Vật lý hạt nhân lý 12
Chương 7: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Chủ đề 21 TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Cấu tạo hạt nhân a Kích thước hạt nhân − Hạt nhân tích điện dương +ze (z số thứ tự bảng tuần hoàn) − Kích thước hạt nhân nho, nho kích thước nguyên tử 10 �10 lần b Cấu tạo hạt nhân − Hạt nhân tạo thành nuclôn + Prơtơn (p), điện tích (+e) + Nơtrơn (n), khơng mang điện − Số prôtôn hạt nhân Z (nguyên tử số) − Tống số nuclơn hạt nhân kí hiệu A (số khối) − Số nơtrôn hạt nhân A − Z c Kí hiệu hạt nhân A − Hạt nhân nguyên tố X kí hiệu: Z X 1 1 − Kí hiệu dùng cho hạt sơ cấp: p; p; 1e d Đồng vị − Các hạt nhân đồng vị hạt nhân có số Z, khác số A − Ví dụ hiđrơ có đồng vị 2 Tiđrô thường H (99,99%); Hiđrơ nặng H , cịn gọi tê ri D (0,015%); Hiđrô siêu lặng 3 , cịn gọi tritỉ T , khơng bền, thời gian sống khoảng 10 năm Khối lượng hạt nhân a Đơn vị khối lượng hạt nhân H 12 − Đơn vị u có giá trị 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị C ; lu = 1,66055.10−27kg b Khối lượng lượng hạt nhân − Theo Anh−xtanh, lượng E khối lượng m tương ứng vật luôn tồn đồng thời tì lệ với nhau, hệ số tỉ lệ c2: E = mc2, c: vận tốc ánh sáng chân không (c = 3.108m/s) uc2 = 931,5 MeV → lu = 931,5 MeV/c2 MeV/c2 coi đơn vị khối lượng hạt nhân − Chú ý: Một vật có khối lượng mo trạng thái nghỉ chuyển động với vận tốc v, khối lượng m m0 1 v2 c2 tăng lên thành m với m = Trong m0 khối lượng nghỉ m khối lượng động Trong đó: E m0 c gọi lượng nghỉ W E E0 m m0 c2 + d động vật B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN Bài tốn liên quan đến tính chất cấu tạo hạt nhân 456 Bài toán liên quan đến thuyết tương đối hẹp Dạng BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐÉN 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 C nuclơn, có nơtrơn B ncrtrôn (nơtron) prôtôn D prôtôn ncrtrơn 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 ngun tử mà hạt nhân có số prơtơn có số nơtrôn (nơtron) khác gọi đồng vị C Các đồng vị ngun tố có số ncrtrơn khác nên tính chất hóa học khác D Các đồng vị nguyên tố có vị trí bảng hệ thống tuần hồn Hướng dẫn Các đồng vị nguyên tố có vị trí bảng hệ thống tuần hồn có tính chất 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 Avôgađrô NA = 6,02.1023 hạt/mol khối lượng hạt nhân số 27 khối Số prơtơn (prơton) có 0,27 gam 13 Al A 6,826.1022 B 8,826.1022 C 9,826.1022 D 7,826.1022 Hướng dẫn 0, 27.6, 02.1023 N A 13 7,826.10 22 27 Số proton = 13.(Số gam/Khối lượng mol) � Chọn D Ví dụ 5: (ĐH−2007) Biết số Avơgađrơ 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 N A 146 .6,02.10 23 4, 4.10 25 N nuclon 238 92 128 (Số gam/Khối lượng mol) � Chọn C Ví dụ 6: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023 /mol Tính số phân tử oxy gam khí CO (O = 15,999) A 376.1020 B 188.1020 C 99.1020 D 198.1020 Hướng dẫn 457 N O2 1 g 2.15,999 g 6, 02.1023 �188.1020 � Chọn B Ví dụ 7: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023/mol Tính số ngun tử Oxy gam khí CO (C = 12,011; O = 15,999) A 137.1020 B 548.1020 C 274.1020 D 188.1020 Hướng dẫn 1 g N O 2N CO2 .6, 02.1023 �274.1020 � 12, 011 2.15,999 g Chọn C 4 V R Chú ý: Nếu coi hạt nhân khối cầu thể tích hạt nhân 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: = 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) D 2,5.1017 (kg/m3) Hướng dẫn m 23u D �2,3.1017 kg / m3 � V R 3 Chọn B 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, 6.1019 �1025 C / m � V R Chọn B Chú ý: Nếu nguyên tố hóa học hỗn hợp n nhiều đồng vị khối lượng trung bình nó: m a1m1 a m a n m n , với a m hàm lượng khối lượng đồng vị thứ i i i m xm1 x m Trong trường hợp hai đồng vị: 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 nguyên tử 234,0409u (chiếm 0,01%) Tính khối lượng trung bình A 238,0887u B 238,0587u C 237,0287u D 238,0287u Hướng dẫn 97, 27 0, 72 0, 01 m 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 khối lượng nguyên tử 14,00307u 15,00011u Phần trăm N15 nitơ tự nhiên: A 0,36% B 0,59% C 0,43% D 0,68 % 458 Hướng dẫn m xm1 x m � 14,0067u x.15, 00011u x 14, 00307u � x 0, 0036 � Chọn A BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Biết lu = 1,66058.10-27 (kg), khối lượng He4 = 4,0015u Tổng số nuclơn có mg khí He A 3.1022 B 1,5 1020 C 1023 D 6.1020 23 131 Bài 2: Biết số Avôgađrô 6,02.10 /mol, khối lượng mol 53I 131 g/mol Tìm ngun tử iơt có 200 g chất phóng xạ 53I131 A 9,19.1021 B 9,19.1023 C 9,19.1022 D 9,19.1024 Bài 3: Biết lu = 1,66058.10-27 (kg), khối lượng Ne = 20,179u số nguyên tử khơng khí Neon A 2,984 1022 B 2,984 1019 C 3,35 1023 D 3,35 1020 23 Bài 4: Biết số Avôgađrô 6,02.10 /mol, khối lượng mol natri Na23 23 g/mol Số notrôn 11,5 gam natri Na23 A 8,8.1025 B 1,2.1025 C 36,12.1023 D 2,2.1023 29 40 Bài 5: (CĐ-2010)So với hạt nhân 14 Si , hạt nhân 20 Ca có nhiều hon A 11 nơtrôn prôtôn B nơtrôn prôtôn C notion prơtịn D nơtrơn 12 prôtỏn Bài 6: Công thức gần cho bán kính hạt nhân R = 1,2.10 -15.(A)1/3 (m) (với A số khối) Tính mật độ điện tích hạt nhân vàng 79Au197 A 8.1024 (C/m3) B 9.1024 (C/m3) C 7.1024 (C/m3) D 8,5.1024 (C/m3) Bài 7: Khí clo hỗn họp hai đồng vị bền 35Cl có khối lượng nguyên tử 34,969u hàm lượng 75,4% 37Cl có khối lượng nguyên tử 36,966u hàm lượng 24,6% Khối lượng nguyên tử nguyên tố hóa học clo A 35,45u B 36,46u C 35,47u D 35,46u Bài 8: Nguyên tố hóa học Bo có khối lượng nguyên tử 10,81 lu gồm đồng vị B10 B11 có khối lượng nguyên tử 10,013u 11,009u Phần trăm B10 nitơ tự nhiên: A 20% B 75% C 35% D 80% Bài 9: Phát biếu sau SAI nói cấu tạo hạt nhân nguyên tử? A Hạt nhân cấu tạo từ nuclôn B Số prôtôn hạt nhân số êlectron nguyên từ C Có hai loại nuclơn prơtơn nơtron D Bán kính nguyên tử lớn gấp 1000 lần bán kính hạt nhân Bài 10: Phát biêu sau SAI nói vê câu tạo hạt nhân ngun tử? A Prơtơn hạt nhân mang điện tích +e B Nơtron hạt nhân mang điện tích -e C Tổng số prôtôn nơtron gọi số khối D Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu hạt nhân Bài 11: Phát biểu sau đúng? Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A prôton B nơtron C prôton notron D prôton, ncrtron electron Bài 12: Phát biêu sau đúng? Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chúng có A số khối A B số prôton nhau, số notron khác C số nơtron nhau, số prôton khác 459 D khối lượng Bài 13: Đơn vị sau đơn vị lchối lượng? A Kg B MeV/C C MeV/c2 D u Bài 14: Đơn vị khôi lượng nguyên tử u A nguyên tử Hyđrô 1H1 B hạt nhân nguyên tứ Cacbon C11 C 1/12 khối lượng dồng vị Cacbon C12 D 1/12 khối lượng đồng vị Cacbon C13 Bài 15: Chọn câu A Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân B Điện tích nguyên tử khác C Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân D Có hai loại nuclon nơtrôn phôtôn Bài 16: Khẳng định hạt nhân nguyên tử? A Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân B Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân C Điện tích nguyên tử điện tích hạt nhân D Lực tĩnh điện liên kết nuclôn hạt nhân Bài 17: Phát biểu sau sai nói hạt nhân nguyên từ? A Hạt nhân trung hịa điện B Hạt nhân có ngun tử số Z chửa Z prơtơn C Số nuclơn số khối A hạt nhân D Số nơtrôn N hiệu số khối A số prôtôn Z Bài 18: Số prôtôn sồ nơtrôn hạt nhân 11Na23 A 12 23 B 11 23 C 11 12 D 12 11 Bài 19: Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A proton B nơtrôn C electron D nuclôn Bài 20: Phát biểu sau nói cấu tạo hạt nhân Triti A Gồm proton nơtron B Gồm proton nơtron C Gồm proton nơtron D Gồm proton nơtron Bài 21: Phát biểu sau nói hạt nhân đồng vị? Các hạt nhân đồng vị A có số Z khác số A B có số A nhung khác số Z C có số nơtron D có so Z; số A 235 Bài 22: Nguyên tử đồng vị phóng xạ 92U có A 92 prơtơn, tổng số nơtrơn electron 235 B 92 electron, tổng số prôtôn electron 235 C 92 nơtrôn, tổng số nơtrôn electron 235 D 92 prôtôn, tổng số prôtôn, nơtrôn electron 235 Bài 23: cấu tạo hạt nhân 13Al27 có A Z = 13, A = 27 B Z = 27, A = 13 C Z = 13 A = 14 D Z = 27, A = 14 Bài 24: Tìm câu số câu Hạt nhân nguyên tử A có khối lượng tổng khối lượng tất nuclon electrong ngun tử B có điện tích tổng điện tích proton ngun tử C có đường kính vào cỡ phần vạn lần đường kính nguyên tử D gồm proton nowtron, số proton luôn số nơ tron electron Bài 25: Hạt nhân phốt P31 có A 16 prôtôn 15 nơtrôn B 15 prôtôn 16 nơtrôn C 31 prôtôn 15 nơtrôn D 15 prôtôn 31 notrôn 460 Bài 26: Khẳng định cấu tạo hạt nhân? A Trong ion đơn nguyên tử so nơtron số electron B Trong hạt nhân số khối số nơtron C Có sơ hạt nhân mà so proton lớn số nơtron D Các nuclôn khoảng cách liên kết với lực hạt nhân Bài 27: Vật chất hạt nhân có khối lượng riêng cỡ A trăm ngàn cm3 B trăm cm3 C triệu cm D trăm triệu cm3 Bài 28: Cácbon có đồng vị với sổ khối từ 11 - 14, đồng vị bền vững là: A C12 C13 B C12 C11 C C12và C14 D C13 C11 Bài 29: Cácbon có đồng vị với số khối từ 11 - 14, đồng vị C12 chiếm: A 99% B 95% C 90% D 89% 238 Bài 30: (CĐ - 2009) Biết N = 6,02.1023 mol-1 Trong 59,50 g 82 U có số nơtron xấp xi A A 2,38.1023 B 2,20.1025 C 1,19.1025 3 Bài 31: (CĐ - 2012) Hai hạt nhân T He có A số nơtron B số nuclơn, C diện tích 1.D 11.C 21.A 31.B 2.B 12.B 22.A 3.A 13.B 23.A 4.C 14.C 24.B 5.B 15.C 25.B 6.B 16.A 26.C 7.D 17.A 27.D D 9,21.1024 D số prôtôn 8.A 18.C 28.A 9.D 19.D 29.A 10.B 20.B 30.B Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP m0 m0 m ; E mc c2 2 v v 1 1 c c Khối lượng lượng: � � � � Wd E E mc m c m m c � Wd m c � 1� � � v2 � 1 � c � � Động năng: Ví dụ 1: (ĐH−2010) Một hạt có khối lượng nghỉ m 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 m0 m 1, 25m0 � Wd m m c2 0, 25m c � v2 1 c 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 461 m m0 2m � v2 c �v �2,59.108 m / s � 2 c v2 c2 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 m0 1 Wd E � mc m c m c � 2m 3m � 3m 2 v2 1 c 1 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 E m 4,65.1017 kg � c Chọn A Ví dụ 5: Biết khối lượng electron 9,1.10 −31 (kg) tốc độ ánh sáng chân khơng 3.10 (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 m � 0, 05 m m0 � m � Wd m c 4,1.10 15 J � � m �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 D 8,7.10−16 J Hướng dẫn � � � � � � 1 A Wd m0 c � 1� 9,1.1031 3.108 � 1��1, 267.1014 J 2 � � � � v � 0,5 � � 1 � c � � � Chọn B Ví dụ 7: Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng tồn phần 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 � 1 m m0 1 v2 c Wd m m c 0,5mc � m 2m ���� � 1 2 v2 c2 462 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 Hướng dẫn � � � � � � v 1, 6.108 m / s e U �W m c d � � v � 1 � c � � Chọn D. �v D 1,6.108 m/s BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Khối lượng vật tăng thêm lần để vận tốc tăng từ đến 0,9 lần tốc độ ánh sáng A 2,3 B C 3,2 D 2,4 Bài 2: Tìm tốc độ hạt mezon để lượng tồn phần gấp 10 lần lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0.4.108 m/s B 0.8.108 m/s C 1,2.108 m/s D 2,985.108 m/s Bài 3: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Năng lượng vật biến thiên khối lượng vật biến thiên lượng khối lượng electron 9,1.10-31 (kg)? A 8,2.10-14 J B 8,7 10-14 J C 8,2.10-16 J D 8,7.10-16 J Bài 4: Biết khối lượng electron 9,1.10-31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.108 (m/s) Động electron có tốc độ 0,99c A 8,2.10-14 J B 1,267.10-14J C l,267.1011s J D 4,987.10-14 J Bài 5: Một hạt có động năng lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) Tốc độ hạt A 2.108m/s B 2,5.108m/s C 2,6.108m/s D 2,8.108m/s Bài 6: Một hạt có động lần lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) Tốc độ hạt A 2,56.108m/s B 0,56.108m/s C 2,83.108m/s D 0,65.108m/s Bài 7: Khối lượng hạt electrôn chuyển động lớn gấp hai lần khối lượng đứng yên Tìm động hạt Biết khối lượng electron 9,1.10 -31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 8,2.10-14 J B 8,7.10-14J C 8,2.1016J D 8,7.10-16 J Bài 8: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Để động hạt nửa lượng nghỉ vận tốc hạt phải bao nhiêu? A 2,54.10Ws B 2,23.108m/s C 2,22.108m/s D 2,985.108m/s v c /3 Bài 9: Một hạt có khối lượng nghỉ m0 chuyển động với tốc độ với c tốc độ ánh sáng chân không Tỉ số động lượng nghỉ hạt A B C 0,5 D.0,5 Bài 10: Chọn phương án sai: A Năng lượng nghỉ vật có giá trị nhỏ so với lượng thơng thường B Một vật có khối lượng m có lượng nghỉ E = m.c2 C Năng lượng nghi có thê chuyên thành động ngược lại D Trong vật lý hạt nhân khối lượng đo bằng: kg; u Mev/c2 Bài 11: Nếu vật có khối lượng m có lượng E, biểu thức liên hệ E m là: 463 A E = mc2 B E = mc C E = (m0 - m)c2; D E = (m0 - m)c Bài 12: Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, khối lượng động (khối lượng tương đối tính) hạt chuyển động với tốc độ 0,8c (c tốc độ ánh sáng chân không) là: A l,75m0 B 5m0/3 C 0,36m0 D 0,25m0 Bài 13: Một hạt có khối lượng nghỉ m Theo thuyết tương đối, động hạt chuyển động với tốc độ 0,8c (c tốc độ ánh sáng chân không) A 0,36m0c2 B 1,25 m0c2 C 0,225m0c2 D 2m0c2/3 -31 Bài 14: Biêt khôi lượng electron 9,1.10 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.10 (m/s) Công cần thiết để tăng tốc electron từ trạng thái nghi đến tốc độ 0,6c A 8,2.10-14 J B 1,267.10-14J C 267.10-15 J D 2,0475.10-14 J 1.A 11.A 2.D 12.B 3.A 13.D 4.D 14.D 5.C 15 6.C 16 7.A 17 8.B 18 9.B 19 10.A 20 Chủ đề 22 NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A TÓM 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 nuclôn tạo thành hạt nhân m Zm p A Z m n m X − Độ chênh lệch khối lượng gọi độ hụt khối hạt nhân: b Năng lượng liên kết Wlk � Zm p A Z m n m x � c2 � � 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 tồn 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: 464 + Nếu ΔE < → phản ứng thu lượng B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn 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 TỐN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN A Xét hạt nhân: Z X Độ hụt khối hạt nhân: m X* m Zm P A Z m n m n m X Zm H A Z m n m X* khối lượng nguyên tử X: m X* m X Zm e với mH khối lượng hạt nhân hidro: m H m P m e 2 W � Zm A Z m N m X � �c Hay Wlk mc Năng lượng liên kết: lk � p W lk A Năng lượng liên kết riêng: 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 D 0,544u Hướng dẫn m 27mP 60 27 mn mCo 0,548u � Chọn C 27 Al Ví dụ 2: Khối lượng nguyên tứ nhôm 13 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 nuclôn 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 nuclôn hạt nhân X lớn số nuclơn 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 hạt nhân Y bền � Chọn A 465 A 1.94.10−14 J B 1,95 10−14 J C 1,96.1010−14 J Hướng dẫn E m P0 m m X c 6, 4239 MeV D 1,97 10−14 J Động hạt sinh tỉ lệ nghịch với khối lượng tổng động chúng ΔE nên: “tồn có mα + mx phần WC chiếm mX phần WX m WX E �1,96.1014 J � m m X chiếm mα phần’’: Chọn C Ví dụ 6: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương tình sau: Ra226 � Rn222 Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Rn hạt α 55,47 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Hỏi % lượng toả chuyển thành động hạt α A 98,22% B 98,23% C 98,24% D 98,25% Hướng dẫn W m Th % W �98, 23% � E m Th m Chọn B Ví dụ 7: (ĐH−2012) Một hạt nhân X, ban đầu đứng yên, phóng xạ α biến thành hạt nhân Y Biết hạt nhân X có số khối A, hạt α phát tốc độ v Lấy khối lượng hạt nhân số khối tính theo đơn vị u Tốc độ hạt nhân Y 4v 2v 4v 2v A A A A A B C D Hướng dẫn A A4 X � Y Z Z r r r r r m v 4v m Y v Y m v � m Y vY m v � v Y � mY A4 Chọn C Ví dụ 8: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt a theo phương trình: U234 � Th230 Biết lượng toả phản ứng 2,2.10 −12 J chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: m α = 4,0015u, mTh = 229,9737u, 2u = 1,6605.10 −27 kg Tốc độ hạt anpha là: A 0,256.108m/s B 0,255.108 m/s C 0,084 m/s D 0,257.108 m/s Hướng dẫn m Th 229,9737 W E 2, 2.10 12 �2,1624.1012 J m Th m 229,9737 4,0015 � v 2W m 2.2,1624.10 12 �0, 255.108 m / s � 4, 0015.1,6605.10 27 Chọn B Chú ý: Để tính lượng phân rã tạo làm theo cách sau: *E m A m B m C c m B m C m A c2 WlkB WlkC WlkA * E WB WC với WB WC với m B WB mC WC 210 Ví dụ 9: (CĐ−2010) Pơlơni 84 P0 phóng xạ α biến đổi thành chì Pb Biết khối lượng hạt nhân P0; a; Pb là: 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u u = 931,5 MeV/c Năng lượng tỏa hạt nhân pôlôni phân rã xấp xỉ A 5,92 MeV B 2,96 MeV C 29,60 MeV D 59,20 MeV 532 Hướng dẫn E m Po m m X c 5,92 MeV � Chọn A Ví dụ 10: Hạt nhân U234 đứng n phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234 � Th230 Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Động hạt α MeV Tính lượng phản ứng tỏa A 4,06 MeV B 4,07 MeV C 4,04MeV D 4,08 MeV Hướng dẫn m m W mTh WTh E W WTh ����� � � E W �4, 07 MeV m Th 57, 47 � Chọn B Ví dụ 11: (THPTQ – 2017) Hạt nhna Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Động hạt α phóng 4,8 MeV Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Năng lượng phân rã tỏa là: A 4,89 MeV B 4,72 MeV C 271MeV D 269 MeV Hướng dẫn m E W WRn W W 4,886 MeV � m Th Chọn A Chú ý: Nếu lượng phân rã tạo ΔE lượng N phân rã Q = NΔE m � N NA � A me � � H HT N � Số phân rã số hạt nhân mẹ bị phân rã: � ln Ví dụ 12: Pơlơni 210 84 P0 phóng xạ α biến đổi thành chì Pb Mỗi phân rã 6,3 MeV Biết số 210 Avôgađrô 6,02.1023/mol, khối lượng mol 84 Po 210 g/mol, MeV = 1,6.10 −13 J Ban đầu có g nguyên chất, sau phân rã hết lượng tỏa A 1,81.1020 MeV B 28,896.109 J C 28,896.108 J D 1,81.1021 MeV Hướng dẫn m Q N.E N A E 6, 02.1023.6,3.1,6.1013 28,896.108 J A me 210 � Chọn C Ví dụ 13: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Tốc độ hạt α phóng 1,51.107 m/s Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol, khối lượng mol Ra226 226 g/mol khối lượng hạt α 4,0015u, lu = 1,66.10−27 kg Khi phân rã hết 0,1 µg Ra226 nguyên chất lượng toả A 100 J B 120 J C 205 J D 87 J Hướng dẫn m v W m E W WRn W W ���� � m Rn 533 27 � �4, 0015.1, 66.10 1,51.10 E � 1 �7,71.1013 J � � 222 � Q NE m 10 7 N A E 6,02.10 23.7, 71.10 13 �205 J � A me 226 Chọn C 210 84 Po Ví dụ 14: Pơlơni chất phóng xạ α thành hạt nhân chì Pb206 với chu kì bán rã 138 (ngày) Độ phóng xạ ban đầu của lượng chất phóng xạ 1,5.10 11 (Bq) Cho khối lượng: mα = 4,0015u; mPo = 209,9828u; mPb = 205,9744u; NA = 6,02.1023 1uc2 = 931 (MeV) Tim lượng toả lượng chất phân rã hết A 1,844.1019 (MeV) B 6,42 (MeV) C 1,845 1019 (MeV) D 1.66 1019 (MeV) Hướng dẫn E m P0 m m Pb c �6, 4239 MeV HT 1,5.1011.138.86400 E 6, 4239 �1, 66.1019 MeV � ln ln Chọn D A � B động Chú ý: Trong phóng xạ alpha viết phương trình phóng xạ Q NE hạt α là: W mB E mB m ' Thực tế, đo động hạt α W W ! Tại vậy? Điều giải thích phón xạ alpha cịn có xạ gama: hc hf ' W W với Do đỏ, lượng xạ gama: A �B 222 Ví dụ 15: Radon 86 Rn chất phóng xạ α chuyển thành hạt nhân X Biết phóng xạ toả lượng 12,5 (MeV) dạng động hai hạt sinh Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân X hạt α 54,5 Trong thực tế người ta đo động hạt α 11,74 MeV Sự sai lệch kết q tính tốn kết đo giãi thích có phát xạ Tính lượng xạ A 0,51 (MeV) B 0,52 (MeV) C 0,53 (MeV) D 0,54 (MeV) Hướng dẫn m Th 54,5 ' ' W W E W 12,5 11, 74 0,53 MeV � m Th m 55,5 Chọn C Chú ý: Khi cho chùm tia phóng xạ chuyển động vào từ trường cần phân biệt trường hợp sau: r ur 1) Trường hợp: v B ; + Lực Loren tác dụng lên hạt phóng xạ ( ), có phương ln ln vng góc với phương vận tốc, vậv hạt chuyển động trịn vói bán kính quỹ đạo R + Lực Loren tác dụng lên hạt (FL= qv0B) đóng vai trị lực hướng tâm (có độ lớn mv 02 mv 02 Fht qv B R tức là: R 534 R mv qB − Bán kính quỹ đạo: v qB o R m − Tần số góc: T 2 2m qB − Chu quay: − Chiều quay xác định quy tắc bàn tay trái 2) Trường hợp véc tơ vận tốc hợp với véc tơ cảm ứng từ góc �90 : + Ta phân tích r r r r ur r ur �v v cos v0 v t v v t / /B; v n B � � t �v n v sin r + Thành phân v n gây chuyên động tròn, Lực LoRen tác dụng lên hạt (có độ lớn F L= qv0B) đóng vai mv 2n Fht R tức là: trò lực hướng tâm (có độ lớn qv0 B mv 2n R R + Bán kính: + Tần số góc: mv n mv0 sin qB qB v n qBsin R m 2 m qBsin + Thời gian cần thiết để hạt chuyển động hết vòng tròn là: r ur + Thành phần v t gãy chuyển động quán tính theo phương song song với B Trong thời gian ur T, chuyển động tròn hết vỏng đồng thời tiến theo phương song song với B đoạn − gọi bước ốc: h = vtT + Hạt tham gia đông thời hai chuyển động: chuyển động tròn v n gây chuyển động quán r ur tính theo phương song song với B v t gây Vậy chuyển động hạt tổng hợp hai chuyển động trên, kết chuyển động theo đường đinh ốc, với bán kính bước ốc R h Ví dụ 16: Hạt α có khối lượng 4,0015u, điện tích 3,2.10 −19 (C) chuyển động vào trường có cam ứng từ 10−2 (T) vng góc với tốc độ 106 (m/s), coi 1u = 1,66.10 −27 (kg) Bán kính quỹ đạo A 2,1 m B 2,0 m C 3,2 m D 3,3 m Hướng dẫn mv2 mv 4, 0015.1, 66.1027.106 FL Fhn � qvB �R �2,1 m � R qB 3, 2.1019.10 2 Chọn A T 535 Ví dụ 17: Có hạt mang động là: hạt prôtôn, hạt đơtêri hạt α, vào từ trường chuyển động trịn từ trường Gọi bán kính quĩ đạo chúng là: RH, RĐ, Rα Ta có: A RH < Rα < RĐ B RH = Rα < RĐ C Rα < RH < RĐ D RH < RĐ = Rα Hướng dẫn � 2W m R � B e2 � mv 2m � mv 2W 2W m � � qvB �R RH mH � R qB B q B e � � 2W RD mD � B e � mCi mH mD ����� �R R H R D � Chọn C Năng lượng phân hạch Năng lượng toàn phần phân hạch: E �m t �m s c Năng lượng toàn phần N phân hạch: Q N.E m kg m kg N NA Q N A E 0, 235 kg 0, 235 kg nên Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng H lượng có ích cơng suất có ích � m kg A i HQ H N A E � 0, 235 kg � � � Ai Pi � t là: � 235 95 139 Ví dụ 1: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92 U n �42 Mo 57 La 20 n e Cho biết khối lượng hạt nhân là: mu = 234,99u; mM0 = 94,88u; mLa = 138,87u; mn = l,01u, me � 1uc2 = 931 MeV Năng lượng phân hạch toả A 216,4 (MeV) B 227,14 (MeV) C 214,13 (MeV) D 227,18 (MeV) Hướng dẫn E �m t �ms c 214,13 MeV � Chọn C Ví dụ 2: Trong phản úng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 214 (MeV) Tính lượng toả ừong q trình phân hạch (g) hạt nhân U235 lò phản ứng Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.1023, MeV = 1,6.10−13 (J) A 8,8.104 (J) B 8,7.1010 (J) C 8,8.1010 (J) D 5,5.1010 (J) Hướng dẫn m kg 0, 001 kg Q NE N A E 6,023.1023 214.1, 6.10 13 �8,8.1010 J 0, 235 kg 0, 235 kg � Chọn C Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng trung bình 200 MeV Lấy = 6,023.10 23 mol−1 , khối lượng mol cù urani U235 235 g/mol Năng lượng tỏa phân hạch hết kg urani U235 536 A 5,12,1026MeV B 51,2.1026MeV C 2,56.1015MeV D 2,56.1016MeV Hướng dẫn m 1000 Q NE N A E / 6, 023.10 23.200 5,13.10 26 MeV 235 235 * Tính � Chọn A Ví dụ 4: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 500 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.1023 A 4,55.109 (kWh) B 4,54 109 (kWh) C 4,56 109 (kWh) D 4,53 109 (kWh) Hướng dẫn m kg A i HQ N A E 0, 235 kg 500 1kWh 6, 023.10 23.200.1, 6.10 13 �4,56.109 kWh � 0, 235 36.105 Chọn C Ví dụ 5: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất 2461 kg Cho biết số Avơgađrơ N A = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1919 MW B 1920 MW C 1921 MW D 1922 MW Hướng dẫn m kg A Pi i H N A E t t 0, 235 kg A i 0, Pi 2461 0,3 .6, 023.1023.200.1, 6.10 13 �1920.106 W 365.86400 0, 235 � Chọn B Ví dụ 6: Một tàu ngâm có cơng st 160 KW, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Hỏi sau tiêu thụ hết 0,5 kg U235 nguyên chất? Coi NA = 6,023.1023 A 592 ngày B 593 ngày C 594 ngày D 595 ngày Hướng dẫn m kg H N A E m kg A 0, 235 kg Pi i H N A E � t t t 0, 235 kg Pi Từ 0,5 kg 0, .6, 023.10 23.200.1, 6.10 13 0, 235 kg 1 �t x �593 160.10 86400 (ngày) � Chọn B Ví dụ 7: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng ΔE Hỏi sau thời gian t hoạt động nhà máy tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A (P.t)(H ΔE) B (H ΔE)/(P.t) C (P.H)/(ΔE.t) D (P.t.H)/(ΔE) Hướng dẫn Năng lương có ích: A i Pt 537 Năng lượng có ích phân hạch : Q1 H.E A Pt �N i � Q1 H.E Chọn A Ví dụ 8: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng AE (J) Hỏi sau thời gian t (s) hoạt động nhà máy tiêu thụ kg U235 nguyên chất Gọi N A số Avogdro A (P.t.0,235)/(H.ΔE.NA) B (H ΔE.235)/(P.t.NA) C (P.H.235)/(ΔE.t.NA) D (P.t.235)/(H ΔE.NA) Hướng dẫn A Pt i Năng lương có ích: Năng lượng có ích phân hạch : Q1 H.E A Pt N i Q1 H.E Suy N Pt 0, 235 m 0, 235 � NA N A H.E Số kg U cần phân hạch: Chọn A Ví dụ 9: (ĐH − 2013) Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 200 MW Cho tồn lượng mà lị phản ứng sinh phân hạch 235u đồng vị chì bị tiêu hao q trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro N A = 6,023.1023mol−1 Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 461,6 g B 461,6 lcg C 230,8 kg D 230,8 g Hướng dẫn Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich = Pich.t = 200.106.3.365.86400 = 1,89216.1016 (J) Vì phân hạch tỏa ΔE = 200 MeV = 3,2.10 −11u (J) nên số hạt U235 cần phân hạch là: N N 5,913.1026 A 0, 235 230,8 kg � NA 6, 02.10 23 Chọn C Ví dụ 10: (THPTQG − 2017) Giả sử, nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu urani U235 Biết công suất phát điện 500 MW hiệu suất chuyển hóa lượng hạt nhân thành điện 20% Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng 3,2.10 −11 J Lấy NA = 6,023.1023 khối lượng mol U235 235 g/mol Nếu nhà máy hoạt động liên tục lượng urani U235 mà nhà máy cần dùng A 962 kg B 1121 kg C 1352,5kg D 1421 kg Hướng dẫn * Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich 100/20 = 5Pich.t= 5.500.106.365.86400 = 7,884.1016 (J) A N E 3, 2.10 11 J E = 2,46375.1027 * Mỗi phân hạch tỏa nên số hạt phân hạch: 27 N 2, 46375.10 m A 0, 235 962 kg � NA 6, 02.10 23 * Khối lương U235: Chọn A Ví dụ 11: Một nhà máy điện nguyên tử có cơng suất phát điện 182.10 (W), dùng nãng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 538 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất bao nhiêu, số Avogadro 6,022.1023 A 2333 kg B 2461 kg C 2362kg D 2263 kg Hướng dẫn Năng lượng có ích: Ai = Pt Năng lượng có ích: Q1 H.E N Số hạt cần phân hạch: Ai Pt Q1 H.E m N Pt.0, 235 0, 235 �2333 kg NA N A H.E Khối lượng U235 cần phân hạch: � Chọn A Ví dụ 12: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 1920 (MW) dùng nănglượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,2.10'u (J) Nhiên liệu dùng hợp kim chứa U235 làm giàu 36% Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng nhiên liệu Coi NA = 6,022.1023 A 6,9 (tấn) B 6,6 (tấn) C 6,8 (tấn) D 6,7 (tấn) Hướng dẫn m Khối lượng U235 cần phân hạch: Pt.0, 235 � N A H.E 2461 (kg) 100 2461 �6,8.103 kg � 36 Khối lưong nhiên liêu cần phân hach: Chọn C Năng lượng nhiệt hạch a Năng lượng phản ứng nhiệt hạch E �m t �ms c2 Năng lượng toàn phần phản ứng: Năng lượng toàn phần N phản ứng: Q NE N NX mX NA k k AX Nếu phản ứng có k hạt X số phản ứng: Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O, số hạt D có m = VD khối lượng nước tự nhiên: mD O m.0, 015% VD.0,015% N D 2N D2O 2 N A NA NA 20 20 20 Ví dụ 1: Tính lượng giải phóng tổng hợp hai hạt nhân đơtêri thành hạt α phản ứng nhiệt hạch? Cho biết khối lượng hạt: mD = 2,01402u ; mα = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) A 26,4 (MeV) B 27,4 (MeV) C 24,7 (MeV) D 27,8 (MeV) Hướng dẫn 2 D D � He � Q 2m m c 24, MeV � 1 D H Chọn C H H � He 10 n 17, Ví dụ 2: (CĐ−2010) Cho phản ứng hạt nhân MeV Lấy số Avôgađrô NA = 6,02.1023 mol−1, lMeV = l,6.10−13 J Năng lượng tỏa tổng hợp g khí heli xấp xỉ 539 A 4,24.108J B 4,24.105J C 5,03.10nJ D 4,24.1011 J Hướng dẫn m He N A 6, 023.1023 1,505.10 23 A He N N He Số phản ứng ố hat He: Q N.E 1,505.1023.17, 6.1, 6.10 13 �4, 24.1011 J � Chọn D Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho phản ứng hạt nhân: Li H �2 H X Năng lượng tỏa tổng hợp mol heli theo phản ứng 5,2.10 24 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 Hướng dẫn * Từ Li 1 H �2 H X ta thấy có phản ứng tạo thành hạt nhân He nên số phản ứng 1 = 0,5 lần số hạt nhân He = 0,5NA * Gọi ΔE lượng tỏa sau phản ứng tổng hợp mol He lượng tỏa ra: Q 0,5 N A E � 5, 2.10 24 0,5.6, 02.1023 E � E 17,3 MeV � Chọn C 13 Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân: D D � T p 5,8.10 (J) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O Cho biết khối lượng mol D2O 20 g/mol số Avôgađrô NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có (kg) nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6.109 (J) B 2,7.109(J) C 2,5.109 (J) D 5,2.109 (J) Hướng dẫn Số phản ứng nửa số hạt D: m D2 O 103 g 0, 015% 1 N N D 2N D2 O N A 6, 023.10 23 4,51.10 21 2 20 20 Q NE 4,51.1021.5,8.1013 �2, 6.109 J � Chọn A b Bức xạ lượng Mặt Trời, Nếu thời gian t, khối lượng Mặt Trời giảm xạ m lượng xạ tồn � E mc � � E mc Pt P �m � t c phần công suất xạ toàn phần là: � t m h M , với M khối lượng Mặt Trời Phần trăm khối lương bi giảm sau thời gian t là: Ví dụ 1: (ĐH − 2007) Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Mặt Trời giảm lượng 3,744.1014 kg Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.10 m/s Công suất xạ (phát xạ) trung bình Mặt Trời A 3,9.1020 MW B 4,9.1040 MW C 5,9.1010 MW D 3,9.1015 MW Hướng dẫn E mc P 3,9.1026 W � t t Chọn A 540 Ví dụ 2: Mặt Trời có khối lượng 2.10 30 (kg) công suât xạ 3,8.10 26 (W) Nếu công suất xạ khơng đối sau tỉ năm nữa, phần khối lượng giảm phần trăm khối lượng Xem năm có 365,2422 ngày tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0,005% B 0,006% C 0,007% D 0,008% Hướng dẫn m Pt 3,8.109.365, 2422.86400 h �0, 007% � M Mc 2.1030.9.1016 Chọn C Ví dụ 6: Mặt Trời có khối lượng 2.1030 (kg) cơng suất xạ tồn phần 3,9.1026 (W) Nếu cơng suất xạ khơng đổi sau khối lượng giảm 0,01%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,85 tỉ năm B 1,46 tỉ năm C 1,54 tỉ năm D 2,12 tỉ năm Hướng dẫn 0, 01 Pt 104.2.1030.9.1016 1(nam) h �t �1, 46.109 s x 100 mc 3,9.10 26 365, 2422.86400 (năm) Ví dụ 7: Mặt trời có cơng suất xạ tồn phần 3,8.10 26 (W) Giả thiết sau giây Mặt Trời có 200 (triệu tấn) Hêli tạo kết chu trình cacbon — nitơ 41 H �2 He 2e Chu trình đóng góp phần trăm vào cơng suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV A, 32% B 33% C 34% D 35% Hướng dẫn 200.10 6.10 g N 6, 023.1023 3, 0115.1037 Trong giây, số hạt nhân Heli tạo thành là: Q N.26,8.1, 6.1013 �129.1024 J Trong giây chu trình xạ lượng là: Q P1 t 129.1024 W t Cơng suất xạ chu trình là: Chu trình đóng góp số phần trăm vào cơng suất xạ Mặt Trời là: 129.10 24 W P1 100% 100% �34% � P 3,8.1026 Chọn C Ví dụ 8: Giả sử ngơi sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ thành hạt nhân He 4 ngơi lúc có He với khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, He chuyển hóa thành hạt 12 4 12 nhân C thông qua trình tổng hợp He He He �6 C 7, 27MeV MeV Coi tồn lượng tỏa từ q trình tổng hợp phát với công suất trung bình P Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô N = 6,02.1023 A He 12 C mol−1, leV = 1,6.10−19 J Thời gian để chuyển hóa hết ngơi thành vào khoảng 160 triệu năm Tính P A 5,3.1030 W B 4,6.1030 W C 4,5.1035 W D 4,8.1032 W Hướng dẫn m N N A A * Số hat nhân He: * Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 541 Q mN A N E E 3A * Năng lượng tỏa ra: Q mN A 4, 6.1032.6, 02.10 23.7, 27.1, 6.10 13 t E � 160.106.365, 25.86400 P 3.AP 3, 4.103 P * Thời gian: � P 5,3.1030 W � Chọn A Ví dụ 9: (THPTQG − 2016): Giả sử ngơi sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ 4 thành hạt nhân He ngơi lúc chi có He với khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, 12 4 12 He chuyển hóa thành hạt nhân C thơng qua q trình tổng hợp He He He �6 C +7,27 MeV Coi toàn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình 5,3.1030W Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô NA= 6,02.1023 mol−1, leV = 1,6.10−19 J Thời gian để chuyển hóa hết He 12 thành C vào khoảng A 481,5 triệu năm C 160,5 nghìn năm B 481,5 nghìn năm D 160,5 triệu năm Hướng dẫn m 4, 6.1023.103 N NA 6, 02.1023 6,923.1058 A * Số hat nhân He: *Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 N 6,923.1058 Q E 7, 27.1,6.10 13 J 3 * Năng lượng tỏa ra: t * Thời gian: � Chọn D Q 6,923.1058.7, 27.1, 6.10 13 1nam 160,5.106 nam s 30 P 3.5,3.10 365, 25.86400 s Khái quát: * Bước 1: Tìm số hat: N m N A A * Bước 2: Tìm số phản ứng: * Bước 3: Tìm lượng: * Bước 4: Tìm thời gian: Điểm nhấn: t N pu N k Q N pu E Q P 1) Trong phóng xạ alpha viết phương trình phóng xạ: A � B E WB W � � m B WB m W � 542 2) Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng phân hạch U235 H lượng có ích � m kg Ai HQ H N A E � 0, 235 kg � � � Ai Pi � t cơng suất có ích là: � BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Hạt nhân mẹ X đứng yên phóng xạ hạt α sinh hạt nhân Y Gọi m α my khối lượng hạt α hạt nhân Y; ΔE lượng phản ứng toả Động hạt α m E / m Y m m E / m Y m A m E / m Y B C m Y E / m D Y Bài 2: Hạt nhân mẹ Ra226 đứng yên biến đổi thành hạt anpha hạt nhân Rn222 Tính động hạt anpha Cho mRa = 225,977u; mRn = 221,970u ; mx = 4,0015u; lu = 931 MeV/c2 A 0,09 MeV B 5,03 MeV C 503 MeV D 303,03.1029MeV Bài 3: Hạt nhân phóng xạ 86Rn222 đứng yên phát hạt α tạo thành hạt X Năng lượng toả phản ứng 14,15 MeV Xem khối lượng hạt nhân gần số khối tính theo đơn vị u Động hạt α là: A 13,895 MeV B 13,91 MeV C 12,91 MeV D 12,79 MeV Bài 4: Hạt nhân 84Po210 đứng yên phóng xạ α sinh hạt nhân X Biết phản ứng giải phóng lượng 2,6 MeV coi tỉ số khối lượng ti số số khối Động hạt α A 2,75 MeV B 2,15 MeV C 3,5 eV D 2,55 MeV U234 � Th230 Bài 5: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình sau: Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Hỏi % lượng toả chuyển thành động hạt α A 98,22% B 98,29% C 98,24% D 98,25% Bài 6: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Biết động hạt α chiếm 98,29% Tính tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α A 57,46 B 57,47 C 57,48 D 57,49 Bài 7: Một hạt nhân mẹ có số khối A, đứng yên phân rã phóng xạ α (bỏ qua xạ γ) Vận tốc hạt nhân B có độ lớn v Coi khối lượng xấp xỉ số khối Độ lớn vận tốc hạt α A (A/4 - l)v B (A/4 + l)v C 4v/(A-4) D 4v/(A + 4) Bài 8: Hạt nhân Rn222 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình: Rn222 → α + X Biết lượng toả phản ứng 2.10 -12 J chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: mTh = 54,5.mα; mα = 4,0015u, 1u = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha là: A 0,256.108 m/s B 0,243.108 m/s C 0,084 m/s D 0,257.108 m/s Bài 9: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: mα = 4,0015u, mTh = 229,9737u, lu = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha 0,256.108 m/s Tính lượng phản ứng toả A 2,2.10-12J B 2,1.10-12J C 2,0.10-12J D 2,3.10-12 J Bài 10: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Tốc độ hạt cc phóng 1,51.10 m/s Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số 543 Avôgađrô 6.02.1023/mol Khối lượng mol Ra226 226 g/mol khối lượng hạt α 4,0015u, lu = 1,66.10-27 kg Khi phân rã hết 0,15 μg Ra226 nguyên chất lượng toả A 100 J B 120 J C 205 J D 308 J Bài 11: Hạt nhân A (có khối lượng nu) đứng yên phóng xạ thành hai hạt B (có khối lượng m B) C (có khối lượng mc) theo phương trình: A → B + C Bỏ qua hiệu ứng tương đối tính Nếu động hạt B WB phản ứng toả lượng A WB.mc/(mB + mc) B WB.mB/(mB + mc) C WB.(ms + mc)/mB D WB.(mB + mc)/mc Bài 12: Hạt nhân phóng xạ U234 đứng yên phát hạt α với động 13 MeV biến đổi thành hạt nhân Th230 Coi khối lượng xấp xỉ số khối Năng lượng phản ứng phân rã là: A 13,226 MeV B 13,224 MeV C 0MeV D 13,227 MeV Bài 13: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Động hạt α phóng 4,8 MeV Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol, khối lượng mol Ra226 226 g/mol Khi phân rã hết g Ra226 nguyên chất lượng toả A l,3.1022MeV B 4,8.1022 MeV C 1,4,1023 MeV D MeV 210 Bài 14: Pôlôni 84Po chất phóng xạ α thành hạt nhân chì Pb 206 với chu kì bán rã 138 (ngày) Độ phóng xạ ban đầu của lượng chất phóng xạ 1,67.10u (Bq) Cho khối lượng: m α = 4,0015u; mPo = 209,9828u; mPb = 205,9744u; NA = 6,02.1023; luc2 = 931 (MeV) Tìm lượng toả lượng chất phân rã hết A 1,844.1019 (MeV) B 6,42 (MeV) C 1,845 1019 (MeV) D 1,66.1019 (MeV) Bài 15: Tìm lượng tỏa mol U234 phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thôri Th230 Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV/nuclôn, U234 7,63 MeV/nuclôn, Th230 7,7 MeV/nuclôn Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol A 13,98 MeV B 8,42.1024 MeV C 11,51.1024 MeV D 17,24 MeV Bài 16: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α: U234 → α + Th230 Biết lượng toả ứong phản ứng 13,7788 MeV chuyển hết thành động hạt tạo thành Trong thực tế người ta đo động hạt α 13 MeV Sự sai lệch kết tính tốn kết đo giải thích có phát xạ γ Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Tính bước sóng xạ γ A 2,4 (μm) B 2,1 (αm) C 2,2 (αm) D 2,3 (αm) Bài 17: Hạt a có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc v Bán kính quỹ đạo mv mv2 qB mv R R R R qB qB mv B A B C D Bài 18: Hạt α có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc quỹ đạo đường trịn Thời gian để hạt hết vòng quỹ đạo 2 2m m m T T T T qB qB qB 2qB A B C D 235 139 94 Bài 19: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92 U n �53 I 39 Y 30 n Cho biết khối lượng hạt nhân là: mU = 234,99332u; mI = 138,897u; my = 93,89014u; mn = l,008665u 1uc2 = 931,5 MeV Năng lượng phân hạch toả A 175,9 (MeV) B 227,4 (MeV) C 178,3 (MeV) D 207,8 (MeV) 544 Bài 20: Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 100 MW Cho tồn lượng mà lò phản ứng sinh phân hạch 235U đồng vị bị tiêu hao trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro N A = 6,02.1023moh-1 Khối lượng 235u mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 115,4 g B 115,4kg C 230,8 kg D 230,8 g Bài 21: Trong phan ứng phản hạch hạt nhân U235, lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 3,2.10-11(J) Tính lượng tỏa trình phân hạch (kg) hạt nhân U235 lị phản ứng Cho biết số Avơgadro NA = 6,023.10-23 A 8,2.1014 (J) B 8,2.1013 (J) C 8,8.1013 (J) D 8,8.1014 (J) 235 95 139 U n � Mo La b 42 57 7 e Bài 22: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92 Cho biết khối lượng hạt nhân là: m U = 234,99u; mMo = 94,88u; mLa = 138,87u; mn= l,01u, me ~ 1uc2= 931 MeV Biết số avôgađô NA= 6,023.1023 mol-1 leV = 1,6.10-19 J Năng lượng toả gam U235 phân hạch hết A 8,78.100J B 6,678.100J C 214.100J D 32,1.1010J Bài 23: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 250 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.100 A 4,55.100 (kWh) B 4,54.100 (kWh) C 4,56.100 (kWh) D 2,28.100 (kWh) Bài 24: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 35% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,04.10 -11 (J) Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất 2000 kg Cho biết số Avơgađrơ N A = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1,92 GW B 1,73 GW C K93 GW D 2,77 GW Bài 25: Mỗi phân hạch hạt nhân U235 toả lượng hữu ích 185 Mev Một lị phản ứng cơng suất 100 MW dùng nhiên liệu U235 phải cần thời gian để tiêu thụ hết kg urani? A 8,78 (ngày) B 8,77 (ngày) C 8,76 (ngày) D 8,79 (ngày) Bài 26: Một tàu ngâm có cơng st 500 (kW), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong ngày hoạt động cần tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A 675.1018 B 675.1019 C 675.1020 D 665.1019 Bài 27: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 192.10 (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất Số NA = 6,022.1023 A 2360 kg B 2461 kg C 2482 kg D 3463 kg Bài 28: Mòi phân hạch hạt nhản U235 nơtron toả lượng hữu ích 185 (MeV) Một lị phản ứng cơng st 100 (MW) dùng nhiên liệu U235 thời gian 8,8 ngày phải cần kg Urani? Cho biết số Avôaađrô NA = 6,022.1023, MeV= 1,6.10-13 (J) A kg B kg C kg D 0,5 kg Bài 29: Một tàu phá ngun tứ có cơng suất lò phản ứng P = 18 MW Nhiên liệu urani làm giàu chứa 25% U235 Tìm khối lượng nhiên liệu cần để tàu hoạt động liên tục 60 ngày Cho biết hạt nhân U235 phân hạch toả 3,2.10-11 J Coi hiệu suất sử dụng 100% A 5,16 lcg B 4,95 kg C 3,84 kg D 4,55 kg 2 3 D D � He n D, Bài 30: Cho phản ứng hạt nhân: Biết khối lượng He,0 n mD = 2,0135u; mHe = 3,0149u; mn = l,0087u Năng lượng tỏa phản ứng 545 A 1,8821 MeV B 2,7391 MeV C 7,4991 MẹV D 3,1671 MeV Bài 31: Cho phản ứng hạt nhân: D + T → n + X Cho biết khối lượng hạt: m D = 2,0136u; mT = 3,016u; mn = l,0087u; mx = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O Cho biết khối lượng riêng nước (kg/lít), khối lượng mol D 2O 20 g/mol số Avôgađrô NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có 1m3 nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6 1013 (J) B 2,61.1013 (J) C 2,627.1013 (J) D 2763.1013 (J) Bài 32: Xét phản ứng nhiệt hạch: D + T → He + n Biết khối lượng hạt: m D = 2,0136 u; mT = 3,0160u; mHe = 4,0015u; mn = l,0087u;1u = 931,5 Mev/c MeV = 1,6.10-13 J số Avogadro 6,02.10-23 Nếu có lkmol He tạo thành theo phản ứng toả là: A 174.1012 KJ B 1,74.1012 KJ C 17,4,1012 KJ D 1,74.1012 J Bài 33: Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Thiên Lang giảm lượng 9,36.1015 kg Biêt tốc độ ánh sáng chân không 3.1 10 m/s Cơng suất xạ trung bình Thiên Lang A 97,5.1026 W B 9,75.1020 MW C 5,9.1010 MW D 5,9.1025W 26 Bài 34: Mặt trời có cơng suất xạ 3,8.10 (W) Sau giây khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,1 (triệu tấn) B 4,2 (triệu tấn) C 4,3 (triệu tấn) D 4,4 (triệu tấn) Bài 35: Mặt Trời có cơng suất xạ 3,9.10 26 (W) Sau khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,68.1021 kg B 0,78.1013 kg C 1,56.1013 kg D 3,12.1013 kg 30 26 Bài 36: Mặt trời có khối lượng 2.10 (kg) công suất xạ 3,8.10 (W) Nếu công suất xạ khơng đổi sau khối lượng giảm 0,014%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,5 tỉ năm B tỉ năm C 1,5 tỉ năm D 1,2 tỉ năm Bài 37: Mặt trời có cơng suất xạ tồn phần 3,8.10 26 (W) Chu trình cacbon - nitơ đóng góp 34% vào cơng suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV Khối lượng mol He 4u/mol số Avôgađrô N A= 6,023.102 Sau phút Mặt Trời khối lượng Heli tạo chu trình cácbon-nitơ A 11 (tỉ tấn) B 12 (tỉ tấn) C (tỉ tấn) D 10 (tỉ tấn) 1.D 11.D 21.B 31.B 2.B 12.A 22.A 32.B 3.A 13.A 23.D 33.A 4.D 14.C 24.B 34.B 5.B 15.B 25.A 35.C 6.C 16.D 26.B 36.B 7.A 17.A 27.B 37.B 8.B 18.B 28.C 38 9.A 19.A 29.D 39 10.D 20.B 30.D 40 546 ... heli xấp xỉ A 4 ,24.1 08J B 4 ,24.1 05J C 5,03.1011J D 4 ,24.1 011J Hướng dẫn Q = Số phản ứng ΔE = (Số gam He / Khối lượng mol) N A E Q 1 g 4 g 6, 02.10 23.17, 6.1, 6.1013 �4, 24.1 011 J ... A 2,41.108m/s B 2,75.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2 ,24.1 08 m/s Hướng dẫn m0 1 Wd E � mc m c m c � 2m 3m � 3m 2 v2 1 c 1 v2 c �v �2, 24.1 08 m / s � c 3 Chọn D Ví dụ 4: Coi tốc độ... phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát không đổi + Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh, gây bùng nổ 235