Với mong muốn giúp học sinh nhận dạng các dạng toán qua đó tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm một cách nhanh chóng đồng thời có khả năng trực quan hoá tư duy của học sinh nhằm tiết kiệm thời gian và đem lại hiệu quả cao trong thi cử và giúp học sinh cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các bài tập trắc nghiệm vật lý, tôi chọn đề tài: “PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” Trong chuyên đề tôi có đề cập đến. Dạng toán và phương pháp giải Hệ thống bài tập ví dụ có hướng dẫn Hệ thống bài tập tự luyện có đáp đã được chia theo 4 mức độ
CHUYÊN ĐỀ PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MỘT SỐ BÀI TOÁN HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Trong năm trở lại với chủ trương đổi kỳ thi THPTQG Điểm đáng lưu ý nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững tồn kiến thức chương trình để đạt kết tốt việc kiểm tra, thi tuyển học sinh phải nắm vững kiến thức mà đòi hỏi học sinh phải có cách nhận dạng với dạng tốn qua tìm phương pháp giải nhanh tối ưu tiết kiệm tối đa thời gian Trong đề thi THPTQG kiến thức trọng tâm tập trung chủ yếu chương trình lớp 12 có phần hạt nhân nguyên tử năm gần số câu thuộc chương khoảng từ 4- câu Với mong muốn giúp học sinh nhận dạng dạng toán qua tìm phương pháp giải tốn trắc nghiệm cách nhanh chóng đồng thời có khả trực quan hoá tư học sinh nhằm tiết kiệm thời gian đem lại hiệu cao thi cử giúp học sinh cảm thấy đơn giản việc giải tập trắc nghiệm vật lý, chọn đề tài: “ ” PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Trong chun đề tơi có đề cập đến Trang 1/ 37 Dạng toán phương pháp giải Hệ thống tập ví dụ có hướng dẫn Hệ thống tập tự luyện có đáp chia theo mức độ I TÓM TẮT LÝ THUYẾT CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 1.1 Cấu tạo hạt nhân + Hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclon Có hai loại nuclon: - proton, kí hiệu p, khối lượng m p = 1,67262.10-27kg, mang điện tích nguyên tố dương +e - notron kí hiệu n, khối lượng mn = 1,67493.10-27kg, không mang điện + Số proton hạt nhân số thứ tự Z nguyên tử bảng tuần hoàn; Z gọi nguyên tử số Tổng số nuclôn hạt nhân gọi số khối, kí hiệu A Như số notron hạt nhân là: N = A – Z + Kí hiệu hạt nhân: ZA X + Kích thước hạt nhân: coi hạt nhân cầu bán kính R R phụ thuộc vào số khối theo công thức gần đúng: R = 1,2.10-15A m 1.2 Đồng vị + Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chứa số proton Z (có vị trí bảng hệ thống tuần hồn), có số notron N khác Ví dụ: Hydro gồm ba đồng vị: 11H , 12 D 31T + Các đồng vị chia làm hai loại: đồng vị bền đồng vị phóng xạ Trang 2/ 37 1.3 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 nguyên tử đồng vị cacbon 12 12 C Cụ thể là: 1u = 1,66055.10-27kg + Khối lượng nuclon xấp xỉ u Nói chung ngun tử có số khối A có khối lượng xấp xỉ A.u 1.4 Khối lượng lượng + Hệ thức Anh-xtanh lượng khối lượng: E = mc2 + Từ hệ thức Anh-xtanh suy m = E chứng tỏ khối lượng đo đơn vị c2 lượng chia cho c2, cụ thể eV/c2 hay MeV/c2 + Theo lí thuyết Anh-xtanh, vật có khối lượng m trạng thái nghỉ chuyển động với tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với: m0 m= v2 1 c m0 gọi khối lượng nghỉ m gọi khối lượng động 1.5 Lực hạt nhân Lực tương tác nuclon hạt nhân lực hút, gọi lực hạt nhân, có tác dụng liên kết nuclon lại với Lực hạt nhân lực tĩnh điện, khơng phụ thuộc vào điện tích nuclon So với lực điện từ lực hấp dẫn, lực hạt nhân có cường độ lớn (còn gọi lực tương tác mạnh) tác dụng hai nuclon cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10-15 m) 1.6 Độ hụt khối lượng liên kết + Độ hụt khối hạt nhân hiệu số tổng khối lượng nuclon cấu tạo nên hạt nhân khối lượng hạt nhân đó: m = Zmp + (A – Z)mn – mX Trang 3/ 37 + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng toả nuclon riêng lẽ liên kết thành hạt nhân lượng cần cung cấp để phá hạt nhân thành nuclon riêng lẽ : Wlk = m.c2 + Năng lượng liên kết tính cho nuclon gọi lượng liên kết riêng hạt nhân, Wlk A đặc trưng cho bền vững hạt nhân Chú ý Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững PHĨNG XẠ 2.1 Hiện tượng phóng xạ a Định nghĩa: Phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác b Đặc điểm: + Quá trình phân rã phóng xạ nguyên nhân bên gây hồn tồn khơng phụ thuộc vào tác động bên nhiệt độ, áp suất, … + Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ hạt nhân phân rã hạt nhân 2.2 Các tia phóng xạ a Tia ZA X � 24 He A Z 2 Y - Là chùm hạt nhân hêli 42 He, gọi hạt , mang điện tích dương - Tia α chuyển động với vận tốc 2.107m/s - Tia làm ion hóa mạnh nguyên tử đường lượng nhanh Vì tia tối đa 8cm khơng khí khơng xun qua tờ bìa dày 1mm Trang 4/ 37 - Sau phóng xạ α hạt nhân lùi hai bảng tuần hồn hóa học so với hạt nhân mẹ - Trong điện trường hạt α bị lệch phía âm b Tia A Z X � 10 e Z A1Y - Là chùm hạt electron 1 e - Sau phóng xạ thu hạt nhân tiến bảng tuần hồn hóa học - Trong điện trường tia bị lệch phía dương c Tia A Z X � 10 e - Là chùm hạt pozitron A Z 1 Y 1 e có khối lượng electron mang điện tích nguyên tố dương - Sau phóng xạ thu hạt nhân lùi bảng tuần hồn hóa học - Trong điện trường tia bị lệch phía âm lệch nhiều so với tia α + Đặc điểm tia β Tia β chuyển động với tốc độ xấp xỉ vận tốc ánh sáng Tia làm ion hóa mơi trường yếu so với tia Vì tia quãng đường dài hơn, tới hàng trăm mét khơng khí xun qua nhôm dày cỡ vài mm d Tia Là sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 10 -11m) Vì tia có khả đâm xun mạnh nhiều so với tia ( xun qua lớp bê tơng dày vài mét xuyên qua chì dày vai centimet) Trong phân rã , hạt nhân trạng thái kích thích phóng xạ tia để trở trạng thái Trang 5/ 37 2.3 Định luật phóng xạ + Trong q trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm mũ với số mũ âm + Các cơng thức biểu thị định luật phóng xạ: t T -t N(t) = No = No e + Với = t T m(t) = mo = mo e-t ln 0,693 gọi số phóng xạ; T T + T gọi chu kì bán rã: Là thời gian qua số lượng hạt nhân lại 50% (50% số lượng hạt nhân bị phân rã) PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 3.1 Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân + Phản ứng hạt nhân thường chia thành hai loại: - Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt khác - Phản ứng hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B C + D Trong trường hợp phóng xạ: A B + C 3.2 Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân + Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn hạt tương tác tổng số nuclôn hạt tạo thành + Định luật bảo tồn điện tích: Tổng điện tích hạt tương tác tổng điện tích hạt tạo thành Trang 6/ 37 + Định luật bảo toàn lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ): Tổng lượng toàn phần hạt tương tác tổng lượng toàn phần hạt tạo thành + Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng hạt tương tác véc tơ tổng động lượng hạt tạo thành 3.3 Năng lượng phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A + B C + D Gọi mo = mA + mB m = mC + mD Ta thấy m0 m + Khi m0 > m: Phản ứng tỏa lượng: W = (m – m)c2 Năng lượng tỏa thường gọi lượng hạt nhân Các hạt nhân sinh có độ hụt khối lớn hạt nhân ban đầu, nghĩa hạt nhân sinh bền vững hạt nhân ban đầu + Khi m0 < m: Phản ứng khơng thể tự xảy Muốn cho phản xảy phải cung cấp cho hạt A B môt lượng W dạng động Vì hạt sinh có động Wđ nên lượng cần cung cấp phải thỏa mãn điều kiện: W = (m – m0)c2 + Wđ Các hạt nhân sinh có độ hụt khối nhỏ hạt nhân ban đầu, nghĩa hạt nhân sinh bền vững hạt nhân ban đầu PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH 4.1 Phản ứng phân hạch a Sự phân hạch + Dùng notron nhiệt (còn gọi notron chậm) có lượng cở 0,01eV bắn vào 235 92 U ta có phản ứng phân hạch n+ U 235 92 A1 Z1 X1 + A2 Z2 X2 + k 01 n Trang 7/ 37 + Đặc điểm chung phản ứng phân hạch: sau phản ứng có k notron giải phóng, phân hạch giải phóng lượng lớn Người ta thường gọi lượng hạt nhân b Phản ứng phân hạch dây chuyền + Các nơtron sinh sau phân hạch urani (hoặc plutoni, …) lại bị hấp thụ hạt nhân urani (hoặc plutoni, …) khác gần đó, thế, phân hạch tiếp diễn thành dây chuyền Số phân hạch tăng lên nhanh thời gian ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền + Điều kiện xảy phản ứng phân hạch dây chuyền: Muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét tới số notron trung bình k lại sau phân hạch (còn gọi hệ số nhân notron) - Nếu k < phản ứng dây chuyền khơng xảy - Nếu k = phản ứng dây chuyền xảy với mật độ nơtron khơng đổi Đó phản ứng dây chuyền điều khiển - Nếu k > dòng notron tăng liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ nguyên tử Đó phản ứng dây chuyền khơng điều khiển Để giảm thiểu số nơtron bị ngồi nhằm đảm bảo có k 1, khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải có giá trị tối thiểu, gọi khối lượng tới hạn m th Với 235U mth vào cỡ 15kg; với 238U mth vào cỡ 5kg 4.2 Phản ứng nhiệt hạch a Phản ứng nhiệt hạch + Khi hai hạt nhân nhẹ kết hợp lại để tạo nên hạt nhân nặng có lượng tỏa Ví dụ: Hoặc: H + 21 H 23 He + 01 n + MeV H 13 H � 24 He 01n 17, MeV + Phản ứng kết hợp hạt nhân xảy nhiệt đô cao nên gọi phản ứng nhiệt hạch b Phản ứng nhiệt hạch vũ trụ Trang 8/ 37 + Phản ứng nhiệt hạch lòng Mặt Trời ngơi nguồn gốc lượng chúng II PHÂN LOẠI MỘT SỐ DẠNG TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN- SỐ HẠT NHÂN 1.1 Phương pháp: + Kí hiệu hạt nhân: A Z X A, Z , N = A-Z + Cho khối lượng m số mol hạt nhân ZA X Tìm số hạt p , n có mẫu hạt nhân + Số hạt hạt nhân X : N n.N A m N A (hạt) A Trong N hạt nhân X có : N.Z hạt prôton (A-Z) N hạt notron + Đồng vị nguyên tử có số proton ( Z ), khác số notron (N) hay khác số nuclon (A) 1.2 Bài tập ví dụ: Ví dụ Hạt nhân nguyên tử 23 11 Na cấu tạo gồm Trang 9/ 37 A 11 proton B 11 proton 12 notron C 12 notron D 12 proton 11 notron HD - Từ ký hiệu hạt nhân 23 11 Na suy số hạt proton số hạt notron - Số hạt proton: Z = 11 - Số hạt notron: N = A-Z =12 Đáp án: B Thông hiểu Ví dụ So với hạt nhân 1429 Si , hạt nhân 2040Ca có nhiều A 11 notron proton B notron proton C notron proton D notron 12 proton HD - Xác định số hạt proton số hạt notron cua hạt nhân: 1429 Si 2040Ca so sánh Đáp án: B Ví dụ Cho số Avôgađrô 6,02.10 23 mol-1 Số hạt nhân nguyên tử có 100 g Iốt 131 52 I : A 3,952.1023 hạt B 4,595.1023 hạt C 4.952.1023 hạt D 5,925.1023 hạt HD - Số hạt hạt nhân 131 52 I : N m N A = 4,595.1023 hạt A Đáp án: B 1.3 Bài tập vận dụng: Nhận biết Câu 1(THPTQG 2017) Nuclôn tên gọi chung prôtôn A nơtron B êlectron C nơtrinô D Pơzitron A Câu 2(THPTQG 2019) Một hạt nhân có kí hiệu Z X , A gọi A.số khối B.số êlectron C.số proton D.số nơtron 12 Câu (THPTQG 2017) Hạt nhân C tạo thành hạt Trang 10/ 37 206 84 Pb Biết chu kì bán poloni 138 ngày Ban đầu có mẫu poloni nguyên chất với No hạt 84210 Po Sau có 0,75No hạt nhân tạo thành A 552 ngày B 276 ngày C 138 ngày D 414 ngày 210 Po Câu 16 (THPTQG 2018) Pơlơni 84 Po chất phóng xạ α Ban đầu có mẫu 210 84 Po mẫu thời điểm t = t0 , t = t0 + 2t nguyên chất Khối lượng 210 84 t = t0 + 3t(t > 0) có giá trị m0, 8g 1g Giá trị m0 : A 256g B 128g C 64g D 512g − Câu 17 (THPTQG 2018) Hạt nhân X phóng xạ β biến đổi thành hạt nhân bền Y Ban đầu (t = 0) có mẫu chất phóng xạ X nguyên chất Tại thời điểm t = t0 (năm) t = t0 + 24,6 (năm), tỉ số số hạt nhân X lại mẫu số hạt nhân Y sinh có giá trị 1/3 1/15 Chu kì bán rã chất X A 10,3 năm B 12,3 năm C 56,7 năm D 24,6 năm Câu 18 (THPTQG 2016) Giả sử sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ thành hạt nhân 24 He ngơi lúc có 24 He với khối lượng 4,6.10 32 kg Tiếp theo đó, 24 He chuyển hóa thành hạt nhân 126C thơng qua q trình tổng hợp 24 He + 24 He + 24 He � 126C +7,27 MeV Coi toàn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình 5,3.10 30 W Cho biết: năm 265,25 ngày, khối lượng mol 24 He 4g/mol, số A-vô-ga-đrô NA=6,02.1023 mol-1, 1eV=1,6.10-19J Thời gian để chuyển hóa hết 24 He thành 126C vào khoảng A 481,5 triệu năm B 481,5 nghìn năm C 160,5 triệu năm D 160,5 nghìn năm Trang 23/ 37 DẠNG BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 4.1.Loại Xác định hạt nhân thiếu số hạt phản ứng hạt nhân 4.1.1 Phương pháp a Xác định tên hạt nhân thiếu - Áp dụng định luật bảo tồn số khối điện tích - Một vài loại hạt phóng xạ đặc trưng điện tích, số khối chúng : hạt α ( 42 He) , hạt nơtron ( 01 n) , hạt proton ( 11 p) ( 11 H), tia β─ ( 01 e) , tia β+ ( .01 e) , tia γ có chất sóng điện từ b Xác định số hạt ( tia ) phóng xạ phát phản ứng - Thông thường loại tập thuộc phản ứng phân rã hạt nhân (phóng xạ) Khi hạt nhân mẹ sau nhiều lần phóng xạ tạo x hạt α y hạt β ( ý phản ứng chủ yếu tạo loại β– nguồn phóng xạ β+ ) Do giải tập loại cho phóng xạ β β– , giải hệ hai ẩn khơng có nghiệm giải với β+ 4.1 Bài tập ví dụ Thơng hiểu Ví dụ Tìm hạt nhân X phản ứng hạt nhân sau : A 31 T B 21 D C 01 n 10 Bo + X → α + 48 Be D 11 p HD Xác định hạt α có Z= ? A= ? α ≡ He Áp dụng định luật bảo tồn số khối điện tích Khi suy : X có điện tích Z = 2+ – =1 số khối A = + – 10 = Vậy X hạt nhân D đồng vị phóng xạ H Đáp án: B Trang 24/ 37 Ví dụ Trong phản ứng sau : n + A Electron 235 92 U→ 95 42 B Proton Mo + 139 57 La + 2X + 7β– ; hạt X C Hêli D Nơtron HD Ta phải xác định điện tích số khối tia hạt lại phản ứng : 0 1 n ; β– Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối ta : hạt X có 2Z = 0+92 – 42 – 57 – 7.(-1) = 2A = + 235 – 95 – 139 – 7.0 = Vậy suy X có Z = A = Đó hạt nơtron n Đáp án : D Ví dụ Hạt nhân 24 11 Na phân rã β– biến thành hạt nhân X Số khối A nguyên tử số Z có giá trị A A = 24 ; Z =10 B A = 23 ; Z = 12 C A = 24 ; Z =12 D A = 24 ; Z = 11 HD Từ đề bài, ta có diễn biến phản ứng : 24 11 Na → X + 1 β– Áp dụng định luật bảo toàn điện tích số khối , ta : X có Z = 11 – (-1) = 12 số khối: A = 24 – = 24 Đáp án: C Ví dụ Hạt nhân 238 92 U sau loạt phóng xạ α β biến thành hạt nhân chì Phương trình phản ứng là: A y = 238 92 U→ B y = 206 82 206 82 Pb Pb + x 42 He + y 01 β– Giá trị y C y = D y = HD Bài tập loại tốn giải hệ phương trình hai ẩn , ý hạt β– có số khối A = , phương trình bảo tồn số khối có ẩn x hạt α Sau thay giá trị x tìm vào phương trình bảo tồn điện tích ta tìm y Chi tiết giải sau : x y 238 206 32 x ( 1) y 92 82 10 x 8 x y 10 x 8 y 6 Vậy giá trị y = Đáp án : C Trang 25/ 37 Ví dụ Sau lần phóng xạ α lần phóng xạ β– hạt nhân biến đổi thành hạt nhân 208 82 232 90 Th Pb ? A lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– B lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– C lần phóng xạ ; lần phóng xạ β– D lần phóng xạ α ; lần phóng xạ β– HD Theo đề ta có q trình phản ứng : 232 90 Th → 208 82 Pb + x 42 He + y 01 β– Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối , ta : x y 232 208 24 x ( 1) y 90 82 8 x 6 x y 8 x 6 y 4 Vậy có hạt α hạt β – Đáp án : D Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân : T + X → α + n Trong X hạt nhân A nơtron B proton C Triti D Đơtơri HD Ta phải biết cấu tạo hạt khác phản ứng : T , α ≡ He , n Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối , ta : X có điện tích Z = + – = & số khối A = + – = Vậy X D Đáp án : D Trang 26/ 37 4.2 Loại 2: Tìm lượng phản ứng hạt nhân 4.2.1 Phương pháp - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D - Khi : Gọi M0 = mA + mB tổng khối lượng nghỉ hạt nhân trước phản ứng Gọi M = mC + mD tổng khối lượng nghỉ hạt nhân sau phản ứng - Ta có lượng phản ứng xác định : E = ( M0 – M)c2 + M0 > M E > : phản ứng toả nhiệt + M0 < M E < : phản ứng thu nhiệt Lưu ý: Phản ứng phân hạch hay phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng Cho khối lượng hạt nhân trước sau phản ứng : M0 M Tìm lượng toả xảy phản ứng ( phân hạch nhiệt hạch ): Năng lượng toả sau phản ứng: E = ( M0 – M ).c2 MeV Suy lượng toả m gam phân hạch (hay nhiệt hạch ) : E = E.N = E m N A A MeV 4.2.2 Bài tập ví dụ Thơng hiểu Ví dụ Thực phản ứng hạt nhân sau : 23 11 Na + 21 D → 42 He + 20 10 Ne Biết mNa = 22,9327 u ; mHe = 4,0015 u ; mNe = 19,9870 u ; mD = 1,0073 u Phản ứng toả hay thu lượng A.thu 2,2375 MeV B toả 2,3275 MeV C.thu 2,3275 MeV D toả 2,2375 MeV HD - Ta có lượng phản ứng hạt nhân : E = ( M0 – M ).c2 = ( mNa + mHe ─ mNe ─ mD )c2 = 2,3275 MeV> phản ứng toả lượng Đáp án: B Trang 27/ 37 Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân 1737Cl p � n 1837 Ar Khối lượng cac hạt nhân m(Ar) = 36,956889u; m(Cl) = 36,956563u; m(p) = 1,007276u; m(n) = 1,008670u; 1u = 931Mev/c Năng lượng mà phản ứng tỏa thu vào bao nhiêu? A.Toả 1,60132MeV B Thu vào 1,60132MeV C Toả 2,562112.10-19J D Thu vào 2,562112.10-19J HD Năng lượng phản ứng E= ( mCl + mH – mAr – mn ) 931= -1,60132 MeV < Phản ứng thu lượng 1,60132MeV Đáp án: B Vận dụng thấp Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân: 12 D 31T 24 He X Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ : A 15,017 MeV B 17,498 MeV C 21,076 MeV D 200,025 MeV HD Đây phản ứng nhiệt hạch toả lượng tính theo độ hụt khối hạt nhân Phải xác định đầy đủ độ hụt khối chất trước sau phản ứng Hạt nhân X 0n nên có Δm = Năng lượng tỏa phản ứng E = ( ∑ Δm sau – ∑ Δm trước)c2 = (ΔmHe + Δmn – ΔmH + ΔmT ).c2 = 17,498 MeV Đáp án: B Trang 28/ 37 Ví dụ Tìm lượng tỏa hạt nhân Thori 234 92 U phóng xạ tia α tạo thành đồng vị 230 90 Th Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV, 234 92 A 10,82 MeV U 7,63 MeV, 230 90 Th 7,7 MeV B 13,98 MeV C 11,51 MeV D 17,24 MeV HD Đây tốn tính lượng toả phân rã phóng xạ biết Wlk hạt nhân phản ứng Nên phải xác định Wlk từ kiện Wlk riêng đề Wlk U = 7,63.234 = 1785,42 MeV , Wlk Th = 7,7.230 = 1771 MeV , Wlk α = 7,1.4= 28,4 MeV Năng lượng tỏa phản ứng E = ∑ Wlk sau – ∑ Wlk trước = Wlk Th + Wlk α – Wlk U = 13,98 MeV Đáp án: B Ví dụ Cho phản ứng hạt nhân: 31 T + 21 D He + X +17,6MeV Tính lượng toả từ phản ứng tổng hợp 2g Heli A 52,976.1023 MeV B 5,2976.1023 MeV C 2,012.1023 MeV D.2,012.1024 MeV HD Lưu ý: Khi tổng hợp hạt nhân 42 He tỏa lượng E = 17,6MeV Số hạt nhân hêli có 2g Hêli: N= m.N A A = 2.6,023.10 23 = 3,01.1023 hạt nhân Năng lượng toả tổng hợp 2g Hêli E = E N = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV Đáp án: A Trang 29/ 37 4.3.Loại Động vận tốc hạt phản ứng hạt nhân 4.3.1 Phương pháp - Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D a Khi biết khối lượng đầy đủ chất tham gia phản ứng - Ta áp dụng định luật bảo toàn lượng : E = (M0 – M )c2 M0c2 + KA +KB = Mc2 + KC +KD E + KA + KB = KC + KD Nên: Dấu E cho biết phản ứng thu hay tỏa lượng b Khi biết khối lượng không đầy đủ vài điều kiện động vận tốc hạt nhân - Ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng : PA PB PC PD - Lưu ý : P 2mK K P2 2m ( K động hạt ) 4.4.2 Bài tập ví dụ Vận dụng cao Ví dụ Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng : α + 27 13 Al → 30 15 P + n Phản ứng thu lượng E = 2,7 MeV Biết hai hạt sinh có vận tốc, tính động hạt α ( coi khối lượng hạt nhân số khối chúng) A 1,3 MeV B 13 MeV C 3,1 MeV D 31 MeV HD - Ta có Kp Kn mP mn =30 Kp = 30 Kn Mà E = Kα ─ ( Kp + Kn ) (1) m v Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v v m m P n Mà tổng động hệ hai hạt : m m � m v Kp + Kn = (m p mn )v p n � �m p mn 2 � Thế (2) vào (1) ta K = 3,1MeV � m v m K � �= 2(m p mn ) m p mn � 2 (2) Đáp án: C Trang 30/ 37 Ví dụ Người ta dùng hạt prơtơn có động Kp= 2,69 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên thu hạt α có động cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 Tính động vận tốc hạt α tạo thành A 9,755 MeV ; 3,2.107m/s B.10,05 MeV ; 2,2.107 m/s C 10,05 MeV ; 3,2.107 m/s D 9,755.107 ; 2,2.107 m/s HD Năng lượng phản ứng hạt nhân : E = ( M0 – M ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có E +Kp= 2Kα Kα =10,05MeV Vận tốc mổi hạt α là: v = 2K =2,2.107m/s m Đáp án: B Ví dụ Một nơtơron có động Kn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây phản ứng: n + 63 Li → X+ 42 He Biết hạt nhân He bay vng góc với hạt nhân X Động hạt nhân X He Cho mn = 1,00866 u;mx = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u A.0,12 MeV & 0,18 MeV C.0,18 MeV & 0,12 MeV B.0,1 MeV & 0,2 MeV D 0,2 MeV & 0,1 MeV uuu r PHe Giải uu r Pn - Ta có lượng phản ứng : E = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: uur PX uu r uur uuu r Pn PX PHe Pn2 PHe PX2 2mnKn= 2mHe KHe + 2mx Kx (1) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng : E =Kx +KHe ─Kn = -0,8 (2) Từ (1),(2) ta có hệ phương trình: K He 3K X 1,1 K He 3K X 1,1 K He K X 0,3 K He K X 0,3 Trang 31/ 37 Suy ra: KHe=0,2 MeV KX=0,1 MeV Đáp án: B 4.5 Bài tập vận dụng Nhận biết Câu 1(THPTQG 2016) Cho phản ứng hạt nhân: H 12 H �42 He Đây A phản ứng phân hạch B phản ứng thu lượng C phản ứng nhiệt hạch D tượng phóng xạ hạt nhân Câu 2(THPTQG 2018) Cho hạt nhân: phân hạch A U B 238 92 239 94 235 92 U; Pu 238 92 U ; 24 He; 239 94 Pu Hạt nhân C He D U 235 92 Câu 3(THPTQG 2018) Cho phản ứng hạt nhân 12H 13H � 24He 01n Đây A phản ứng nhiệt hạch B phản ứng phân hạch C phản ứng thu lượng D q trình phóng xạ Câu 4(THPTQG 2018) Phản ứng hạt nhân sau phản ứng phân hạch? A 12H 13H � 24He 01n B 24He 147 N � 178O 11H U � 95 Y 138 I 301n C 01n 235 D 01n 147 N � 146C 11H 92 39 53 Câu 5(THPTQG 2018) Phản ứng hạt nhân sau phản ứng nhiệt hạch? A 1H 1H � He n B H H � He C H H � He 210 206 D 84 Po � He 82 Pb 2 Câu 6(THPTQG 2019) Hạt nhân sau phân hạch A 126 C B 94239 C C 37 C D 147 C Câu 7(THPTQG 2019) Cho phản ứng hạt nhân: 10 n 92235 U �3854 Sr+140 54 Xe+20 n Đây A phản ứng nhiệt hạch B phản ứng phân hạch C q trình phóng xạ D phản ứng hạt nhân thu lượng Câu 8(THPTQG 2019) Phản ứng hạt nhân sau phản ứng phân hạch? A 84210 Po �24 He 82206 Pb B 127 N �1o e 126 C C 146 C �o1 e 147 N D 1o n 92235 U �9539 Y 138 53 I 30 n Thông hiểu Câu Cho phản ứng hạt nhân : 1737Cl X � 1837 Ar n hạt X hạt nhân sau ? A 11H B 12 D Câu 10 Trong dáy phóng xạ A α β 235 92 C 31T D 24 He X � 207 82Y có hạt α β phát ? B α β C α β D α β Trang 32/ 37 Câu 11 Hạt nhân 226 88 Ra biến đổi thành hạt nhân A α β- B β- 222 86 Rn phóng xạ D β+ C α Vận dụng thấp Câu 12 Chất phóng xạ 210 84 Po phát tia α biến đổi thành 206 82 Pb Biết khối lượng hạt mPb = 205,9744u; mPo = 209,9828u; mα = 4,0026u Năng lượng tỏa 10g Po phân rã hết A 2,2.1010 J B 2,5.1010 J C 2,7.1010 J D 2,8.1010 J Câu 13 Cho phản ứng 12 H 13H � n +17,6MeV Biết số Avogadro NA = 6,02.1023 Năng lượng tỏa tổng hợp 1g khí Heli bao nhiêu? A E = 423,808.103 J B E = 503,272.103 J C E = 423,808.109 J D E = 503,272.109 J Câu Trong phản phân hạch hạt nhân hạt nhân 200MeV Khi 1kg A 8,2 1013J 235 92 U lượng trung bình tỏa phân chia 235 92 U phân hạch hồn tồn tỏa lượng B 4,11 1013J C 5,25 1013J D 6,23.1013 J Câu Phản ứng hạt nhân : 37 Li 11H � Biết m(Li) = 7,0144u; m(H) = 1,0073u; m(α) = 4,0015u; 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng A 7,26MeV B 17,42MeV C 12,6MeV D 17,25MeV Câu Cho phản ứng hạt nhân : 12 D 32T � 11H Biết m(H) = 1,0073u; m(D) = 2,0136u; m(T) = 3,0149u; m(α)= 4,0015u; 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng A 18,35MeV B 17,6MeV C 17,25MeV D 15,5MeV Bài Cho phản ứng hạt nhân : 36 Li 12 H � Biết m(Li) = 6,0135u; m(D) = 2,0136u; m(α) = 4,0015u; 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng A 17,26MeV; B 12,25MeV; C 15,25MeV; D 22,45MeV Câu Cho phản ứng hạt nhân : 36 Li 11H � 23 He 24 He Biết m(Li) = 6,0135u; m(H) = 1,0073u; m( 24 H ) = 4,0015u; m( 23H ) = 3,0096u1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng A 9,04MeV B 12,25MeV C 15,25MeV D 21,2MeV Trang 33/ 37 Câu 10 Hạt nhân Titri (T) Đoterri (D) tham gia phản ứng nhiệt hạch sinh hạt X hạt notron Cho biết độ hụt khối lượng T m(T) = 0,0087u, hạt nhân đoterri m(D) = 0,0024u, hạt nhân X m(X) = 0,0305u; 1u = 931MeV/c2 Năng lượng tỏa từ phản ứng A E = 18,0614MeV B E = 38,7296MeV C E = 18,0614J D E = 38,7296J Câu 11 Trong phản ứng tổng hợp Heli : 37 Li 11H � 24 He 24 He Biết m(Li) = 7,0144u; m(H) = 1,0073u; m(He) = 4,0015u; 1u = 931,5MeV/c Nếu tổng hợp Heli từ 1g Liti lượng tỏa đun sơi lượng nước từ 00C Biết c = 4,19kJ/kg.K A 4,25.105 kg B 5,7 105kg C 7,25 105kg D 9,1 105kg Câu 12(THPTQG 2017) Trong phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ hạt trước phản ứng 37,9638 u tổng khối lượng nghỉ hạt sau phản ứng 37,9656 u Lấy u = 931,5 MeV/c2 Phản ứng A tỏa lượng 16,8 MeV B thu lượng 1,68 MeV C thu lượng 16,8 MeV D tỏa lượng 1,68 MeV Vận dụng cao Câu 13(THPTQG 2017) Cho phản ứng hạt nhân 126 C � 42 He Biết khối lượng 126 C 42 He 11,9970 u 4,0015 u; lấy lu = 931,5 MeV/c Năng lượng nhỏ phôtôn ứng với xạ γ để phản ứng xảy có giá trị gần với giá trị sau đây? A MeV B MeV C MeV D MeV 235 Câu 14(THPTQG 2017) Cho hạt nhân urani 92 U phân hạch tỏa lượng 200 MeV Lấy NA = 6,02.1023 mol-1, eV = 1,6.10-19 J khối lượng mol urani 23592 U 235 g/mol Năng lượng tỏa g urani 23592 U phân hạch hết A 9,6.1010 J B 10,3.1023J C 16,4.1023 J D 16,4.1010J Câu 15(THPTQG 2017) Cho phản ứng hạt nhân: 37 Li 11H 24 He X Năng lượng tỏa tổng hợp mol heli theo phản ứng 5,2.1024 MeV Lấy NA= 6,02.1023 mol-1 Năng lượng tỏa phản ứng hạt nhân A 69,2 MeV B 34,6 MeV C 17,3 MeV D 51,9 MeV Câu 16(THPTQG 2015) Bắn hạt prơtơn có động 5,5 MeV vào hạt nhân 37 Li đứng yên, gây phản ứng hạt nhân p + 37 Li Giả sử phản ứng không kèm theo xạ γ, hai hạt α có động bay theo hai hướng tạo với góc 160o Coi khối lượng hạt tính theo đơn vị u gần số khối Năng lượng mà phản ứng tỏa Trang 34/ 37 A 14,6 MeV B 10,2 MeV C 17,3 MeV D 20,4 MeV Câu 17(THPTQG 2016) Người ta dùng hạt prơtơn có động 1,6 MeV bắn vào hạt nhân 73 Li đứng yên, sau phản ứng thu hai hạt giống có động Giả sử phản ứng không kèm theo xạ γ Biết lượng tỏa phản ứng 17,4 MeV Động hạt sinh A 7,9 MeV B 9,5 MeV C 8,7 MeV D 0,8 MeV Câu 18(THPTQG 2016) Giả sử sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hyđro thành hạt nhân 42 He ngơi lúc có 42 He với khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, 42 He chuyển hóa thành hạt nhân 126 C thơng qua q trình tổng hợp 4 12 He + He + He → C + 7,27 MeV Coi toàn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình 5,3.10 30W Cho biết năm 365,25 ngày, khối lượng mol 42 He g/mol,số A-vô-ga-đrô NA = 6,02.1023 mol-1, eV = 1,6.10-19J Thời gian để chuyển hóa hết 42 He thành 126 C vào khoảng A 481,5 triệu năm B 481,5 nghìn năm C 160,5 nghìn năm D 160,5 triệu năm Câu 19(THPTQG 2017) Giả sử, nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu urani 235 92 U Biết công suất phát điện 500 MW hiệu suất chuyển hóa lượng hạt nhân thành điện 20% Cho hạt nhân urani 235 92 U phân hạch toả lượng 3,2.10-11 J Lấy N A 6,02.10 23 mol khối lượng mol 235 92 U 235 g/mol Nếu nhà máy hoạt động liên tục lượng urani 235 92 U mà nhà máy cần dùng 365 ngày A 962 kg B 1121 kg C 1352,5 kg D 1421 kg Câu 20(THPTQG 2018) Dùng hạt α có động 5,00 MeV bắn vào hạt nhân N đứng yên gây phản ứng: 24He 147 N � X 11H Phản ứng thu lượng 1,21 MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Khi hạt nhân X bay theo hướng lệch với hướng chuyển động hạt α góc lớn động hạt X có giá trị gần với giá trị sau đây? A 0,62 MeV B 0,92 MeV C 0,82 MeV D 0,72 MeV 27 Al đứng Câu 21(THPTQG 2018) Dùng hạt α có động 5,50 MeV bắn vào hạt nhân 13 27 yên gây phản ứng: 24He 13 Al � X 10 n Phản ứng thu lượng 2,64 MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Khi hạt nhân X bay theo hướng lệch với hướng chuyển động hạt α góc lớn động hạt nơtron gần với giá trị sau đây? A 1,83 MeV B 2,19 MeV C 1,95 MeV D 2,07 MeV Trang 35/ 37 Câu 22(THPTQG 2018) Dùng hạt α có động 5MeV bắn vào hạt nhân 147N đứng yên gây phản ứng 24He 147 N � X 11H Phản ứng thu lượng 1,21MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Khi hạt nhân X bay theo hướng lệch với hướng chuyển động hạt α góc lớn động hạt 11H có giá trị gần với giá trị sau đây? A 2,75 MeV B 2,58 MeV C 2,96 MeV D 2,43 MeV Câu 23(THPTQG 2018) Dùng hạt α có động 5,50 MeV bắn vào hạt nhân 1327 Al đứng yên gây phản ứng: 24He 1327Al � X 10 n Phản ứng thu lượng 2,46 MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị đo số khối chúng Khi hạt nhân x bay theo hướng lệch với hướng chuyển động hạt α góc lớn động hạt X có giá trị gần với giá trị sau đây? A 0,8 MeV B 0,7 MeV C 0,5 MeV D 0,6 MeV Câu 24(THPTQG 2019) Dùng hạt α có động K bắn vào hạt 147 N đứng yên gây phản ứng 42 He 147 N � X 11 H phản ứng thu lượng 1,21MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Hạt nhân X hạt nhân 11 H bay theo hướng hợp với hướng chuyển động hạt α góc 23° 67° Động hạt nhân 11 H A 1,75MeV B 1,27MeV C 0,775MeV D 3,89MeV Câu 25(THPTQG 2019) Dùng hạt α có động K bắn vào hạt nhân đứng yên gây phản ứng: 42 He 147 N � X 11 H Phản ứng thu lượng 1,21MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Hạt nhân X hạt nhân 11 H bay theo hướng hợp với hướng chuyển động hạt góc 23o 67o Động hạt nhân X là: A 0,775 MeV B 3,89MeV C 1,27MeV D 1,75MeV Câu 26(THPTQG 2019) Dùng hạt có động K bắn vào hạt nhân đứng yên gây phản ứng: 42 He 147 N � X 11 H Phản ứng thu lượng 1,21MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Hạt nhân X hạt nhân 11 H bay theo hướng hợp với hướng chuyển động hạt góc 20o 70o Động hạt nhân 11 H là: A 1,75MeV B 0,775 MeV C 3,89MeV D 1,27MeV Câu 27(THPTQG 2019) Dùng hạt α có động K bắn vào hạt nhân đứng yên gây phản ứng: 42 He 147 N � X 11 H Phản ứng thu lượng 1,21MeV không kèm theo xạ gamma Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối chúng Hạt nhân X hạt nhân 11 H bay theo hướng hợp với hướng chuyển động hạt góc 20o 70o Động hạt nhân là: A 0,775 MeV B 1,75MeV C 1,27MeV D 3,89MeV Trang 36/ 37 KẾT LUẬN Với cách phân dạng đưa phương pháp giải hệ thống tập cho học sinh luyện tập áp dụng học sinh lớp 12A trường thpt thu kết khả quan qua tơi nhận thấy áp dụng cho đối tượng học sinh có lực học trung bình trường Tuy nhiên chuyên đề khơng thể tránh thiếu xót mong nhận đơn góp ý thầy để chun đề hoàn thiện Trang 37/ 37 ... mang điện + Số proton hạt nhân số thứ tự Z nguyên tử bảng tuần hoàn; Z gọi nguyên tử số Tổng số nuclôn hạt nhân gọi số khối, kí hiệu A Như số notron hạt nhân là: N = A – Z + Kí hiệu hạt nhân: ZA... PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG XÁC ĐỊNH CẤU TẠO HẠT NHÂN- SỐ HẠT NHÂN 1.1 Phương pháp: + Kí hiệu hạt nhân: A Z X A, Z , N = A-Z + Cho khối lượng m số mol hạt nhân ZA X Tìm số hạt p , n có mẫu hạt nhân. .. 2018) Hai hạt nhân đồng vị hai hạt nhân có A số nuclơn khác số proton B số proton khác số nơtrôn C số nơtrôn khác số nuclôn D số nơtrôn khác số proton 14 Bài (THPTQG 2015) Hạt nhân C hạt nhân 147