Ôn thi Đại học lý thuyết môn Vật lý.pdf

Tài liệu ôn thi đại học lý thuyết môn vật lý.

Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Lời mở đầu Theo chủ trương Bộ Giáo Dục & Đào Tạo , từ năm 2007 hình thức thi cử đánh giá kết học tập em học sinh môn Vật Lý chuyển từ hình thức thi tự luận sang hình thức thi trắc nghiệm Để giúp em học sinh họ c tập, rèn luyện tốt kó giải toán trắc nghiệm, người biên soạn xin trân trọng gửi tới bậc phụ huynh, quý thầy cô, em học sinh số tài liệu trắc nghiệm môn Vật Lý THPT Trọng tâm tài liệu dành cho kỳ thi tốt nghiệp đạ i họ c Với nội dung đầy đủ , bố cục xếp rõ ràng từ đến nâng cao, người biên soạn hi vọng tài liệu giúp ích cho em việc ôn luyện đạt kết cao kì thi Mặc dù cố gắng cẩn trọng biên soạn tránh khỏi sai sót ngoà i ý muốn, mong nhận góp ý xây dựng từ phía người đọc Xin chân thành cảm ơn! CÁC TÀI LIỆU ĐÃ BIÊN SOẠN: @ Bài tập trắc nghiệm dao động học @ Bài tập trắc nghiệm dao động điện sóng học (400 bài) sóng điện từ (400 bài) @ Bài tập trắc nghiệm quang hình học (400bài) @ Bài tập trắc nghiệm quang lý vật lý hạt nhân (400 bài) @ Bài tập trắc nghiệm học chất rắn ban khoa học tự nhiên (250 bài) @ Bài tập trắc nghiệm toàn tập vật lý 12 (1200 bài) @ Tuyển tập 40 đề thi trắc nghiệm vật lý dành cho ôn thi tốt nghiệp đại học (2 t p) @ Đề cương ôn tập câu hỏi lý thuyết suy luận vật lý 12 @ V n ki n h i th o H dùng cho thi trắc nghiệm ng d n thi tr c nghi m (ST) @ Bài tập trắc nghiệm vật lý 11 theo chương trình sách giáo khoa nâng cao @ Bài tập trắc nghiệm vật lý 10 theo chương trình sách giáo khoa nâng cao Nội dung sách có tham khảo tài liệu ý kiến đóng góp tác giả đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Mọi ý kiến xin vui lòng liên hệ: ': 0210.471.167 - 08.909.22.16 *: buigianoi@yahoo.com.vn 090.777.54.69 GV: BÙI GIA NỘI (Bộ môn vật lý) Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 06 naêm 2007 ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội DAO ĐỘNG CƠ HỌC Câu : Định nghóa dao độn g điều hòa Viết phương trình, nêu định nghóa đại lượng phương trình Thành lập côn g thức tính vận tốc gia tốc dao động điều hoà Trình bày mối liên hệ chuyển động tròn dao động điề u hòa ĐỊNH NGHĨA - VIẾT PHƯƠNG TRÌNH Dao động điều hòa dao động có ly độ x biến đổi theo thời gian tuân theo định luật hình sin (hay cosin) Phương trình dao động điều hòa: x = Asin(wt + j) § A : biên độ hay giá trị cực đại ly độ § j : pha ban đầu đại lượng xác định vị trí, vận tốc lúc t = § (wt + j) : pha dao động đại lượng xác đinh vị trí, vận tốc lúc t § T chu kỳ dao động Nó khoảng thời gian ngắn sau trạng thái dao động lập lại cũ hay thời gian để vật thực lần dao động § f tần số Nó số dao động mà vật thực đơn vị thời gian § w tần số góc dao động Là đại lượng trung gian cho phép xác định tần số chu kỳ dao động theo công thức : w = 2p = 2pf T VẬN TỐC - GIA TỐC - Vận tốc : v = x = Aw cos(wt + j) - Gia toác : a = x = - Aw2sin(wt + j) LIÊN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Xét điểm M chuyển động vòng tròn (O, A) với x vận tốc góc w : Ở t = : M có ly độ góc j Ở t : M có ly độ góc (wt + j) Gọi P hình chiếu M xuống trục x Ox, ta có: xp = OP = OMsin(wt + j) Þ xp = Asin(wt + j) Ta thấy chuyển động P dao động điều hòa Nói khác dao động điều hòa coi hình chiếu chuyển động tròn xuống trục nằm mặt phẳng quỹ đạo § § P A O M wt Mo j C (D) x' Caâu : * Nhận xét pha dao động v x, a x * Cho biết điểm giống khác dao động điều hòa dao động tuần hoàn Nhậân xét pha dao động v x; a x v = A w cos (wt + j) * x = A sin (wt + j) Þ v x đại lượng vuông pha a = - A w sin (wt + j) = A w2 sin [(wt + j) + p ] x = A sin (wt + j) Þ a x đại lượng ngược pha ': 090.777.54.69 = A w sin [(wt + j) + p ] * Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Điểm giống khác hai dao động điều hòa dao động tuần hoàn * Giống : - Đều có lặp lại khoảng thời gian - Hai đao động có chu kỳ, tần số * Khác nhau: - Dao động điều hòa mô tả đinh luật hình sin có quỹ đạo đường thẳng, dao động tuần hoàn không thiết phải cần điều kiện đóù - Dao động điều hòa tập dao động tuần hoàn, dao động tuần hoàn lại tập dao động nói chung Câu : Dao động lắc lò xo nằm ngang * Mô tả cấu tạo thí nghiệ m * Thiết lập phương trình dao động Mô tả cấu tạo thí nghiệm lắc lò xo - Xét hệ gồm lò xo có độ cứng K, đầu gắn vào điểm cố định, đầu mang cầu khối lượng m, cầu có rãnh cho phép chuyển động dọc theo ngang không ma sát F ur - Chọn gốc O vị từ lúc cầu đứng yên N - Kéo cầu khỏi vị trí cân đến ly độ x = A K m O buông tay, cầu chuyển động nhanh dần phía O, vượt qua O u r quán tính, chuyển động chậm dần đến vận tốc 0, P x sau chuyển động nhanh đần phía O lại chậm dần đến O vận tốc Sau chuyển động lặp lại cũ K m Thiết lập phương trình dao động lắc lò xo O u r a Phân tích lực u r r F Ở vị trí x bi chịu tác dụng lực : trọng lực P = mg , u r ur u r ur phản lực N ngang lực đàn hồi F lò xo Vì P N cân nên lực F làm cho bi dao động Theo định luật Hooke F = - Kx, với K độ cứng lò xo dấu trừ lực F luôn hướng vị trí cân b Lập phương trình chuyển động u ur u r r r Theo định luật Newton: P + N + F = ma (*) Chọn chiều dương hình vẽ, chiếu (*) xuống Þ - Kx = mx Đặt w2 = K m Þ x= - - Suy x = w2x F x m Hay x + w2x = Đây phương trình vi phân mô tả chuyển động lắc lò xo Nghiệm phương trình vi phân có dạng: x = Asin(wt + j) Vậy chuyển động lắc lò xo đao động điều hòa Câu : * Lập công thức liên hệ w T * Viết công thức chu kì dao động lắc lò xo có chiều dài l treo vật m Nếu tăng chi u dài lò xo 2l treo vật m chu kỳ dao động lắc lò xo ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Quan hệ w T: Ta có : x = A sin(wt + j) ó x = A sin(wt + j +2p) ó x = A sin [w( t + Vậy li độ thời điểm t ly độ thời điểm ( t + chu kỳ đao động điều hòa T= 2p w 2p ) + j] w 2p 2p ), nên khoảng thời gian gọi w w Công thức chu kỳ lắc lò xo: * Vì w = K 2p m ÞT= = 2p m w K * Hệ số đàn hồi lò xo: S K với E suất young Þ chiều dài tăng lần độ cứng giảm lần: K = l m Þ T = 2p 2=T Vậy chu kỳ tăng lần K K=E Câu 5: Lập liên hệ ly độ, biên độ tần số vật dao động điều hoà Ta có : x = A sin(wt + j) Þ sin2(wt+j)= x2 A2 v = A w cos(wt + j) Þ cos2(wt + j) = v2 A w2 x2 v2 Þ + 2 =1 A Aw Câu 6: * Dao động lắ c đơn: Cấu tạo lập phương trình dao động * So sánh hai phương trình lắc lò xo lắ c đơn * Dao động lắ c đơn có phả i dao động tự không? CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐÔNG CỦA CON LẮC ĐƠN: a Cấu tạo: Con lắc đơn gồm bi có khối lượng m treo vào dây dài có khối lượng độ dãn không đáng kể b Lập phương trình: ao a Hợp lực tác dụng lên vật m có ly độ góc a r u r r r ì P :trọng lực r F = P + t = mavới í r ỵ t : lực căngdây Chiếu hợp lực lên tiếp tuyến: - mgsin a = m aT gia tốc tiếp tuyến: aT = s ® - gsin a = s (*) Điều kiện: a0 nhỏ (a0 < 100) ': 090.777.54.69 Trang: O u r T u r F u r P Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM Þ sin a = a = Đặt w2 = g l s l'' s l Þ - g = s'' GV: Bùi Gia Nội => s''+ g s=0 l Þ s + w2 s = (1) Phương trình (1) phương trình vi phân mô tả đao động lắc đơn Nó có nghiệm : s = s0 sin(wt + j) (2) Phương trình (2) phương trình dao động lắc đơn Phương trình cho thấy lắc đơn đao động điều hòa với chu kỳ: T = 2p l g SO SÁNH: * Giống nhau: Hai phương trình lắc lò xo lắc đơn có dạng toán học giống mô tả dao động điều hòa * Khác nhau: · Tần số góc khác Đối với lắc lò xo w = xo vật), lắc đơn w = K phụ thuộc vào hệ kín ( lò m g phụ thuộc vào g l Khi không ma sát dao động lắc lò xo dao động điều hòa, dao động lắc đơn gần dao động điều hòa biên độ nhỏ ĐỐI VỚI DAO ĐỘNG NHỎ : (a0 < 100) chu kỳ lắc đơn không phụ thuộc biên độ, mà phụ thuộc độ lớn gia tốc trọng lực g Tại vị trí cố định trái đất g không đổi, dao động lắc đơn coi dao động tự · Câu 7: Khảo sát định tính định lượng biến đổi lượng dao động điều hòa lắc lò xo KHẢO SÁT ĐỊNH TÍNH: (Sự biến đổi lượng) § Kéo bi từ vị trí cân O đến bờ B cb + lực kẻo thực công truyền cho bi lượng ban đầu đàn hồi § Thả bi tức lực kéo lực đàn hồi kéohòn bi chuyển B ng nhanh dần vị độ B O trí O Động bi tăng, lò xo giảm § Tại vị trí cân O, lò xo băng không, động bi cực đại r § Do quán tính bi tiếp tục chuyển động đến bờ B', lực đàn hồi f đổi chiều làm bi chuyển động chậm dần: động bi giảm, lò xo tăng § Tại bờ B', bi dừng lại, lò xo nên tối đa, động bi không lò xo cực đại § Sau bi tác dụng lực đàn hồi lại chuyển động vị trí cân O trình lập lại Vậy: Trong trình dao động lắc lò xo có chuyên hóa động ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội KHẢO SÁT ĐỊNH LƯNG: (Sự bảo toàn lượng) *) Động bi: = *) Thế lò xo: Et = mv với v = Aw cos(wt + j) Þ = mA2w2cos2(wt + j) 2 Kx với x = Asin(w + j) vaø K = mw2 => Et = *) Cơ năng: E = Et + ó E = mw2A2sin2(wt + j) mw2A2 [cos2(wt + j) + sin2(wt + j)] E = mw2A2 Vậy: Trong suốt trình dao động cảa lắc không đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Câu 8: * Động lắc lò xo biến đổi điều hàa với tần số góc * Nếu khối lượng tăng 1ần biên độ giảm lần lắc lò xo đổi thếnào Ta có: mA2w2 cos2 (wt + j) + cos(2wt + 2j) cos2 ( t + ) = 1 = + cos(2wt + 2j) 2 1 Þ = m A2w2 + mA2 w2cos (2wt + 2j) 4 * = Vậy biến đổi điều hòa với tần số góc w0 = 2w f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Tương tự Et biến đổi điều hòa với tần số góc w0 = 2w f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * , Et biến đổi điều hòa tần số ngược pha Cơ năng: E = m A2 w2 K w = 4m 2 A A w2 A A = ÞA 2= Vaäy E = 4m 4 1 E E = ( mA w2 ) Þ E = Vậy giảm lần 4 Khi m = m Þ w = K = m' Câu 9: Khảo sát định tính định lượng biến đổi năn g lượng lắc đơn dao động Chứng minh dao độ ng lắc đơn dao độ ng điều hòa khôn g đổi tỉ lệ với bình phương biên đọ dao động ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội KHẢO SÁT ĐỊNH TÍNH: (Sự biến đổi lượng) § Kéo lắc đơn lệch khỏi vị trí cân góc a0 lực kéo thực công truyền cho lắc đơn trọng trường § Thả nhẹ bi lực kẻo đi, bi chuyển động nhanh dần vị trí cân giảm dần động tăng § Hòn bi vị trí cân bằng, không, động cực đại § Do quán tính bi lên cao dần Thế bi tăng, động giảm § Khi bi lên vị trí cao B dừng lại Động không cực đại § Sau bi chuyển động nhanh dần vị trí cân O trình tái diễn Vậy: Trong trình dao động có chuyển hóa động KHẢO SÁT ĐỊNH LƯNG: (Sự bảo toàn lượng) § Thế : Et = mgh Þ Et = a với h = l - l cos a = l (1 - cosa) = 2lsin2 g s mg l a2 w2 = a = l l Mặt khác: s = sosin(wt + j) Þ Et = Þ Et = mw2 s2 sin2(wt + j) 2 mv với v =sowcos(wt + j) 2 § Cơ năng: E = Et + ó E = mw s0 § s2 mgl = mw2s2 l Động năng: = Þ = mw2 s2 cos2(wt + j) Vậy: Trong trình dao động điều hòa lắc đơn không đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Câu 10: - Phát biểu định nghóa: dao động tự do, dao động cưỡng bức, hệ dao động - Dao động tự dao động cưỡng có điểm giống c Phát biểu định nghóa: v Dao động tự do: dao động mà chu kỳ phụ thuộc đặc tính hệ dao động không phụ thuộc yếu tố bên v Dao động cưỡng bức: dao động chịu tác dụng lực cưỡng biến thiên tuần hoàn F = Fosin(wt + j) với Fo biên độ ngoại lực v Hệ giao động: hệ có khả thực dao động tự Sau bị kích thích hệ dao động tự thực dao động theo chu kỳ riêng Dao động tự dao động cưỡ ng có điểm giống khác nhau: v Giống nhau: có tính tuần hoàn (dao động điều hòa) v Nhá c nhau: Chu kỳ tần số dao động cưỡng phụ thuộc ngoại lực tác dụng dao động tự không ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 11: Biểu diễn dao động điề u hòa phương Pháp gián đồ vectơ quay Fresnel Phương pháp vectơ quay dựa tính chất: dao động điều hoà coi hình chiếu chuyển động tròn xuống trục nằm x M + mặt phẳng quỹ đạo P - Giả sử cần biểu diễn dao ñoäng: x = Asin(wt + j) wt Mo (t = 0) Ta vẽ trục nằm ngang (D) trục thẳng đứng r j x'x cắt (D) O Vẽ vectơ A có gốc O: có độ dài O (D) biên độ A tạo với trục (D) góc j thời điểm t = r Cho vectơ A quay theo chiều dương lượng giác với vận tốc r góc w Lúc chuyển động hình chiếu đầu mút vectơ A x' xuống trục x'x dao động điều hòa: x = OP = Asin(wt + j) r - Ta kết luận dao động điều hòa x = Asin(wt + j) biểu diễn vectơ quay A Câu 12: Tổng hợp hai dao dao động điều hòa phương, tần số phương pháp vectơ quay TỔNG HP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CÙNG PHNG CÙNG TẦN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VECTƠ QUAY: Xét vật tham gia dao động điều hòa phương, đa soá: x1 = A1sin(wt + jl) x M x2 = A2sin(wt + j2) M2 Dao động tổng hợp: x = x1 + x2 Tìm x phương pháp vectơ quay Ta vẽ vectơ biểu diễn x1, x2, x hình vẽ: · Ta thấy M1OM = j1 - j2 = r r Cho hai vectơ A1 ,A , quay quanh O theo chiều dương với vận tốc góc w không đổi Khi hình bình hành OM1MM2 không biến dạng nên vectơ tổng hợp có độ lớn không đổi quay quanh O theo chiều đương với vận tốc góc w r r Vì tổng đại số cá c hình chiếu hai vectơ A1 ,A O A2 A j M1 j1 A1 (D) r xuố ng trục x'Ox hình chiếu vectơ A1 xuống trục nên chuyển động tổn g hợp hai đao động điều hò a cù ng phương đa số mộ t dao động điều hò a cù ng phương cùn g đa số r Do vectơ A1 biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp góc j biểu diễn pha ban đầu đao động tổng hợp BIÊN ĐỘ VÀ PHA BAN ĐẦU CỦA DAO ĐỘNG TỔNG HP: uuuu r uuuuu uuuuu r r Coù OM = OM1 + OM Chiếu xuống trục (D) trục x x: Acosa = A1cosj + A2cosj2 (1) Asina = A1sinj + A2sinj2 (2) 2 (l)2 + (2)2 cho A = A1 + A + 2A1A cos(j1 - j2 ) ': 090.777.54.69 Trang: Trung taâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội (2) A sin j1 + A sin j2 cho tgj = (1) A1 cos j1 + A cos j2 § § Nếu x1 x2 dao động pha Nếu x1 x2 dao động ngược pha : j1 - j2 = K2p Þ A = A1 + A2 : j1 - j2 = (2K + 1)p Þ A = A1 - A § Nếu x1 x2 dao động : A1 - A < A < (A1 + A2) Câu 13: Dao động tắt dần: định nghóa, nguyên nhân, đặc điểm Định nghóa: Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân: Trong thực tế vật dao động môi trường xác định nên tác dụng ma sát môi trường Do phải thực công để thắng ma sát nên lượng hệ giảm dần làm cho biên độ giảm dần cuối vật dừng lại vị trí cân Đặc điểm: x § Lực ma sát nhỏ dao động tắt dần chậm Ví dụ: lắc đao động không khí t x § Lực ma sát lớn dao động tắt dần nhanh Ví dụ: lắc dao động nước t x § Lực ma sát lớn lắc không dao động Ví dụ: lắc dao động nhớt t Câu 14: - Trình bày dao động cưỡng Biên độ dao động cưỡng phụ thuộ c vào yếu tố nào? - Sự cộng hưởng học gì? Nêu ví dụ cộng hưởng có lợi có hại - Hãy cho biết điểm giống khác dao riêng cưỡng bứ c tự dao động Dao động cưỡ ng bức: Thông thường, hệ dao động chịu tác dụng lực ma sát môi trường nên sinh công âm làm giảm dao động bị tắt đần Muốn trì dao động, ta tác dụng lên hệ ngoại lực biến thiên tuần hoàn: F = F0sin(wt + j) với F0 biên độ ngoại lực; w tần số góc Trong thời gian Dt ngắn, dao động hệ dao động phức tạp tổng hợp dao động riêng hệ dao động ngoại lực Sau thời gian Dt, dao động riêng tắt hẳn hệ dao động với đa số ngoại lực Đó đao động cưỡng a Định nghóa: Dao động cưỡng dao động gây ngoại lực biến thiên tuần hoàn F = F0sin(wt + j) gọi lực cưỡng ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Đặc điểm: § Có tần số tần số ngoại lực § Có biên độ phụ thuộc chênh lệch tần số f lực cưỡng tần số dao động riêng f0 hệ đao động Cộng hưởng cơ: a Định nghóa: Sự cộng hưởng tượng biên độ dao động cưỡng tăng đột ngột đa số lực cưỡng xấp xỉ tần số riêng hệ dao động b Thí dụ cộng hưở ng: v Cộng hưởng có lợi: Một em nhỏ đưa võng cho người lớn lên cao Nếu em tác dụng lên võng ngoại lực có tẩn số f0 gần tần số riêng f0 võng, nghóa lực kéo tay ăn nhịp với nhịp đong đưa võng, sau thời gian, biên độ dao động võng lớn Nếu muốn dừng sức để đẩy võng lần lên cao vậy, em nhỏ không làm v Cộng hưởng có hại: Chiếc cầu, bệ máy, khung xe, hệ thống dao động có tần số riêng Nếu để chúng dao động cưỡng với vật dao động khác đặt lên chúng (ví dụ: máy phát điện lớn), chúng rung lên mạnh bị gãy Điểm giống khác dao động cưỡng tự dao động: v Giống nhau: Duy trì dao động lâu nhờ bù lượng (để thắng lực ma sát) v Khác nhau: Sự tự dao động không cần tác dụng ngoại lực dao động cưỡng ngoại lực tác dụng Câu 15: - Nêu nguyên nhân để dao độn g không tắt dầân - Nêu biện pháp kỹ thuật để trì dao cộng lắc đồng hỗ biện pháp kó thuật làm cho dao động khung xe ôtô chóng tắ t DAO ĐỘNG DUY TRÌ: a Định nghóa: Dao động có biên độ không thay đổi theo thời gian gợi dao động trì gọi tự dao động b Nguyên tắc trì dao động: phải tác dụng vào lắc lực tuần hoàn có tần số tần số riêng lắc Lực tuần hoàn nhỏ không làm biến đổi tần số riêng lắc, lực cung cấp lượng cho lắc nửa chu kỳ để bù đắp lượng ma sát ỨNG DỤNG: a Biện pháp kỹ thuật để trì dao động lắc đồng hồ: Là lên dây cót đồng hồ Khi lên dây cót ta cung cấp đàn hồi cho lắc Sau lắc đạt tới biên độ sau nửa chu kỳ cót dãn chút phần truyền cho lắc nhờ cấu thích hợp b Biện pháp kỹ thuật làm dao động khung xe ô tô chóng tắt: Khi ô tô bị xóc lò xo giảm xóc bị nén hay dãn Để làm cho dao động khung xe ôtô chóng tắt qua chỗ bị xóc người ta dùng thiết bị gồm piston chuyển động theo chiều thẳng đứng xylanh chứa đầy dầu nhớt Piston gắn với khung xe, xylanh gắn với trục bánh xe Khi khung xe dao động lò xo giảm xóc piston dao động xylanh nhờ dầu nhớt dao động khung xe chóng tắt ': 090.777.54.69 Trang: 10 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Giải thích định luật thứ ba Mỗi phôtôn bị hấp thụ truyền toàn lượng cho electron Đối với electron nằm bề mặt kim loại phần lượng chuyển thành công A (gọi công thoát) làm tách electorn khỏi kim loại, phần lại chuyển thành động ban đầu electron quang điện So với động ban đầu mà electron nằm lớp sâu thu bật khỏi kim loại động ban đầu cực đại Do vậy, ta có: hf = A + m e vo max Đây công thức Einstein tượng quang điện, cho thấy: động ban đâàu cực đại electron quang điện phụ thuộc vào tần số f (hay bước sóng l) ánh sáng kích thích công thoát A (A phụ thuộc vào chất kim loại) Câu 13 : Thế hiệu ứng quang điện bên So sánh hiệu ứng quang điện bên hiệu ứng quang điện bên Trình bày nguyên tắc cấu tạo hoạt động của: a Quang trở b Pin quang điện Hiệu ứng quang điện bên a Định nghóa Hiệu ứng quang điện bên tượng chất bán dẫn chiếu chùm ánh sáng thích hợp electron liên kết bị bứt khỏi liên kết nút mạng bán dẫn, trở thành electron dẫn, tự di chuyển khối bán dẫn (electron tự do) Ngoài ra, electron bị bứt lại giải phóng lỗ trống mang điện dương Các lỗ trống chuyển động tự từ nguyên tử sang nguyên tử khác tham gia vào trình dẫn điện, làm chất bán dẫn bị chiếu sáng trở thành dẫn điện tốt b So sánh tượng quang điện bên tượng quang điện bên * Trong tượng quang điện, có ánh sáng thích hợp chiếu vào kim loại electron bị bật khỏi kim loại Vì vậy, tượng quang điện gọi tượng quang điện - Như hiệu ứng quang điện bên hiệu ứng quang điện bên giống chỗ phôtôn ánh sáng làm bứt electron khác chỗ: hiệu ứng quang điện bứt electron khối chất (kim loại), hiệu ứng quang điện bên bứt electron khỏi liên kết để trở thành electron dẫn ngày khối chất - Ngoài ra, hai hiệu ứng giống chỗ: ánh sáng kích thích phải có bước sóng thích hợp, nghóa có bước sóng giới hạn lo lại khác là: lượng cần để bứt electron khỏi liên kết bán dẫn thường nhỏ so với công thoát electron khỏi kim loại (công A), nên giới hạn quang điện lo hiệu ứng quang điện bên nằm vùng hồng ngoại Quang trở a Khái niệm quang trở - Hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt (tức điện trở khối bán dẫn giảm đi) bị chiếu sáng gọi tượng quang dẫn Nó ứng dụng để tạo điện trở thay đổi trị số nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào gọi quang trở - Cấu tạo quang trở đơn giản, gồm lớp bán dẫn mỏng (1) mA (Cadimisunfua CdS chẳng hạn) phủ lên lớp nhựa cách điện (2) Hai đầu lớp bán dẫn gắn với hai điện cực (3) (4) kim loại để nối ': 090.777.54.69 Trang: 65 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Hoạt động Nối nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua miliampe kế Ta thấy, đặt quang trở tối mạch dòng điện Khi chiếu quang trở ánh sáng có bước sóng ngắn giới hạn quang dẫn quang điện mạch xuất dòng điện Điện trở quang trở giảm mạnh bị chiếu sáng ánh sáng nói Quang trở dùng thay cho tế bào quang điện mạch điều khiển tự động Pin quang điện a Định nghóa: Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện bên xảy chất bán dẫn b Cấu tạo: Xét pin quang dẫn đơn giản: pin đồng oxit Pin có điện cực đồng phủ lớp đồng (I) oxit Cu2O Người ta phun lớp kim loại mỏng lên mặt Cu2O G lớp Cu2O để làm điện cực thứ hai Nó mỏng tới mức cho ánh sáng Cu truyền qua Ở chỗ tiếp xúc Cu2O Cu hình thành lớp tác dụng đặc biệt : cho phép electron chạy qua theo chiều từ Cu2O sang Cu c Hoạt động Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào mặt lớp Cu2O ánh sáng giải phóng electron liên kết Cu2O thành electron dẫn Một phần electron khuếch tán sang cực Cu Cực Cu thừa electron nên nhiễm điện âm, Cu2O nhiễm điện dương Giữa hai điện cực pin hình thành suất điện động Nếu nối hai cực với dây dẫn thông qua điện kế, ta có với dây dẫn thông qua điện kế, ta thấy có dòng diện chạy mạch theo chiều từ Cu2O sang Cu Các pin mặt trời dùng máy tính bỉ túi, vệ tinh nhân tạo dùng pin quang điện Câu 14 : Thế phát quang Phân biệt huỳnh quang lân quang Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượ ng tử ánh sáng Thế tượng quang hoá? Nêu số phản ứng quang hoá đơn giản Hiện tượng quang hoá tính chất hạt ánh sáng không? Tại sao? Sự phát quang a Thế phát quang: Sự phá t quang tượng phát ánh sáng lạnh số vật có ánh sáng thích hợp chiếu vào Đặc điểm bật phát quang bước sóng l ánh sáng phát quang dài bước sóng l ánh sáng kích thích Ví dụ : Khi chiếu sáng tia tử ngoại vào dung dịch fluôrexêin vào bột kẽm sunfua có pha đồng chúng phát ánh sáng màu lục b Phân biệt huỳnh quang lân quang Người ta phân biệt hai loại phát quang: - Huỳnh quang tượng mà ánh sáng phát quang tắt ngừng ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí - Lân quang tượng mà ánh sáng phát quang kéo dài từ vài giây, đến hàng (tuỳ theo chất) sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với vật rắn ': 090.777.54.69 Trang: 66 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượng tự ánh sáng Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ phôtôn tia tử ngoại có lượng hf chuyển sang trạng thái kích thích Thời gian trạng thái kích thích ngắn thời gian va chạm với phân tử xung quanh, bớt lượng nhận Vì thế, trở trạng thái ban đầu, xạ phôtôn có lượng hf nhỏ hơn: hf < hf hay h c hc < l' l suy l > l Nhö vậy, phát quang tượng xảy hấp thụ Hiện tượng quang hoá a Thế tượng quang hoá Hiện tượng quang hoá tượng phản ứng hoá học xảy dạng tác dụng ánh sáng Năng lượng cần thiết để phản ứng xảy lượng phôtôn có tần số thích hợp b Một số phản ứng quang hoá đơn giản Dưới tác dụng ánh sáng xảy ra: - Phản ứng phân tích : AgBr + hf ® Ag + Br Đây sở kỹ thuật làm ảnh cổ điển - Phản ứng tổng hợp: H2 + Cl2 + hf ® HCl - Phản ứng trình quang hợp : 2CO2 + hf ® 2CO + O2 c Hiện tượng quang hoá thể tính hạ t nhân ánh sáng Nếu ánh sáng biểu tính sóng lượng có nhường cho phân tử phụ thuộc bêin độ sóng, tức cường độ chùm sáng, không phụ thuộc bước sóng Thực tế, đủ lớn khiến phản ứng quang hoá xảy Vì vậy, tượng quang hoá trường hợp, tính hạt ánh sáng thể rõ VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 15 : Hãy trình bày mẫu nguyên tử Bo áp dụng để giải thích quang phổ vạch nguyên tử hidro Mẫu nguyên tử Bohr a Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng, nguyên tử không xạ hấp thụ.Năng lượng nguyên tử trạng thái dừng bao gồm động electron chúng hạt nhân b Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử Trạng thái dừng có lượng thấp bền vững Trạng thái dừng có lượng cao bền vững Do đó, nguyên tử có xu hướng chuyển từ trạng thái dừng có mức Em lượng cao sang trạng thái dừng có mức lượng thấp Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng Em hf sang trạng thái dừng có lượng En (Em > En) nguyên tử phát phôtôn có: e = hf = Em - En En Với f tần số sóng ánh sáng ứng với phôtôn Ngược lại, nguyên tử trạng thái có lượng En thấp mà hấp thụ phôtôn có lượng hf hiệu Em En chuyển lên trạng thái có mức lượng cao Em ': 090.777.54.69 Trang: 67 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Hệ quả: * Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng * Như vậy, quỹ đạo electron ứng với mức lượng nguyên tử Giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử hidro * Đặc điểm : quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hidro vạch xếp dãy : - Dãy Lyman nằm vùng tử ngoại - Dãy Banme có phần nằm vùng tử ngoại phần vùng ánh sáng nhìn thấy, phần có vạch: Vạch đỏ Ha (l a = 0,6563mm), vạch làm Hb (lb = 0,4861mm), vạch chàm Hg (lg = 0,4340mm) vạch tím Hd (ld = 0,4102mm) - Dãy Pasen nằm vùng hồng ngoại * Giải thích : Nguyên tử hidro có electron quay xung quanh hạt nhân Ở trạng thái bình thường (trạng thái bản), nguyên tử hydro có lượng thấp nhất, electron chuyển động quỹ đạo K (gần hạt nhân nhất) Khi nguyên tử nhận lượng kích thích (đốt nóng chiếu sáng), electron chuyển lên quỹ đạo có mức lượng cao : L, M, N, O, P Lúc nguyên tử trạng thái kích thích, trạng thái không bền vững (thời gian tồn khoảng 10-8s) nên sau electron chuyển quỹ đạo có mức lượng thấp Mỗi lần electron chuyển từ quỹ đạo có mức lượng cao xuống quỹ đạo có mức lượng thấp hơn, theo tiêu đề 2, nguyên tử phát phôtôn có lượng : hf = Ecao - Ethaáp hay h c = Ecao - Ethấp l Lúc nguyên tử phát sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l xác định ứng với vạch màu xác định quang phổ Do đó, quang phổ hydro quang phổ vạch * Sự tạo thành dãy vạch P O - Dãy Laiman tạo thành electron N chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K M - Dãy Banme tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L, L Hd H g Hb Ha ; Vạch đỏ Ha ứng với chuyển electron từ : M® L Vạch lam Hb ứng với chuyển K electron từ : N ® L Vạch chàm Hg ứng với chuyển Lyman Banme Pasen electron từ : O ® L Vạch tím Hd ứng với chuyển electron từ : P ® L - Dãy Pasen tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M ': 090.777.54.69 Trang: 68 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 16 : Hiện tượng phóng xạ gì? Đặc điểm tượng phóng xạ, định luật phóng xạ Trình bày chấ t tính chất loại tia phóng xạ Hiện tượng phóng xạ a Thế tượng phóng xạ? Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Những xạ gọi tia phóng xạ, không nhìn thấy được, phát chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hoá chất, lệch điện trường, từ trường b Đặc điểm tượng phóng xạ Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, tuyệt đối không phụ thuộc vào tác động bên Dù nguyên tử phóng xạ có nằm hợp chất khác nhau, dù chất phóng xạ chịu áp suất hay nhiệt độ khác tác động không gây ảnh hưởng đến trình phóng xạ hạt nhân nguyên tử c Định luật phón g xạ Sự phóng xạ chất hoàn toàn nguyên nhân bên chi phối tuân theo định luật sau, gọi định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kỳ số nguyên tử chất đổi thành chất khác Gọi No mo số nguyên tử khối lượng ban đầu khối chất phóng xạ; N m số nguyên tử khối lượng lại thời điểm t, ta có: N = N o e-lt = No 2k vaø m = m oe -lt = mo 2k k số chu kỳ bán rã khoảng thời gian t; l số phóng xạ l = ln 0,693 = T T d Độ phóng xạ Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu, đo số phân rã giây Đơn vị đo Becoren (Bq) (Ci) Bq phân rã /giây Ci = 3,7.1010 Bq Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với quy luật: H = lN = lNoe-lt = Hoe-lt Ho = lNo độ phóng xạ ban đầu g Bản chất tính chất loại tia phóng xạ a + bCho tia phóng qua điện trường hai tụ điện, ta có b thể xác định chất tia phóng xạ Chúng gồm loại tia : a Tia alpha (a) Ký hiệu a, thực chất chùm hạt nhân hêli He , gọi hạt a, có tính chất : - Bị lệch âm tụ điện (do mang điện tích +2e) - Được phóng với vận tốc khoảng 107 m/s - Có khả ion hoá chất khí - Khả đâm xuyên yếu, không khí tối đa khoảng 8cm ': 090.777.54.69 Trang: 69 - + Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Tia bêta (b) Gồm loại: loại lệch dương tụ điện, ký hiệu b-, thực chất dòng electron loại lệch âm tụ điện, ký hiệu b + (loại thấy hơn), thực chất chùm hạt có khối lượng electron mang điện tích +e gọi electron dương hay pozitron - Các hạt b phóng với vận tốc gần vận tốc ánh sáng - Có khả ion hoá chất khí yếu tia a - Có khả đâm xuyên mạnh tia a, hàng trăm mét không khí c Tia gamma (g) Ký hiệu g, có chất điện từ tia Rơnghen, có bước sóng ngắn nhiều Đây chùm phôtôn lượng cao - Không bị lệch điện trường, từ trường - Có tính chất tia Rơnghen - Đặc biệt có khả đâm xuyên lớn, qua lớp chì dày hàng chục cm nguy hiểm cho người Câu 17 : Phản ứng hạt nhân gì? Sự phóng xạ có phải phản ứng hạt nhân không? Tại sao? Phát biểu định luật bảo toàn điện tích định luật bảo toàn số khối phản ứng hạt nhân Vận dụng chúng để lập quy tắc dịch chuyển tượng phóng xạ Phản ứng hạt nhân a Định nghóa Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác, theo sơ đồ : a + b ® c + d - Số hạt nhân trước sau phản ứng nhiều - Các hạt vế trái vế phải hạt sơ cấp electron ( -0 e e1 ) pôzitron ( e e+), prôtôn ( H p), nơtrôn ( n n), phôtôn (g) b Sự phóng xạ có phải phản ứng hạt nhân không? Phóng xạ trình làm biến đổi hạt nhân nguyên tử thành hạt nhân nguyên tử khác, phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân So với phản ứng hạt nhân đầy đủ trình phóng xạ, vế trái có hạt nhân, gọi hạt nhân mẹ : a ® b + c Nếu b hạt nhân gọi hạt nhân con; c hạt a b Định luật bảo toàn a Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân - Bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Tổng số nucleôân hạt trước phản ứng sau phản ứng : Aa + A b = Ac + A d - Bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z) : Tổng điện tích hạt trước v2 sau phản ứng baèng : Za + Zb = Zc + Zd - Bảo n lượng bảo toàn độ ng lượng : Trong phản ứng hạt nhân, lượng động lượng bảo toàn * Chú ý : Không có định luật bào toàn khối lượng hệ b Vận dụng định luật bảo toàn để lập quy tắc dịch chuyển tượng phóng xạ Áp dụng định luật bảo toàn số nucleôn bà vảo toàn điện tích vào trình phóng xạ, ta thu quy tắc dịch chuyển sau : A A-4 * Phóng xạ a He : ® Z X ¾¾ He + Z - Y ( ': 090.777.54.69 ) Trang: 70 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô bảng tuần hoàn có số khối nhỏ đơn vị ( lùi đầu bảng, tiến cuối bảng) 226 Ví dụ : ắắ He + 222 Rn đ 88 Ra 86 * Phóng xạ b- ( -1 e- ) : A Z X ắắ đ -1 e + A Z +1 Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí tiến ô có số khối 210 Ví dụ : ¾¾ -0e - + 210 Po + v (Bi : Bitmut) ® 83 Bi 84 v hạt nơtri nô, không mang điện, có số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ánh sáng Thực chất phóng xạ b- hạt nhân, nơtrôn biến thành prôtôn, electron nơtrinô n ® p + e + v A A * Phóng xạ b+ +0 e+ : đ Z X ắắ e + Z -1 Y ( ) So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô có số khối Thực chất phóng xạ b+ hạt nhân, prôtôn biến thành nơtrôn, pôzitrôn nơtrinô: p ® n + e+ + v * Phóng xạ g : Phóng xạ phôtôn có lượng : hf = E2 - E1 (E2 > E1) Do g có Z = A = nên phóng xạ g biến đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố kia, có giảm lượng hạt nhân lượng hf Tuy nhiên, xạ g không phát độc lập mà xạ kèm theo xạ a xạ b Câu 18 : Phát biểu định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Tại phản ứng hạt nhân bảo toàn khối lượng, có bảo toàn số khối Thế đơn vị khối lượng nguyên tử u So sánh đơn vị với đơn vị kg đơn vị MeV/c2 Việ c tính khối lượng nguyên tử theo đơn vị u cho ta biết điều gì? Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Xem phần 2a câu 17 Giải thích phản ứng hạt nhân bảo toàn khối lượng a Độ hụt khối Z prôtôn N nơtrôn chưa liên kết đứng yên có tổng khối lượng : mo = Zmp + Nmn Khi chúng liên kết với thành hạt nhân khối lượng m m < mo Hiệu Dm = mo - m, gọi độ hụt khối b Năng lượng liên kết Theo thuyết tương đối, tổng lượng nghỉ nuclôn lúc riêng rẽ Eo = moc2 Hạt nhân tạo thành có lượng nghỉ E = mc2 Vì m < mo nên E < Eo Nghóa là, nuclôn riêng rẽ liên kết lại thành hạt nhân có lượng DE = Eo - E = (mo - m)c2 toả : Ngược lại, muốn phá hạt nhân có khối lượng m thành nuclôn có tổng khối lượng mo > m ta phải tốn lượng DE = (mo - m)c2 để thắng lực hạt nhân DE lớn nuclôn liên kết mạnh, tốn nhiều lượng để phá liên kết, nên DE gọi lượng liên kết Vậy hạt nhân có độ hụt khối lớn, tức lượng lien kết lớn, bền vững c Giải thích bảo toàn khố i lượng Các quan sát thực nghiệm cho biết, độ bền vững hạt nhân không giống nhau, nghóa là: Tổng độ hụt khối hạt nhân sau phản ứng nhỏ (hoặc lớn) tổng độ hụt ': 090.777.54.69 Trang: 71 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội khối hạt nhân trước phản ứng Khi tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng phải lớn (hoặc nhỏ) tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng Như khối lượng không bảo toàn, số nuclôn bảo toàn Đơn vị khối lượng nguyên tử a Thế đơn vị khối lượng nguyên tử Đơn vị khối lượng nguyên tử (kí hiệu u) 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị phổ 12 biến C , đơn vị gọi đơn vị cacbon b So sánh đơn vị u với đơn vị kg Vì mol cacbon có khối lượng 12g chứa NA nguyên tử (NA = 6,02.1023 mol-1 số Avôgadrô) nên khối lượng nguyên tử đồng vị u = 12 C : 0,012 (kg) Do vậy, ta có : NA 0,012 0,012 = = 1,66055.10 -27 kg 12 N A 12 6,02.1023 c So sán h đơn vị u với đơn vị McV/C2 - Do có hệ thức : E = mc2 nên có : E(J) = m(kg) - Vì : 1MeV = 106 eV = 106.1,6022.10-19 J = 1,6022.10-13 J c = 2,99792.108 m/s nên : MeV 1,6022.10 -13 J = = 1,7827.10 -30 kg c (2,99792.10 m / s) suy : kg = 0,561.10-30 MeV/c2 Vaäy : u = 1,66055.10-27 kg » 931MeV/c2 - So sánh khối lượng prôtôn nơtrôn với u, ta thấy prôtôn nơtrôn có khối lượng xấp xỉ 1u, khối lượng electron u , nên việc tính khối lượng 1800 nguyên tử theo đơn vị u cho ta biết trị số gần số khối A, tức biết số nuclôn hạt nhân nguyên tử Câu 19 : Trình bà y vấn đề sau dây phản ứng hạt nhân : Định nghóa Các định luật bảo toàn Áp dụng định luật bảo toàn để viết phản ứng xảy bắn pha hạt nhân 27 hạt a 13 Al Biết số hai hạt nhân sinh sau phản ứng hạt nơtrôn hạt thứ hai có khả phát tia b + Định nghóa Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác, theo sơ đồ : A + B ® C + D Trong : A B hạt nhân tương tác với C D hạt nhân tạo thành ': 090.777.54.69 Trang: 72 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội - Trong số hạt A, B, C, D có hạt hạt sơ cấp: electron ( -0 e e1 ) pôzitron ( e e+), prôtôn ( H p), nơtrôn ( n n), phôtôn (g) - Số hạt nhân trước sau phản ứng có nhiều - Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân, vế trái có hạt nhân gọi hạt nhân mẹ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: Xem phần 2a câu 17 Các phản ứng hạt nhân bắn phá Al hạt a Đó phản ứng nhân tạo hai ông bà Joliot Curi dùng hạt a bắn phá vào nhôm (năm 1934) He + 27 13 Al Haùt nhaõn phoỏtpho 30 15 30 15 P ắắ đ 30 15 ắắ đ 30 15 P + 1n P sinh không bền vững, phóng xạ b+ để trở thành silic : 30 14 Si + e + P đồng vị phóng xạ nhân tạo phốtpho tự nhiên Câu 20 : Hãy trình bày : Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Đồng vị Lực hạt nhân Độ hụt khối lượng liên kết lượng liên kết riêng Cấu tạo hạt nhân nguyên tử a Nuclôn Tuy hạt nhân có kích thước nhỏ (10-4 - 10-5m) thực nghiệm chứng tỏ hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclôn Có loại nuclôn: - Photon (kí hiệu p) mang điện tích +e, có khối lượng mp = 1,007276u - Nơtrôn (kí hiệu n) không mang điện, có khối lượng mn = 1,008665u b Số thứ tự khối lượng số Hạt nhân nguyên tử nguyên tố thứ Z bảng tuần hoàn (Z số thứ tự) có Z prôtôn N nơtrôn Do số nuclôn hạt nhân A = Z + N, A gọi khối lượng số (hoặc số khối) Thí dụ : Ngyên tử natri có số thứ tự Z = 11, hạt nhân chứa 11 prôtôn 12 nơtrôn, số khối 23 A = 11 + 12 = 23 Kí hiệu : 11 Na - Nguyên tử hidro ứng với Z = có electron vỏ ngoài, hạt nhân có prôtôn nơtrôn, số khối A = - Nguyên tử cacbon (than) ứng với Z = có electron vỏ ngoài, hạt nhân chứa prôtôn nơtrôn, ố khối: A = + = 12 c Kí hiệu : Một nguyên tử hạt nhân kí hiệu cách ghi bên cạnh kí hiệu hoá học: nguyên tử số (ở phía dưới) số khối (ở phía trên) 23 Chẳng hạn, nguyên tử nêu có kí hiệu : H, 12 C, 11 Na Vì kí hiệu hoá học xác định nguyên tử số nên có cần ghi : 1H, 12C, 23Na C12, Na23 Đồng vị : Các hạt nhân có số prôtôn Z, dù có khác khối lượng số (d số nơtrôn N khác nhau) hạt nhân có số electron quay xung quanh, khiến nguyên tử chúng có tính chất hoá học Vì vậy, nguyên tử xếp vị trí (đồng vị) ': 090.777.54.69 Trang: 73 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội bảng tuần hoàn gọi đồng vị nguyên tố có số thứ tự Z Hầu hết nguyên tố bảng tuần hoàn có vài đồng vị trở lên Ví dụ : - Hidro có đồng vị : hidro thường H , hidro nặng hay đơtêri H D , hidro siêu nặng hay triti ( ( ) H hoaëc T ) - Cacbon có đồng vị : 11 ( C, 12 C, 13C, 14 C Trong đồng vị 6 Trong cacbon thiên nhiên , đồng vị 12 12 ) C 12C bền vững C chiếm tỉ lệ 99% Lực hạt nhân: Mặc dù hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt mang điện dấu không mang điện, hạt nhân lại bền vững Chứng tỏ, lực liên kết nuclôn phải loại lực khác chất so với trọng lực, lực điện lực từ, đồng thời phải mạnh so với lực Nó gọi lực hạt nhân Lực hạt nhân mạnh khoảng cách hai nuclôn nhỏ kích thước hạt nhân, nghóa hạt nhân có bán kính tác dụng khoảng 10-13m Độ hụt khối lượng liên kết - Năng lượng liên kết riê ng: Trong lónh vực hạt nhân có đặc biệt sau đây: Z prôtôn N nơtrôn tồn riêng rẽ, có khối lượng tổng cộng mo = Zmp + Nmn chúng lien kết lại thành hạt nhân có khối lượng m m < mo Hiệu Dm = mo - m gọi độ hụt khối hạt nhân Theo hệ thức Anhxtanh lượng nghỉ hạt nmhân E = mc2 phải nhỏ lượng nuclôn tồn riêng rẽ Eo = moc2 Do nuclôn liên kết lại thành hạt nhân có lượng DE = Eo E = (mo m)c2 = Dmc2 toả Năng lượng DE = Dm.c2 gọi lượng liên kết ứng với hạt nhân Ngược lại, muốn phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng rẽ phải hoàn lại độ hụt khối Dm đó, tức phải tốn lượng DE để thắng lực hạt nhân Hạt nhân bền vững DE phải lớn, độ hụt khối Dm lớn DE *) Năng lượng liên kết riêng: Là lượng liên kết nuclon DE0 = Hạt nhân X A bền vững hạt nhân Y lượng liên kết riêng hạt nhân X lớn lượng liên kết riêng hạt nhân Y Như xét mức độ bền vững hạt nhân ta dựa vào lượng liên kết DE, so sánh mức độ bền vững hạt nhân với ta dựa vào lượng liên kết riêng DE0 Câu 21 : Thế đồng vị? Phân biệt đồng vị phóng xạ đồng vị bền Ứng dụng đồng vị phóng xạ Định luật phóng xạ có ý nghóa ứng dụng đồng vị phóng xạ Đồng vị * Đồng vị : Xem phần câu 20 * Đồng vị phóng xạ đồng vị mà hạt nhân phóng tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân nguyên tố khác Ví dụ : Đồng vị urani Thori : ( U 238 92 ắắ đ ẹong vũ cacbon 14 C ': 090.777.54.69 238 92 U ) coù thể phóng tia a để biến thành hạt nhân nguyên tố He + 234 90 Th ( C ) phóng tia b 14 ¾¾ ® e + -1 14 - để biến thành hạt nhân nguyên tố Nitơ : N Trang: 74 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM Đồng vị cacbon 11 C GV: Bùi Gia Nội ( C) có theồ phoựng tia b 11 ắắ đ e+ + 11 + để biến thành hạt nhân nguyên tố Bo : B * Đồng vị bền đồng vị mà hạt nhân biến đổi tự phát suốt thời gian tồn Ứng dụng đồng vị phóng xạ a Các đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ (tự nhiên nhân tạo) có nhiều ứng dụng khoa học đời sống - Tia g phóng từ côban 60 Co có khả đâm xuyên lớn nên dùng để 27 + Tìm khuyết tật chi tiết máy + Diệt khuẩn để bảo quản nông sản, thực phẩm + Chữa bệnh ung thư 32 - Nhờ phát tia b- nên đồng vị phóng xạ 15 P dùng làm nguyên tố phóng xạ đánh dấu nông nghiệp - Đồng vị cacbon 14 14 C : phóng b- ứng dụng để xác định tuổi vật cổ b Ý nghóa định luật phóng xạ ứng dụng đồng vị phóng xa Định luật phóng xạ sở phép xác định tuổi vật cổ dựa vào xchu kỳ bán rã cacbon 14 C14 chất phóng xạ b- tạo khí thâm nhập vào vật Trái Đất Nó có chu kỳ bán rã 5600 năm Sự phân rã cân với tạo nên từ hàng vạn năm mật độ C14 khí không đổi: 1012 nguyên tử cacbon có nguyên tử C14 Một thực vật sống trình diệp lục hoá giữ tỷ lệ thành phần chứa cacbon Nhưng thực vật chết không trao đổi với không khí nữa, C14 phân rã mà không bù lại nên tỉ lệ giảm : sau 5600 năm có nữa, độ phóng xạ H giảm tương ứng theo công thức rút từ định luất phóng xạ : H = H oe - 0.693 T hoaëc N = N o e 0,093 t T Biết H, Ho, T N, No, T ta tính thời gian t (tuổi) vật cổ có nguồn gốc sinh vật (trong thành phần có đồng vị cacbon 14) Câu 22 : Hãy trình bày : Hệ thức Anhxtanh lượ ng khối lượng Độ hụt khối lượng liên kết lượng liên kết riêng Phân biệt phản ứng hạt nhân toả lượ ng phản ứng hạt nhân thu lượng Hệ thức Anhxtanh lượ ng khối lượng a Thuyết tương đối Anhxtanh nêu lên hệ thức quan trọng lượng khối lượng vật: Nếu vật có khối lượng m có lượng E tỉ lệ với m gọi lượng nghỉ : E = mc2 (1) Trong c vận tốc ánh sáng chân không Theo hệ thức (1) gam chất chứa lượng lớn, 25 triệu kWh b Năng lượng nghỉ chuyển đổi thành lượng thông thường (như động năng) ngược lại, khiến lượng nghỉ tăng hay giảm Khi lượng nghỉ tăng hay giảm khối lượng tăng hay giảm theo tỉ lệ hệ thức (1) ': 090.777.54.69 Trang: 75 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Vì lượng nghỉ tăng hay giảm, tức không bảo toàn, khối lượng không thiết bảo toàn, có lượng toàn phần, bao gồm lượng nghỉ cộng với lượng thông thường bảo toàn d Từ hệ thức (1) ta suy : m = E ; nghóa khối lượng không đo kg mà c2 đo theo đơn vị lượng chia cho c2 Ví dụ : * kg = 0,561.1030 MeV/c2 * Khối lượng cuûa electron : me = 9,1095.10-31kg = 0,511 MeV/c2 Độ hụt khối lượng liên kết Xem phần câu 20 Phân biệt phản ứng hạt nhân toả lượng phản ứng hạt nhân thu lượng Xét phản ứng hạt nhân : A + B ® C + D Do độ hụt khối hạt nhân khác nhau, khiến tổng khối lượng M hạt nhân sau phản ứng khác tổng khối lượng Mo hạt nhân trước phản ứng a Nếu M < Mo : Tổng khối lượng giảm nên phản ứng toả lượng DE = (Mo - M)c2 dạng động hạt nhân sinh phôtôn tia g Vậy : Phản ứng hạt nhân toả lượng, hạt sinh tổng khối lượng bé hạt ban đầu, khiến chúng bền vững b Nếu M > Mo : Tổng khối lượng tăng nên phản ứng thu lượng Song muốn phản ứng xảy ra, phải cung cấp lượng dạng động hạt A B Năng lượng cung cấp cho phản ứng W bao gồm DE = (M - Mo)c2 cộng với động Wđ hạt sinh : W = DE + Wđ Vậy : Phản ứng hạt nhân thu lượng, hạt sinh có tổng khối lượng lớn hạt ban đầu, khiến chúng bền vững Câu 23 : Thế : a Hiện tượng phóng xạ b Hiện tượng phân hạch So sánh tượng phóng xạ tượ ng phân hạch Trình bày định luật phóng xạ độ phóng xạ Trình bày a Phóng xạ: Là tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đôåi thành hạ t nhân khác Những bứ c xạ gọi tia phóng xạ, không nhìn thấy phát chúng chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hoá chất, lệch điện trường, từ trường b Phân hạch : Là tượng hạt nhân nặng (như đồng vị tự nhiên 235 U đồng 92 vị nhân tạo Plutôni 239), hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hạt nhân có số khối trung bình, đồng thời phóng từ đến nơtrôn toả lượng lớn khoảng 200MeV ': 090.777.54.69 Trang: 76 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội So sánh tượng phóng xạ tượng phân hạch a Những điểm giống chủ yếu - Cả hai tượng dẫn đến biến đổi hạt nhân ban đầu thành hạt nhân khác Chúng trường hợp phản ứng hạt nhân - Cả hai tượng trình kèm theo toả lượng dạng động hạt sinh lượng xạ g b Những điểm khác chủ yếu - Hiện tượng phóng xạ không chịu tác động yếu tố bên ngoài, tốc độ phân rã chất hoàn toàn nguyên nhân bên định đặc trưng chu kỳ bán rã T, có trị số xác định chất Trong đó, tốc độ trình phân hạch 235U chẳng hạn phụ thuộc vào khối lượng nơtrôn chậm có khối Urani, tốc độ khống chế - Đối với chất phóng xạ, thành phần tia phóng xạ hoàn toàn ổn định, cấu tạo khối lượng mảnh vỡ từ hạt nhân 235U không hoàn toàn xác định Định luật phóng xạ độ phóng xạ (Xem phần c, d câu 16) Câu 24 : Hãy trình bày : Sự phân hạch Phản ứng dây chuyền điều kiện để xảy Nguyên tắc cấu tạo hoạt động nhà máy điện nguyên tử Sự phân hạch Sự phân hạch tượng hạt nhân nặêng hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hạt nhân có số khối trung bình Nơtrôn nơtrôn có động nhỏ cỡ động trung bình chuyển động nhiệt (dưới 0,1eV) Sự phân hạch có đặc điểm quan trọng sau đây: - Phản ứng phân hạch sinh đến nơtrôn - Phản ứng phân hạch tảo lượng lớn khoảng 200MeV Thí dụ : Phản ứng phân hạch Urani 235: 235 92 U + 1n ắắ đ 236 92 ắắ đ A' Z' U ắắ đ A Z X X' + k n + 200MeV : X X hạt nhân trung bình, có số khối từ 80 đến 160 - Đặc điểm phản ứng phân hạch : + Phản ứng sinh k (từ đến 3) nơtrôn + Phản ứng toả lượng lớn, khoảng 200MeV - Sự toả lượng phân hạch tổng khối lượng hạt tạo thành nhỏ tổng khối lượng hạt nhân U235 nơtrôn mà hấp thụ : mX + mX,k.mn < mU + mn ': 090.777.54.69 Trang: 77 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Phản ứng dây chuyền điều kiện để phản ứng xảy - Một phần nơtrôn sinh ra, bị mát nhiều nguyên nhân (thoát ngoài, bị hạt nhân hấp thụ ) sau phân hạch lại trung bình s nơtrôn (s > 1) gây s phân hạch mới, sinh s2 nơtrôn, s3, s4 nơtrôn Kết số phân hạch xảy liên tiếp tăng lên nhanh Đó phản ứng hạt nhân dây chuyền; s gọi hệ số nhân nơtrôn U n Hình minh hoạ trường hợp s = - Để xảy phản ứng dây chuyền phải có điều kiện : s ³ * Với s > 1, hệ thống gọi vượt hạn : ta có phản ứng dây chuyền thác lũ, lượng toả lớn, không khống chế (trường hợp sử dụng để chế tạo boom nguyên tử) * Với s = 1, hệ thống gọi tới hạn : phản ứng dây chuyền tiếp diễn không tăng vọt, lượng toả không đổi kiểm soát Đó chế độ làm việc lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử Hơi * Với s < 1, hệ thống gọi hạn Chất : phản ứng dây chuyền không xảy D C Để có điều kiện s ³ khối lượng tải khối chất hạt nhân phải đạt tới giá trị nhiệt A Nước tối thiểu gọi khối lượng tới hạn m (ví dụ: h với U235, khối lượng tới hạn mh = 50kg) Nguyên tắc cấu tạo hoạt động nhà máy điện nguyên tử - Bộ phận nhà máy điện nguyên tử lò phản ứng hạt nhân Trong có : A nhiên liệu hạt nhân, B thường làm hợp kim chứa Urani làm Bơm giàu Các đặt chất làm chậm B nước nặng D2O, than chì berili, có tác dụng làm giảm vận tốc nơtrôn để trở thành nơtrôn chậm, dễ bị urani hấp thụ C điều chỉnh làm chất hấp thụ nơtrôn mà không bị phân hạch Bo, Cd Khi hạ thấp hệ số nhân nơtrôn s giảm; nâng lên s tăng; lò hoạt động chúng tự động giữ độ cao cho s = - Phản ứng phân hạch toả lượng dạng động mạnh hạt nhân hạt khác Động chuyển động thành nhiệt lò nhiệt chất tải nhiệt (thường chất lỏng) mang đến lò sinh D chứa nước Hơi nước từ lò sinh đưa vào tuabin máy phát điện, giống nhà máy nhiệt điện thông thường - Nếu kỹ thuật an toàn bảo đảm tốt, nhà máy điện nguyên tử tiện lợi kích thước nhỏ, tiêu tốn nhiên liệu Do đặt chúng lên máy bay, tàu thuỷ ': 090.777.54.69 Trang: 78 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 25 : Thế phân hạch? Đặc điểm gì? Cho thí dụ minh hoạ Với điều kiện phản ứng phân hạch dây chuyền xảy ra? Giải thích Phản ứng nhiệt hạch gì? Với điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch? Giải thích Nêu lý khiến ngườ i ta quan tâm đến lượng nhiệt hạch Sự phân hạch: Xem phần 1, câu 24 Phản ứng nhiệt hạch a Định nghóa:Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng - Ví dụ : 2 H + H ¾¾ He + n + 3,25MeV ® 2 H + H ắắ He + n + 17,6MeV đ - Đặc điểm phản ứng nhiệt hạch : phản ứng toả lượng Tuy phản ứng kết hợp (phản ứng nhiệt hạch) toả lượng phản ứng phân hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng kết hợp toả lượng nhiều b Điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch Các phản ứng kết hợp khó xảy hạt nhân tích điện dương nên đẩy Muốn chúng tiến lại gần kết hợp chúng phải có động lớn để thắng lực đẩy Culông Muốn có động lớn phải có nhiệt độ cao Chính phản ứng kết hợp xảy nhiệt độ cao nên gọi phản ứng nhiệt hạch Vậy : Nhiệt độ cao (hàng chục hàng trăm triệu độ) điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch Ví dụ : Trong lòng Mặt trời có nhiệt độ cao, cho phép xảy phản ứng nhiệt hạch Đó nguồn gốc lượng Mặt Trời Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng không kiểm soát được, dụ nổ bom khinh khí Một mục tiêu quan trọng vật lý thực phản ứng nhiệt hạch dạng kiểm soát được, để toả lượng hạn chế theo ý muốn c Lý khiến người quan tâm đến lượng nhiệ t hạch - Năng lượng nhiệt hạch nguồn lượng vô tận cho người, nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch đơtêri, triti có nhiều Trái Đất (trong nước sông, biển) - Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch có xạ hay cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường (THE END!) (CHÚC CÁC EM THÀNH CÔNG!) ': 090.777.54.69 Trang: 79 ... Một vật đặt trước gương cầu lồi luôn cho ảnh ảo chiều vật nhỏ vật b) Đối với gương cầu lõm: Vật đoạn OC cho ảnh thật ngược chiều vật nhỏ vật Vật tâm C cho ảnh thật ngược chiều, vật tâm C Vật. .. * Vật thật: Ở OF cho ảnh thật ngược chiều vật * Vật thật: khoảng OF cho ảnh ảo chiều lớn vật * Vật ảo: cho ảnh thật chiều nhỏ vật GƯƠNG CẦ U LỒI * Vật thật: luôn cho ảnh ảo chiều, nhỏ vật * Vật. .. đối diện với cuộn thí từ thông qua cuộn cực đại Roto quay thêm 120o hay tính thời gian T từ thông qua cuộn cực đại sau thời gian từ 3 thông qua cuộn cực đại Như từ thông qua cuộn dây lệch chu