CHƯƠNG 6 LƯỢNG tử ÁNH SÁNG CHƯƠNG 7 hạt NHÂN NGUYÊN tử

MỤC LỤC Chương 6 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Chủ đề 1 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1 A TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 2 Dạng1 Bài toán liên quan đến vận dụng các định luậ.

MỤC LỤC Chương : LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Chủ đề 1.HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG………………1 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT………………………………………………………………………1 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN.……………………………………………… Dạng1:Bài tốn liên quan đến vận dụng định luật quang điện…………………………… 1.1.Sự truyền photon………………………………………………………………………… 1.2.Điều kiện để xảy tượng quang điện……………………………………………… 1.3.Công thức Anhxtanh……………………………………………………………………… 1.4.Tế bào quang điện……………………………………………………………………………6 1.5.Điện cực đại cảu vật dẫn trung hịa lập……………………………………………….7 1.6.Qng đường tối đa điện trường cản………………………………………….9 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………… Dạng 2:Bài toán liên quan đến chuyển động electron điện từ trường……………… 14 2.1.Chuyển động từ trường theo phương vng góc…………………………………14 2.2 Chuyển động điện trường…………………………………………………………….14 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………… 19 Dạng 3:Liên quan đến tia X(tia RƠN-GHEN)………………………………………………….23 3.1.Tần số lớn bước sóng nhỏ chùm tia X………………………………… 23 3.2.Nhiệt lượng mà anốt nhận được…………………………………………………………… 24 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………… 27 Chủ đề 2:HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG…………………………………………… 31 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT………………………………………………………………………31 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN.……………………………………………… 32 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………… 33 Chủ đề 3:MẪU NGUYÊN TỬ BO.QUANG PHỔ NGUN TỬ HIDRO……………………35 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT………………………………………………………………………35 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN.……………………………………………… 36 Dạng 1:Bài tốn liên quan đến vận dụng tiên đề Bo cho nguyên tử Hidro…………………36 1.1.Trạng thái dừng.Qũy đạo dừng…………………………………………………………… 36 1.2.Bức xạ hấp thụ………………………………………………………………………………38 1.3.Kích thích nguyên tử Hidro…………………………………………………………………40 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………….42 Chủ đề 4:HIỆN TƯỢNG QUANG-PHÁT QUANG.SƠ LƯỢC VỀ LAZE………………… 46 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 46 B.PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC DẠNG BÀI……………………………………………………47 1.HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG…………………………………………………………… 47 2.LAZE…………………………………………………………………………………………48 BÀI TẬP TỰ LUYỆN………………………………………………………………………….51 Chương : HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Chủ đề 1.TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN……………………………………54 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 54 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN.……………………………………………… 54 DẠNG 1:BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN……… 55 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………….56 DẠNG 2:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP…………………… 59 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………….60 Chủ đề 2.NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN.PHẢN ỨNG HẠT NHÂN……… 62 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 62 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN.……………………………………………….62 DẠNG 1:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN……… 63 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………….66 DẠNG 2:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA , THU…………………………………………………………………………………………… 68 2.1.Năng lượng phản ứng hạt nhân…………………………………………………………… 68 2.2.Năng lượng hạt nhân……………………………………………………………………… 70 2.3.Photon tham gia phản ứng………………………………………………………………… 71 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………… 71 DẠNG 3:BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN KÍCH THÍCH…………73 3.1.Tổng động hạt phản ứng …………………………………………………… 74 3.2.Tỉ số động năng…………………………………………………………………………… 75 3.3.Quan hệ vectơ vận tốc……………………………………………………………………….76 3.4.Phương trình chuyển động hạt…………………………………………………… 78 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………….83 Chủ đề 3.PHẢN ỨNG HẠT NHÂN……………………………………………………………89 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 89 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN.……………………………………………….90 DẠNG 1:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA , THU…………………………………………………………………………………………… 90 1.1.Năng lượng phản ứng hạt nhân…………………………………………………………… 91 1.2.Năng lượng hạt nhân……………………………………………………………………… 91 1.3.Photon tham gia phản ứng………………………………………………………………… 92 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM …………………………………………………………………… 93 DẠNG 2:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN KÍCH THÍCH…………95 2.1.Tổng động hạt phản ứng …………………………………………………… 95 2.2.Tỉ số động năng…………………………………………………………………………… 96 2.3.Quan hệ vectơ vận tốc……………………………………………………………………….98 2.4.Phương trình chuyển động hạt…………………………………………………… 99 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ……………………………………………………………………105 Chủ đề 4.PHÓNG XẠ………………………………………………………………………….111 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 111 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN.………………………………………………114 DẠNG 1:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT PHĨNG XẠ……… 114 1.1.Khối lượng cịn lại khối lượng bị phân rã……………………………………………….114 1.2.Số hạt lại số hạt bị phân rã………………………………………………………….115 1.3.Phần trăm lại phân trăm bị phân rã…………………………………………………117 1.4.Số hạt nhân tạo thành………………………………………………………………….119 1.5.Khối lượng hạt nhân con………………………………………………………………… 122 1.6.Tỉ số nhân số hạt nhân mẹ lại……………………………………………… 122 1.7.Số hạt nhân tạo từ t1 đến t2………………………………………………………….125 1.8.Số chấm sáng huỳnh quang………………………………………………………126 1.9.Viết phương trình phản ứng hạt nhân………………………………………………………127 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ……………………………………………………………………128 DẠNG 2:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ………138 2.1.Độ phóng xạ lượng chất……………………………………………………………… 138 2.2.Số hạt bị phân rax thời gian ngắn…………………………………………………….139 2.3.Ứng dụng chữa bệnh ung thư……………………………………………………………….140 2.4.Tuổi thiên thế………………………………………………………………………… 141 2.5.Tuổi đá…………………………………………………………………………………142 2.6.Tuổi cổ vật có nguồn gốc sinh vật…………………………………………………… 143 2.7.Đo thể tích máu thể sống………………………………………………………….144 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ……………………………………………………………………144 DẠNG 3:BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHÓNG XẠ…………………….149 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ……………………………………………………………………155 Chủ đề PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH ……………………… 158 A.TĨM TẮT LÍ THUYẾT…………………………………………………………………… 158 B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN.………………………………………………160 Dạng 1: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯƠNG PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH…….160 Dạng 2: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯƠNG PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH……160 2.1.Năng lượng phản ứng nhiệt hạch………………………………………………………… 163 2.2.Bức xạ lượng Mặt trời, sao………………………………………………… 164 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ………………………………………………………………… 168 CHỦ ĐỀ HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Hiện tƣợng quang điện a Thí nghiệm Héc tƣợng quang điện (1887) Gắn kẽm tích điện âm vào cần tĩnh điện kế, kim điện kế lệch góc L G Zn Chiếu chùm ánh sáng hồ quang vào kẽm góc lệch kim điện kế giảm Thay kẽm kim loại khác, ta thấy tượng tương tự Kết luận: Ánh sáng hồ quang làm bật êlectron khỏi mặt kẽm b Định nghĩa Hiện tượng ánh sáng (hoặc xạ điện từ) làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài) Định luật giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào làm loại có bước sóng nhỏ bước sóng λ0 λ0 gọi giới hạn quang điện làm loại đó: λ  λ0 (2) Trừ kim loại kiềm vài kim loại kiềm thổ có giới hạn quang điện miền ánh sáng nhìn thấy, kim loại thường dùng khác có giới hạn quang điện miền từ ngoại Thuyết sóng điện từ ánh sáng khơng giải thích mà giải thích thuyết lượng tử Thuyết lƣợng tử ánh sáng a Giả thuyết Plăng Lượng lượng mà nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định hf; f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; h số Lượng tử lượng: ε = hf, h gọi số Plăng: h = 6,625.10−34J.s b Thuyết lƣợng tử ánh sáng + Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn + Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, phơtơn giống nhau, phôtôn mang lượng hf + Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo tia sáng + Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n c Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lƣợng tử ánh sáng Anh−xtanh cho rằng, tượng quang điện xảy êlectron kim loại hấp thụ phôtôn ánh sáng kích thích Phơtơn bị hấp thụ truyền tồn lượng cho êlectron Năng lượng ε dùng để − Cung cấp cho êlectron công A, gọi cơng thốt, để êlectron thẳng lực liên kết với mạng tinh thể thoát khỏi bề mặt kim loại; − Truyền cho êlectron động ban đầu; − Truyền phần lượng cho mạng tinh thể Nếu êlectron nằm lớp bề mặt kim loại mà không lượng truyền cho mạng tinh thể Động ban đầu êlectron có giá trị cực đại W0d  Áp dụng định luật hảo tồn lượng, ta có: W0d  mv02 max mv02 max c  * Để tượng quang điện xảy ra:   A hay h  A    Đặt 0  hc A hc    0 A Lƣỡng tính sóng − hạt ánh sáng * Có nhiều tượng quang học chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng (như giao thoa, nhiễu xạ ); lại có nhiều tượng quang học khác chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt Điều chứng tỏ: Ánh sáng có lưỡng tính sóng − hạt * Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rõ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rõ, tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phơtơn ứng với có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, tác dụng phát quang , cịn tính chất sóng mờ nhạt Trái lại, sóng điện từ có bước sóng dài, phơtơn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rõ (ở tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, ), cịn tính chất hạt mờ nhạt Lưu ý: + Dù tính chất ánh sáng thể ánh sáng có chất sóng điện từ + Lưỡng tính sóng − hạt phát ánh sáng, sau lại phát hạt vi mơ, êlectron, prơtơn, Có thể nói: lưỡng tính sóng − hạt tính chất tổng qt vật Tuy nhiên, với vật có kích thước thơng thường, phép tính cho thấy sóng tương ứng với chúng có bước sóng q nhỏ, nên tính chất sóng chúng khó phát B PHƢƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn liên quan đến vận dụng định luật quang điện Bài toán liên quan đến electron quang điện chuyển động điện từ trường Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN VẬN DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN Sự truyền phôtôn Năng lượng phôtôn: hc   hf   Gọi N số phôtôn chiếu vào hay phát giây cơng suất chùm sáng: P  N  N  P P P    hf hc Ví dụ 1: Cơng suất nguồn sáng P = 2,5 W Biết nguồn phát ánh sáng đơn sắc đơn sắc có bước sóng λ = 0,3 µm Cho số Plăng 6,625.10−34 Js tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Số phôtôn phát từ nguồn sáng phút A 2,26.1020 B 5,8.1018 C 3,8.1019 D 3,8.1018 Hướng dẫn Số phôtôn phát từ nguồn sáng giây: N  P P P 2,5.0,3.106     3,37.108  hf hc 19,875.1026 Số phôtôn phát từ nguồn sáng phút: 60.N  60.3,77.1018  2, 26.1020  Chọn A Chú ý: Trong công thức   hc  với λ bước sóng ánh sáng đơn sắc chân không Nếu cho bước sóng truyền mơi trường có chiết suất n λ’   n '   hc hc   ' Ví dụ 2: Một xạ hồng ngoại truyền mơi trường có chiết suất 1,4 có bước sóng µm xạ tử ngoại truyền mơi trường có chiết suất 1,5 có bước sóng 0,14 µm Tỉ số lượng phơ tôn phô tôn A 24 lần B 50 lần C 20 lần D 230 lần Hướng dẫn hc hc   n  '2 n ' 3.1,    1'   20  hc hc 1 n  0,14.1,5 1 n 1' Chọn A Ví dụ 3: (CĐ−2008) Trong chân khơng, ánh sáng đỏ có bước sóng 720 nm, ánh sáng tím có bước sóng 400 nm Cho hai ánh sáng truyền môi trường suốt chiết suất tuyệt đối mơi trường hai ánh sáng 1,33 1,34 Tỉ số lượng photon đỏ lượng phơtơn tím mơi trường A 133/134 B 5/9 C 9/5 D 2/3 Hướng dẫn 2 hc 1 400      1  '   d 720 Chọn B Ví dụ 4: Nếu mơi trường ta biết bước sóng lượng tử λ lượng  , chiết suất tuyệt đối mơi trường bao nhiêu? (Biết h số Plăng, c tốc độ ánh sáng chân không) A n  hc  B n  h c C n  h  D n  h c Hướng dẫn Bước sóng truyền mơi trường có chiết suất n λ bước sóng chân khơng 0  n nên  hc hc hc  n   n  Chọn A Ví dụ 5: (ĐH−2012) Laze A phát chùm xạ có bước sóng 0,45 µm với công suất 0,8W Laze B phát chùm xạ có bước sóng 0,60 µm với cơng suất 0,6 W Tỉ số số phôtôn laze B số phôtôn laze A phát giây A B 20/9 C D 3/4 Hướng dẫn hc NB PB B N P  hc P  N  N    B  B B 1  PA N hc N A PA  A A A Chọn A Ví dụ 6: (ĐH−2012) Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phát biểu sau sai? A Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng B Phôtôn ánh sáng đơn sắc khác mang lượng khác C Năng lượng phôtôn không đổi truyền chân không D Phôtôn tồn trạng thái đứng yên trạng thái chuyển động Hướng dẫn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n  Chọn D Chú ý: Nếu nguồn sáng phát từ O với công suất P (số phô tôn phát giây N = P/ε) phân bố theo hướng số phơtơn đập vào diện tích S đặt cách O khoảng R n  kính r đường kính d Do đó: n  N P P S S S  4R hc 4R 4R S  r  d / Nếu S có dạng hình trịn bán R O P d hc 4R Ví dụ 7: Một nguồn sáng có cơng suất 3,58 W, phát ánh sáng tỏa theo hướng mà phô tôn có lượng 3,975.10−19 J Một người quan sát đứng cách nguồn sáng 300 km Bỏ qua hấp thụ ánh sáng khí Tính số phơtơn lọt vào mắt người quan sát giây Coi bán kính mm A 70 B 80 C 90 D 100 Hướng dẫn n N P 3,58 S  r  .4.106  100  Chọn D 2 19  4R 4R 3,975.10 4.3000002 Ví dụ 8: Một nguồn sáng có cơng suất 2,4 W, phát ánh sáng có bước sóng 0,6 µm tỏa theo hướng Hãy xác định khoảng cách xa người cịn trơng thấy nguồn sáng Biết mắt cảm nhận ánh sáng có 100 phơtơn lọt vào mắt giây Cho số Plăng 6,625.10−34 Js tốc độ ánh sáng chân khơng 3.108 m/s Coi đường kính vào khoảng mm Bỏ qua hấp thụ ánh sáng khí A 470 km B 274 km C 220 m D.269km Hướng dẫn Á dụng: n  P4R pd 2, 4.0, 6.106 .0, 042  100  hc 4R 4 19,875.1026  R  269  km   Chọn D Chú ý: Cường độ sáng (I − đơn vị W/m2) lượng ánh sáng truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền: I A J S  m  t s   P  P  IS  N  IS S Ví dụ 9: Ánh sáng đơn sắc với bước sóng 0,39.10−6 m chiếu vng góc vào diện tích cm2 Cho số Plăng 6,625.10−34 Js tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Nếu cường độ ánh sáng 0,15 (W/m2) số photon đập lên diện tích đơn vị thời gian A 5.8.1013 B 1,888.1014 C 3.118.1014 D 1.177.1014 Hướng dẫn IS  P  N hc IS 0,15.4.104 , 0,39.106 N   1,177.1014   hc 19,875.1026 Chọn D Ví dụ 10: Có hai tia sáng đơn sắc khác (1) (2) chiếu tới thấu (1) kính lồi (làm thuỷ tinh) theo phương song song với trục (hình vẽ) A Phát biểu sau xác: O A Chiết suất thuỷ tinh ánh sáng ứng với tia sáng (1) lớn chiết (2) suất thuỷ tinh ánh sáng ứng với tia sáng (2) B Năng lượng photon ứng với tia sáng (1) nhỏ lượng photon ứng với tia sáng (2) C Tiêu điểm chung thấu kính cho hai tia sáng A D Ánh sáng ứng với tia sáng (1) có bước sóng ngắn ánh sáng ứng với tia sáng (2) Hướng dẫn Tia hội tụ điểm xa thấu kính nên chiết suất bé hơn, tức bước sóng lớn Do đó, lượng phôtôn nhỏ  Chọn B Điều kiện để xảy tƣợng quang điện Để xảy tượng quang điện thì:   0    A hc    hf     hc  19,875.1026  Js   hc     A Ví dụ 1: Cơng êlectrơn (êlectron) khỏi kim loại A = 1,88 eV Biết số Plăng h = 6,625.10−34 J.s, vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108m/s eV = 1,6.10−19 J Giới hạn quang điện kim loại A 0,33 µm B 0,22 µm C 0,66 10−19 µm D 0,66 µm Hướng dẫn Cách 1: 0  hc 19,875.1026   0, 66.106  m   A 1,88.1, 6.1019 Cách 2: 0  hc 6, 625.1034.l3.108 1, 242.106 1, 242    m  19 A A  eV  A  eV  A  eV  1, 6.10  0  Chọn D 1, 242  0, 66  m  1,88 Ví dụ 2: Cơng kim loại 4,5 eV Trong xạ λ1 = 0,180 µm; λ2 = 0,440 µm.; λ3 = 0,280 µm; λ4 = 0,210 µm; λ5 = 0,320 µm, xạ gây tượng quang điện chiếu vào bề mặt kim loại trên? Cho số Plăng 6,625.10−34 Js, tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s leV = 1,6.10−19 J A λ1, λ4 λ3 B λ1 λ4 C λ2, λ5 λ3 D Khơng có xạ Hướng dẫn 0  hc 19,975.1026   0, 276.106  m   1      A 4,5.1, 6.1019 Chọn B A RH < Rα < RĐ B RH = Rα < RĐ C Rα < RH < RĐ D RH < RĐ = Rα Hướng dẫn qvB  mCi mv R R  2W m  R   B e2   2W m 2W  R H  mH B B q e   2W mD R D  B e  mv 2  qB 2m  mH  mD   R  RH  RD  Chọn C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP Bài 1: Hạt nhân mẹ X đứng yên phóng xạ hạt α sinh hạt nhân Y Gọi mα my khối lượng hạt α hạt nhân Y; ΔE lượng phản ứng toả Động hạt α B m E /  mY  m  A m E / mY C mY E / m D mY E /  mY  m  Bài 2: Hạt nhân mẹ Ra226 đứng yên biến đổi thành hạt anpha hạt nhân Rn222 Tính động hạt anpha Cho mRa = 225,977u; mRn = 221,970u ; mx = 4,0015u; lu = 931 MeV/c2 A 0,09 MeV B 5,03 MeV C 503 MeV D 303,03.1029MeV Bài 3: Hạt nhân phóng xạ 86Rn222 đứng yên phát hạt α tạo thành hạt X Năng lượng toả phản ứng 14,15 MeV Xem khối lượng hạt nhân gần số khối tính theo đơn vị u Động hạt α là: A 13,895 MeV B 13,91 MeV 210 Bài 4: Hạt nhân 84Po C 12,91 MeV D 12,79 MeV đứng yên phóng xạ α sinh hạt nhân X Biết phản ứng giải phóng lượng 2,6 MeV coi tỉ số khối lượng ti số số khối Động hạt α A 2,75 MeV B 2,15 MeV C 3,5 eV D 2,55 MeV Bài 5: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234    Th230 Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Hỏi % lượng toả chuyển thành động hạt α A 98,22% B 98,29% C 98,24% D 98,25% Bài 6: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Biết động hạt α chiếm 98,29% Tính tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α A 57,46 B 57,47 C 57,48 D 57,49 Bài 7: Một hạt nhân mẹ có số khối A, đứng yên phân rã phóng xạ α (bỏ qua xạ γ) Vận tốc hạt nhân B có độ lớn v Coi khối lượng xấp xỉ số khối Độ lớn vận tốc hạt α A (A/4 - l)v B (A/4 + l)v C 4v/(A-4) D 4v/(A + 4) Bài 8: Hạt nhân Rn222 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình: Rn222 → α + X Biết lượng toả phản ứng 2.10-12 J chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: mTh = 54,5.mα; mα = 4,0015u, 1u = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha là: A 0,256.108 m/s B 0,243.108 m/s C 0,084 m/s 155 D 0,257.108 m/s Bài 9: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: mα = 4,0015u, mTh = 229,9737u, lu = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha 0,256.108 m/s Tính lượng phản ứng toả A 2,2.10-12J B 2,1.10-12J C 2,0.10-12J D 2,3.10-12 J Bài 10: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Tốc độ hạt cc phóng 1,51.107 m/s Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6.02.1023/mol Khối lượng mol Ra226 226 g/mol khối lượng hạt α 4,0015u, lu = 1,66.10-27 kg Khi phân rã hết 0,15 μg Ra226 nguyên chất lượng toả A 100 J B 120 J C 205 J D 308 J Bài 11: Hạt nhân A (có khối lượng nu) đứng yên phóng xạ thành hai hạt B (có khối lượng mB) C (có khối lượng mc) theo phương trình: A → B + C Bỏ qua hiệu ứng tương đối tính Nếu động hạt B WB phản ứng toả lượng A WB.mc/(mB + mc) B WB.mB/(mB + mc) C WB.(ms + mc)/mB D WB.(mB + mc)/mc Bài 12: Hạt nhân phóng xạ U234 đứng yên phát hạt α với động 13 MeV biến đổi thành hạt nhân Th230 Coi khối lượng xấp xỉ số khối Năng lượng phản ứng phân rã là: A 13,226 MeV B 13,224 MeV C 0MeV D 13,227 MeV Bài 13: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Động hạt α phóng 4,8 MeV Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol, khối lượng mol Ra226 226 g/mol Khi phân rã hết g Ra226 nguyên chất lượng toả A l,3.1022MeV B 4,8.1022 MeV C 1,4,1023 MeV D MeV Bài 14: Pơlơni 84Po210 chất phóng xạ α thành hạt nhân chì Pb206 với chu kì bán rã 138 (ngày) Độ phóng xạ ban đầu của lượng chất phóng xạ 1,67.10u (Bq) Cho khối lượng: mα = 4,0015u; mPo = 209,9828u; mPb = 205,9744u; NA = 6,02.1023; luc2 = 931 (MeV) Tìm lượng toả lượng chất phân rã hết A 1,844.1019 (MeV) B 6,42 (MeV) C 1,845 1019 (MeV) D 1,66.1019 (MeV) Bài 15: Tìm lượng tỏa mol U234 phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thôri Th230 Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV/nuclôn, U234 7,63 MeV/nuclôn, Th230 7,7 MeV/nuclôn Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol A 13,98 MeV B 8,42.1024 MeV C 11,51.1024 MeV D 17,24 MeV Bài 16: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α: U234 → α + Th230 Biết lượng toả ứong phản ứng 13,7788 MeV chuyển hết thành động hạt tạo thành Trong thực tế người ta đo động hạt α 13 MeV Sự sai lệch kết tính tốn kết đo giải thích có phát xạ γ Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Tính bước sóng xạ γ A 2,4 (μm) B 2,1 (αm) C 2,2 (αm) 156 D 2,3 (αm) Bài 17: Hạt  có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc v Bán kính quỹ đạo A R  mv qB B R  qB mv C R  mv B D R  mv qB Bài 18: Hạt α có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc quỹ đạo đường trịn Thời gian để hạt hết vòng quỹ đạo A T  2 qB B T  2m qB C T  m qB D T  m 2qB ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 1.D 2.B 3.A 4.D 5.B 6.C 7.A 8.B 11.D 12.A 13.A 14.C 15.B 16.D 17.A 18.B 157 9.A 10.D CHỦ ĐỀ PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Cơ chế phản ứng phân hạch a Phản ứng phân hạch gì? − Là vỡ hạt nhân nặng thành hạt nhân trung bình (kèm theo vài nơtrôn phát ra) b Phản ứng phân hạch kích thích −Chỉ xét phản ứng phân hạch hạt nhân: 235 92 U; 238 92 U; 239 94 Pu n  X   X*   Y  Z  kn  k  1, 2,3 − Q trình phân hạch X khơng trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X* Năng lượng phân hạch − Xét phản ứng phân hạch: 235 236 138 1 235 236 130 95 n 92 U 92 U* 95 39 Y 53 I  30 n; n 92 U 92 U* 54 Xe 38 Sr  20 n a Phản ứng phân hạch toả lượng − Phản ứng phân hạch 235 92 U phản ứng phân hạch toả lượng, lượng gọi lượng phân hạch − Mỗi phân hạch 235 92 U tỏa lượng 200 MeV b Phản ứng phân hạch dây chuyền − Giả sử sau phân hạch có k nơtrơn giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 92 U tạo nên phân hạch − Sau n lần phân hạch, số nơtrơn giải phóng kn kích thích kn phân hạch + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát không đổi + Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh, gây bùng nổ − Khối lượng tới hạn 235 92 U vào cỡ 15kg, 239 94 Pu vào cỡ kg c Phản ứng phân hạch có điều khiển − Được thực lò phản ứng hạt nhân, tương ứng hường hợp k = − Để đảm bào cho k = 1, người ta dùng điều khiển có chứa Bo hay cadimi − Năng lượng toả không đối theo thời gian 158 II PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Cơ chế phản ứng tổng hợp hạt nhân a Phản ứng tổng hợp hạt nhân gì? − Là trình hai hay nhiều hạt nhân nhẹ ( A  10 ) hợp lại thành hạt nhân nặng H 13 H 24 He 10 n Phản ứng toả lượng: Qtỏa = 17,6MeV b Điều kiện thực − Nhiệt độ từ 50 đến trăm triệu độ − Mật độ hạt nhân plasma (n) phải đủ lớn − Thời gian trì trạng thái plasma (  ) phải đủ lớn n  1014 1016  s cm3 Năng lượng tổng hợp hạt nhân − Năng lượng toả phản ứng tổng hợp hạt nhân gọi lượng tổng hợp hạt nhân − Thực tế chi quan tâm đến phản ứng tổng hợp tạo nên hêli 1 H 12 H 32 He; 11H 13 H 42 He; 12 H 12 He 42 He H 13 H 42 HE 10 n; 12 H 36 Li   42 He  + Năng lượng tỏa tổng hợp (g) heli gấp 10 lần lượng tỏa phân hạch (g) urani Phản ứng tổng hợp hạt nhân vũ trụ − Năng lượng phát từ Mặt Trời từ hầu hết vũ trụ có nguồn gốc lượng tổng hợp hạt nhân − Q trình tổng hợp Heli từ hiđrơ: 411 H 42 He  210 e  200 v  2 Phản ứng xảy 30 triệu độ, lượng toả 26,8 MeV Phản ứng tổng hợp hạt nhân Trái Đất a Phản ứng tổng hợp hạt nhân không điều khiển Con người tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân thử bom H b Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển − Hiện sử dụng đến phan ứng: 12 H 12 He 42 He 10 n  17,6  MeV  − Cần tiến hành việc: + Đưa vận tốc hạt lên lớn (bằng nhiệt độ cao, dùng máy gia tốc, dùng chùm laze cực mạnh) + “Giam hãm” hạt nhân phạm vi nhỏ hẹp để chúng gặp c Ưu việt lượng tổng hợp hạt nhân − So với lượng phân hạch, lượng tổng hợp hạt nhân ưu việt hơn: + Nhiên liệu dồi + Không gây ô nhiễm môi trường * Lưu ý: Phóng xạ, phân hạch nhiệt hạch phản ứng hạt nhân tỏa lượng 159 Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Năng lượng toàn phần phân hạch: E    mt   ms  c2  Năng lượng toàn phần N phân hạch: Q  N.E N m  kg  0, 235  kg  N A nên Q  m  kg  0, 235  kg  N A E Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng H lượng có ích cơng suất có ích là: m  kg   N A E Ai  HQ  H 0, 235  kg    Ai  Pi  t  Ví dụ 1: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92235 U 10 n 9542 Mo 139 Cho biết khối lượng 57 La  20 n   e hạt nhân là: mu = 234,99u; mM0 = 94,88u; mLa = 138,87u; mn = l,01u, me  1uc2 = 931 MeV Năng lượng phân hạch toả A 216,4 (MeV) B 227,14 (MeV) C 214,13 (MeV) D 227,18 (MeV) Hướng dẫn E    mt   ms  c2  214,13  MeV   Chọn C Ví dụ 2: Trong phản úng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 214 (MeV) Tính lượng toả ừong trình phân hạch (g) hạt nhân U235 lị phản ứng Cho biết số Avơgađrơ NA = 6,023.1023, MeV = 1,6.10−13 (J) A 8,8.104 (J) B 8,7.1010 (J) C 8,8.1010 (J) D 5,5.1010 (J) Hướng dẫn Q  NE  m  kg  0, 235  kg  N A E  0, 001 kg  0, 235  kg  6, 023.1023.214.1, 6.1013  8,8.1010  J   Chọn C Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng trung bình 200 MeV Lấy = 6,023.1023 mol−1, khối lượng mol urani U235 235 g/mol Năng lượng tỏa phân hạch hết kg urani U235 A 5,12,1026MeV B 51,2.1026MeV C 2,56.1015MeV D 2,56.1016MeV Hướng dẫn * Tính Q  NE  m 1000 N A E  / 6, 023.1023.200  5,13.1026  MeV  235 235  Chọn A Ví dụ 4: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 500 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.1023 A 4,55.109 (kWh) B 4,54 109 (kWh) C 4,56 109 (kWh) Hướng dẫn 160 D 4,53 109 (kWh) Ai  HQ  Ai  0, m  kg  0, 235  kg  N A E 500 1kWh 6, 023.1023.200.1, 6.1013  4,56.109  kWh   Chọn C 0, 235 36.10 Ví dụ 5: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất 2461 kg Cho biết số Avơgađrơ NA = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1919 MW B 1920 MW C 1921 MW D 1922 MW Hướng dẫn Pi  m  kg  Ai  H N A E t t 0, 235  kg  Pi  2461 0,3 .6, 023.1023.200.1, 6.1013  1920.106  W  365.86400 0, 235  Chọn B Ví dụ 6: Một tàu ngâm có cơng suất 160 KW, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Hỏi sau tiêu thụ hết 0,5 kg U235 nguyên chất? Coi NA = 6,023.1023 A 592 ngày B 593 ngày C 594 ngày D 595 ngày Hướng dẫn Từ Pi  m  kg  Ai  H N A E  t  t t 0, 235  kg  0, t H m  kg  N A E 0, 235  kg  Pi 0,5  kg  6, 023.1023.200.1, 6.1013 0, 235  kg  1  x  593 (ngày)  Chọn B 86400 160.103 Ví dụ 7: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng ΔE Hỏi sau thời gian t hoạt động nhà máy tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A (P.t)(H ΔE) B (H ΔE)/(P.t) C (P.H)/(ΔE.t) D (P.t.H)/(ΔE) Hướng dẫn Năng lương có ích: Ai  Pt Năng lượng có ích phân hạch : Q1  H.E N Ai Pt   Chọn A Q1 H.E Ví dụ 8: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng AE (J) Hỏi sau thời gian t (s) hoạt động nhà máy tiêu thụ kg U235 nguyên chất Gọi NA số Avogdro A (P.t.0,235)/(H.ΔE.NA) B (H ΔE.235)/(P.t.NA) 161 C (P.H.235)/(ΔE.t.NA) D (P.t.235)/(H ΔE.NA) Hướng dẫn Năng lương có ích: Ai  Pt Năng lượng có ích phân hạch : Q1  H.E Suy N  Ai Pt  Q1 H.E Số kg U cần phân hạch: m  N Pt 0, 235 0, 235   Chọn A NA N A H.E Ví dụ 9: (ĐH − 2013) Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 200 MW Cho tồn lượng mà lị phản ứng sinh phân hạch 235u đồng vị chì bị tiêu hao q trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro NA = 6,023.1023mol−1 Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 461,6 g B 461,6 lcg C 230,8 kg D 230,8 g Hướng dẫn Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich = Pich.t = 200.106.3.365.86400 = 1,89216.1016 (J) Vì phân hạch tỏa ΔE = 200 MeV = 3,2.10−11u (J) nên số hạt U235 cần phân hạch là: N  N 5,913.1026 A 0, 235  230,8  kg   NA 6, 02.1023 Chọn C Ví dụ 10: (THPTQG − 2017) Giả sử, nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu urani U235 Biết công suất phát điện 500 MW hiệu suất chuyển hóa lượng hạt nhân thành điện 20% Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng 3,2.10−11 J Lấy NA = 6,023.1023 khối lượng mol U235 235 g/mol Nếu nhà máy hoạt động liên tục lượng urani U235 mà nhà máy cần dùng A 962 kg B 1121 kg C 1352,5kg D 1421 kg Hướng dẫn * Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich 100/20 = 5Pich.t= 5.500.106.365.86400 = 7,884.1016 (J) * Mỗi phân hạch tỏa E  3, 2.1011  J  nên số hạt phân hạch: N  * Khối lương U235: m  N 2, 46375.1027 A 0, 235  962  kg   NA 6, 02.1023 A E = 2,46375.1027 Chọn A Ví dụ 11: Một nhà máy điện ngun tử có cơng suất phát điện 182.107 (W), dùng nãng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất bao nhiêu, số Avogadro 6,022.1023 A 2333 kg B 2461 kg C 2362kg D 2263 kg Hướng dẫn 162 Năng lượng có ích: Ai = Pt Năng lượng có ích: Q1  H.E Số hạt cần phân hạch: N  Ai Pt  Q1 H.E Khối lượng U235 cần phân hạch: m  N Pt.0, 235 0, 235   2333  kg  NA N A H.E  Chọn A Ví dụ 12: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 1920 (MW) dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,2.10-11 (J) Nhiên liệu dùng hợp kim chứa U235 làm giàu 36% Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng nhiên liệu Coi NA = 6,022.1023 A 6,9 (tấn) B 6,6 (tấn) C 6,8 (tấn) D 6,7 (tấn) Hướng dẫn Khối lượng U235 cần phân hạch: m  Pt.0, 235  2461 (kg) N A H.E Khối lượng nhiên liêu cần phân hạch: 2461 100  6,8.103  kg   36 Chọn C Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Năng lượng phản ứng nhiệt hạch Năng lượng toàn phần phản ứng: E    mt   ms  c2  Năng lượng toàn phần N phản ứng: Q  NE Nếu phản ứng có k hạt X số phản ứng: N  N X mX  NA k k AX Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O, số hạt D có m = VD khối lượng nước tự nhiên: N D  2N D2O  m D2 O 20 N A  m.0, 015% VD.0, 015% NA  NA 20 20 Ví dụ 1: Tính lượng giải phóng tổng hợp hai hạt nhân đơtêri thành hạt α phản ứng nhiệt hạch? Cho biết khối lượng hạt: mD = 2,01402u ; mα = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) A 26,4 (MeV) B 27,4 (MeV) C 24,7 (MeV) D 27,8 (MeV) Hướng dẫn D 12 D 42 He  Q   2mD  mH  c2  24,7  MeV   Chọn C Ví dụ 2: (CĐ−2010) Cho phản ứng hạt nhân 13 H 12 H 42 He 10 n  17,6 MeV Lấy số Avôgađrô NA = 6,02.1023 mol−1, lMeV = l,6.10−13 J Năng lượng tỏa tổng hợp g khí heli xấp xỉ A 4,24.108J B 4,24.105J C 5,03.10nJ Hướng dẫn 163 D 4,24.1011 J Số phản ứng ố hat He: N  NHe  mHe N A  6, 023.1023  1,505.1023 A He Q  N.E  1,505.1023.17,6.1,6.1013  4, 24.1011  J   Chọn D Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho phản ứng hạt nhân: 37 Li 11 H 42 H  X Năng lượng tỏa tổng hợp mol heli theo phản ứng 5,2.1024 MeV Lấy NA = 6,02.1023 mol−1 Năng lượng tỏa phản ứng hạt nhân A 69,2 MeV B 34,6 MeV C 17,3 MeV D 51,9 MeV Hướng dẫn * Từ 37 Li 11 H 42 H  X ta thấy có phản ứng tạo thành hạt nhân He nên số phản ứng = 0,5 lần số hạt nhân He = 0,5NA * Gọi ΔE lượng tỏa sau phản ứng tổng hợp mol He lượng tỏa ra: Q  0,5 NA E  5, 2.1024  0,5.6,02.1023 E  E  17,3  MeV   Chọn C Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân: D  D  T  p  5,8.1013 (J) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O Cho biết khối lượng mol D2O 20 g/mol số Avơgađrơ NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có (kg) nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6.109 (J) B 2,7.109(J) C 2,5.109 (J) D 5,2.109 (J) Hướng dẫn Số phản ứng nửa số hạt D: N m D2 O 103  g  0, 015% 1 ND  2N D2O  NA  6, 023.1023  4,51.1021 2 20 20 Q  NE  4,51.1021.5,8.1013  2,6.109  J   Chọn A Bức xạ lượng Mặt Trời, Nếu thời gian t, khối lượng Mặt Trời giảm xạ m lượng xạ tồn phần cơng E  mc2 suất xạ toàn phần là:  E mc2 Pt m P   t t c  Phần trăm khối lương bi giảm sau thời gian t là: h  m , với M khối lượng Mặt Trời M Ví dụ 1: (ĐH − 2007) Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Mặt Trời giảm lượng 3,744.1014 kg Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Công suất xạ (phát xạ) trung bình Mặt Trời A 3,9.1020 MW B 4,9.1040 MW C 5,9.1010 MW Hướng dẫn P E mc2   3,9.1026  W   Chọn A t t 164 D 3,9.1015 MW Ví dụ 2: Mặt Trời có khối lượng 2.1030 (kg) công suât xạ 3,8.1026 (W) Nếu công suất xạ khơng đối sau tỉ năm nữa, phần khối lượng giảm phần trăm khối lượng Xem năm có 365,2422 ngày tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0,005% B 0,006% C 0,007% D 0,008% Hướng dẫn h m Pt 3,8.109.365, 2422.86400    0, 007%  M Mc2 2.1030.9.1016 Chọn C Ví dụ 6: Mặt Trời có khối lượng 2.1030 (kg) cơng suất xạ tồn phần 3,9.1026 (W) Nếu cơng suất xạ khơng đổi sau khối lượng giảm 0,01%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,85 tỉ năm B 1,46 tỉ năm C 1,54 tỉ năm D 2,12 tỉ năm Hướng dẫn 0, 01 Pt 104.2.1030.9.1016 1(nam) h  t   1, 46.109 (năm) s  x 100 365, 2422.86400 mc2 3,9.1026 Ví dụ 7: Mặt trời có cơng suất xạ tồn phần 3,8.1026 (W) Giả thiết sau giây Mặt Trời có 200 (triệu tấn) Hêli tạo kết chu trình cacbon — nitơ 411 H 42 He  2e Chu trình đóng góp phần trăm vào công suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV A, 32% B 33% C 34% D 35% Hướng dẫn Trong giây, số hạt nhân Heli tạo thành là: N  200.106.106  g  6, 023.1023  3, 0115.1037 Trong giây chu trình xạ lượng là: Q1  N.26,8.1,6.1013  129.1024  J  Công suất xạ chu trình là: P1  Qt  129.1024  W  t Chu trình đóng góp số phần trăm vào công suất xạ Mặt Trời là: 129.10  W  P1 100%  100%  34%  P 3,8.1026 24 Chọn C Ví dụ 8: Giả sử ngơi sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ thành hạt nhân 42 He ngơi lúc có 42 He với khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, 42 He chuyển hóa thành hạt nhân 12 C thơng qua q trình tổng hợp 42 He 42 He 42 He 126 C  7, 27MeV MeV Coi toàn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình P Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô NA = 6,02.1023 mol−1, leV = 1,6.10−19 J Thời gian để chuyển hóa hết 42 He thành 126 C vào khoảng 160 triệu năm Tính P A 5,3.1030 W B 4,6.1030 W C 4,5.1035 W Hướng dẫn * Số hat nhân He: N  m N A A * Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 165 D 4,8.1032 W * Năng lượng tỏa ra: Q  * Thời gian: t  mN A N E  E 3A Q mN A 4, 6.1032.6, 02.1023.7, 27.1, 6.1013  E  160.106.365, 25.86400  P 3.AP 3, 4.103 P  P  5,3.1030  W   Chọn A Ví dụ 9: (THPTQG − 2016): Giả sử sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ thành hạt nhân 42 He ngơi lúc chi có 42 He với khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, 42 He chuyển hóa thành hạt nhân 12 C thơng qua q trình tổng hợp 42 He 42 He 42 He 126 C +7,27 MeV Coi toàn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình 5,3.1030W Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol 42 He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô NA= 6,02.1023 mol−1, leV = 1,6.10−19 J Thời gian để chuyển hóa hết 42 He ngơi thành 126 C vào khoảng A 481,5 triệu năm B 481,5 nghìn năm C 160,5 nghìn năm D 160,5 triệu năm Hướng dẫn * Số hạt nhân He: N  m 4, 6.1023.103 NA  6, 02.1023  6,923.1058 A *Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 * Năng lượng tỏa ra: Q  * Thời gian: t  N 6,923.1058 E  7, 27.1, 6.1013  J  3 Q 6,923.1058.7, 27.1, 6.1013 1nam   160,5.106  nam  s  30 P 365, 25.86400  s  3.5,3.10  Chọn D Khái quát: * Bước 1: Tìm số hat: N  m N A A * Bước 2: Tìm số phản ứng: N pu  N k * Bước 3: Tìm lượng: Q  Npu E * Bước 4: Tìm thời gian: t  Q P Điểm nhấn: E  W  W B  1) Trong phóng xạ alpha viết phương trình phóng xạ: A  B    m W  m W    B B 2) Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng phân hạch U235 H lượng có ích cơng m  kg   N A E Ai  HQ  H 0, 235  kg  suất có ích là:  Ai  Pi  t 167 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 94 Bài 1: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92235 U 10 n 139 Cho biết khối lượng hạt nhân 53 I 39 Y  30 n là: mU = 234,99332u; mI = 138,897u; my = 93,89014u; mn = l,008665u 1uc2 = 931,5 MeV Năng lượng phân hạch toả A 175,9 (MeV) B 227,4 (MeV) C 178,3 (MeV) D 207,8 (MeV) Bài 2: Một lò phản ứng phân hạch có cơng suất 100 MW Cho tồn lượng mà lị phản ứng sinh phân hạch 235U đồng vị bị tiêu hao trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro NA = 6,02.1023moh-1 Khối lượng 235u mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 115,4 g B 115,4kg C 230,8 kg D 230,8 g Bài 3: Trong phản ứng phản hạch hạt nhân U235, lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 3,2.10-11(J) Tính lượng tỏa trình phân hạch (kg) hạt nhân U235 lò phản ứng Cho biết số Avôgadro NA = 6,023.10-23 A 8,2.1014 (J) B 8,2.1013 (J) C 8,8.1013 (J) Bài 4: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 235 92 D 8,8.1014 (J) 139  U 10 n 95 42 Mo 57 La  20 b   e Cho biết khối lượng hạt nhân là: mU = 234,99u; mMo = 94,88u; mLa = 138,87u; mn= l,01u, me ~ 1uc2= 931 MeV Biết số avôgađô NA= 6,023.1023 mol-1 leV = 1,6.10-19 J Năng lượng toả gam U235 phân hạch hết A 8,78.100J B 6,678.100J C 214.100J D 32,1.1010J Bài 5: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 250 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.100 A 4,55.100 (kWh) B 4,54.100 (kWh) C 4,56.100 (kWh) D 2,28.100 (kWh) Bài 6: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 35% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,04.10-11 (J) Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất 2000 kg Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1,92 GW B 1,73 GW C K93 GW D 2,77 GW Bài 7: Mỗi phân hạch hạt nhân U235 toả lượng hữu ích 185 MeV Một lị phản ứng công suất 100 MW dùng nhiên liệu U235 phải cần thời gian để tiêu thụ hết kg urani? A 8,78 (ngày) B 8,77 (ngày) C 8,76 (ngày) D 8,79 (ngày) Bài 8: Một tàu ngâm có công suât 500 (kW), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong ngày hoạt động cần tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A 675.1018 B 675.1019 C 675.1020 D 665.1019 Bài 9: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 192.107 (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất Số NA = 6,022.1023 A 2360 kg B 2461 kg C 2482 kg 167 D 3463 kg Bài 10: Mỗi phân hạch hạt nhân U235 nơtron toả lượng hữu ích 185 (MeV) Một lị phản ứng cơng st 100 (MW) dùng nhiên liệu U235 thời gian 8,8 ngày phải cần kg Urani? Cho biết số Avôaađrô NA = 6,022.1023, MeV= 1,6.10-13 (J) A kg B kg C kg D 0,5 kg Bài 11: Một tàu phá ngun tử có cơng suất lị phản ứng P = 18 MW Nhiên liệu urani làm giàu chứa 25% U235 Tìm khối lượng nhiên liệu cần để tàu hoạt động liên tục 60 ngày Cho biết hạt nhân U235 phân hạch toả 3,2.10-11 J Coi hiệu suất sử dụng 100% A 5,16 lcg B 4,95 kg C 3,84 kg D 4,55 kg Bài 12: Cho phản ứng hạt nhân: 12 D 12 D 32 He 10 n Biết khối lượng 12 D,32 He,10 n mD = 2,0135u; mHe = 3,0149u; mn = l,0087u Năng lượng tỏa phản ứng A 1,8821 MeV B 2,7391 MeV C 7,4991 MẹV D 3,1671 MeV Bài 13: Cho phản ứng hạt nhân: D + T → n + X Cho biết khối lượng hạt: mD = 2,0136u; mT = 3,016u; mn = l,0087u; mx = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O Cho biết khối lượng riêng nước (kg/lít), khối lượng mol D2O 20 g/mol số Avơgađrơ NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có 1m3 nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6 1013 (J) B 2,61.1013 (J) C 2,627.1013 (J) D 2763.1013 (J) Bài 14: Xét phản ứng nhiệt hạch: D + T → He + n Biết khối lượng hạt: mD = 2,0136 u; mT = 3,0160u; mHe = 4,0015u; mn = l,0087u;1u = 931,5 Mev/c2 MeV = 1,6.10-13 J số Avogadro 6,02.10-23 Nếu có lkmol He tạo thành theo phản ứng toả là: A 174.1012 KJ B 1,74.1012 KJ C 17,4,1012 KJ D 1,74.1012 J Bài 15: Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Thiên Lang giảm lượng 9,36.1015 kg Biêt tốc độ ánh sáng chân không 3.1 108 m/s Cơng suất xạ trung bình Thiên Lang A 97,5.1026 W B 9,75.1020 MW C 5,9.1010 MW D 5,9.1025W Bài 16: Mặt trời có cơng suất xạ 3,8.1026 (W) Sau giây khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,1 (triệu tấn) B 4,2 (triệu tấn) C 4,3 (triệu tấn) D 4,4 (triệu tấn) Bài 17: Mặt Trời có cơng suất xạ 3,9.1026 (W) Sau khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,68.1021 kg B 0,78.1013 kg C 1,56.1013 kg D 3,12.1013 kg Bài 18: Mặt trời có khối lượng 2.1030 (kg) cơng suất xạ 3,8.1026 (W) Nếu công suất xạ không đổi sau khối lượng giảm 0,014%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,5 tỉ năm B tỉ năm C 1,5 tỉ năm D 1,2 tỉ năm Bài 19: Mặt trời có cơng suất xạ tồn phần 3,8.1026 (W) Chu trình cacbon - nitơ đóng góp 34% vào cơng suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV Khối lượng mol He 4u/mol số Avôgađrô NA= 6,023.102 Sau phút Mặt Trời khối lượng Heli tạo chu trình cácbon-nitơ A 11 (tỉ tấn) B 12 (tỉ tấn) C (tỉ tấn) 168 D 10 (tỉ tấn) ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 3.B 4.A 5.D 6.B 7.A 8.B 9.B 13.B 14.B 15.A 16.B 17.C 18.B 19.B HẾT - 169 10.C 1.A 2.B 11.D 12.D ... E3  13, 6. 1, 6. 1019 31 32  21 1    19, 875 .10 26    E  2,3 87. 1019  J  ? ?6 ? ?6  0, 065 63.10 0,12 16. 10   hc 19, 875 .10 26     0,83.10? ?6  m   Chọn D E  E3  2,3 87. 1019 Kích... A 15.1 06 (m/s) B 1 ,6. 1 06 (m/s) C 1 /7. 1 06 (m/s) 43 D 1,8.1 06 (m/s) Bài 16: Khi chiếu xạ photon có lượng (eV), 12 ,75 (eV), 18 (eV) vào nguyên tử hiđrô trạng thái Biết mức lượng nguyên tử hiđrô... 0,33 µm B 0,22 µm C 0 ,66 10−19 µm D 0 ,66 µm Hướng dẫn Cách 1: 0  hc 19, 875 .10 26   0, 66 .10? ?6  m   A 1,88.1, 6. 1019 Cách 2: 0  hc 6, 62 5.1034.l3.108 1, 242.10? ?6 1, 242    m  19