Vật lý hạt nhân Chuyên đề ôn thi THPT Quốc Gia 2016

GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân VẬT LÝ HẠT NHÂN I CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ * Cấu tạo hạt nhân Nuclôn + Hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclơn Có hai loại nuclơn: prơton, kí hiệu p, khối lượng mp = 1,67262.10-27kg, mang điện tích nguyên tố dương +e, nơtron kí hiệu n, khối lượng mn = 1,67493.10-27kg, khơng mang điện Prơtơn hạt nhân nguyên tử hiđrô + Số prôtôn hạt nhân số thứ tự Z nguyên tử bảng tuần hoàn; Số nơtron hạt nhân là: N = A – Z A + Kí hiệu hạt nhân: Z X * Đồng vị Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chứa số prơtơn Z (có vị trí bảng hệ thống tuần hồn), có số nơtron N khác Các đồng vị cịn chia làm hai loại: đồng vị bền đồng vị phóng xạ (khơng bền) Trong thiên nhiên có khoảng gần 300 đồng vị bền; ngồi người ta cịn tìm thấy vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo VD: Hidro có ba đồng vị: + Hidro thường 11 H chiếm 99,99% hidro thiên nhiên + Hidro nặng 12 H gọi đơtêri 12 D chiếm 0,015% hidro thiên nhiên + Hidro siêu nặng 13 H gọi triti 31T * Đơn vị khối lượng nguyên tử Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường đo đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u Một đơn vị u có giá trị khối lượng đồng vị cacbon 126 C 1u = 1,66055.10-27kg 12 * Khối lượng lượng Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 E Từ hệ thức Anhxtanh suy m = chứng tỏ khối lượng đo đơn vị lượng chia c cho c2, cụ thể eV/c2 hay MeV/c2 Theo lí thuyết Anhxtanh, vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với m0 tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với: m = m0 gọi khối lượng nghỉ m v2 1− c gọi khối lượng động * Lực hạt nhân Lực tương tác nuclôn hạt nhân lực hút, gọi lực hạt nhân, có tác dụng liên kết nuclơn lại với Lực hạt nhân lực tĩnh điện, khơng phụ thuộc vào điện tích nuclơn So với lực điện từ lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ lớn (cịn gọi lực tương tác mạnh) tác dụng hai nuclơn cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10-15 m) * Độ hụt khối lượng liên kết + Độ hụt khối hạt nhân hiệu số tổng khối lượng nuclôn cấu tạo nên hạt nhân khối lượng hạt nhân đó: ∆m = Zmp + Nmn – mhn + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng toả nuclôn riêng lẽ liên kết thành hạt nhân lượng cần cung cấp để phá hạt nhân thành nuclôn riêng lẽ : Elk = ∆m.c2 W + Năng lượng liên kết tính cho nuclơn ( ε = lk ) gọi lượng liên kết riêng hạt nhân, đặc A trưng cho bền vững hạt nhân VD : Hãy nêu cấu tạo hạt nhân nguyên tử sau : Đt : 0914449230 16 O; 17 O; 235 92 U; 27 13 Al ; 139 57 La ; 95 42 Mo Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân ……………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………….…….… ……………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………….……… ……………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………….……… VD : Khối lượng nguyên tử rađi Ra226 m = 226,0254u a) Hãy thành phần cấu tạo hạt nhân Rađi ? b) Tính kg mol nguyên tử Rađi, khối lượng hạt nhân, mol hạt nhân Rađi? c) Tìm khối lượng riêng hạt nhân nguyên tử cho biết bán kính hạt nhân tính theo cơng thức r = r0.A1/3, với r0 = 1,4.10-15 m, A số khối d) Tính lượng liên kết hạt nhân, lượng liên kết riêng, biết mP = 1,007276u, mn = 1,008665u ; me = 0,00549u ; 1u = 931 MeV/c2 Giải : a) Rađi hạt nhân có 88 prôton, N = 226 – 88 = 138 nơtron b) m = 226,0254u.1,66055.10-27 = 375,7.10-27 kg Khối lượng mol : mm0l = mNA = 375,7.10-27.6,022.1023 = 226,17.10-3 kg = 226,17 g Khối lượng hạt nhân : mHN = m – Zme = 259,977u = 3,7524.10-25kg Khối lượng 1mol hạt nhân : mm0lHN = mNH.NA = 0,22589kg c) Thể tích hạt nhân : V = 4πr3/3 = 4πr03A/ Am p 3m p m Khối lượng riêng hạt nhân D = = = ≈ 1,45.1017 kg / m 3 A V π rr 4πrr03 d) Tính lượng liên kết hạt nhân ΔE = Δmc2 = {ZmP + (A – Z)mN – m}c2 = 1,8197u ΔE = 1,8107.931 = 1685 MeV ∆E Năng lượng liên kết riêng hạt nhân ε = = 7, 4557 MeV/nu A Câu : Chọn câu đúng: A Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện dương e quay xung quanh B Nguyên tử có kích thước khối lượng lớn so với hạt nhân C Ngun tử ln trung hồ điện D Cả A,B,C Câu : Lực hạt nhân: A Là lực đẩy proton mang điện dương B Là lực hút tĩnh điện proton notron C Là lực liên kết nuclon có bán kính tác dụng cỡ 10-15m D Là lực tĩnh điện lực lớn lực biết có Câu : Trong hạt nhân nguyên tự A 14 prôtôn nơtron B prôtôn 14 nơtron C prôtôn nơtron D prôtôn nơtron Câu : Hạt nhân có A 11 prơtơn 24 nơtron B 13 prôtôn 11 nơtron C 24 prôtôn 11 nơtron D 11 prôtôn 13 nơtron 238 Câu : Hạt nhân 92 U có cấu tạo gồm : A 238p 92n B 92p 238n C 238p 146n D 92p 146n Câu : Hạt nhân He có A 3n 2p B 2n 3p C nuclon , có n D nuclon , có 2p Câu : Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A prôtôn B nơtrôn C nuclôn D electrôn 29 40 Câu : So với hạt nhân 14 Si , hạt nhân 20 Ca có nhiều Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân A 11 nơtrôn prôtôn B nơtrôn prôtôn C nơtrôn prôtôn D nơtrôn 12 prơtơn Câu : Hạt nhân Li có: A nơtron B.7 proton C.10 nuclôn D nơtron Câu 10 : Các đồng vị Hidro A Triti, đơtêri hidro thường B Heli, tri ti đơtêri C Hidro thường, heli liti D heli, triti liti Câu 11 : Theo định nghĩa đơn vị khối lượng nguyên tử u A khối lượng nguyên tử hiđrô 11 H B khối lượng hạt nhân nguyên tử cacbon 12 C C 1/12 khối lượng hạt nhân nguyên tử đồng vị cacbon 12 C D 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị cacbon C Câu 12 : Các đồng vị nguyên tố A có khối lượng B có số Z, khác số A C có số Z, số A D số A khơí lượng mNa = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, Câu 13 : Hạt nhân Natri có kí hiệu mn = 1,0087 u a) Tính số hạt notron có hạt nhân Na b) Tính số nuclon có 11,5 g Na c) Tính độ hụt khối lượng liên kết, lượng liên kết riêng hạt nhân Na …………………………………………………………………………………………………… …………… 12 ……………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………….…….… ……………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………… …………… ………………………………………………………………………………………………… ……… …… …………………………………………………………………………………………………….…………… Câu 14 : Chọn câu A Hạt nhân bền độ hụt khối lớn B Khối lượng hạt nhân tổng khối lượng nuclôn C Trong hạt nhân số prôtôn luôn số nơtrôn D Khối lượng prôtôn lớn khối lượng nơtroon Câu 15 : Cho số Avogadro NA = 6,02.1023mol-1 Số hạt nhân nguyên tử có 100g iốt phóng xạ ( 131 53 I )là 23 23 23 B 4,595.10 hạt C 4,952 10 hạt D.5,426 1023 hạt bao nhiêu? A 3,592.10 hạt …………………………………………………………………………………………………….…………… …………………………………………………………………………………………………… ………… Câu 16 : Cho hạt nhân 24 He có khối lượng 4,001506u, mp=1,00726u, mn=1,008665u, u = 931,5MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 24 He có giá trị bao nhiêu? A 7,066359 MeV B 7,73811 MeV C 6,0638 MeV D 5,6311 MeV …………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………………………… 37 Câu 17 : Tính lượng liên kết riêng hạt nhân 17 Cl Cho biết: mp = 1,0087u; mn = 1,00867u; mCl = 36,95655u; 1u = 931MeV/c2 A 8,16MeV B 5,82 MeV C 8,57MeV D 9,38MeV Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân …………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………………………… Câu 18 : Biết khối lượng hạt nhân U238 238,00028u, khối lượng prôtôn nơtron mP = 1,007276u; mn = 1,008665u; 1u = 931 MeV/ c2 Năng lượng liên kết Urani 238 bao nhiêu? 92 U A 1400,47 MeV B 1740,04 MeV C.1800,74 MeV D 1874 MeV …………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………………………… Câu 19 : Hạt nhân 60 27 Co có khối lượng 55,94u biết khối lượng prôtôn 1,0073u khối lượng 60 Co nơtrôn 1,0087u lượng liên kết riêng hạt nhân 27 A.70,5MeV B 70,4MeV C 48,9MeV D 54,4MeV ………………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………………………… Câu 20 : Hạt nhân đơteri D có khối lượng 2,0136u biết khối lượng prơtơn 1,0073u khối lượng nơtrôn 1,0087u lượng liên kết hạt nhân 21 D A 0,67MeV B 2,02MeV C 1,86MeV D 2,23MeV …………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 21 : Tìm lượng liên kết riêng hạt nhân 115B : mp = 1,0078u, mn = 1,0086u, mB = 11,0093u, 1uc2 = 931,5 MeV A 76,2MeV B 74,2MeV C 75,73MeV D 6,88MeV …………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………………………… Câu 22 : Đơn vị sau đơn vị khối lượng? D u A Kg; B MeV/c; C MeV/c2; 40 Câu 23 (Đề thi ĐH 2010) : Cho khối lượng prôtôn; nơtron; 18 Ar ; Li là: 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u u = 931,5 MeV/c2 So với lượng liên kết riêng hạt nhân 63 Li lượng liên kết riêng hạt nhân 40 18 Ar A lớn lượng 5,20 MeV C nhỏ lượng 3,42 MeV B lớn lượng 3,42 MeV D nhỏ lượng 5,20 MeV …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… 56 Câu 24 : Tính lượng liên kết riêng hai hạt nhân 11 Na 26 Fe Hạt nhân bền vững ? Cho mNa = 22,983734u ; mFe = 55,9207u mn = 1,008665u ; mp = 1,007276u …………………………………………………………………………………………………………… …… 23 …………………………………………………………………………………………………………… …… Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Câu 25 (ĐH – 2012): Các hạt nhân đơteri H ; triti H , heli He có lượng liên kết 2,22 MeV; 8,49 MeV 28,16 MeV Các hạt nhân xếp theo thứ tự giảm dần độ bền vững hạt nhân A 12 H ; 24 He ; 13 H B 12 H ; 13 H ; 24 He C 24 He ; 13 H ; 12 H D 13 H ; 24 He ; 12 H …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 26 : Khối lượng hạt nhân 11H , 26 13 Al khối lượng nơtron 1,007825u; 25,986982u 26 1,008665u Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 13 Al là: A 7,9 MeV B 2005,5 MeV C 8,15 MeV D 211,8 MeV …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 27 : Cho biết lượng liên kết riêng hạt nhân U 7,6 MeV, khối lượng nơtron 235 92 prôtôn 1,00867 u, 1,00728 u; lấy 1u = 931,5 MeV/c2 Khối lượng hạt nhân 235 92 U A 235,000 u B 234,992 u C 234,129 u D.238,822 u …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 28 (ĐH – 2014) : Trong hạt nhân nguyên tử: 24 He; 2656 Fe; 238 92 U A He B 56 26 Th , hạt nhân bền vững 230 90 230 90 Th 238 92 C Fe D U 32 Câu 29 : Biết lượng liên kết lưu huỳnh S , crôm Cr52, urani U238 theo thứ tự 270MeV, 447MeV, 1785MeV Hãy xếp hạt nhân theo thứ tự độ bền vững tăng lên: A S < U < Cr B U < S < Cr C Cr < S < U D S < Cr < U 67 Câu 30 (TN – 2011) : Số prôtôn số nơtron hạt nhân nguyên tử 30 Zn là: A.30 37 B 30 67 C 67 30 D 37 30 230 210 Câu 31 (ĐH – 2014): Số nuclôn hạt nhân 90 Th nhiều số nuclôn hạt nhân 84 Po A B 126 C 20 D 14 Câu 32 : Các hạt nhân bền vững có lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclơn, hạt nhân có số khối A phạm vi A 50 < A < 70 B 50 < A < 95 C 60 < A < 95 D 80 < A < 160 Câu 33 : Hạt nhân He có lượng liên kết 28,4 MeV; hạt nhân Li có lượng liên kết 39,2 MeV; hạt nhân 21 D có lượng liên kết 2,24 MeV Hãy theo thứ tự tăng dần tính bền vững ba hạt nhân B 21 D , 42 He , 36 Li C 42 He , 21 D , 36 Li D 21 D , 36 Li , 42 He A 42 He , 36 Li , 21 D …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… 238 232 Câu 34 : Cho khối lượng hạt nhân 210 84 Po , 92 U , 90Th mPo = 210u, mU = 238u, mTh = 230u Biết khối lượng nuclôn mP = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV Hãy theo thứ tự giảm Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân dần tính bền vững ba hạt nhân 238 232 232 210 232 238 238 210 A 210 B., 238 C 210 D 232 84 Po , 90Th , 92 U 90Th , 92 U , 84 Po 84 Po , 92 U , 90Th 92 U , 90Th , 84 Po …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 35 : Số prôtôn 15,9949 gam A 4,82.1024 B 6,023.1023 16 O bao nhiêu? C 96,34.1023 D 14,45.1024 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 36 : Cho số Avogadro NA = 6,02.1023mol-1 Số hạt nhân nguyên tử có 100g iốt phóng xạ bao nhiêu? B 4,595.1023hạt C 4,952 1023hạt D.5,426 1023hạt A 3,592.1023hạt 131 53 I …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 37 : Hạt nhân vững hạt nhân A A1 > A2 A1 Z1 A2 Z2 X hạt nhân A2 Z2 Y có độ hụt khối Δm1 Δm2 Biết hạt nhân A1 Z1 X bền Y Hệ thức : B ∆m1 ∆m2 > A2 A1 C ∆m2 ∆m1 > A1 A2 D Δm1 > Δm2 II SỰ PHÓNG XẠ * Hiện tượng phóng xạ Phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Q trình phân rã phóng xạ nguyên nhân bên gây hoàn tồn khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi nhiệt độ, áp suất, … Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ hạt nhân phân rã hạt nhân * Các tia phóng xạ : + Tia α: chùm hạt nhân hêli 42 He, gọi hạt α, phóng từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.107m/s Tia α làm ion hóa mạnh nguyên tử đường lượng nhanh Vì tia α tối đa 8cm khơng khí khơng xun qua tờ bìa dày mm + Tia β: hạt phóng xạ phóng với vận tốc lớn, đạt xấp xĩ vận tốc ánh sáng Tia β làm ion hóa mơi trường yếu so với tia α Vì tia β quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét không khí xun qua nhơm dày cỡ vài mm Có hai loại tia β: - Loại phổ biến tia β- Đó electron (kí hiệu −01 e) - Loại tia β+ Đó pơzitron, hay electron dương (kí hiệu +01 e, có khối lượng electron mang điện tích nguyên tố dương Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân + Tia γ: sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 10-11m), hạt phơtơn có lượng cao Vì tia γ có khả xuyên thấu lớn nhiều so với tia α β Trong phân rã α β, hạt nhân trạng thái kích thích phóng xạ tia γ để trở trạng thái * Định luật phóng xạ : Trong trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm − λt −t −t − λt Các công thức biểu thị định luật phóng xạ: N(t) = No T = No e m(t) = mo T = mo e ln 0,693 Với λ = gọi số phóng xạ; T gọi chu kì bán rã: sau khoảng thời gian T số = T T lượng hạt nhân chất phóng xạ cịn lại 50% (50% số lượng hạt nhân bị phân rã) * Độ phóng xạ : Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ thời điểm t tích số phóng xạ số lượng hạt nhân phóng xạ chứa lượng chất phóng xạ vào thời điểm −t H = λN = λNo e-λt = Ho e-λt = Ho T Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ giảm theo thời gian theo quy luật hàm mũ giống số hạt nhân (số nguyên tử) Đơn vị độ phóng xạ beccơren (Bq): 1Bq = 1phân rã/giây Trong thực tế người ta dùng đơn vị khác curi (Ci): 1Ci = 3,7.1010 Bq; xấp xĩ độ phóng xạ gam rađi * Đồng vị phóng xạ Ngồi đồng vị phóng xạ có sẵn thiên nhiên, gọi đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta chế tạo nhiều đồng vị phóng xạ, gọi đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị phóng xạ nhân tạo thường thấy thuộc loại phân rã β γ Các đồng vị phóng xạ ngun tố hóa học có tính chất hóa học đồng vị bền nguyên tố 60 Ứng dụng: Đồng vị 27 Co phóng xạ tia γ dùng để soi khuyết tật chi tiết máy, diệt khuẫn để bảo vệ A +1 nông sản, chữa ung thư Các đồng vị phóng xạ Z X gọi nguyên tử đánh dấy, cho phép ta khảo sát tồn tại, phân bố, vận chuyển nguyên tố X Phương pháp nguyên tử đáng dấu có nhiều ứng dụng quan trọng sinh học, hóa học, y học, Đồng vị cacbon 146 C phóng xạ tia β- có chu kỳ bán rã 5730 năm dùng để định tuổi vật cổ CÔNG THỨC GIẢI BÀI TẬP  t T t  N e * Số ngun tử chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t N  N * Số hạt nguyên tử bị phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt (α e- e+) tạo thành: ΔN  N  N  N (1 eλt )  t T λt m  m  m e Khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t Trong đó: N0, m0 số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t t T Δm  m  m  m (1 ) t  Δm T  1 Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã : m0 t  m T  =eλt Phần trăm chất phóng xạ cịn lại: m0 Lưu ý: Trường hợp phóng xạ β+, β- A = A1 ⇒ m1 = ∆m Độ phóng xạ H Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân  t T λt rã giây H  H  H e  λN H0 = λN0 độ phóng xạ ban đầu Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s) Các trường hợp đặc biệt, học sinh cần nhớ để giải nhanh câu hỏi trắc nghiệm: Tỉ số t Bị phân rã t − Tỉ số N/N0 hay (%) (N0- N)/N0 Còn lại N= N0 T N0 – N (%) N N t =T 1/2 hay ( 50%) N0/2 hay ( 1/2 N = N0 2−1 = 10 = 2 50%) t =2T N = N − = N = N 1/4 hay (25%) 3N0/4 hay 3/4 02 2 (75%) t =3T N = N − = N = N 1/8 hay (12,5%) 7N0/8 hay 7/8 02 (87,5%) t =4T N = N − = N = N 1/16 hay (6,25%) 15N0/16 hay 15/16 02 16 (93,75%) t =5T N = N − = N = N 1/32 hay 31N0/32 hay 31/32 02 25 32 (3,125%) (96,875%) N N t =6T N = N −6 = = 1/64 hay 63N0/64 hay 63/64 02 64 (1,5625%) (98,4375%) t =7T N = N −7 = N = N 1/128 hay 127N0/128 127/128 02 128 (0,78125%) hay t =8T N = N −8 = N = N 02 1/256 hay(0,390625%) t =9T - 256 Tỉ số (N0- N)/N 15 31 63 127 (99,21875%) 255N0/256 255/256 255 hay (99,609375%) Hay: Thời gian t Còn lại: N/N0 hay m/m0 Đã rã: (N0 – N)/N0 Tỉ lệ % rã Tỉ lệ ( tỉ số) hạt rã lại Tỉ lệ ( tỉ số) hạt lại bị phân rã T 1/2 1/2 50% 1 2T 1/22 3/4 75% 1/3 3T 1/23 7/8 87,5% 1/7 4T 1/24 15/16 93,75% 15 1/15 5T 1/25 31/32 96,875% 31 1/31 6T 1/26 63/64 98,4375% 63 1/63 7T 1/27 127/128 99,21875% 127 1/127 Ví dụ : Chất phóng xạ Coban 60Co dùng y tế có chu kì bán rã T = 5,33 năm khối lượng nguyên tử 58,9u Ban đầu có 500 (g) 60Co a) Khối lượng 60Co cịn lại sau 12 năm ? b) Sau khối lượng chất phóng xạ cịn lại 100 (g)? Giải : Theo ta có m0 = 500 (g), T = 5,33 (năm), t = 12 (năm) − ln t T − ln 12 5, 33 a) Khối lượng lại Co ban m(t ) = m0 e = 500.e = 500.e = 105( g )  b) Khi khối lượng chất Co cịn lại 100 (g) ta có m = 100 (g) 1 Khi từ cơng thức: m(t ) = m0 e −λt ⇔ 100 = 500.e −λt → e −λt = ⇔ λt = − ln  = 1,6 5 − λt Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân 1,6 1,6T 1,6.5,33 = 12,37 (năm) = = 0,693 λ ln ln T Ví dụ : Ban đầu có kg chất phóng xạ Coban 60Co chu kì bán rã T = 5,33 năm a) Sau 15 năm, lượng chất Coban lại bao nhiêu? b) Sau khối lượng Coban 10 (g) c) Sau khối lượng Coban cịn 62,5 (g) Từ ta có t = 1,6 = …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Với m0 khối lượng chất phóng xạ ban đầu , m khối lượng lại tai thời điểm t , λ số phóng xạ , biểu thức ĐL phóng xạ : B m = mo.e-λt C m0 = meλt D m = ½ m0 e-λt A m0 = me-λt Câu : Trong q trình phóng xạ chất, số hạt nhân phóng xạ A giảm theo thời gian B giảm theo đường hypebol C không giảm D giảm theo quy luật hàm số mũ Câu : Công thức công thức định luật phóng xạ phóng xạ? − t A N (t ) = N T B N (t ) = N − λt C N (t ) = N e − λt D N = N (t ).e − λt Câu : Hằng số phóng xạ λ chu kì bán rã T liên hệ với hệ thức sau ? 0,693 T A λT = ln2 B λ = T.ln2 C λ = D λ = − T 0,693 Câu : Số nguyên tử chất phóng xạ bị phân hủy sau khoảng thời gian t tính theo cơng thức t − N T đây? A ∆N = N B ∆N = N e − λt C ∆N = N (1 − e − λt ) D ∆N = t Câu : Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu N0 sau chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ cịn lại N A N / B N / C N / D Câu : Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu N0 sau chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ cịn lại N A N / B N / C N / D Câu : Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu N0 sau chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ lại N A N / B N / C N / D Câu : Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu N0 sau chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ cịn lại A N0/4 B N0/8 C N0/16 D N0/32 Câu 10 : Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu N0 sau chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ cịn lại A N0/5 B N0/25 C N0/32 D N0/50 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Câu 11 : Chu kỳ bán rã đồng vị phóng xạ T Tại thời điểm ban đầu mẫu chứa N0 hạt nhân Sau khoảng thời gian 3T, mẫu B lại 12,5% hạt nhân N0 A lại 25% hạt nhân N0 C lại 75% hạt nhân N0 D bị phân rã 12,5% số hạt nhân N0 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 12 : Chất phóng xạ 210 84 Po (Poloni) chất phóng xạ α Lúc đầu poloni có khối lượng kg Khối lượng poloni phóng xạ sau thời gian chu kì A 0,5 kg B 0,25 kg C 0,75 kg D kg …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 13 : Một chất phóng xạ có chu kì T = ngày Nếu lúc đầu có 800 (g), chất lại 100 (g) sau thời gian t A 19 ngày B 21 ngày C 20 ngày D 12 ngày …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 14 : Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T thời điểm ban đầu có 48N0 hạt nhân Hỏi sau khoảng thời gian 3T, số hạt nhân lại bao nhiêu? A 4N0 B 6N0 C 8N0 D 16N0 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 15 : Chất phóng xạ 131 53 I có chu kì bán rã ngày đêm Ban đầu có 1g chất này, sau ngày đêm lại A 0,92g B 0,87g C 0,78g D 0,69g …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 16 : Một chất phóng xạ có khối lượng m0, chu kì bán rã T Hỏi sau thời gian t = 4T khối lượng bị 15m0 31m0 m m phân rã là: A B C D 16 32 16 32 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… 60 60 Co gần năm Sau 10 năm, từ nguồn 27 Co có khối lượng 1g Câu 17 : Chu kỳ bán rã 27 lại A gần 0,75g B 0,75g lượng nhỏ C gần 0,25g D 0,25g lượng nhỏ …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 18 : Chu kì bán rã chất phóng xạ 90 38 Sr 20 năm Sau 80 năm có phần trăm chất phóng xạ phân rã thành chất khác? A 6,25% B 12,5% C 87,5% D 93,75% …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Đt : 0914449230 10 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Bắn hạt α có động MeV vào hạt nhân N đứng yên thu prôton hạt nhân 108 O Giả sử hai hạt sinh có tốc độ, tính động tốc độ prôton Cho: mα = 4,0015 u; mO = 16,9947 u; mN = 13,9992 u; mp = 1,0073 u; 1u = 931 MeV/c2; c = 3.108 m/s Dùng prơtơn có động 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên Phản ứng tạo hạt nhân X hạt α Hạt α bay theo phương vng góc với phương tới prơtơn có động MeV Tính động hạt nhân X lượng tỏa phản ứng Lấy khối lượng hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối chúng 230 Hạt nhân 234 92 U đứng yên phóng xạ phát hạt α hạt nhân 90 Th (khơng kèm theo tia γ) Tính động hạt α Cho mU = 233,9904 u; mTh = 229,9737 u; mα = 4,0015 u u = 931,5 MeV/c2 Hạt nhân 226 88 Ra đứng yên phân rã thành hạt α hạt nhân X (không kèm theo tia γ) Biết lượng mà phản ứng tỏa 3,6 MeV khối lượng hạt gần số khối chúng tính đơn vị u Tính động hạt α hạt nhân X Cho prơtơn có động 1,46 MeV bắn phá hạt nhân 73 Li đứng yên sinh hai hạt α có động Xác định góc hợp véc tơ vận tốc hai hạt α sau phản ứng Biết mp = 1,0073 u; mLi = 7,0142 u; mα = 4,0015 u u = 931,5 MeV/c2 Hướng dẫn giải → → mv p2 Theo định luật bảo toàn động lượng ta có: pRa + pHe =  pRa = pHe = p Vì Wđ = = , đó: 2m p2 p2 p2 p2 p2 = = 57,5 = 57,5WđRa W = WđRa + WđHe = + + 2mRa 2mHe 2mRa mRa 2mRa 56,5 W  WđRa = = 0,0853MeV 57,56 Phương trình phản ứng: 11 p + 73 Li → 42 He 14 Theo định luật bảo tồn lượng ta có: Wđp + ∆W = 2WđHe  WđHe = Wđp + ∆W = 9,5 MeV 2mαWdα mα2 vα2 Theo ĐLBT động lượng ta có: mαvα = (mp + mX)v  v2 = = ; (m p + m X ) (m p + m X ) Wđp = v= m mW mpv2 = p α dα2 = 12437,7.10-6Wđα = 0,05MeV = 796.10-17 J; (m p + m X ) 2Wdp mp = 2.796.10 −17 = 30,85.105 m/s − 27 1,0073.1,66055.10 → → → → → → → Theo định luật bảo toàn động lượng ta có: p p = pα + p X Vì v p ⊥ v α  p p ⊥ pα  p 2X = p 2p + p α2 W + 4Wđα 1  2mX mXv 2X = 2mp mpv 2X + 2mα mαv 2X hay 2mXWđX = 2mpWđp + 2mαWđα  WđX = đp = 2 3,575 MeV Theo định luật bảo toàn lượng ta có: (mp + mBe)c2 + Wđp = (mα + mX)c2 + Wđα + WđX Năng lượng tỏa ra: ∆W = (mp + mBe - mα - mX)c2 = Wđα + WđX - Wđp = 2,125 MeV → → Theo định luật bảo toàn động lượng: pα + pTh =  pα = mαvα = pTh = mThvTh  2mαWα = 2mThWTh m  WTh = α Wα Năng lượng tỏa phản ứng là: mTh m + mTh ∆W = WTh + Wα = α Wα = (mU – mTh - mα)c2 mTh m (m − mTh − mα ) Wα = Th U c = 0,01494 uc2 = 13,92 MeV mTh + mα Phương trình phản ứng: Đt : 0914449230 226 88 Ra → 42 α + 222 86 Rn 33 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân → → Theo định luật bảo toàn động lượng: pα + p X =  pα = mαvα = pX = mXvX  2mαWα = 2mXWX m m + mX  WX = α Wα Năng lượng tỏa phản ứng là: ∆W = WX + Wα = α Wα mX mX m m ∆W  Wα = X = 3,536 MeV; WX = α Wα = 0,064 MeV mX mα + mX → → → Theo định luật bảo toàn động lượng ta có: p p = pα + pα  p 2p = p α2 + p α2 + 2pα1pα2cosϕ Vì pα1 = pα2 = pα p2 = 2mWđ  cosϕ = 2m p Wp − 4mα Wα = m p Wp − 2mα Wα (1) 4mα Wα 2mα Wα Theo định luật bảo toàn lượng: (mp +mLi)c2 +Wp = 2mαc2 + 2Wα (m p + mLi − 2mα )c + Wp  Wα = = 9,3464 MeV (2) Từ (1) (2) suy ra: cosϕ = - 0,98 = cos168,50  ϕ = 168,50 SỰ PHÁT HẠT ANPHA …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu (ĐH – 2010) : Hạt nhân 210 84 Po đứng n phóng xạ α, sau phóng xạ đó, động hạt α A lớn động hạt nhân B nhỏ động hạt nhân C động hạt nhân D nhỏ động hạt nhân 238 Câu : Hạt nhân 92 U đứng yên , phóng xạ anpha , biết động tổng cộng hạt tạo thành T Động hạt anpha A nhỏ T/2 B T/ C nhỏ T D lớn T Câu (ĐH – 20008) : Hạt nhân A đứng n phân rã thành hạt nhân B có khối lượng mB hạt α có khối lượng mα Tỉ số động hạt nhân B động hạt α sau phân rã A mα mB  mB    mα  B  C mB mα  mα    mB  D  …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu : Hạt nhân 226 88 Ra ban đầu đứng n phóng hạt α có động 4,80MeV Coi khối lượng hạt nhân xấp xỉ với số khối Năng lượng toàn phần tỏa phân rã 34 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân A 4,89MeV B 4,92MeV C 4,97MeV D 5,12MeV …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu : Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng xạ α biến thành hạt nhân Năng lượng toả phản ứng 5,12MeV Lấy khối lượng hạt nhân xấp xỉ số khối chúng tính theo đơn vị u Bỏ qua lượng tia γ Động hạt α là: A 5,03MeV B 1,03MeV C 2,56MeV D 0,09MeV …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu 6: Hạt Pôlôni (A= 210, Z = 84) đứng yên phóng xạ hạt α tạo thành chì Pb Hạt α sinh có động K α =61,8MeV Năng lượng toả phản ứng A: 63MeV B: 66MeV C 68MeV D 72MeV …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu (ĐHSP Vinh – 97): Hạt nhân 222 86 Rn ban đầu đứng n phóng hạt α Bao nhiêu phần trăm lượng tỏa chuyển thành động hạt anpha (Đs : 98%) …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu (ĐH Kinh Tế Quốc Dân– 2000): 210 84 Po chất phóng xạ anpha có chu kỳ 138 ngày đêm Tính vận tốc hạt anpha bay biết lượng tỏa từ phản ứng E = 2,6 MeV (ĐS : 1,1.107 m/s) …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu (HV QHQT– 98): Hạt nhân phóng xạ 234 92 U (đứng yên) phóng xạ anpha a) Tính lượng tỏa ? m α = 4, 0015u ; m U = 233,9904u , , m X = 229,9737u ,1u = 931 MeV/c2 b) Tính động hạt anpha hạt nhân X …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Đt : 0914449230 35 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Câu 10 : Hạt nhân Po lúc đần đứng yên, thực phóng xạ α biến đổi thành chì Pb Động hạt α bay chiếm phần trăm lượng tỏa phóng xạ? A 1,9% B 98,1% C 81,6% D 18,4% …………………………………………………………………………………………………………… … 210 84 …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu 11 : Đồng vị phóng xạ A đứng yên, phân rã α biến đổi thành hạt nhân B Gọi ∆E lượng tảo phản ứng, Kα động hạt α , KB động hạt B, khối lượng chúng mα ; mB Biểu thức liên hệ ∆E , Kα , mα , mB : m + mB m + mB A ∆E = K α α B ∆E = K α α mB − mα mB m + mB m + mB D ∆E = K α α C ∆E = K α α mα 2m α …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … 230 Câu 12 : Hạt nhân 234 92 U ban đầu đứng yên, phóng xạ hạt α biến đổi thành 90 Th Lấy khối lượng nghỉ hạt nhân số khối theo đơn vị u Năng lượng tỏa phản ứng chuyển thành động hạt α chiếm A 98,29% B 1,71% C 1,74% D 98,26% …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu 13 : 226 88 Ra chất phóng xạ α, với chu kì bán rã T = 1570 năm Phóng xạ tỏa nhiệt lượng 5,96 MeV Giả sử ban đầu hạt nhân Radi đứng yên Tính động hạt α hạt nhân sau phản ứng Cho khối lượng hạt α hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Câu 14 : Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ α biến thành hạt nhân Y Gọi m1 m2, v1 v2, K1 K2 tương ứng khối lượng, tốc độ, động hạt α hạt nhân Y Hệ thức sau ? v m K m K v m K v v m K A = = B = = C = = D = = v1 m1 K1 v2 m1 K v2 m1 K1 v m2 K ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Câu 15 : Hạt nhân phóng xạ Pơlơni Đt : 0914449230 210 84 Po đứng yên phát tia α sinh hạt nhân X Gọi K động 36 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh năng, v vận tốc, m khối lượng hạt Biểu thức đúng? K m K K v m v v m A α = X = α B α = X = X C α = α = α K X vα K X v X mX mα K X vα m X Vật Lý Hạt Nhân D Kα v m = α = X K X vX mα NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN Thực tế Hiệu suất H% P = Pnguồn H/100 Năng lượng nguồn : Enguồn = Pnguồn.t Enguồn = N.ΔE ΔE : Năng lượng tỏ phân hạch Câu : Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu U235 Biết lượng trung bình torng phân hạch tỏa 200 MeV hiệu suất nhà máy 30% Nếu công suất phát điện nhà máy 1,8 MW khối lượng U235 cần dùng năm A 2,3 kg B 23 kg C 1,6 kg D 16 kg …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu : Một nhà máy điện ngun tử dùng ngun liệu U235 có cơng suất 600 MW hoạt động liên tục năm Cho biết hạt nhân phân hạch tỏa lượng trung bình 200 MeV hiệu suất nhà máy 30% Tính lượng cần cung cấp cho nhà máy khối lượng uranium tiêu thụ năm ĐS : 94,6.1015 J 1153,7kg …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Câu : Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235 tỏa lượng trung bình 214 MeV Tính lượng trung bình tỏa q trình phân hạch kg hạt nhân U235 lị phản ứng nhà máy điện hạt nhân công suất cung cấp nhà máy điện biết công suất nhà máy 25% …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … Đt : 0914449230 37 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân 235 Câu : Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U tỏa lượng trung bình 200 MeV Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 500 kg Urani (ĐS : 4,56.109 KWh ) …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………………………………… Câu (ĐH 2013) :Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 200MW 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 200MeV; số A- vô- ga –đro NA=6,02.1023mol-1 Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 461,6g B 461,6kg C 230,8kg D 230,8g …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………………………………… KHỐI LƯỢNG TƯƠNG ĐỐI TÍNH + Khi hạt đứng n có khối lượng m0 (khối lượng nghỉ) + Khi hạt chuyển động với tốc độ v khối lượng của= m chuển động có khối lượng lớn đứng yên) Ta phân biệt hiểu đại lượng : m0 v2 1− c < m (có nghĩa hạt E = m c : Năng lượng nghỉ E = m.c : Năng lượng tương đối tính = E E + Wd : Năng lượng toàn phần (Wđ động hạt) Liên hệ= : m m0 v2 1− c E → = E0 v2 1− c > E0 VD : Tính cơng cần thiết để tăng tốc electron từ trạng thái nghỉ đến vận tốc 0,50c A.0,144m0c2 B.0,225m0c2 C.0,25m0c2 Giải: m0 mv (0,5) c 2 2 = m0 c + E0 = m0c ; E = E0 + Wđ = m0c + 2 v2 1− c 2 m (0,5) c E = m0c2 + = m0c2 + 0,144m0c2 D.0,5m0c2 Do A = E – E0 = 0,144m0c2 Chọn đáp án A Câu : Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Khi vật chuyển động, khối lượng có giá trị : A Không đổi B Giảm so với đứng yên C Lớn so với đứng yên D Lúc đầu khối lượng tăng, sau giảm so với đứng yên, phụ thuộc vào vận tốc vật Câu : Một vật có khối lượng nghỉ 60kg chuyển động với tốc độ v = 0,8c a/ Tính khối lượng tương đối tính b/ Tính phần trăm khối lượng tăng lên vật chuyển động 38 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Tính khối lượng phơtơn ứng với xạ 0,6 µm (ĐS : 3,68.10-36 kg) …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Tính khối lượng phơtơn ứng với xạ λ 4,41.10-36 kg Tìm λ …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Một hạt có động lượng nghĩ Tính tốc độ hạt ? …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Một hạt có động năng lượng nghĩ Tính tốc độ hạt ? …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Để khối lượng tương đối tính vật tăng 10% so với khối lượng nghỉ vật phải chuyển động với vận tốc ? …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu : Tính động lượng tồn phần vật có khối lượng nghỉ m0 chuyển động với tốc độ 0,6c …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu (ÐH– 2010): Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, động hạt chuyển động với tốc độ 0,6c (c tốc độ ánh sáng chân không) A 1,25m0c2 B 0,36m0c2 C 0,25m0c2 D 0,225m0c2 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Đt : 0914449230 39 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân Câu 10 : Có thể gia tốc cho electron đến động độ tăng tương đối khối lượng 5% A 8, 2.10−14 J B 8, 7.10−14 J C 4,1.10−15 J D 8, 7.10−16 J …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 11 (CĐ – 2011): Một hạt chuyển động với tốc độ 0,8 lần tốc độ ánh sáng chân không Theo thuyết tương đối hẹp, động Wd hạt lượng nghỉ E0 liên hệ với hệ thức 8E 15E 3E 2E B Wd = C Wd = D Wd = A Wd = 15 …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 12 : Khối lượng electron chuyển động lần khối lượng nghĩ Tìm tốc độ chuyển động electron (ĐS : 2,59.108 m/s) …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………………………………… …… Câu 13 : Gọi c tốc độ ánh sáng chân không Một vật đứng yên có khối lượng m0, chuyển động với vận tốc v có khối lượng m, động vật tính biểu thức 1 A mv B C (m – m0)c2 D (m0 – m)v2 m0 v2 2 BT bổ sung 1: Cho biết 92U 92U chất phóng xạ có chu kì bán rã T1 = 4,5.109 năm T2=7,13.108 năm Hiện quặng urani thiên nhiên có lẫn U238 U235 theo tỉ lệ 160 : Giả thiết thời điểm tạo thành Trái Đất tỉ lệ 1:1 Cho ln10 = 2,3; ln2 = 0,693 Tuổi Trái Đất bao nhiêu? 238 Lời giải: 235 Gọi N0 số hạt ban đầu (khi Trái Đất hình thành) U238 U235 Số hạt U238 là: N1 = N0 Số hạt U235 là: N2 = N0 Suy : = Ta thấy chu kì bán rã U235 nhỏ hơn, tức U235 phóng xạ nhanh hơn, suy số hạt cịn lại phải Kết hợp giả thiết ta có  t( ) = log2160  t(  t( ) = 7,32  t = 7,32 = 160 ta suy = 160 ) = log216 +  t= 6,2.109 (năm) Theo tính tốn trên, tuổi Trái Đất 6,2 tỉ năm BT bổ sung 2: Urani 92U có chu kì bán rã 4,5.109năm a/ Giả sử tuổi Trái Đất tỉ năm Hãy tính lượng cịn lại g U238 kể từ Trái Đất hình thành 238 Đt : 0914449230 40 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân b/ Tính độ phóng xạ mol U238 độ phóng xạ lượng lại sau thời gian 2,25 tỉ năm Lời giải: a/ Khối lượng chất phóng xạ tính theo cơng thức:m = m0 9 Thay số m0 = 1g, t = 5.10 , T = 4,5.10 ta tính m = 0,463 g b/ Độ phóng xạ tính theo cơng thức: H = λN Trong λ = ln2/T với T tính giây N = nNA = 6,02.1023 λ = ln2/(4,5.109.365.86400) Thay số ta tính H = 2,94.10 Bq Độ phóng xạ phụ thuộc thời gian theo cơng thức: H = H0.e-λt = H0 Với t = 2,25.109 năm H = 2,94.106 = 2,1.106 (Bq) BT bổ sung :Cho phản ứng hạt nhân: +p + Biết khối lượng hạt nhân mNa = 22,983734u, mHe = 4,001151u, mp = 1,007276u, mNe = 19,986950u Phản ứng tỏa hay thu lượng Lời giải: Khối lượng trước phản ứng: m1 = mNa + mp = 22,983734 + 1,007276 = 23,99101 (u) Khối lượng sau phản ứng: m2 = mHe + mNe = 4,001151 + 19,986950 = 23,988101 (u) Q = (m1 – m2)c2 = (23,99101 - 23,988101).931 = 2,7 (MeV) > Vậy phản ứng tỏa nhiệt lượng là: 2,7 MeV BT bổ sung :Hạt nhân Natri có kí hiệu khơí lượng mNa = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, mn = 1,0087 u a/ Tính số hạt notron có hạt nhân Na b/ Tính số nuclon có 11,5 g Na c/ Tính độ hụt khối lượng liên kết, lượng liên kết riêng hạt nhân Na Lời giải: a/ Số notron Na: 23 – 11 = 12 Số mol Na có 11,5 g Na: n = = 0,5 Số nguyên tử chứa đó: N = n.NA = 0,5.6,02.1023 = 3,01.1023 b/ Mối nguyên tử Na có 23 nuclon, ngun tử số nuclon là: N x 23 = 69,23.1023 c/ Độ hụt khối: Δm = 11 1,0073 + 13 1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u) Năng lượng liên kết Na: Elk = 0,201.931 = 187 (MeV) BT bổ sung : Năng lượng tỏa 10g nhiên liệu phản ứng H + 13 H → 24 He + 01 n +17,6MeV 95 139 E1 10g nhiên liệu phản ứng 01 n + 235 92 U → 54 Xe + 38 Sr +2 n +210 MeV E2.Ta có: A E1>E2 B E1=12E2 C E1=4E2 D E1 = E2 Giải: Trong phản ứng thứ 2g 12 H 3g 13 H có NA hạt nhân 12 H NA hạt nhân 12 H Tức trong g nhiên liệu có NA phản ứng Do nđó số phản ứng 10 g nhiên liệu 2NA > E1 = 2NA 17,6 MeV (*) Trong phản ứng thứ hai bỏ qua khối lượng 01 n Trong 235 g nhiên liệu có NA hạt nhân 235 92 U , có NA phản ứng Suy số phản ứng xảy 10 g nhiên liệu 10NA/235 10 N A 210 MeV Do E2 = 235 N A 17,6 E -> = = 3,939 ≈ -> E1 = 4E2 , Chọn đáp án C 10 N A E2 210 235 BT bổ sung : Bắn hạt nhân α có động 18 MeV vào hạt nhân 14 N đứng yên ta có phản ứng 17 α +14 N →8 O + p Biết hạt nhân sinh véc tơ vận tốc Cho m α = 4,0015u; m p = 1,0072u; m N = 13,9992u; m O =16,9947u; cho u = 931 MeV/c2 Động hạt prơtơn sinh có giá trị bao nhiêu? 41 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân A 0,111 MeV B 0,555MeV C 0,333 MeV D Đáp số khác 2 Giải: Năng lượng phản ứng thu : ∆E = (mα + mN - mO – mp ) uc = - 0,0012uc = - 1,1172 MeV KO + Kp = Kα + ∆E = 16,8828 MeV K mp Kp m p v 2p mO vO2 KO = ; Kp = mà vO = vp  p = = ⇒ =⇒ K O mO 17 K O + K p 17 + 2 = Kp K O + K p 16,8828 = = 0,9379 MeV Chọn đáp án D 18 18 BT bổ sung : Đồng vị phóng xạ Na24 phát phóng xạ β- với chu kì bán rã T hạt nhân Mg24 Tại thời điểm ban đầu tỉ số khối lượng Mg24 Na24 ¼ Sau thời gian 2T tỉ số là: A B C D Giải: Phương trình phóng xạ: 11 Na →12 Mg + −1 e Sau phản ứng khối lượng Mg24 tạo thành khối lượng Na24 bị phân rã Gọi m0 khối lượng ban đầu Na24 Khối lượng Mg24 lúc đầu: m1 = m0/4 Sau t = 2T: Khối lượng Na24 m = m0/22 = m0/4 Khối lượng Mg24 tạo thành: m2 = ∆m = m0 – m = 3m0/4 Lúc khối lượng Mg24 m’ = m1 + m2 = m0 Do tỉ số m’/m = Chon đáp án D, 24 24 BT bổ sung : Phân tích mẫu gỗ cỗ khúc gỗ vừa chặt có đồng vị phóng xạ 14C với chu kì bán rã 5600 năm Đ o độ phóng xạ hai khúc gỗ thấy độ phóng xạ khúc gỗ vừa chặt gấp 1,2 lần khúc gỗ cỗ với khối lượng mẫu gỗ cỗ gấp đôi khối lượng khúc gỗ chặt Tuổi mẫu gỗ cỗ là: A 4903 năm B 1473 năm C 7073 năm D 4127 năm Giải: Gọi H độ phóng xạ nửa khối lượng (m/2) khúc gỗ cổ, H0 độ phóng xạ khúc gỗ Theo m = 2m0 -> 2H = 1,2H0 -> H = 0,6H0 (*) Theo ĐL phóng xạ ta có: H = H0 e − λt (**) Tù (*) (**) suy ra: e − λt = 0,6 > - ln t = ln0,6 > T t = -T ln 0,6 = 4127 năm Chọn đáp án D ln BT bổ sung : Bắn hạt nhân α có động 18 MeV vào hạt nhân 14 N đứng yên ta có phản ứng 17 α +14 N →8 O + p Biết hạt nhân sinh véc tơ vận tốc Cho m α = 4,0015u; m p = 1,0072u; m N = 13,9992u; m O =16,9947u; cho u = 931 MeV/c2 Động hạt prôtôn sinh có giá trị bao nhiêu? A 0,111 MeV B 0,555MeV C 0,333 MeV D Đáp số khác Một khối chất phóng xạ hỗn hợp gồm hai đồng vị với số lượng hạt nhân ban đầu Đồng vị thứ có chu kì T1 = 2,4 đồng vị thứ hai có T2 = 40 ngày ngày.Sau thời gian t1 có 87,5% số t hạt nhân hỗn hợp bị phân rã,sau thời gian t2 có 75% số hạt nhân hỗn hợp bị phân rã.Tỉ số t2 A t1 = 1,5 t2 B t2 = 1,5 t1 C t1 = 2,5 t2 D t2 = 2,5 t1 Giải: Gọi T khoảng thời gian mà nửa số hạt nhân hỗn hợp hai đồng vị bị phân rã ( chu kỳ bán rã hỗn hợp, ta tính T = 5,277 ngày) Sau N N thời gian t1 số hạt nhân hỗn hợp lại N1 = N0 e − λt1 = = 30 > t1 = 3T (*) N N Sau thời gian t2 số hạt nhân hỗn hợp lại N2 = N0 e − λt2 = = 20 > t2 = 2T (**) t Từ (*) (**) suy = hay t1 = 1,5t2 Chọn đáp án A t2 Đt : 0914449230 42 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân BT b sung 10 : Hạt có động K = 3,1MeV đập vào hạt nhân nhôm ng yờn gây ph¶n øng 30 α + 27 13 Al→ 15 P + n , khối lượng hạt nhân lµ mα = 4,0015u, mAl = 26,97435u, mP = 29,97005u, mn = 1,008670u, 1u = 931,5Mev/c2 Giả sử hai hạt sinh có vận tốc Động hạt n lµ A Kn = 0,8716MeV B Kn = 0,9367MeV C Kn = 0,2367MeV D Kn = 0,0138MeV Giải Năng lượng phản ứng thu : ∆E = (mα + mAl - mP - mn ) uc2 = - 0,00287uc2 = - 2,672 MeV m v2 mP vP2 ; Kn = n n mà vP = 2 K P + K n 0, 428 K mn Kn 1  n = Kn = = 0, 0138MeV Đáp án D = ⇒ =⇒= 31 31 K P mP 30 K P + K n 30 + KP + Kn = Kα + ∆E = 0,428 MeV KP = 24 BT bổ sung 11 : Tiêm vào máu bệnh nhân 10cm3 dung dịch chứa 11 Na có chu kì bán rã T = 15h với nồng -3 -8 độ 10 mol/lít Sau 6h lấy 10cm máu tìm thấy 1,5.10 mol Na24 Coi Na24 phân bố Thể tích máu người tiêm khoảng: A lít B lít C lít D lít -3 -2 -5 Giải: Số mol Na24 tiêm vào máu: n0 = 10 10 =10 mol - λt − ln 2.6 ln t T − 10-5 e 15 Số mol Na24 lại sau 6h: n = n0 e = 10 e = = 0,7579.10-5 mol 0,7579.10 −5.10 −2 7,578 Thể tích máu bệnh nhân V = = = 5,05l ≈ 5lit Chọn đáp án A 1,5.10 −8 1,5 -5 BT bổ sung 12 : Cho phản ứng hạt nhân 12 D + 12 D → 23 He + 01 n Biết độ hụt khối 12 D ( ∆mD = 0,0024u, ∆mHe = 0,0505u 1u = 931,5Mev/c2, NA = 6,022.1023 mol-1 Nước tự nhiên có chứa 0,015% D2O, tồn 12 D tách từ 1kg nước làm nhiên liệu dùng cho phản ứng toả lượng A 3,46.108KJ B.1,73.1010KJ C.3,46.1010KJ D 30,762.106 kJ Giải: Độ hụt khối: ∆m = Zmp + (A-Z)mn – m -> m = Zmp + (A-Z)mn – ∆m Năng lượng phản ứng toả ∆E = (2mD – mHe – mn ) c2 = [2(mP + mn - ∆mD) – (2mp + mn - ∆mHe ) - mn]c2 = (∆mHe - 2∆mD)c2 = 0,0457uc2 = 42,57MeV = 68,11.10-13J Khối lượng D2O có 1000g H2O = 0,015x 1000/100 = 0,15 g NA 6,022.10 23.0,15 Số phân tử D2 chứa 0,15 g D2O : N= 0,15 = = 4,5165.1021 20 20 Năng lượng thu từ kg nước thường toàn đơtêri thu dùng làm nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch E = N.∆E = 4,5165.1021 68,11.10-13 = 307,62.108 J = 30,762.106 kJ Đáp án D BT bổ sung 13 : Một hỗn hợp chất phóng xạ có chu kì bán rã T1= T2 =2 Vậy chu kì bán rã hỗn hợp bao nhiêu? A 0,67 B 0,75 C 0,5 D Đáp án khác Giải: Sau t = T1 = 1h số hạt nhân chất phóng xạ thứ giảm nửa, cịn số hạt nhân chất N N N phóng xạ thứ hai 02 = 02 > 02 Như chu kì bán rã cảu hỗn hợp T > 1h Chọn đáp án D 2 22 BT bổ sung 14 : Bắn hat anpha vào hạt nhân nitơ 14 N đứng yên tạo phản ứng He+ 147N → H + 178 O Năng lượng phản ứng ∆E =1,21MeV.Giả sử hai hạt sinh có vecto vận tốc Động hạt anpha:(xem khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u gần số khối nó) A.1,36MeV B.1,65MeV C.1,63MeV D.1,56MeV Giải: Phương trình phản ứng 24 He+ 147N → 11 H + 178 O Phản ứng thu lượng ∆E = 1,21 MeV Theo ĐL bảo tồn động lượng ta có; 1 Đt : 0914449230 43 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý Hạt Nhân mαvα = (mH + mO )v (với v vận tốc hai hạt sau phản ứng) > v = mα vα = vα m H + mO mα vα2 ( m H + mO ) v ( m H + mO ) 2 2 Kα = = 2vα ; KH + KO = = ( ) vα = vα = Kα 2 9 Kα = KH + KO + ∆E > Kα - Kα = Kα = ∆E 9 > Kα = ∆E = 1,5557 MeV = 1,56 MeV Chọn đáp án D BT bổ sung 15 : Để cho chu kì bán rã T chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung Trong t1 máy đếm n1 xung; t2 = 2t1 máy đếm n2 = n1 xung Chu kì bán rã 64 T có giá trị bao nhiêu? A T = t1/2 B T = t1/3 C T = t1/4 D T = t1/6 Giải Ta có n1 = ∆N1 = N0(1- e − λt1 ) n2 = ∆N2 = N1(1- e − λt2 ) = N0 e − λt1 (1- e −2 λt1 ) n n1 − e − λt1 1− X = −λt1 = (Với X = e − λt1 ta có phương trình: X2 + X = = hay X2 − λt1 n2 64 ) n2 e (1 − e X (1 − X ) +X– = Phương btrình có nghiệm X1 = 0,125 X2 = - 1,125