Phương pháp giảI bài toán về hạt nhân nguyên tử A.. Giúp học sinh giải được các bài toán đơn giản về hạt nhân nguyên tử 2.. - KN: HTPX là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những
Trang 1Phương pháp giảI bài toán về hạt nhân nguyên tử
A Mục tiêu
1 Giúp học sinh giải được các bài toán đơn giản về hạt nhân nguyên tử
2 Rèn các kỹ năng giải toán
3 Sử dụng làm nhanh các bài toán trắc nghiệm
B Nội dung
I Kiến thức cơ bản
1 Cấu tạo hạt nhân
- Hạt nhân mang điện dương, được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn – gọi là các Nuclon
- Có hai loại Nuclon là Proton và nơtron:
+ Proton: kí hiệu là p, q p e; m p 1 , 007276u 1 , 672 1027kg
+ Nơtron: kí hiệu là n, q n 0; m n 1 , 008665u 1 , 674 1027kg
Z
X hay Z A X A là tổng số Nuclôn trong hạt nhân
Ví dụ:
1
+ Hạt nhân nguyên tố Heli - 24He
+ Hạt nhân nguyên tố Nhôm - 1327Al
………
- Hạt nhân coi như quả cầu bán kính R thì bán kính hạt nhân đươc tính bởi công thức thực nghiệm:
3 1 15
10 2 ,
Ví dụ:
+ Bán kính hạt nhân 11HH: R = 1,2.10-15m
+ Bán kính hạt nhân 1327AlAl: R = 3,6.10-15m
Trang 2………
2 Đồng vị
1 Khái niệm: Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân có chứa cùng số Proton
Z nhưng khác nhau số Nơtron
2 Ví dụ
- Nguyên tử H có 3 đồng vị:
1
+ Đơtêri - 12H(12D)
+ Triti - 13H(21T) Trong đó T và D là thành phần của nước nặng là nguyên liệu của công nghệ nguyên tử
- Nguyên tử Cacbon có 4 đồng vị: C11 đến C14 Trong đó C12 có nhiều trong tự nhiên – chiếm 99%
3 Năng lượng liên kết
m m Z A Zm
m p n
các Nuclôn riêng rẽ
3.2 Năng lượng liện kết
+ KN: là năng lượng liên kết giữa A Nuclôn
.c m
W
+ KN: là năng lượng liên kết cho 1Nuclôn
+ Biểu thức:
A
W
+ YN: đặc trưng cho tính bền vững của hạt nhân.
4 Các hiện tượng liên quan tới hạt nhân
4.1 Hiện tượng phóng xạ(HTPX) - HT phân rã hạt nhân
Trang 3- KN: HTPX là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những tia không nhìn thấy(tia phóng xạ) rồi biến đổi thành hạt nhân khác
- Các loại tia phóng xạ:
+ Tia : là dòng hạt nhân Heli(24He) phóng ra với tốc độ khoảng 2.107m/s
độ ánh sáng
Tác dụng:
- Các tia phóng xạ đều có tác dụng đâm xuyên, hủy diệt tế bào, tác dụng ion hóa, tác dụng phát quang,…
Chú ý:
xuyên
qua tấm chì dày vài chục cm
+ Nếu coi mỗi tia phóng xạ như 1 hạt nhân thì chúng được kí hiệu như sau:
Tia : 24He; Tia : 01evà 01e ; Tia : 00
- Các công thức:
+ Định luật phóng xạ - Xác định số hạt nhân còn lại ở thời điểm t:
t T
t
T T
693 , 0 2 ln
+ Khối lượng chất phóng xạ còn lại ở thời điểm t:
t T
t
t
N
H tb
t
H
Trang 44.2 Phản ứng hạt nhân(PUHN)
- ĐN: PUHN là sự tương tác giữa các hạt nhân dẫn tới sự biến đổi thành các hạt nhân
khác
Thực tế: thường dùng hạt nhân con (đạn) bắn phá hạt nhân đứng yên(bia)
- Các định luật bảo toàn trong PUHN
+ ĐLBT số Z – ĐLBT điện tích: Z1 Z2 Z3 Z4
+ ĐLBT số A: A1 A2 A3 A4
+ ĐLBT động lượng: m vm1v1 m2v2
mc
nghỉ
II Một số dạng toán cơ bản
Dạng 1 Xác định A, Z, N năng lượng liên kết hoặc năng lượng liên kết riêng
PP
+ Sử dụng công thức
A
mc A
Vận dụng
Bài 1 Xác định số Nuclon của hạt nhân: 4He
HD
+ Từ
He
Z A
N
4
2
2 2
4
N
+ Ta có m 2 (m p m n) 4 , 0015 0 , 03038u
MeV MeV
uc
E 0 , 03038 2 0 , 03038 931 , 5 28 , 29
4
29 , 28
Trang 5Bài 2 2656Fe Tính năng lượng liên kết riêng Biết mn = 1,00866u; mp = 1,00728u; mFe =
55,9349u
HD
+ Ta có m 26m p 30m n 55 , 9349 0 , 50866u
MeV MeV
uc
E 0 , 50866 2 0 , 50866 931 , 5 473 , 8
56
8 , 473
Dạng 2 Xác định các đại lượng liên quan tới hiện tượng phóng xạ
PP
+ Hằng số phóng xạ:
T T
693 , 0 2 ln
t
T
2 2
0 0
tương tự với khối lượng m
+ Số hạt đã bị phân rã: N N0 N ( 1 e t)N0
A
m
N
+ Độ phóng xạ:
t
N
H tb
t
T
H
H 2 2
0 0
e
H
0 0.
Vận dụng
Bài 1 Pôlôni là nguyên tố phóng xạ , nó phóng ra một hạt và biến đổi thành hạt nhân con X Chu kì bán rã của Pôlôni là T = 138ngày
1 Xác định cấu tạo, tên gọi của hạt nhân con X
2 Ban đầu có 0,01g Tính độ phóng xạ của mẫu phóng xạ sau 3chu kì bán rã
HD
1 Xác định hạt nhân con X
+ Ta có phương trình phân rã: 21084 Po 24He Z A X
+ Theo các ĐLBT ta có:
82
206 2
84
4 210
Z
A Z
A
Pb
X:20682
Trang 6Nếu trắc nghiệm chỉ cần:
82
206 2
84
4 210
Z
A Z
A
Pb
X:20682
A T
N m H
A
mN H
m m
N A
m N
N H
m
A A
k
A
T t
11 0
0 0
10 08 , 2
2 693 , 0 2
.
2
A T
N m H
k
0
10 08 , 2
2 693 , 0
Bài 2 Phản ứng phân rã của Urani có dạng:
U 20682
238
92
1 Xác định x và y
2 Chu kì bàn rã của 23892U là T = 4,5.109năm Lúc đầu có 1g 23892U nguyên chất:
b Tính số hạt nhân 23892U bị phân rã sau 1năm Coi e t 1 t
HD
1 Từ
6
8 10
2
8 2
82
92
0 4 206 238
y
x y
x
x y
x
y x
A T
N m H
A
mN H
m m
N A
m
N
N
H
m
A A
k
A
T t
3089
2 693 , 0 2
.
2
0 0
0
b Từ
A
N m N
t N
e N N N N
A
t
0 0
0 0
0 ( 1 ) ( 1 )
hat A
t N
m
10 525 , 2 ) 1 (
A
t N
m
N 0 A(1 ) 2 , 525 1021
Bài 3 200Au
1 Tìm chu kì bán rã
2 Hỏi sau bao lâu lượng chất phóng xạ giảm đi 100lần
Trang 7HD
A H
N m T
A T
N m A
mN
.
693 , 0
693 , 0
100
0
0
T
t e
e m
m
m
m
t
t
s
693 , 0
4 , 2872 10 ln 2
Bài 4 Một lượng chất phóng xạ Radon(222Rn) có khối lượng ban đầu là m0 = 1mg Sau 15,2ngày thì độ phóng xạ của nó giảm 93,75% Tính chu kì bán rã và độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ còn lại
HD
T t
H H H H
H
H
H
H
T t T
4 4
2 16 1
2
% 75 , 93 1
0 0
0
0
A T
N m H
k
0
10 578 , 3
2
693
,
0
Bài 5 Pôlôni là nguyên tố phóng xạ với chu kì bán rã là T = 138ngày
1,67.1011Bq
2 Sau thời gian bao lâu độ phóng xạ của nó giảm đi 16lần
3 Tìm năng lượng tỏa ra khi chất phóng xạ trên phân rã hết
HD
2 210
84
82
206
Z A
mg g N
TA H m
A T
N m A
N
m
H
A
A A
1 10
1
693 , 0
693 ,
0 0
0
H
H
H
H
T t
T
2
2 16
4 0
4 0
Trang 83 Năng lượng tỏa ra do một phân rã là:
3 23
10 867 , 2 210
10 10 022 , 6
Q = N0.q = 2,867.1018.5,4.1,6.10-13 = 2,47.106J = 2,47MJ
Bài 6 Hạt nhân 23592U hấp thụ một hạt n sinh ra x hạt , y hạt , 1hạt 20882 Pb và 4 hạt
n Viết phương trình phản ứng đầy đủ
HD
+ Phương trình phản ứng hạt nhân: 23592U + n x y 20882Pb
+ Ta có
2
4 10
2
4 2
82 92
208
0 4 1 235
y
x y
x
x y
x
y x
Bài 7 Tính độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân 168O Biết mp = 1,007276u;
HD
+ Ta có độ hụt khối là: m ( 8 1 , 007276 8 1 , 008665 8 0 , 000549 15 , 994910 ) 0 , 137u
+ E 0 , 137uc2 0 , 137 931 , 5MeV 127 , 6MeV
Dạng 3 Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng hạt nhân hoặc động năng của các hạt sau phản ứng
PP
0 ) (m m c
ThuNL Q
ToaNL Q
:
: 0
Trong đó Q = W C + W D – W A(B) (W: động năng)
W v
mv W
MeV W
2 2
4 , 1
2
Trang 9Góc tạo bởi giữa các hạt bay ra sau phản ứng:
Tính vận tốc các hạt
bc
a c b c
b
2 cos
;
2 2 2
………
Vận dụng
Bài 1 Cho phản ứng hạt nhân: 01n 36Li T 4 , 8 MeV
1 Tính khối lượng của hạt nhân Li
2 Tính năng lượng tỏa ra khi phân tích hoàn toàn 1gLi
năng ban đầu của các hạt
HD
Còn có
2
0 )
(m m c
u m
m c
Q m m c
Q
5 , 931
1 8 , 4
2 2
10 022 , 6 6
1
N
23
10 7 , 7 8
, 4 6
10 022 , 6
Bài 2 Cho phản ứng hạt nhân: 1123 Na X 1020 Ne
1 Viết phương trình đầy đủ
2 Tính năng lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng trên ra eV
HD
1 Từ 1123 Na Z A X 24 1020 Ne
1
1
Z A
1123 Na 11p 24 1020 Ne
Trang 10Bài 3 Cho phản ứng hạt nhân: 49 Be 11H 36Li X
a Xác định X
b Tính năng lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng trên Biết
c Biết hạt proton có động năng 5,45MeV bắn phá hạt nhân Be đứng yên, Be bay
ra với động năng 3,55MeV Tìm động năng của hạt X
HD
a 49Be 11H 36Li A z X
2
4
Z
A
He
X 4 2
0 ) ( 9 , 01219 1 , 00783 6 , 01513 4 , 0026 )
lượng
Bài 4 Một hạt có động năng 4MeV bắn vào hạt nhân Nitơ đứng yên, gây phản ứng:
X H
147 11
a Tính vận tốc mỗi hạt
b Tính góc tạo bởi hướng bay các hạt sau phản ứng
Biết m 4 , 002603u; m N 14 , 003074u;
u
m H 1 , 007825 ; m X 16 , 999133u; 1uc2 = 931,5MeV
HD
a
+ Ta có
2 2
2 2
X X H H X
H
v m v m W
+ Theo bảo toàn động lượng ta cóm v m H v H m X v X (2)
MeV W
W Q
WHe p Li 2 , 133 5 , 45 3 , 55 4 , 033
Trang 11+ Theo BTNL có
2 2
2 2 0
Q W W W W
mc c m
W X X H (3) Với Q = (4,002603+14,003074-1,007825-16,999133).931,5MeV = -1,193MeV(4)
2
193 , 1 4 2
(5)
W v
mv
W
MeV W
2 2
4 ,
1
2
s m
10 66055 , 1 007825 ,
1
10 6 , 1 4 , 1
27
13
10 66055 , 1 999133 ,
16
10 6 , 1 4 , 1
27
13
W
13
10 66055 , 1 002603 ,
4
10 6 , 1 4 2 2
C Kết quả kiểm nghiệm
Tôi lấy 10 học sinh 12A2 và 10 học sinh 12A3 cho cùng làm 10 bài tập (trong thời gian 15 phút) liên quan tới các dạng toán đã viết trong đề tài:
+ Với 10 học sinh 12A2 giảng dạy như chương trình SGK 12
+ Với 10 học sinh 12A3 giảng dạy theo phương hướng của sáng kiến kinh nghiệm thì kết quả như sau:
- Các em học sinh 12A3 thu được kết quả cao hơn kết quả các học sinh 12A2:
10 em học sinh 12A2 có 6 em đạt yêu cầu
10 em học sinh 12A3 có 8 em đạt yêu cầu
- Số điểm tám trở lên của 12A3 là 4, 12A2 là 2
D Ban giám khảo
1 Nhận xét:
………
……….………
Trang 12
2 Đánh giá:………
Nam Lý, ngày 19 tháng 5 năm 2010 Người viết
Bùi Xuân Diệu