạ lượng máu H 24 = 1,4.0-4 H0 Biết chu kì bán rã 11 Na 15 Tìm thể tích máu người tiêm Hướng dẫn giải 1 Sau t = 5h, độ phóng xạ cịn lại H = H02  T = H  �0,794H 0 Thể tích máu V  0,794.H H  �5670cm 4 H1 1,4.10 H Ví dụ Urani phân rã thành radi Rađi chất phóng xạ Biết chu kì bán rã urani T U = 4,5.109 năm lớn so với chu kì bán rã T Ra radi Trong quặng urani 2,8.10 nguyên tử urani có ngun tử rađi (tỉ lệ khơng đổi) Hãy tính chu kì bán rã TRa rađi Vì chu kì bán rã urani lớn nên xét thời gian nhỏ, số hạt urani không đổi Để tỉ lệ nguyên từ urani rađi khơng đổi số hạt rađi tạo thành phải số hạt rađi bị phân rã giây Như vậy, độ phóng xạ urani phải độ phóng xạ rađi:  N T N  U N U   Ra N Ra � U  Ra � Ra  Ra   Ra NU TU N U 2,8.106 TRa 4,5.109   �1600 năm 2,8.106 2,8.106 TU Ví dụ Hằng số phóng xạ chất A tỉ lệ với khối lượng chất phóng xạ B tỉ lệ với chu kì bán rã C khơng phụ thuộc vào chất chất phóng xạ D khơng phụ thuộc vào mơi trường đặt chất phóng xạ Hướng dẫn chọn đáp án 12 Hằng số phóng xạ khơng phụ thuộc vào khối lượng mà phụ thuộc vào chất chất phóng xạ tỉ lệ nghịch với chu kì bán rã Do phương án A, B, C sai D số phóng xạ chu kì bán rã không phụ thuộc vào môi trường đặt chất phóng xạ Ví dụ Độ phóng xạ mẫu thời điểm t H1, thời điểm t2 H2 (H2 < H1) Chu kì bán rã T Số nguyên tử phân rã thời gian (t2 - t1) là: A N = (H1 - H2)T B N = ln2.(H1 - H2)T T  H  H  T D N  C N  ln  H1  H  ln Hướng dẫn giải N  N1  N  H1 H H  H  H  H  T    Chọn C ln   ln T C BÀI TẬP ÔN LUYỆN 5.34 Ban đầu có 100 g chất 131 I 53 *a) Sau tuần lễ, khối lượng b) Sau lâu số có chu kì bán rã 8,9 ngày 131 I 53 131 I 53 lại bao nhiêu? lại gam? 226 5.35 Cho 88 Ra chất phóng xạ  có chu kì bán rã 1620 năm Tính thể tích lượng khí heli điều kiện chuẩn phát năm từ 5mg rađi 5.36 Gọi  khoảng thời gian để số hạt nhân nguyên tử chất phóng xạ giảm e lần (T gọi thời gian sống trung bình hạt phóng xạ) Sau thời gian t = 0,5, số hạt nhân chất phóng xạ cịn lại phần trăm? 5.37 Trong phóng xạ , hạt nhân có khối lượng M đứng n phóng phơtơn với bước sóng  Theo thuyết tương đối hẹp, lượng toả khối lượng hạt nhân giảm lượng phóng xạ này? 5.38 Chứng minh tồn giá trị thời gian  mà sau khoảng thời gian khối lượng chất phóng xạ giảm lần Tìm  theo chu kì bán rã T 5.39 Chu kì bán rã rađi 1600 năm a) Tìm thời gian sống trung bình nguyên lử rađi (thời gian để số hạt nhân rađi giảm e lần) b) Tính xác xuất để nguyên tử rađi bị phân rã 45 45 5.40 Trong khoảng thời gian 492 ngày có 87,5% số hạt nhân 20 Ca bị phân rã Chu kì bán rã 20 Ca A 82 ngày *B 164 ngày C 61,5 ngày D 430,5 ngày 5.41 Triti phóng xạ với chu kì bán rã 12,3 năm Sau độ phóng xạ lượng triti 20% giá trị ban đầu? A 61,5 năm B 40,8 năm *C 28,6 năm D 2,46 năm 5.42 Một chất có số phân rã  Sau thời gian , số phần trăm hạt nhân chất phóng xạ bị  phân rã *A 95% B 2,5% C 5% D 97,5% 222 5.43 Một mẫu đồng vị rađôn ( Rn) có chu kì bán rã 3,8 ngày có khối lượng ban đầu m Sau 19 ngày, khối lượng chất có độ phóng xạ 0,5 Ci Khối lượng m0 *A 103 g B 0,31mg C 0,13g D.1,3 mg 13 5.44 Lúc đầu, tỉ số khối lượng chất phóng xạ A B : Nếu chu kì bán rã chúng tương 4T ứng T sau thời gian 4T tỉ số khối lượng A B 3 A B *C D 5.45 Một tượng cổ gỗ có độ phóng xạ H Một khúc gỗ vừa chặt, có khối lượng có độ phóng xạ 1,5H Chu kì bán rã C14 5730 năm Tuổi tượng cổ A 4100 năm B 3510 năm *C 3350 năm D 3210 năm 5.46 Một lượng chất có độ phóng xạ 288 Bq thời điểm bắt đầu quan sát Sau 328 ngày độ phóng xạ chất đo 72Bq Chu kì bán rã chất A 82 ngày *B 164 ngày C 41 ngày D 123 ngày 5.47 Số hạt lượng chất giảm lần thời gian t Hằng số phóng xạ chất ln ln ln t.ln3 A   *B   C   D   t t t.ln ln 5.48 Một chất có số phóng xạ  = 0,5544.s-1 Sau thời gian có 87,5% số hạt nhân ban đầu chất bị phân rã? A 0,75s B 1,25s C 2,5s *D 3,75s 5.49 Có hai chất phóng xạ A B với số phóng xạ 1, 2 với 2 = 41 Lúc đầu chúng có khối lượng tương ứng m0 2m0 Sau khoảng thời gian khối lượng chúng nhau? ln ln ln ln A t  B t  *C t  D t  1 1 31 31 14 HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Chủ đề TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN PHĨNG XẠ 5.1 Bán kính điện tích riêng (q/m) đồng vị O16 tương ứng q 8e q 8e   R O16  R 16 ; ; đồng vị O18 RO18 = r0 18 ; ; m O16 16u m O18 18u 18 16   16 18 5.2 Trong phân tử CO2 có: 12 + 2.16 = 44 nuclôn nên tổng số nuclôn 100 N 6.02.10 23.44  6,02.10 25 44 5.3 Gọi tỉ lệ số hạt C/35 tự nhiên x thì: x.34,969  (1  x)36,996   35,45u ; 36,996  35,45 x �0,758  75,8% 36,9996  34,969 Các tỉ số cần tìm là: 5.4 Áp dụng công thức: m  5.5 11 B;3 T;73 277.14,00307  1.15,00011 �14,0067u (277  1) Li 5.6 Chọn C 5.7 Chọn B 5.8 Chọn C 5.9 Chọn A 5.10 Chọn D Căn vào cơng thức tính gần bán kính hạt nhân: A3 ta thấy thể tích hạt nhân V ~ R ~ A Khối lượng hạt nhân m tính gần tỉ lệ với m A: m ~ A(u) Do đó, khối lượng riêng D = khơng phụ thuộc vào A mà có giá trị gần đối V với hạt nhân không phụ thuộc vào số Z R = 1,2.10 - 15 5.11 Năng lượng liên kết hạt nhân 12 N là: Wlk = (7mp + 7mn - mn)c2 = (7.1,007276 + 7.1,008665 - 13,9992).931,5 = 104,6 MeV W 104,6 �7,47MeV Năng lượng liên kết riêng: lk  A 14 5.12 Năng lượng toả tạo thành hạt nhân He: W1  2m p  2m n  m = (2.1,007276 + 2.1,008665 - 4,0015)931,5  28,3MeV Năng lượng toả tạo thành kg hạt nhân He: 15 6,022.1026.28,3.1,6.10-13 = 6,8.1014J 5.13 a) Gọi me khối lượng êlectron Khối lượng hạt nhân là: MU235 = mU235 - 92me; MU236 = - 92me Theo định luật bảo toàn lượng, lượng cần cung cấp là: E = (mn + MU235 - MU236)c2 = (mn + MU235 - 92me - MU236 + 92me)c2 = (1,008665 + 235,0439 - 236,0457).931,5 = 6,39 MeV b) Khơng thể hạt nhân U 235 nơtron bắn theo hai hướng khác Hạt nhân U 235 có động ban đầu đó thường trạng thái kích thích 5.14 Chọn C 5.15 Chọn C có hạt nhân có tỉ số giống tính chất khác 5.16 Chọn B 5.17 Chọn D 5.18 Chọn B W= 5.19 Chọn A Khối lượng hạt nhân 12 C là: m C12  12.1,66058.10 27  6.9,1.10 31 �19,9215.10 27 kg Độ hụt khối lượng: m  3.4,0015.1,66058.10 27  19,9215.10 27 �1,293.10 29 kg mc 1,293.1029 (3.108 ) f  �1,76.10 21 Hz 34 h 6,625.10 5.21 Chọn A Độ hụt khối hạt nhân là: m  Wlk 7,75.17  �0,14144u 931,5 c2 Khối lượng hạt nhân: m = 8mp + 9mn - m = 8.1,007276 + 9.1,008665 - 0,14144  16,995u 5.22 Phương trình phản ứng : 234 U 92 �42 He  230 Th 90 Bỏ qua xạ kèm theo Động lượng hệ bảo toàn: m He v He  mTh v Th  v Th  m He v He  v �0,0174v He m Th 230 He hf 17,2  8,02434  �8,005865u 931 c 5.24 Chọn D 5.25 Chọn C 5.26 Chọn D 5.27 Chọn B Bản chất tia  ánh sáng giống nhau, xạ điện từ 5.23 hf  (m  m )c � m  m  5.28 Chọn C Khối lượng hạt  gấp khoảng 7000 lần khối lượng hạt  nên gia tốc thu nhỏ hơn, lệch 5.29 Chọn D 5.30 Chọn B 5.31 Chọn C 5.32 Chọn D 5.33 Chọn C t 14 �,09 ; m  m 0e t  100.e 1,09 �33,6g 5.34 a)  t  ln  0,693 T 8,9 m0 t ; 0,693  ln100 �4,605 ; t  59 ngày T m 5.35 Vì t = năm