lý thuyết lý 12 full

LÝ 12 : LÝ THUYẾT CÁC LOẠI TIA VÀ CÁC LOẠI QUANG PHỔ A Tóm tắt lý thuyết I Máy quang phổ: Định nghĩa : Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc khác Nói khác đi, dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp C nguồn sáng phát F1 Cấu tạo: Gồm phần : S  Ống chuẩn trực C:  Hệ tán sắc :  Buồng tối hay Buồng ảnh: Nguyên tắc hoạt động:Dựa tượng tán sắc ánh sáng Các loại quang phổ: Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ liên tục Định nghĩa: Quang phổ gồm dải sáng, màu biến Quang phổ gồm vạch màu riêng lẻ thiên liên tục tối Cách tạo: Các vật rắn, lỏng khối khí có Các khối khí có áp suất thấp bị áp suất lớn bị nung nóng phát kích thích phát quang phổ vạch quang phổ liên tục F L1 L P F2 L2 Quang phổ vạch hấp thụ Quang phổ gồm vạch tối quang phổ liên tục Ánh sáng trắng bị truyền qua khối khí hay qua máy quang phổ cho quang phổ vạch hấp thụ Tính chất: Không phụ thuộc vào chất Phụ thuộc vào chất nguồn Phụ thuộc vào chất khí hấp nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ sáng, chất bị kích thích phát thụ, chất khí hấp thụ có quang phổ nguồn sáng, nhiệt độ cao quang phổ đặc trưng riêng số vạch, hấp thụ đặc trưng riêng số vạch, vị phát sáng mạnh vùng có bước sóng vị trí vạch cường độ sáng trí vạch ngắn vạch Ứng dụng: Đo nhiệt độ nguồn phát sáng bị Xác định thành phần cấu tạo Xác định thành phần cấu tạo chất nung nóng nguồn phát hấp thụ  Điều kiện để thu quang phổ hấp thụ nhiệt độ chất hấp thụ phải nhỏ nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục Định luật Kiếc-sốp: Ở nhiệt độ xác định, vật hấp thụ xạ mà có khả phát xạ ngược lại, phát xạ mà có khả hấp thụ, gọi đảo vạch quang phổ Phép phân tích quang phổ: Dựa vào quang phổ hấp thụ phát xạ nguồn ta xác định thành phần hóa học nguồn Phép nhân tích quang phổ có ưu điểm: Kết nhanh Độ nhạy cao Có thể xác định nhiệt độ thành phần hóa học vật xa Mặt Trời, II TIA HỒNG NGOẠI – TIA TỬ NGOẠI – TIA X Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia Rơnghen(tia X) Định nghĩa: Bức xạ không nhìn thấy, có bước sóng Bức xạ không nhìn thấy, có bước sóng Bức xạ có bước sóng ngắn bước dài bước sóng ánh sáng đỏ ngắn bước sóng ánh sáng tím sóng tia tử ngoại (  0,76m) (0,001m    0,38m) (1011m    108 m) Nguồn phát: Các vật bị đun nóng phát tia hồng ngoại Các vật bị đun nóng đến nhiệt độ cao (trên 2000oC) phát tia tử ngoại Cho chùm tia catot có vận tốc lớn đập vào kim loại có nguyên tử lượng lớn, từ phát tia X Sóng điện từ Có khả đâm xuyên Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm ion hóa chất khí Làm phát quang số chất Có tác dụng sinh lí mạnh Gây tượng quang điện - Tính chất: Sóng điện từ Tác dụng nhiệt Tác dụng lên kính ảnh Gây tượng quang dẫn Ứng dụng Sóng điện từ Làm ion hóa chất khí Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm phát quang số chất Bị hấp thụ mạnh nước thủy tinh Có tác dụng sinh lí Gây tượng quang điện Khám phá vết nứt bề mặt kim loại Chiếu điện, chụp điện, chữa ung thư Sấy khô, sưởi ấm Dùng để diệt khuẩn nông gần da Dò lỗ khuyết tật bên sản phẩm đúc THANG SÓNG ĐIỆN TỪ SẮP XẾT THEO CHIỀU TĂNG DẦN BƯỚC SÓNG : - Tia gamma   1011 m - Tia Rơnghen (1011 m    108 m) - Tia Tử ngoại vài nm    0,38 m - Ánh sáng nhìn thấy 0,4 μm đến 0,75 μm - Tia hồng ngoại 0,76 m    vài mm - Sóng vô tuyến 10-4 m đến 103 m CHUYÊN ĐỀ: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I Hiện tượng quang điện(ngoài) - Thuyết lượng tử ánh sáng a Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (gọi tắt tượng quang điện) b Các định luật quang điện + Định luật quang điện thứ (định luật giới hạn quang điện): Đối với kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng  ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện:   0 + Định luật quang điện thứ hai (định luật cường độ dòng quang điện bảo hòa): Đối với ánh sáng thích hợp (có   0), cường độ dòng quang I điện bảo hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích Ibảo hòa + Định luật quang điện thứ ba (định luật động cực đại quang electron): Động ban đầu cực đại quang electron không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước Uh O U sóng ánh sáng kích thích chất kim loại c Thuyết lượng tử ánh sáng + Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phôtôn có lượng xác định (năng lượng phô tôn  = hf (J) Nếu chân không   h f  h.c  f tần số sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng h=6,625.10-34 J.s : số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng chân không + Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây + Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s chân không + Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm sáng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, phân tử phát Vì ta nhìn thấy chùm sáng liên tục +Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Không có phôtôn đứng yên d Giải thích định luật quang điện + Công thức Anhxtanh tượng quang điện: hf = hc  =A+ mv 02 max 2 + Giải thích định luật thứ nhất: Để có tượng quang điện lượng phôtôn phải lớn công thoát: hf = hc  A= hc 0     0; -với 0 giới hạn quang điện kim loại: 0 = -Công thoát e khỏi kim loại : A -Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : f0  hc A h.c 0 c 0 với : V0 vận tốc ban đầu cực đại quang e (Đơn vị V0 m/s) 0 giới hạn quang điện kim loại làm catot (Đơn vị 0 m; m; nm;pm) m (hay me ) = 9,1.10-31 kg khối lượng e; e = 1,6.10-19 C điện tích nguyên tố ; 1eV=1,6.10-19J +Bảng giá trị giới hạn quang điện Chất kim loại Chất kim loại Chất bán dẫn o(m) o(m) o(m) Bạc 0,26 Natri 0,50 Ge 1,88 Đồng 0,30 Kali 0,55 Si 1,11 Kẽm 0,35 Xesi 0,66 PbS 4,14 Nhôm 0,36 Canxi 0,75 CdS 0,90 e Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáng +Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt +Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rỏ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rỏ tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại +Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phôtôn có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, khả phát quang…,còn tính chất sóng mờ nhạt +Trái lại sóng điện từ có bước sóng dài, phôtôn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rỏ tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, tính chất hạt mờ nhạt II Hiện tượng quang điện a Chất quang dẫn Chất quang dẫn chất bán dẫn, dẫn điện không bị chiếu sáng dẫn điện tốt bị chiếu ánh sáng thích hợp b Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tượng quang điện c Quang điện trở Được chế tạo dựa hiệu ứng quang điện Đó bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào thích hợp d Pin quang điện Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Hoạt động pin dựa tượng quang điện số chất bán dẫn ( đồng ôxit, sêlen, silic, ) Suất điện động pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) trở thành nguồn cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi … III So sánh tượng quang điện quang điện trong: So sánh Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang dẫn Vật liệu Kim loại Chất bán dẫn Bước sóng as kích thích Nhỏ, lượng lớn (như tia tử ngoại) Vừa, lượng trung bình (as nhìn thấy ) Do ưu điểm cần as kích thích có lượng nhỏ (bước sóng dài as nhìn thấy) nên tượng quang điện ứng dụng quang điện trở (điện trở thay đổi chiếu as kích thích, dùng mạch điều khiển tự động) pin quang điện (biến trực tiếp quang thành điện năng) IV Hiện tượng quang–Phát quang a Sự phát quang + Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho b.Huỳnh quang lân quang- So sánh tượng huỳnh quang lân quang: So sánh Vật liệu phát quang Thời gian phát quang Đặc điểm - Ứng dụng Hiện tượng huỳnh quang Chất khí chất lỏng Rất ngắn, tắt nhanh sau tắt as kích thích As huỳnh quang có bước sóng dài as kích thích (năng lượng nhỏ hơntần số ngắn hơn) Hiện tượng lân quang Chất rắn Kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích (vài phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) Biển báo giao thông, đèn ống c Định luật Xtốc phát quang( Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang ) Ánh sáng phát quang có bước sóng hq dài bước sóng ánh sáng kích thích kt: hf hq < hfkt => hq > kt d.Ứng dụng tượng phát quang Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông V Mẫu nguyên tử Bo a Mẫu nguyên tử Bo +Tiên đề trạng thái dừng -Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định E n, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử không xạ -Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng -Công thức tính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hyđrô: rn = n2r0, với n số nguyên r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo (lúc e quỹ đạo K) Trạng thái dừng n Tên quỹ đạo dừng K L M N O P Bán kính: rn = n2r0 r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Năng lượng e Hidro En 13,6 (eV ) n2 Năng lượng electron nguyên tử hiđrô: En 13,6 13,6 13,6 2 32 13, (eV ) Với n  N* n2 13,6 42 13,6 52 13,6 62 -Bình thường, nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (cỡ 10-8 s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử -Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng En sang trạng thái dừng có lượng Em nhỏ nguyên tử phát phôtôn có lượng:  = hfnm = En – Em -Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng Em mà hấp thụ phôtôn có lượng hf hiệu En – Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng En lớn -Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính r m sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại En hấp thụ b Quang phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử hidrô -Nguyên tử hiđrô có trạng thái dừng khác EK, EL, EM, hfmn Khi electron chuyển động quỹ đạo dừng K, L, M, Em -Khi electron chuyển từ mức lượng cao (Ecao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phôtôn có lượng xác định: hf = Ecao – Ethấp xạ hfnm -Mỗi phôtôn có tần số f ứng với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = c , tức vạch quang phổ có màu (hay f vị trí) định Điều lí giải quang phổ phát xạ hiđrô quang phổ vạch -Ngược lại nguyên tử hiđrô mức lượng Ethấp mà nằm chùm ánh sáng trắng, có tất phôtôn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, nguyên tử hấp thụ phôtôn có lượng phù hợp  = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng Ecao Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ nguyên tử hiđrô quang phổ vạch VI Sơ lược laze Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng a Đặc điểm laze + Laze có tính đơn sắc cao + Tia laze chùm sáng kết hợp (các phôtôn chùm có tần số pha) + Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao) + Tia laze có cường độ lớn Ví dụ: laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 106 W/cm2 b Một số ứng dụng laze + Tia laze dùng dao mổ phẩu thuật mắt, để chữa số bệnh da (nhờ tác dụng nhiệt), + Tia laze dùng truyền thông thông tin cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, + Tia laze dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng, đồ, thí nghiệm quang học trường phổ thông, + Tia laze dùng đo đạc , ngắm đưởng thẳng + Ngoài tia laze dùng để khoan, cắt, tôi, xác vật liệu công nghiệp Chương DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ  I/ Dao động điện từ Mạch dao động (hay khung dao động) mạch kín gồm cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C Điện trường từ trường mạch biến thiên, nên dao động mạch gọi dao động điện từ Trong mạch dao động, điện tích q tụ điện, dòng điện i mạch hiệu điện u hai tụ biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với tần số góc   LC q q + Nếu q  q o cos  t   u   o cos  t    Đơn vị điện tích cu-lông (C) C C   Với i  q '  q o s in  t     I ocos  t     Io  q o 2  Nếu tác động điện từ với bên ngoài, dao động điện từ dao động tự 1 + Tần số góc riêng:   + Chu kỳ riêng: T  2 LC + Tần số riêng: f  LC 2 LC L độ tự cảm cuộn cảm, đơn vị henry (H) C điện dung tụ điện, đơn vị fara ( F) + Bội ước thập phân: kilô (k) = 103 ; mêga (M) = 106 ; giga (G) = 109 đêxi (d) = 101 centi (c) = 102 ; mili (m) = 103 ; micrô (  ) = 106 ; nanô (n) = 109 ; picô (p) = 1012 Năng lượng mạch dao động LC: + Năng lượng mạch dao động gồm có lượng điện trường tập trung tụ điện lượng từ trường tập trung cuộn cảm + Tổng lượng điện trường lượng từ trường mạch gọi lượng điện từ + Nếu tiêu hao lượng lượng điện từ mạch bảo toàn * Xét mạch dao động LC có q  qo cos  t   + Năng lượng điện trường tức thời tụ điện: 1 q2 q o2 hay: WC  Cu  qu  WC  cos  t    2 2C 2C + Năng lượng từ trường tức thời cuộn cảm: 1 hay WL  Li WL  L2q o2 sin  t    2 + Năng lượng điện từ mạch dao động LC: q o2 WL  sin  t    2C q o2 1  CU o2  q o U o  LIo2 Đơn vị lượng Jun (J) W=WC  WL = số W  2C 2 Vậy, trình dao động mạch, lượng từ trường lượng điện trường chuyển hóa cho nhau, tổng lượng điện từ không đổi II/ Điện từ trường Liên hệ điện trường biến thiên từ trường biến thiên + Từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy Đường sức điện trường xoáy đường cong khép kín, bao quanh đường sức từ trường + Ngược lại, điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường Đường sức từ trường đường cong khép kín, bao quanh đường sức điện trường Điện từ trường Bất kỳ điện trường biến thiên sinh từ trường biến thiên, ngược lại, từ trường biến thiên sinh điện trường biến thiên Điện trường biến thiên từ trường biến thiên chuyển hóa lẫn trường thống gọi điện từ trường Phương trình Mắc-xoen diễn tả mối quan hệ giữa: + điện tích, điện trường, dòng điện từ trường + biến thiên từ trường theo thời gian điện trường xoáy + biến thiên điện trường theo thời gian từ trường III/ Sóng điện từ Điện từ trường lan truyền không gian dạng sóng gọi sóng điện từ Đặc điểm sóng điện từ + Sóng điện từ lan truyền môi trường, kể chân không + Tốc độ sóng điện từ chân không lớn tốc độ ánh sáng chân không c  3.108 m / s c 3.108 v Trong chân không hay trong khí     m f f f + Sóng điện từ sóng ngang Vectơ cường độ điện trường E vectơ cảm ứng từ B vuông góc vuông góc với phương truyền sóng Ba vectơ E, B, v tạo thành tam diện thuận (Hình 22.1) + Trong sóng điện từ, dao động điện trường từ trường điểm đồng pha với + Sóng điện từ bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa,… + Sóng điện từ mang lượng + Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét dùng thông tin liên lạc gọi sóng vô tuyến Sóng vô tuyến chia thành: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung sóng dài IV/ Truyền thông sóng điện từ Nguyên tắc chung việc truyền thông tin liên lạc sóng vô tuyến: Dùng sóng điện từ cao tần để tải thông tin gọi sóng mang Biến điệu sóng mang nơi phát sóng: + Biến dao động âm thành dao động điện, tạo thành sóng âm tần + Dùng mạch biến điệu để trộn sóng âm tần với sóng mang, gọi biến điệu sóng điện từ Ở nơi thu sóng, dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần khỏi sóng cao tần Dòng loa biến dao động điện thành dao động âm Khi tín hiệu có cường độ nhỏ, dùng mạch khuếch khuếch đại chúng Sơ đồ khối máy phát vô tuyến đơn giản: Gồm phận (Hình 23.2) (1) micrô ; (2) mạch phát sóng điện từ cao tần ; (3) mạch biến điệu ; (4) mạch khuếch đại ; (5) anten phát + Bước sóng   vT  Sơ đồ khối máy thu đơn giản: Gồm phận (Hình 23.3) (1) anten thu ; (2) mạch khuếch dao động điện từ cao tần ; (3) mạch tách sóng ; (4) mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần ; (5) loa VŨ TRỤ Tên Vị Trí Lịch Sử hình thành Mặt Trời trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng Hệ Mặt Trời.[6] Trái Đất thiên thể khác Mặt Trời Trung tâm vũ trụ hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, chổi, bụi quay quanh Mặt Trời Khoảng cách trung bình Mặt Trời Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu kilômét nên ánh sáng Mặt Trời cần phút 19 giây đến Trái Đất Trong năm, khoảng cách thay đổi từ 147,1 triệu kilômét Sao Thủy Hành tinh thứ Sao Thủy hay Thủy Tinh( Mercurius ) hành tinh nhỏ gần Mặt Trời tám hành tinh thuộc Hệ Mặt Trời,[a] với chu kỳ quỹ đạo 88 ngày Trái Đất Sao Kim Hành tinh thứ Sao Kim hay Kim tinh gọi Thái Bạch hành tinh thứ hai hệ Mặt Trời, tự quay quanh với chu kỳ 224,7 ngày Trái Đất Xếp sau Mặt Trăng, thiên thể tự nhiên sáng bầu trời tối Sao Kim đạt độ sáng lớn sát thời điểm hoàng hôn bình minh, mà dân gian gọi Hôm Trái Đất Hành tinh thứ Trái Đất hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời, đồng thời hành tinh lớn hành tinh đất đá hệ Mặt Trờixét bán kính, khối lượng mật độ vật chất Trái Đất thường gọi “thế giới”, “hành tinh xanh”] hay “Địa Cầu”, nhà hàng triệu loài sinh vật,[10] có người nơi vũ trụ biết đến cósự sống Hành tinh hình thành cách 4,55 tỷ năm sống xuất bề mặt khoảng tỷ năm trước Sao Hỏa Hành tinh thứ Sao Hỏa gọi là: Hỏa Tinh,là hành tinh thứ tư tính từ Mặt Trời Thái Dương Hệ Nó thường gọi với tên khác “Hành tinh Đỏ”, sắt ôxít có mặt nhiều bề mặt hành tinh làm cho bề mặt lên với màu đỏ đặc trưng Trên Sao Hỏa có núi Olympus Mons, núi cao Hệ Mặt Trời, hẻm núi Valles Marineris, hẻm núi dài rộng Thái Dương Hệ Sao Mộc Hành tinh thứ Sao Mộc hay Mộc tinh hành tinh thứ năm tính từ Mặt Trời hành tinh lớn Hệ Mặt Trời.[12] Nó hành tinh khí khổng lồ với khối lượng phần nghìn Mặt Trời hai lần rưỡi tổng khối lượng tất hành tinh khác Hệ Mặt Trời cộng lại Sao Thổ Hành tinh thứ Thổ Sao hành tinh thứ sáu tính theo khoảng cách trung bình từ Mặt Trời hành tinh lớn thứ hai đường kính khối lượng.Là hình tinh siêu nhẹ ếu bỏ Thổ tinh vào nước, Mặt Trăng Vệ tinh Trái Đất Mặt Trăng vệ tinh tự nhiên Trái Đất vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm Hệ Mặt Trời Sao Thiên vương Hành tinh thứ Sao Hải Vương Hành tinh thứ Sao Thiên Vương hành tinh thứ bảy tính từ Mặt Trời; hành tinh có bán kính lớn thứ ba có khối lượng lớn thứ tư hệ Sao Hải Vương hành tinh thứ tám xa tính từ Mặt Trời Hệ Mặt Trời Nó hành tinh lớn thứ tư đường kính lớn thứ ba khối lượng Sao Hải Vương có khối lượng riêng lớn số hành tinh khí hệ Mặt trời Sao Diêm Vương Hành tinh thứ Sao Diêm Vương,là hành tinh lùn nặng thứ hai biết Hệ Mặt Trời vật thể nặng thứ mười trực tiếp quay quanh Mặt Trời Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ HẠT NHÂN  Phần I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT § 1.CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ĐỘ HỤT KHỐI CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I Cấu hạt nhân nguyên tử Hạt nhân cấu tạo hai loại hạt sơ cấp gọi nuclon gồm: Prôtôn: ki hiệu p11H mp = 1,67262.10 27 kg , điện tích : +e Nơtrôn: kí hiệu n  01n , mn = 1,67493.10 27 kg , không mang điện tích A Z 1.1 Kí hiệu hạt nhân: X - A= số nuctrôn : số khối - Z = số prôtôn = điện tích hạt nhân: nguyên tử số - N  A Z : số nơtrôn 1.2 Bán kính hạt nhân nguyên tử: R  1, 1015 A3 (m) 2.Đồng vị Những nguyên tử đồng vị nguyên tử có số prôtôn ( Z ), khác số nơtrôn (N) hay số nuclôn (A) Ví dụ: Hidrô có ba đồng vị 1 H ; H ( 12 D) ; H ( 31T ) + đồng vị bền : thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại + đồng vị phóng xạ ( không bền) : có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo 3.Đơn vị khối lượng nguyên tử - u : có giá trị 1/12 khối lượng đồng vị cacbon 126C 27 13 - 1u  1,66058.10 kg  931,5 MeV / c ; MeV  1,6 10 J Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh II ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN Lực hạt nhân - Lực hạt nhân lực tương tác nuclôn, bán kính tương tác khoảng 1015 m - Lực hạt nhân không chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; lực truyền tương tác nuclôn hạt nhân gọi tương tác mạnh Độ hụt khối m hạt nhân ZAX Khối lượng hạt nhân mhn nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân lượng m m   Z.mp  ( A Z ).mN  mhn  Năng lượng liên kết Wlk hạt nhân ZAX - Năng liên kêt Là lượng tỏa tạo thành hạt nhân (hay lượng thu vào để phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng biệt) o Wlk   J Khi đơn vị của: ; mp    mn    mhn   kg Wlk   Z.mp  N.mn  mhn  c  m c Thì 4.Năng lượng liên kết riêng hạt nhân ZAX - Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính nuclôn Wlk A - Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững § PHẢN ỨNG HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I - Phản ứng hạt trình dẫn tới biến đổi biến đổi hạt nhân A1 Z1 X1  Z X2  A2 A3 Z3 X3  Z X4 hay A + B → C + D A4 - Có hai loại phản ứng hạt nhân o Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền thành hạt nhân khác (phóng xạ) o Phản ứng tương tác hạt nhân với dẫn đến biến đổi thành hạt nhân khác Chú ý: Các hạt thường gặp phản ứng hạt nhân Prôtôn ( 11 p  11H ) ; Nơtrôn ( 01n ) ; Heli ( 24 He  24 ) ; Electrôn (    10e ) ; Pôzitrôn (    10e ) CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN II Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) A1  A2  A3  A4 Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh Z1  Z2  Z3  Z4 Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z)   Định luật bảo toàn động lượng:  Pt   P s Định luật bảo toàn lượng toàn phần Wt  Ws Chú ý: - Năng lượng toàn phần hạt nhân: gồm lượng nghỉ lượng thông thường ( động năng) W  mc  mv2 - Định luật bảo toàn lượng toàn phần viết: Wđ1 + Wđ2 + m1.c2 + m2.c2 = Wđ3 + Wđ4 + m3.c2 + m4.c2 - Liên hệ động lượng động III P  2mWd hay Wd  P2 2m NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN m0 = m1+m2 m = m3 + m4 - Trong trường hợp m (kg ) ; W ( J ) : W  (m0  m)c  (m  m0 )c (J) - Trong trường hợp m (u ) ; W ( MeV ) : W  (m0  m)931,5  (m  m0 )931,5 o Nếu m0 > m: W  : phản ứng tỏa lượng o Nếu m0 < m : W  : phản ứng thu lượng § PHÓNG XẠ I PHÓNG XẠ Phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác II CÁC TIA PHÓNG XẠ 1.1 Các phương trình phóng xạ: - Phóng xạ  ( 24 He) : hạt nhân lùi hai ô so với hạt nhân mẹ bảng tuần hoàn Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh A Z A Z 2 X  He  Y - Phóng xạ   ( 10 e) : hạt nhân tiến ô so với hạt nhân mẹ bảng tuần hoàn A Z X  10e  A Z 1 Y - Phóng xạ   ( 10 e) : hạt nhân lùi ô so với hạt nhân mẹ bảng tuần hoàn A Z - Phóng xạ  : A Z X  10e  A Z 1 Y X*  00  ZAX 1.2 Bản chất tính chất loại tia phóng xạ Loại Tia Bản Chất Tính Chất () o Là dòng hạt nhân nguyên tử Heli ( 24 He ), chuyển động với vận tốc cỡ 2.107m/s (-) o Là dòng hạt êlectron ( 10 e) , vận tốc  c ( ) o Là dòng hạt êlectron dương (còn gọi pozitron) ( 10 e) , vận tốc  c () o Là xạ điện từ có lượng cao + o Ion hoá mạnh o Đâm xuyên yếu o Ion hoá yếu đâm xuyên mạnh tia  o Ion hoá yếu nhất, đâm xuyên mạnh CÁC ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ III Chu kì bán rã chất phóng xạ (T) Chu kì bán rã thời gian để nửa số hạt nhân có lượng chất phóng xạ bị phân rã, biến đổi thành hạt nhân khác Hằng số phóng xạ Định luật phóng xạ  Số hạt (N) ln T (đặc trưng cho loại chất phóng xạ) Độ phóng xạ (H) Khối lượng (m) (1 Ci  3,7.1010 Bq) Trong trình phân rã, số Trong trình phân rã, - Đại lượng đặc trưng cho hạt nhân phóng xạ giảm theo khối lượng hạt nhân phóng xạ tính phóng xạ mạnh hay yếu thời gian tuân theo định luật giảm theo thời gian tuân theo chất phóng xạ hàm số mũ định luật hàm số mũ - Số phân rã giây  N(t )  N0 t T  N0 e   t m(t )  m0 t T  m0 e  t  H (t )  H t T  H e  t H  N o N0 : số hạt nhân phóng xạ o m0 : khối lượng phóng xạ o H0 : độ phóng xạ thời Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 thời điểm ban đầu thời điểm ban đầu o N ( t ) : số hạt nhân phóng xạ điểm ban đầu o m(t ) : khối lượng phóng xạ lại sau thời gian t công thức liên quan : n  Biên soạn: Trương Văn Thanh o H (t ) : độ phóng xạ lại lại sau thời gian t sau thời gian t m N V   A N A 22,4 NA = 6,023.1023 nguyên tử/mol ỨNG CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ IV - Theo dõi trình vận chuyển chất phương pháp nguyên tử đánh dấu - Dùng phóng xạ  tìm khuyết tật sản phẩm đúc, bảo quản thực phẩm, chữa bệnh ung thư … - Xác định tuổi cổ vật § PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH - PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH I Phản ứng phân hạch Phản ứng phân hạch hạt nhân nặng Urani ( 235 92U ) hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình, với vài nơtrôn sinh U  01n  235 92 U  236 92 A1 Z1 X A2 Z2 X  k 01n  200MeV Phản ứng phân hạch dây chuyền Nếu phân hạch tiếp diễn liên tiếp thành dây chuyền ta có phản ứng phân hạch dây chuyền, số phân hạch tăng lên nhanh thời gian ngắn có lượng lớn tỏa Điều kiện để xảy phản ứng dây chuyền: xét số nơtrôn trung bình k sinh sau phản ứng phân hạch ( k hệ số nhân nơtrôn) o Nếu k  : phản ứng dây chuyền xảy o Nếu k  : phản ứng dây chuyền xảy điều khiển o Nếu k  : phản ứng dây chuyền xảy không điều khiển o Ngoài khối lượng Nhà điện nguyên từ U phải đạt tới giá trị tối thiểu gọi khối lượng tới hạn mth 235 92 Bộ phận nhà máy điện hạt nhân lò phản ứng hạt nhân PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH II Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 Các giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh 2 H  H  H  n  3, 25 Mev Điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch - Nhiệt độ cao khoảng từ 50 triệu độ tới 100 triệu độ - Hỗn hợp nhiên liệu phải “giam hãm” khoảng không gian nhỏ Năng lượng nhiệt hạch - Tuy phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng phản ứng phân hạch tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng lớn - Nhiên liệu nhiệt hạch coi vô tận thiên nhiên: đơteri, triti nhiều nước sông biển - Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch so với phản ứng phân hạch xạ hay cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường Phần II: BÀI TẬP ÁP DỤNG I XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN- ĐỘ HỤT KHỐI VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT: Loại : Xác định cấu tạo hạt nhân, lượng liên kết hạt nhân: Bài : Xác định cấu tạo hạt nhân + 238 92 U , 1123 Na , 24 He U có cấu tạo gồm: Z=92 , A = 238  N = A – Z = 146 238 92 Đáp án: 238 92 U : 92 proton ; 146 nơtron Z= 11 , A = 23  N = A – Z = 12 23 + 11 Na gồm : Đáp án: : 23 11 11 proton ; 12 nơtron Na : Bài : Khối lượng hạt Be mBe = 10,01134u, khối lượng nơtron mN = 1,0087u, khối lượng proton mP = 1,0073u Tính độ hụt khối hạt nhân 104 Be bao nhiêu? 10 - Xác định cấu tạo hạt nhân - Vận dụng công thức độ hụt khối : 10 Be có Z = 4proton, notron m   Z.mp  ( A Z ).mN  mhn  = 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u m = 0,069u Đáp án: m = 0,069u Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 [...]... Xác định cấu tạo hạt nhân, năng lượng liên kết hạt nhân: Bài 1 : Xác định cấu tạo hạt nhân + 238 92 U , 1123 Na , 24 He U có cấu tạo gồm: Z=92 , A = 238  N = A – Z = 146 238 92 Đáp án: 238 92 U : 92 proton ; 146 nơtron Z= 11 , A = 23  N = A – Z = 12 23 + 11 Na gồm : Đáp án: : 23 11 11 proton ; 12 nơtron Na : Bài 2 : Khối lượng của hạt Be là mBe = 10,01134u, khối lượng của nơtron là mN = 1,0087u, khối... phương trình phóng xạ: - Phóng xạ  ( 24 He) : hạt nhân con lùi hai ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 3 Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh A Z A 4 Z 2 X  He  4 2 Y - Phóng xạ   ( 10 e) : hạt nhân con tiến một ô so với hạt nhân mẹ trong bảng tuần hoàn A Z X  10e  A Z 1 Y - Phóng xạ   ( 10 e) : hạt... t T  H 0 e  t H  N o N0 : số hạt nhân phóng xạ o m0 : khối lượng phóng xạ ở o H0 : độ phóng xạ ở thời Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 4 Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12 ở thời điểm ban đầu thời điểm ban đầu o N ( t ) : số hạt nhân phóng xạ điểm ban đầu o m(t ) : khối lượng phóng xạ còn lại sau thời gian t công thức liên quan : n  Biên soạn: Trương Văn Thanh o H (t... 1 Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn Website http://truongthanh85.violet.vn ĐT: 0974.810.957 5 Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh 2 1 2 H  H  H  n  3, 25 Mev 2 1 3 2 1 0 Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch - Nhiệt độ cao khoảng từ 50 triệu độ tới 100 triệu độ - Hỗn hợp nhiên liệu phải “giam hãm”...Các bài giảng luyện thi môn Vật Lí 12 Biên soạn: Trương Văn Thanh 3 Z1  Z2  Z3  Z4 Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z)   Định luật bảo toàn động lượng:  Pt   P s 4 Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần Wt  Ws 2 Chú