Ôn tập các dạng BT chương nguyên tử hạt nhân theo định hướng tinh giản của BGD

ÔN T Ậ P CH ƯƠ NG – V Ậ T LÝ H Ạ T NHÂN (THEO CH ƯƠ N G TRÌNH TINH GI Ả N CỦ A BGD) I TÍNH CH Ấ T VÀ C Ấ U TẠ O HẠ T NHÂN A TĨM T Ắ T LÍ THUY ẾT C ấu t ạo h ạt nhân a Kích th ướ c h ạt nhân − H ạt nhân tích ện d ương +ze (z s ốth ứt ựtrong b ảng tu ần hồn) − Kích th ước h ạt nhân r ất nh ỏ, nh ỏh ơn kích th ước ngun t ử10 ÷ 10 l ần b C ấu t ạo h ạt nhân − H ạt nhân t ạo thành b ởi nuclơn + Prơtơn (p), ện tích (+e) + N ơtrôn (n), không mang ện − S ốprôtôn h ạt nhân b ằng Z (nguyên t ửs ố) − T ống s ốnuclôn h ạt nhân kí hi ệu A (s ốkh ối) − S ốn ơtrôn h ạt nhân A − Z c Kí hi ệu h ạt nhân − H ạt nhân c nguyên t ốX kí hi ệu: A Z X 1 −1 − Kí hi ệu v ẫn dùng cho h ạt s ơc ấp: p; p; − 1e d Đồn g v ị − Các h ạt nhân đồn g v ị nh ững h ạt nhân có s ốZ, khác s ốA − Ví d ụ hi đrơ có đồn g v ị 2 Hi đrô th ường H (99,99%); Hi đrơ n ặng H , cịn g ọi đơt êri D (0,015%); Hi đrô siêu n ặng H , g ọi triti T , không b ền, th ời gian s ống kho ảng 10 n ăm Kh ối l ượng h ạt nhân a Đơn v ị kh ối l ượ n g h ạt nhân 12 − Đơn v ị u có giá tr ị b ằng 1/12 kh ối l ượng nguyên t ửc đồn g v ị6 C ; lu = 1,66055.10−27kg b Kh ối l ượ n g n ăng l ượ n g h ạt nhân − Theo Anh−xtanh, n ăng l ượng E kh ối l ượng m t ương ứn g c m ột v ật luôn t ồn t ại đồn g th ời t ỉ l ệv ới nhau, h ệs ốt ỉ l ệlà c2: E = mc2, c: v ận t ốc ánh sáng chân không (c = 3.108m/s) uc2 = 931,5 MeV → lu = 931,5 MeV/c2 MeV/c2 coi đơn v ị kh ối l ượng h ạt nhân − Chú ý: Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với vận tốc v, khối lượng tăng lên m= thành m với m0 v2 1− c Trong m0 kh i l ≥ m0 ng ngh m kh i l ng đ ng Trong đó: E = m c gọi lượng nghỉ + Wd = E − E = ( m − m ) c động vật B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn liên quan đến tính chất cấu tạo hạt nhân Bài tốn liên quan đến thuyết tương đối hẹp Dạng BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẮT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN A Hạt nhân: Z X : có Z proton (A – Z) nơtron Ví dụ 1: (CĐ 2007) Hạt nhân Triti ( T ) có A nuclơn, có prơtơn B ncrtrơn (nơtron) prơtơn C nuclơn, có nơtrôn D prôtôn ncrtrôn Hướng dẫn Hạt nhân Tritri có số proton Z = có số khối = số nuclon = ⇒ Chọn A Ví dụ 2: (ĐH − 2007) Phát biểu sai? A Các đồng vị phóng xạ khơng bền B Các nguyên tử mà hạt nhân có số prơtơn có số nơtrơn (nơtron) khác gọi đồng vị C Các đồng vị ngun tố có số nơtrơn khác nên tính chất hóa học khác D Các đồng vị ngun tố có vị trí bảng hệ thống tuần hoàn Hướng dẫn Các đồng vị ngun tố có vị trí bảng hệ thống tuần hồn có tính ch ất hóa học ⇒ Chọn C Ví dụ 3: Biết lu = 1,66058.10−27 (kg), khối lượng He = 4,0015u Số nguyên tử lmg khí He A 2,984 1022 B 2,984 1019 C 3,35 1023 D 1,5.1020 Hướng dẫn ⇒ Chọn D Ví dụ 4: (CĐ−2008) Biết số Avơgađrơ NA = 6,02.1023 hạt/mol khối lượng hạt nhân số khối Số prơtơn (prơton) có 0,27 gam A 6,826.1022 27 13 Al B 8,826.1022 C 9,826.1022 D 7,826.1022 Hướng dẫn Số proton = 13.(Số gam/Khối lượng mol) ⇒ N A = 13 0, 27.6,02.1023 = 7,826.1022 27 Chọn D Ví dụ 5: (ĐH−2007) Biết số Avôgađrô 6,02.10 23 /mol, khối lượng mol urani U238 238 g/mol Số nơtrôn 119 gam urani U238 A 8,8.1025 B 1,2.1025 C 4,4.1025 D 2,2.1025 Hướng dẫn 119 23 25 N nuclon = ( 238 − 92 ) (Số gam/Khối lượng mol) N A = 146 128 6,02.10 = 4, 4.10 ⇒ Chọn C Ví dụ 6: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023 /mol Tính số phân tử oxy gam khí CO2 (O = 15,999) A 376.1020 B 188.1020 C 99.1020 D 198.1020 Hướng dẫn N O2 = 1( g ) 6, 02.1023 ≈ 188.1020 ⇒ 2.15,999 ( g ) Chọn B Ví dụ 7: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023/mol Tính số ngun tử Oxy gam khí CO2 (C = 12,011; O = 15,999) A 137.1020 B 548.1020 C 274.1020 D 188.1020 Hướng dẫn N O = 2N CO2 = 1( g ) 6,02.10 23 ≈ 274.10 20 ⇒ ( 12,011 + 2.15,999 ) ( g ) Chọn C Chú ý: Nếu coi hạt nhân khối cầu thể tích hạt nhân V= 4π R Khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng: m =Au = A.1,66058.10−27 kg Điện tích hạt nhân: Q = Z 1,6.10−19 C Khối lượng riêng hạt nhân: D = m/V Mật độ điện tích hạt nhân: ρ = Q/V.  Ví dụ 8: Cơng thức gần cho bán kính hạt nhân là: R = 1,2.10 −15.(A)1/3 (m) (với A số khối) Tính khối lượng riêng hạt nhân 11Na23 A 2,2.1017 (kg/m3).B 2,3.1017 (kg/m3) C 2,4.1017 (kg/m3) Hướng dẫn D= m 23u = ≈ 2,3.1017 ( kg / m ) ⇒ V πR 3 Chọn B D 2,5.1017 (kg/m3) Ví dụ 9: Cơng thức gần cho bán kính hạt nhân R = 1,2.10−15.(A)1/3 số khối) Tính mật độ điện tích hạt nhân sắt 26Fe56 A 8.1024 (C/m3) B 1025 (C/m3) C 7.1024 (C/m3) D 8,5.1024(C/m3) Hướng dẫn Q 26.1, 6.10−19 ρ= = ≈ 1025 ( C / m3 ) ⇒ V πR Chọn B Chú ý: Nếu nguyên tố hóa học hỗn hợp n nhiều đồng vị khối l ượng trung bình nó: m = a1m1 + a m + + a n m n , với mi hàm lượng khối lượng đồng vị thứ i Trong trường hợp hai đồng vị: m = xm1 + ( − x ) m với c hàm lượng đồng vị Ví dụ 10: Uran tự nhiên gồm đồng vị U238 có khối lượng nguyên tử 238,0508u (chiếm 99,27%), U235 có khối lượng nguyên tử 235,0439u (chiếm 0,72%), U234 có khối lượng ngun tử 234,0409u (chi ếm 0,01%) Tính khối lượng trung bình A 238,0887u B 238,0587u C 237,0287u D 238,0287u Hướng dẫn m= ⇒ 97, 27 0, 72 0, 01 238, 088u + 235, 0439u + 234,0409u = 238, 0287u 100 100 100 Chọn D Ví dụ 11: Nitơ tự nhiên có khối lượng nguyên tử 14,0067u gồm đồng vị N14 N15 có kh ối l ượng nguyên tử 14,00307u 15,00011u Phần trăm N15 nitơ tự nhiên: A 0,36% B 0,59% C 0,43% D 0,68 % Hướng dẫn m = xm1 + ( − x ) m ⇒ 14,0067u = x.15,00011u + ( − x ) 14,00307u ⇒ x = 0, 0036 ⇒ Chọn A Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP m= Khối lượng lượng: m0 1− v c2 ; E = mc = m0 1− v c2 c2    ÷ 2 2 Wd = E − E = mc − m c = ( m − m ) c ⇔ Wd = m 0c − 1÷  ÷ v  1− ÷ c   Động năng: Ví dụ 1: (ĐH−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 0,36 m0c2 B 1,25 m0c2 C 0,225 m0c2 D 0,25 m0c2 Hướng dẫn m= m0 1− v c2 = 1, 25m ⇒ Wd = ( m − m ) c = 0, 25m 0c ⇒ Chọn D Ví dụ 2: Khối lượng electron chuyên động hai lần khối lượng nghỉ Tìm tốc độ chuyển động electron Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0.4.108m/s B 2,59.108m/s C 1,2.108m/s D 2,985.108m/s Hướng dẫn m= m0 1− v2 c2 = 2m ⇒ − v2 c = ⇒ v= ≈ 2,59.108 ( m / s ) ⇒ c 2 Chọn B Ví dụ 3: (ĐH−2011) Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng nghỉ êlectron chuyển động với tốc độ A 2,41.108m/s B 2,75.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2,24.108 m/s Hướng dẫn 1 Wd = E ⇒ mc − m 0c = m 0c2 ⇒ 2m = 3m ⇒ 2 ⇒ 1− m0 v2 1− c = 3m v2 c = ⇒v= ≈ 2, 24.108 ( m / s ) ⇒ c 3 Chọn D Ví dụ 4: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) Khi lượng vật biến thiên 4,19 J khối lượng vật biến thiên bao nhiêu? A 4,65.10−17 kg B 4,55 10−17 kg C 3,65 10−17 kg D 4,69 10−17 kg.  Hướng dẫn ∆m = ∆E = 4, 65.10−17 ( kg ) ⇒ c Chọn A Ví dụ 5: Biết khối lượng electron 9,1.10−31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) 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 4,1.10−15J D 8,7.10−16 J Hướng dẫn  m − m0 m − m0  m = 0,05 ⇒ Wd = m c = 4,1.10−15 ( J ) ⇒  m0  W = mc − m c  d Chọn C Ví dụ 6: Biết khối lượng electron 9,1.10 −31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.10 (m/s) Công cần thiết để tăng tốc electron từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 0,5c A 8,2.10−14 J B 1,267 10−14 J C 1,267.10−15J Hướng dẫn D 8,7.10−16 J    ÷   1 2 A = Wd = m 0c − 1÷ = 9,1.10 −31 ( 3.108 )  − ÷ ≈ 1, 267.10 −14 ( J )  0,52 ÷  ÷ v2    1− ÷ c   ⇒ Chọn B Ví dụ 7: Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng tồn ph ần c êlectron chuyển động với tốc độ A 2,41.108 m/s B 2,75.108 m/s C l,67.108 m/s D 2,59.108 m/s Hướng dẫn m= m0 v2 v2 Wd = ( m − m ) c = 0,5mc ⇒ m = 2m → − = c 2 ⇒ v= 1− c2 c ≈ 2,59.108 ( m / s ) ⇒ Chọn D Ví dụ 8: Vận tốc êlectron tăng tốc qua hiệu điện 105 V A 0,4.108 m/s B 0,8.108 m/s C 1,2.108 m/s D 1,6.108 m/s Hướng dẫn    ÷ ÷ e U = Wd = m0 c  ⇒ v ≈ 1, 6.108 ( m / s ) ⇒  v ÷  1− ÷ c   Chọn D.  II NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Lực hạt nhân + Lực hạt nhân (lực tương tác : hạt nhân mạnh) loại lực truyền tương tác nuclôn + Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (10−15m) a Độ hụt khối − Khối lượng hạt nhân luôn nhỏ tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân − Độ chênh lệch khối lượng gọi độ hụt khối hạt nhân: ∆ m = Zm p + ( A − Z ) m n − m X b Năng lượng liên kết Wlk =  Zm p + ( A − Z ) m n − m x  c hay Wlk = ∆ mc − Năng lượng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c2 c Năng lượng liên kết riêng − Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững hạt nhân Phản ứng hạt nhân a Định nghĩa đặc tính − Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân + Phản ứng hạt nhân tự phát − Là trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác + Phản ứng hạt nhân kích thích − Q trình hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác b Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân + Bảo tồn điện tích + Bảo tồn số nuclơn (bảo tồn số A) + Bảo toàn lượng toàn phần + Bảo toàn động lượng c Năng lượng phản ứng hạt nhân − Phản ứng hạt nhân tố lượng thu lượng: ΔE = (mtrước − msau)c2 + Nếu ΔE > → phản ứng toá lượng: + Nếu ΔE < → phản ứng thu lượng B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN Bài toán liên quan đến lượng liên kết hạt nhân Bài toán liên quan đến lượng phản ứng hạt nhân tỏa, thu Bài toán liên quan đến phản ứng hạt nhân kích thích Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN A Xét hạt nhân: Z X Độ hụt khối hạt nhân: ∆ m = Zm P + ( A − Z ) m n − m n − m X = Zm H + ( A − Z ) m n − m X* với m X* khối lượng nguyên tử X: m X* = m X + Zm e mH khối lượng hạt nhân hidro: m H = m P + m e   Năng lượng liên kết: Wlk =  Zm p + ( A − Z ) m N − m X  c Hay Wlk = ∆ mc Năng lượng liên kết riêng: ε= Wlk A Ví dụ 1: Xét đồng vị Cơban 27Co60 hạt nhân có khối lượng mCo = 59,934u Biết khối lượng hạt: mp = 1,007276u; mn = l,008665u Độ hụt khối hạt nhân A 0,401u B 0,302u C 0,548u Hướng dẫn ∆ m = 27m P + ( 60 − 27 ) mn − mCo = 0,548u ⇒ Chọn C D 0,544u 27 Ví dụ 2: Khối lượng nguyên tứ nhôm 13 Al 26,9803u Khối lượng nguyên tử H l,007825u, khối lượng prôtôn l,00728u khối lượng nơtron 1,00866u Độ hụt khối hạt nhân nhôm A 0,242665u B 0,23558u C 0,23548u D 0,23544u Hướng dẫn ∆ m = 13m H + 14m N − m*Al = 13.1,007825u + 14.2,00866u − 26,9803u = 0, 242665u ⇒ Chọn A Ví dụ 3: (CĐ 2007) Hạt nhân bền vững có A số nuclơn nhỏ B số nuclôn lớn C lượng liên kết lớn D lượng liên kết riêng lớn Hướng dẫn Hạt nhân bền vững có lượng liên kết riêng lớn ⇒ Chọn D Ví dụ 4: (CĐ 2007) Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết A tính cho nuclơn B tính riêng cho hạt nhân C cặp prôtôn−prôtôn D cặp prôtôn−nơtrôn (nơtron) Hướng dẫn Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính cho nuclơn ⇒ Chọn A Ví dụ 5: (ĐH − 2009) Giả sử hai hạt nhân X Y có độ hụt khối số nuclơn h ạt nhân X l ớn số nuclôn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hạt nhân Y C lượng liên kết riêng hai hạt nhân D lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân Y Hướng dẫn Năng lượng liên kết riêng hạt nhân Y lớn lượng liên kết riêng hạt nhân X nên h ạt nhân Y bền ⇒ Chọn A Ví dụ 6: (ĐH − 2010) Cho ba hạt nhân X, Y Z có số nuclơn t ương ứng A X, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ Biết lượng liên kết hạt nhân tương ứng ΔE X, ΔEY, ΔEZ với ΔEZ < ΔEX < ΔEY xếp hạt nhân theo thứ tự tính bền vững giảm dần A Y, X, Z B Y, Z, X C X, Y, Z D Z, X, Y Hướng dẫn  ∆E Y ∆ E Y = ε Y = A 0,5a Y   ∆E X ∆ E X = ⇒ εY > εX > εZ ⇒ ε X = A a X   ∆E Z ∆E Z = ε Z = AZ 2a Đặt A X = 2A Y = 0,5A Z = a  Chọn A 40 Ví dụ 7: (ĐH − 2010) Cho khối lượng prôtôn; nơtron; 18 Ar ; Li 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u u = 931,5 MeV/c So với lượng liên kết riêng hạt nhân Li lượng hên kết riêng hạt nhân Ar A lớn lượng 5,20 MeV B lớn lượng 3,42 MeV C nhỏ lượng 3,42 MeV D nhỏ lượng 5,20 MeV Hướng dẫn Wlk  Zm p + ( A − Z ) mn − m X  c ε= = Áp dụng công thức: A A  18.1, 0073 + ( 40 − 18 ) 1, 0087 − 39,9525 uc = 5, 20 ( MeV / nuclon )  ε Ar = 40   ε = = 8, 62 ( MeV / nuclon )  Li ε Ar − ε Li = 8,62 − 5, 20 = 3, 42 ( MeV ) ⇒ Chọn B Ví dụ 8: (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 trẽn xếp theo th ứ t ự giám d ần v ề độ b ền v ững c ứa h ạt nhân là  A H; He; H 4 B H; H; He C He; He; H D H; He; H Hướng dẫn 2,  ε12 H = = 1,11( MeV / nuclon )  Wlk  8, 49 ε= = 2,83 ( MeV / nuclon ) ε 13 H = A  28,16  ε 42 He = = 7, 04 ( MeV / nuclon )  Áp dụng công thức: ⇒ ε He > ε H > ε H ⇒ 1 Chọn C 56 26 Ví dụ 9: (CĐ − 2012) Trong hạt nhân He, Li; A 235 92 U B 56 26 Fe Fe 235 92 U , hạt nhân bền vững C Li D He Hướng dẫn Theo kết tính tốn lý thuyết thực nghiêm hạt nhân có khối lượng trung bình bền đến hạt nhân nặng bền hạt nhân nhẹ ⇒ Chọn B Ví dụ 10: Khi nói lực hạt nhân, câu sau không đúng? A Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với prôtôn hạt nhân B Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với nơtrôn hạt nhân C Lực hạt nhân lực tương tác nơtron với nơtrôn hạt nhân D Lực hạt nhân lực điện, tuân theo định luật Culông Hướng dẫn Lực hạt nhân khác chất với lực điện ⇒ Chọn D Ví dụ 11: Năng lượng liên kết A toàn lượng nguyên tử gồm động lượng nghỉ B lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân C lượng tồn phần ngun tử tính trung bình số nuclon D lượng liên kết electron hạt nhân nguyên tử Hướng dẫn Năng lượng liên kết lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân ⇒ Chọn B Ví dụ 12: Tìm phương án sai Năng lượng liên kết hạt nhân A lượng liên kết riêng hạt nhân nhân với tổng số nuclon hạt nhân B lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân C lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành nuclon riêng rẽ D lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân Hướng dẫn Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành nuclon riêng r ẽ Chọn D ⇒ Ví dụ 13: (ĐH−2007) Cho: mC = 12,00000 u; mp = 1,00728 u; mn = 1,00867 u; 1u = 1,66058.10−27 kg; eV =1,6.10−19 J ; c = 3.108 m/s Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân C12 thành nuclôn riêng biệt A 72,7 MeV B 89,4 MeV C 44,7 MeV D 8,94 MeV Hướng dẫn 12 C có: proton notron ⇒ Wlk = ∆ mc = ( 6m p + 6m n − mc ) c2 = 89, ( MeV ) ⇒ Chọn B 20 Ví dụ 14: Năng lượng liên kết 10 Ne 160,64 MeV Khối lượng nguyên tử H l,007825u, khối lượng prôtôn l,00728u khối lượng nơtron l,00866u Coi 2u = 931,5 MeV/c Khối lượng nguyên tử ứng với hạt nhân A 19,986947u 20 10 Ne B 19,992397u C 19,996947u D 19,983997u Hướng dẫn Wlk =  Zm H + ( A − Z ) m n − m Ne*  c ⇒ 160, 64Mev = 10.1, 008725u + 10.1,00866u − m Ne* ⇒ m Ne* = 19,992397u c2 ⇒ Chọn B Chú ý: Năng lượng toả tạo thành hạt nhân X từ prôtôn nơtron chinh b ằng n ăng lượng liên k ết Wlk =  Zm H + ( A − Z ) m n − m Ne*  c Năng lượng toả tạo thành n hạt nhân X từ prôtôn nơtron bằng: Q = nWlk ; n = (Số gam/Khối lượng mol).NA Ví dụ 15: Tính lượng toả tạo thành gam He4 từ prôtôn notron Cho bi ết độ h ụt kh ối h ạt nhân He4 Δm = 0,0304u; lu = 931 (MeV/c 2); MeV = 1,6.10−13 (J) Biết số Avôgađrô 6,02.1013/mol, khối lượng mol He4 g/mol A 66.1010 (J) B 66.1011 (J) C 68.1010 (J) D 66.1011 (J) Hướng dẫn Q= ⇒ So gam N A ∆ m.c2 = 6, 02.1023.0, 0004.931.1, 6.1023 ≈ 68.1010 ( J ) Khoi luong mol Chọn C Chú ý: Nếu cho phương trình phản ứng hạt nhân để tìm lượng liên kết ta áp d ụng định lu ật b ảo toàn lượng toàn phần: “Tổng lượng nghi động trước tổng lượng nghi động sau ” hoặc: “Tổng lượng nghỉ lượng liên kết trước tổng lượng nghỉ lượng liên kết sau → He + n Xác định lượng liên kết hạt nhân He Cho Ví dụ 16: Cho phản ứng hạt nhân: D + D   biết độ hụt khối D 0,0024u tổng lượng nghỉ hạt trước phản ứng nhiều tổng n ăng lượng nghỉ hạt sau phản ứng 3,25 (MeV), 1uc2 = 931 (MeV) A 7,7187 (MeV) B 7,7188 (MeV) C 7,7189 (MeV) D 7,7186 (MeV) Hướng dẫn 2m D c + WD = ( m He + m n ) c = E5F2 ∆m D c WHe E5 F ∆m He c = WlkHe + Wn E5F2 ∆m n c = 3, 25 + 2.0,0024.uc = WlkHe + ⇒ WlkHe = 7,7188 ( MeV ) ⇒ Chọn B → He + n Xác định lượng liên kết riêng hạt nhân T Ví dụ 17: Cho phản ứng hạt nhân: T + D   Cho biết độ hụt khối D 0,0024u; lượng liên kết riêng He 7,0756 (MeV/nuclon) tổng lượng nghỉ hạt trước phản ứng nhiều tổng lượng nghỉ hạt sau ph ản ứng 17,6 (MeV) Lấy 1uc2 = 931 (MeV) A 2,7187 (MeV/nuclon) B 2,823 (MeV/nuclon) C 2,834 (MeV/nuclon) D 2,7186 (MeV/nuclon) Hướng dẫn ( mT + mD ) c2 + A T ε T + ∆ mD c2 = ( m He + mn ) c2 + A He ε He + ∆ mn c2 17,36 + 3.ε T + 0,0024uc = 4.7,0756 + ⇒ ε T = 2,823 ( MeV / nuclon ) ⇒ Chọn B Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA, THU → C+D Phản ứng hạt nhân: A + B   Xác định tên hạt nhân cách dựa vào hai định luật bảo tồn điện tích bảo tồn s ố kh ối: Z A + ZB = ZC + ZD; AA + AB = AC + AD Năng lượng phản ứng hạt nhân Năng lượng phản ứng hạt nhân tính theo ba cách sau: Cách 1: Khi cho biết khối lượng hạt nhân trước sau phản ứng: ∆ E = ∑ mtruoc c2 − ∑ msau c2 Cách 2: Khi cho biết động hạt trước sau phản ứng: ∆ E = ∑W −∑W sau truoc Cách 3: Khi cho biết độ hụt khối hạt trước sau phản ứng: ∆ E = ∑ ∆ msau c2 − ∑ ∆ mtruoc c2 Cách 4: Khi cho biết lượng liên kêt lượng liên kêt riêng hạt nhân tr ước sau ph ản ứng ∆ E = ∑ WLKsau − ∑ WLKtruoc + Nếu ΔE > toả nhiệt, ΔE < thu nhiệt Ví dụ 1: (THPTQG − 2017) Trong phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ hạt tr ước ph ản ứng 37,9638 u tổng khối lượng nghỉ hạt sau phản ứng 37,9656 u Lấy 1u = 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 Hướng dẫn * Tính ∆ E = ⇒ (∑m truoc − ∑ msau ) c2 = ( 37,9638 − 37,9656 ) uc2 = − 1, 68 ( MeV ) Chọn B Ví dụ 2: Dùng prơtơn bắn vào hạt nhân Li thu hai hạt nhân giống X Biết m p = l,0073u, mu = 7,014u, mx = 4,0015u, lu.c2 = 931,5 MeV Phản ứng thu hay toả lượng ? A Phản ứng toả lượng, lượng toả 12 MeV B Phản ứng thu lượng, lượng cần cung cấp cho phản ứng 12 MeV C Phản ứng toả lượng, lượng toả 17 MeV D Phản ứng thu lượng, lượng cần cung cấp cho phản ứng 17 MeV Hướng dẫn ∆ E = ( m P + m Li − 2mX ) c = (1,0073 + 7,014 −2.4,0015)uc2 =0,0183.931,5 ≈ 17 ( MeV ) > ⇒ Chọn C → He + n Biết khối lượng hạt nhân: Ví dụ 3: (CĐ − 2007) Xét phản ứng hạt nhân: H + H   mH = 2,0135u; mHe = 3,0149u; mn = l,0087u; 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng phản ứng toả A 7,4990 MeV B 2,7390 MeV C 1,8820 MeV D 3,1654 MeV Hướng dẫn ∆ E = ( ∑ m truoc − ∑ msau ) c 2 = ( 2.2,0135 − 3,0149 − 1,0087 ) uc E5F = 3,1654 ( MeV ) > ⇒ Chọn D 931MeV Ví dụ 4: Tính lượng cần thiết để tách hạt nhân A 10,34 MeV B 12,04 MeV 16 O 1uc2 = 931,5 MeV C 10,38 MeV D 13,2 MeV Hướng dẫn  16 → 4.24 He O  ⇒  2 ∆ E = m − 4m c = 15,9949 − 4.4,0015 uc ≈ 10,34 MeV < ( ) ( ) ( )  O He Chọn A → n + X Cho động hạt D, Li, n X là: Ví dụ 5: Xét phản ứng hạt nhân: D + Li   (MeV); 0; 12 (MeV) (MeV) Lựa chọn phương án sau: A Phản ứng thu lượng 14 MeV B Phản ứng thu lượng 13 MeV C Phản ứng toả lượng 14 MeV D Phản ứng toả lượng 13 MeV Hướng dẫn ∆ E = ( ∑ W ) sau − ( ∑ W ) truoc = 12 + − − = 14 ( MeV ) ⇒ Chọn C nhân: T + 12 D   → He + X Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân Ví dụ 6: (ĐH−2009) Cho phản ứng hạt D, hạt nhân He 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u lu = 931,5 MeV/c Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ A 15,017 MeV B 200,025 MeV C 17,498 MeV D 21,076 MeV Hướng dẫn ∆ E = ∑ ( ∆ msau − ∆ m truoc ) c2 = ( ∆ m He + − ∆ mT − ∆ mD ) c2 = 17, 498 ( MeV ) ⇒ Chọn C Ví dụ 7: Tìm lượng tỏa hạt nhân U234 phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thori Th230 Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV/nuclôn, U234 7,63 MeV/nuclôn, Th230 7,7 MeV/nuclôn A 13,98 MeV B 10,82 MeV C 11,51 MeV D 17,24 MeV Hướng dẫn ∆ E = ∑ ( Wlk ) s − ∑ ( Wlk ) t = ε α A α + ε Th A Th − ε U A U = 7,1.4 + 7,7.230 − 7,63.234 = 13,98 ( MeV ) ⇒ Chọn A Năng lượng hạt nhân Neu phản ứng hạt nhân tỏa lượng lượng tỏa dạng động hạt sản phẩm lượng phô tôn γ Năng lượng tỏa thường gọi lượng hạt nhân Năng lượng phản ứng hạt nhân tỏa là: ∆ E = ∑m truoc c2 − ∑ msau c2 > Năng lượng N phản ứng Q = NΔE Nếu phản ứng có k hạt X số phản ứng N= 1 mX NX = NA k k AX → He + n + 17,6MeV Biết số Avơgađrơ Ví dụ 1: (CĐ−2010) Cho phản ứng hạt nhân H + H   6,02.1023/mol, khối lượng mol He4 g/mol MeV = 1,6.10 −13 (J) Năng lượng tỏa tổng hợp g khí heli xấp xỉ A 4,24.108J B 4,24.105J C 5,03.1011J D 4,24.1011J Hướng dẫn Q = Số phản ứng ΔE = (Số gam He / Khối lượng mol) N A ∆ E Q= 1( g ) 6,02.1023.17, 6.1, 6.10 −13 ≈ 4, 24.1011 ( J ) ⇒ 4( g) Chọn D → He + X Mỗi phản Ví dụ 2: (ĐH − 2012) Tổng hợp hạt nhân heli He từ phản ứng hạt nhân He + Li   ứng tỏa lượng 17,3 MeV Năng lượng tỏa tổng hợp 0,5 mol heli A 1,3.1024 MeV B 2,6.1024 MeV C 5,2.1024 MeV D 2,4.1024 MeV Hướng dẫn Viết đầy đủ phương trình phản ứng hạt nhân ta nhận thấy X He : 1 He + 37 Li   → He + 42 X Vì vậy, phản ứng hạt nhân có hạt He tạo thành Do đó, số phản ứng hạt nhân nửa số hạt He : Q= số phản ứng ΔE = Số hạt He ΔE Q = 0,5.6, 023.10 23.17,3 ≈ 2, 6.1024 ( MeV ) ⇒ Chọn B Bình luận: Khá nhiều học sinh “dính bẫy”, khơng phát hạt X h ạt He nên làm sai sau: Q = Số phản ứng ΔE = Số hạt He ΔE = 5,2.1026 (Me V) Phôtôn tham gia phản ứng → B+ C Giả sử hạt nhân A đứng yên hấp thụ phô tôn gây phản ứng hạt nhân: γ + A   Áp dụng định luật bảo toàn lượng toàn phần: ε + m A c = ( m B + m C ) c + ( WB + WC ) với 2 ε = hf = hc λ Ví dụ 1: Dưới tác dụng xạ gamma, hạt nhân C12 đứng yên tách thành hạt nhân He4 T ần số tia gama 4.1021 Hz Các hạt hêli có động Cho mC = 12,000u; mHe = 4,0015u, uc2 = 931 (MeV), h = 6,625.10−34 (Js) Tính động hạt hêli A 5,56.10−13 J B 4,6 10−13 J C 6,6 10−13 J D 7,56 10−13 J Hướng dẫn γ + 126 C   → He + 24 He + 24 He hf + mC c = 3m He c2 + 3W ⇒ W = 6,6.10 −13 ( J ) ⇒ Chọn C Chú ý: Nếu phản ứng thu lượng ∆ E = ∑m truoc c2 − ∑ msau c2 < lượng tối thiếu phơ tơn cần thiết để phản ứng thực ε = −∆ E → 2.α + n xảy ra, lượng tử Y phải có lượng tối thiều bao Ví dụ 2: Để ph ản ứn g Be + γ   nhiêu? Cho biết, hạt nhân Be đứng yên, mBe = 9,01218u; mα = 4,0026u; mn= l,0087u; 2uc2 = 931,5 MeV A 2,53 MeV B 1,44 MeV C 1,75 MeV D 1,6 MeV Hướng dẫn ∆ E = m Be c2 − 2m α c2 − m n c2 = − 1,6 ( MeV ) ⇒ ε = −∆ E = 1,6 ( MeV ) ⇒ Chọn D → 32 He Biết khối lượng Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho phản ứng hạt nhân C + γ   12 12 C 42 He 11,9970 u 4,0015 u; lấy 1u = 931,5 MeV/c Năng lượng nhỏ phôtôn ứng với xạ phản ứng xảy có giá trị gần với giá trị sau đây? A MeV B MeV C MeV D MeV Hướng dẫn * Tính ⇒ ∆ E = ( ∑ m truoc − ∑ msau ) c = ( 11,997 − 3.4, 0015 ) uc2 = − ( MeV ) Năng lượng tối thiểu cần cung cấp MeV ⇒ Chọn B γ để ... ạt nhân X l ớn số nuclôn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hạt nhân Y C lượng liên kết riêng hai hạt nhân D lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân. .. nặng bền hạt nhân nhẹ ⇒ Chọn B Ví dụ 10: Khi nói lực hạt nhân, câu sau không đúng? A Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với prôtôn hạt nhân B Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với nơtrôn hạt nhân. .. Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân + Phản ứng hạt nhân tự phát − Là trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác + Phản ứng hạt nhân kích thích − Q trình hạt nhân tương