Câu 3 Một e chuyển động với vận tốc v để cĩ thể đi dọc theo xích đạo trái đất (R=6400 km) trong 1s. Tính động năng của nĩ (khối lợng nghỉ của e là m0)
A. 0,01 m0c2 B. 0,02 m0c2 C. 0,03 m0c2 D. Đáp số khác HD: v=S/1=S=12800.π(km/s)=0,134c ; Wđ=(m-m0)c2 ; HD: v=S/1=S=12800.π(km/s)=0,134c ; Wđ=(m-m0)c2 ; 2 2 0 1 c v m m − =
Câu 4 Tính cơng cần thiết để tăng tốc một e khối lợng nghỉ m0 từ trạng thái nghỉ đến vận tốc 0,5c?
A. 1,3m0c B. 6,07m0c C. 2,6m0c D. Đáp số khácHớng dẫn: A=Wđ= (m-m0)c2 với Hớng dẫn: A=Wđ= (m-m0)c2 với 2 2 0 1 c v m m − = ************************************
Chương IX: HẠT NHÂN NGUYấN TỬ A. Cỏc kiến thức cơ bản.
1. Hạt nhõn nguyờn tử:
Cấu tạo: Hạt nhõn nguyờn tử được cấu tạo từ cỏc prụtụn (p) (mang điện tớch nguyờn tố dương), và cỏc nơtron (n) (trung hồ điện), gọi chung là nuclụn.
Kớ hiệu hạt nhõn: AX Z
Hạt nhõn của cỏc nguyờn tố cú nguyờn tử số Z thỡ chứa Z prụton và N nơtron; A = Z + N ; trong đú A gọi là số khối.
Cỏc nuclon liờn kết với nhau bởi lực hạt nhõn. Lực hạt nhõn khụng cú cựng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn; nú là loại lực mới truyền tương tỏc giữa cỏc nuclon trong hạt nhõn (lực tương tỏc mạnh). Lực hạt nhõn chỉ phỏt huy tỏc dụng trong phạm vi kớch thước hạt nhõn (10-15m).
Đồng vị: Cỏc nguyờn tử mà hạt nhõn cú cựng số prụton Z nhưng khỏc số nơtron N gọi là cỏc đồng vị.
Đơn vị khối lượng nguyờn tử, kớ hiệu là u. Đơn vị u cú giỏ trị bằng 1/12 khối lượng nguyờn tử của đồng vị 12C
6 , cụ thể là: 1 u = 1,66055..10-27 kg.
u xấp xỉ bằng khối lượng của một nuclụn, nờn hạt nhõn cú số khối A thỡ cú khối lượng xấp xỉ bằng A(u). Đơn vị khối lượng: u; MeV/c2; kg với mối quan hệ 1 u = 1,66o55.10-27 kg = 931,5 MeV/c2.
2) Độ hụt khối, năng lượng liờn kết: Khối lượng của một hạt nhõn luụn nhỏ hơn tổng khối lượng của cỏc nuclon tạo thành hạt nhõn đú. cỏc nuclon tạo thành hạt nhõn đú.
Δm = {(Z.mp + (A – Z).mn) – m(A
ZX )} gọi là độ hụt khối. Năng lượng liờn kết của hạt nhõn: ΔE = Δmc2.
Hạt nhõn cú năng lượng liờn kết riờng ΔE/A càng lớn thỡ càng bền vững.
3. Phản ứng hạt nhõn: Phản ứng hạt nhõn là quỏ trỡnh biến đổi của cỏc hạt nhõn, phản ứng hạt nhõn
chia thành hai loại:
- Phản ứng hạt nhõn tự phỏt: Quỏ trỡnh tự phõn rĩ của một hạt nhõn khụng bền vững thành cỏc hạt nhõn khỏc. A → C + D
Trong đú: A: hạt nhõn mẹ; C: hạt nhõn con; D: tia phúng xạ (α, β…)
- Phản ứng hạt nhõn kớch thớch: Quỏ trỡnh cỏc hạt nhõn tương tỏc với nhau thành cỏc hạt nhõn khỏc. A + B → C + D
Cỏc hạt nhõn trước và sau phản ứng cú thể nhiều hoặc ớt hơn 2. Cỏc hạt nhõn cú thể là cỏc hạt sơ cấp electron, pụzitron, nơtrụn…
4. Cỏc định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhõn:
Bảo tồn điện tớch; Bảo tồn số nuclon (bảo tồn số A); Bảo tồn năng lượng tồn phần; bảo tồn động lượng.
5. Hiện tượng phúng xạ: Phúng xạ là qỳa trỡnh phõn huỷ tự phỏt của một hạt nhõn khụng bền vững (tự nhiờn hay nhõn tạo). Quỏ trỡnh phõn huỷ này kốm theo sự tạo ra cỏc hạt và cú thể kốm theo sự phỏt ra nhiờn hay nhõn tạo). Quỏ trỡnh phõn huỷ này kốm theo sự tạo ra cỏc hạt và cú thể kốm theo sự phỏt ra cỏc bức xạ điện từ. Hạt nhõn tự phõn huỷ gọi là hạt nhõn mẹ, hạt nhõn được tạo thành sau phõn huỷ gọi là hạt nhõn con.
Cỏc dạng phúng xạ:
a) Tia alpha (α): thực chất 42He .
- Bị lệch về phớa bản (-) của tụ điện vỡ mang q = +2e. - Phúng ra với vận tốc 107m/s.
- Cú khả năng ion hoỏ chất khớ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đõm xuyờn kộm. Trong khụng khớ đi được 8cm.
b) Tia Bờta (β): Gồm β+ và β-
- β-: lệch về bản (+) của tụ điện , thực chất là electron, q = -e
- β+: lệch về phớa (-) của tụ điện (lệch nhiều hơn tia α và đối xứng với β-); thực chất là electron dương (pụzitrụn); điện tớch +e.
- Phúng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ỏnh sỏng. - Ion hoỏ chất khớ yếu hơn α.
- Khả năng đõm xuyờn mạnh, đi được vài trăm một trong khụng khớ.
c) Tia gammar (γ)
- Cú bản chất là súng điện từ bước súng rất ngắn (<0,01nm). Đõy là chựm phụtụn cú năng lượng cao.
- Khụng bị lệch trong điện trường, từ trường. - Cú cỏc tớnh chất như tia Rơnghen.
- Khả năng đõm xuyờn lớn, cú thể đi qua lớp chỡ vài chục cm và rất nguy hiểm. - Tia γ bao giờ cũng xuất hiện cựng cỏc tia α, β. Khụng làm biến đổi hạt nhõn.
6) Định luật phúng xạ:
Hệ thức của định luật: N = No.e-λt = 2 o k N ;
Số hạt nhõn phõn huỷ của một nguồn giảm theo quy luật hàm số mũ.
Trong đú : No, là số nguyờn tử ban đầu của chất phúng xạ; N là số nguyờn tử chất ấy ở thời điểm t; t
k=
T : số chu kỡ bỏn rĩ trong thời gian t.
λ là hằng số phúng xạ;
ln2 0,693
λ= =
T T .
Độ phúng xạ:
Độ phúng xạ H của một lượng chất phúng xạ là đại lượng đặc trưng cho tớnh phúng xạ mạnh hay yếu, đo bằng số phõn rĩ trong 1s.
Đơn vị của H là Becơren(Bq). 1 Becơren = 1 phõn rĩ/1s. Ngồi ra H cũn cú đơn vị curi (Ci); 1Ci = 3,7.1010Bq.
Cụng thức: . . . t . t
o o
H =λN =λN e−λ =H e−λ Với Ho = λ.No: độ phúng xạ ban đầu.
7. Ứng dụng của cỏc đồng vị phúng xạ:
Ngồi cỏc đồng vị cú sẵn trong thiờn nhiờn, gọi là cỏc đồng vị phúng xạ tự nhiờn, người ta chế tạo ra được nhiều đồng vị phúng xạ, gọi là đồng vị phúng xạ nhõn tạo. Cỏc đồng vị phúng xạ nhõn tạo cú nhiều ứng dụng trong Y học. Người ta đưa cỏc đồng vị khỏc nhau vào cơ thể để theo dừi sự xõm nhập và di chuyển của nguyờn tố nhất định trong cơ thể người. Gọi là nguyờn tử đỏnh dấu, qua đú cú thể theo dừi được tỡnh trạng bệnh lớ.
Trong ngành khảo cổ học, sử dụng phương phỏp xỏc định tuổi theo lượng cacbon 14 để xỏc định niờn đại của cỏc cổ vật.
8. Phản ứng phõn hạch: là phản ứng trong đú một hạt nhõn nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn (cú khối (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lượng cựng cỡ). hai mảnh này gọi là sản phẩm phõn hạch hay “mảnh vỡ ” của phõn hạch. Ta xột phản ứng phõn hạch kớch thớch.
Đặc điểm của phõn hạch: Sau 1 phõn hạch cú lớn hơn 2 nơtrụn tạo ra,toả ra năng lượng lớn gọi là năng lượng hạt nhõn
Trong phản ứng phõn hạch của 235U dưới tỏc dụng của một nơtron toả ra năng lượng vào cỡ 200MeV. Để phõn hạch xảy ra thỡ nơtrụn phải chậm (năng lượng cỡ 0,01 eV)
9. Phản ứng dõy chuyền: Sự phõn hạch của 235U cú kốm theo sự giải phúng 2,5 nơtron (tớnh trung bỡnh) với năng lượng lớn. Cỏc nơtron này kớch thớch hạt nhõn khỏc của chất phõn hạch tạo nờn những bỡnh) với năng lượng lớn. Cỏc nơtron này kớch thớch hạt nhõn khỏc của chất phõn hạch tạo nờn những phản ứng phõn hạch mới. Kết quả là cỏc phản ứng phõn hạch xảy ra liờn tiếp tạo thành một phản ứng dõy chuyền.
Giả sử sau một lần phõn hạch, cú k nơtron được giải phúng đến kớch thớch cỏc hạt nhõn 235U khỏc tạo nờn những phõn hạch mới. Sau n lần phõn hạch liờn tiếp, số nơtron giải phúng là kn và kớch thớch kn phõn hạch mới.(k là hệ số nhõn nơtrụn)
Khi : k < 1 phản ứng phõn hạch dõy chuyền tắt nhanh.
k = 1 phản ứng phõn hạch dõy chuyền tự duy trỡ và năng lượng phỏt ra khụng đổi theo thời gian(phản ứng dõy chuyền điều khiển được).
k > 1 phản ứng phõn hạch dõy truyền tự duy trỡ, năng lượng phỏt ra tăng nhanh và cú thể gõy nờn bựng nổ(.phản ứng dõy chuyền khụng điều khiển được)
Điều kiện để phản ứng dõy chuyền xảy ra là: Khối lượng nhiờn liệu Urani lớn hơn hoặc bằng giỏ trị tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn (để k>=1)
10. Phản ứng nhiệt hạch (phản ứng tổng hợp hạt nhõn): Hai hay nhiều hạt nhõn nhẹ, tổng hợp lại thành một hạt nhõn nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nờn gọi là phản ứng nhiệt thành một hạt nhõn nặng hơn. Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, nờn gọi là phản ứng nhiệt hạch. Con người mới chỉ thực hiện được phản ứng này dưới dạng khụng kiểm soỏt được (bom H).
Vớ dụ: 2 3 4 1
1H+1H= 2H+0n trong phản ứng này toả ra một năng lượng Q = 17,6MeV/1 hạt nhõn. Phản ứng nhiệt hạch là nguồn năng lượng của Mặt trời và cỏc Sao
Điều kiện để phản ứng kết hợp hạt nhõn xảy ra: Nhiệt độ cao(107K-108K)
Ưu việt của năng lượng tổng hợp hạt nhõn: năng lượng tổng hợp hạt nhõn cú nhiều ưu việt như nhiờn liệu dồi dào cú sẵn trong thiờn nhiờn; ưu việt khụng làm ụ nhiễm đối với mụi trường.
B. Bài tập cơ bản và nâng caoI. bài tập tự luận I. bài tập tự luận
Dạng 1.Cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử.
Gợi ý cỏch giải: Mỗi hạt nhõn cấu tạo từ Z prụtụn và A-Z nơtrụn.
Vớ dụ: Cho hạt nhõn 14
6C. Nờu cấu tạo của hạt nhõn.
Hướng dẫn: Từ ký hiệu tổng quỏt của hạt nhõn AX
Z so sỏnh với đầu bài nhận thấy: Hạt nhõn bao gồm Z=6 prụtụn; số nơtrụn là N = A-Z =12-6 = 8.
Dạng 2:Bài toỏn về định luật phúng xạ.
Gợi ý cỏch giải: Viết biểu thức định luật phúng xạ. Căn cứ vào điều kiện đĩ cho để tớnh cỏc đại lượng
khỏc trong biểu thức.
Vớ dụ: Cho biết chu kỡ bỏn rĩ của 222Rn
86 là 3,8 ngày. Ban đầu khối lượng rađụn bằng 1 gam. a) Hằng số phõn rĩ λ.
b) Tớnh số hạt nhõn cũn lại sau một chu kỡ. Hướng dẫn :
a) Một mol Rn cú khối lượng 222 gam ứng với 6,02.1023 hạt nhõn Rn, vậy 1 gam Rn ứng với số hạt nhõn bằng: N0= 23 2,71.1021 222 10 . 02 , 6 = Hằng số phõn rĩ: 3600 . 24 . 8 , 3 693 , 0 2 ln = = T λ = 0,21.10-5 s-1
b) Số hạt nhõn cũn lại sau một chu kỡ là: N = N0.e-λ.t= T t N 2 0 = T T N 2 0 = 2 0 N = 1,355.1021 . Dạng 3:Năng lượng hạt nhõn.
Gợi ý cỏch giải: Viết được phương trỡnh phản ứng hạt nhõn. Vận dụng định luật bảo tồn năng lượng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
và cụng thức E = mc2.
Vớ dụ: Cho phản ứng hạt nhõn gồm hai hạt 2 2
1H +1H →X a) Hồn thành phương trỡnh phản ứng.
b) Phản ứng toả hay thu năng lượng biết 12H cú khối lượng 2,0135 u; X cú khối lượng là 4,0015 u. (1u=931 MeV/c2)
Hướng dẫn:
a) Áp dụng định luật bảo tồn số khối và định luật bảo tồn điện tớch ta được: 12H+21H →42X
Vậy X là hạt nhõn 24He.
b) Áp dụng định luật bảo tồn năng lượng ta cú 2 . E m c ∆ = ∆ =(2.mH – mX)c2 = (2.2,0135 – 4,0015)931Mev2 c c 2 = 23,74 MeV.
II.1 bài tập trắc nghiệm cơ bản Câu 1 Hạt nhõn nguyờn tử AX
Z được cấu tạo gồm cú
A. Z nơtron và A prụton.
B. Z prụton và A nơtron.
C. Z prụton và (A – Z) nơtron.
D. Z nơtron và (A + Z) prụton.
Câu 2 Đồng vị là cỏc nguyờn tử mà hạt nhõn của chỳng cú
A. số khối A bằng nhau.
B. số prụton bằng nhau, số nơtron khỏc nhau.