.
n e q I
t t
Olympus.210686@gmail.com 4
Page
4
6. NĂNG LƯỢNG NGUỒN SÁNG: E N0 N hf0 N0 hc
7. CÔNG SUẤT CỦA NGUỒN PHÁT: 0 0
0 N hf N hc E P N t t t t (N0: số phôtôn nguồn phát ra )
8. HIỆU SUẤT CỦA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN: HLT n N
( n: số electron bật ra khỏi Katôt, N: số phôton đập vào Katôt)
Học sinh cần hiểu như sau: Nguồn sáng phát ra N0 hạt phôton, nhưng khi đập Katôt chỉ có N hạt phôton. Sau khi phôton đập vào Katôt ( nếu thỏa mãn đ/k quang điện) thì có n hạt electron bật ra.
Hiệu suất nguồn phát: Hphát = N/N0 ( nếu đề bài không nói gì Hphát = 1 lúc này N = N0 9. BÀI TOÁN MỞ RỘNG:
Lý thuyết: Chiếu ánh sáng thích hợp vào bề mặt kim loại làm Katot, làm electron bật ra khỏi Katot
T.h.1 : Nếu hiệu điện thế giữa Anot và Katot = UAK = Uhãm < 0 , thì dòng electron không đi về được anot, sẽ không có dòng quang điện.
( ) 0 0 . d katot h hc hc hc W e U
T.h.2: Nếu hiệu điện thế giữa Anot và Katot = UAK > 0, thì sẽ xuất hiện dòng quang điện chuyển động nhanh dần đều từ Katot về Anot.
( ) ( ) 0 0 . d katot d anot AK hc hc hc W W eU
BÀI TOÁN 2 . BÀI TOÁN QUANG PHỔ CỦA HIDRO.
8.1. Áp dụng hai tiên đề của Bo, ta chú ý đến các hệ thức: Khi nguyên tử chuyển từ quỹ đạo m sang quỹ
đạo n thì: mn mn m n mn hc hf E E
( Em và En là năng lượng của trạng thái dừng có quỹ đạo m và n) Em – En > 0: nguyên tử phát ra phôton có năng lượng bằng εmn
Em – En < 0: nguyên tử hấp thụ một phôton có năng lượng bằng mn
Bài toán mở rộng: Khi nguyên tử chuyển giữa các quỹ đạo m , n, a ta có các hệ thức liên hệ sau: εmn = εma + εan , fmn = fma + fan , 1 1 1
mn ma an
làm giống như cộng vector
8.2. Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electron trong nguyên tử Hidro: rn = n2r0 Với r0 =5,3.10-11m là bán kính Bo (ở quỹ đạo K) 8.3. * Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô: En 13, 62 (eV)
n
= - Với n N*. (1eV = 1,6.10-19J)
BÀI TOÁN 3. LIÊN QUAN ĐẾN ỐNG CU-LIT-GIƠ
Lý thuyết: Chiếu electron đến đập vào Anot của ống Cu-li-giơ, làm anot bật ra bức xạ có bước sóng
min . AK hc eU
Olympus.210686@gmail.com 1 Chương: Lượng Tử Ánh Sáng + Hạt Nhân Nguyên Tử
CHương: Hạt nhân nguyên tử *********
1. Cấu tạo hạt nhân và một số đại lượng liên quan đến hạt nhân nguyên tử ZAX
Trong đó
Tên hạt nhân X ( hạt nhân luôn mang điện tích dương = +Ze) Số khối A ( cho biết số nuclôn trong hạt nhân)
Nguyên tử số Z ( cho ta biết số prôton trong hạt nhân, ngoài ra Z còn cho ta biết vị trí trong bảng tuần hoàn )
Số nơtron N = (A – Z)
Lực hạt nhân Bản chất là lực tương tác mạnh (Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn, bán kính tương tác khoảng 1015m). Bán kính hạt nhân nguyên tử: 1 15 3 1,2 .10 R A (m) Bán kính hạt nhân cỡ Fecmi. Vận tốc chuyển động
của electron trên quỹ đạo quanh hạt nhân
2 n kq v mr rn = n2.r0 Đơn vị khối lượng
ng.tử
u hoặc MeV/c2 hoặc kg,
1u = 931,5MeV/c2 = (1/12) khối lượng nguyên tử 126C
1u = 1,66055.10 -27 kg
Đơn vị năng lượng MeV hoặc J , 1MeV = 1,6.10-13J
Đồng vị Các hạt nhân cùng Z khác A, các đồng vị của cùng một nguyên tố thì có cùng tính chất
hóa học. Đồng vị bền : trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị .Đồng vị phóng xạ
( không bền): có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo .
Độ hụt khối Δm = Z.mp + (A - Z).mn – m(hạt nhân X)
chú ý : Δm > 0
[Z.mp + (A - Z).mn] : tổng khối lượng các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân X Năng lượng liên kết Wlk = Δm.c2 = [Z.mp + (A - Z).mn – m(hạt nhân X) ].c2
Bản chất: Sở dĩ ta gọi năng lượng này là năng lượng liên kết là vì muốn phá vỡ một hạt nhân X ta phải cung cấp một năng lượng đúng bằng năng lượng mà hệ các hạt đã tỏa ra khi hạt nhân được tạo thành.
Năng lượng liên kết
riêng lkr lk
W W
A
(đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân) Một số chú ý chung:
* Hạt nhân chỉ được cấu tạo từ hai loại hạt là prôton (11p)(mang điện tích dương) và nơtron (01n)(không mang điện). Nơtron nặng hơn proton.
* Độ hụt khối luôn dương, nghĩa là tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo lên hạt nhân luôn lớn hơn khối lượng
của hạt nhân
* Khi tính khối lượng hạt nhân, ta có công thức sau:
m(hạt nhân) = m(nguyên tử) – Z.me hoặc m(hạt nhân) = [Z.mp + (A - Z).mn] – Δm * Năng lượng liên kết = năng lượng tỏa ra khi hợp các nuclôn riêng rẽ thành hạt nhân = năng lượng thu vào khi tách hạt nhân thành các nuclôn riêng rẽ * Năng lượng hạt nhân : E = m.c2
* Các hạt nhân trung bình (số khối từ 50 đến 80 ) thường bền vững nhất, các hạt nhân nằm ở hai đầu B.T.hoàn thường kém bền vững
2. Phản ứng hạt nhân: là mọi quá trình dẫn đến biến đổi hạt nhân. (biến đổi về số Z) a) Phương trình phản ứng : 1 2 3 4
1 2 3 4
A
A A A
Z AZ B Z X ZY
Olympus.210686@gmail.com 2
b) Năng lượng phản ứng hạt nhân: W = ( mtrước – msau).c2 = (Δmsau - Δmtrước ).c2 = Wlk(sau) – Wlk(trước Chú ý: (Δmproton = Δmnotron = 0)
P.Ư.H.N tỏa năng lượng W > 0 → mtrước > msau (các hạt sau p.ứng bền vững hơn các hạt nhân trước p.ứng)
→ Δmsau > Δmtrước → Wlk(sau) > Wlk(trước) → Wlkr (sau) > Wlkr (trước)
P.Ư.H.N thu năng lượng W < 0 → mtrước < msau (các hạt sau p.ứng kém bền vững hơn các hạt trước p.ứng)
→ Δmsau < Δmtrước → Wlk(sau) < Wlk(trước) → Wlkr (sau) < Wlkr (trước)
c) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
* Bảo toàn số khối (A1 + A2 = A3 + A4 ) * Bảo toàn điện tích ( Z1 + Z2 = Z3 + Z4) * Bảo toàn động lượng : Pt Ps
* Bảo toàn năng lượng toàn phần : K1 + K2 + (năng lượng phản ứng W) = K3 + K4
Động lượng : p = m.v Động năng: K = ½ m.v2
Liên hệ giữa động lượng và động năng P2 2mWd hay
22 2 d P W m Chú ý: Đơn vị khi sử dụng các công thức trên: m(kg) v(m/s)
Xét bài toán: Bắn hat nhân A vào hat nhân B đang đứng yên , sau phản ứng tạo ra được hai hạt nhân C và D Đ/l bảo toàn động lượng: pA pC pD
Đ/l bảo toàn năng lượng: KA + W = KC + KD
Xét bài toán: Hạt nhân A đứng yên tự vỡ thành hai mảnh B và C. Nghĩa là sau khi nổ hai mảnh văng theo hai
hướng ngược nhau trên cùng đường thẳng. Đ/l bảo toàn động lượng: 0 pB pC
Đ/l bảo toàn năng lượng: W = KB + KC Ta luôn có: pB pC 2m KB B 2m KC C B C C C B B K v m m K v
d) Phân loại phản ứng hạt nhân:
_ Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác (như sự phóng xạ, hay còn gọi là phản ứng hạt nhân tự phát) .
_ Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác
e) Chú ý: Phóng xạ, phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch là các loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
A p D p C p 2 2 2 2 2 2 2 . .cos (2 ) (2 ) (2 ) 2 4 .cos D C A C A D D C C A A C C A A p p p p p m K m K m K m K m K
Olympus.210686@gmail.com 3 3. Phản ứng phân hạch. Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng phân hạch Phản ứng nhiệt hạch Định nghĩa P.t.p.ư PƯPH là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình kèm theo một vài nơtron phát ra. 1 2 1 2 1 235 1 0n 92U ZAX AZYk n.0 ( k = 1,2,3)
PƯNH là phản ứng trong đó hai hạt nhân nhẹ tổng hợp lại
thành một hạt nhân nặng hơn, nó chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao (hàng trăm triệu độ).
Vd: Một số phản ứng tổng hợp Heli
12H13H 24He01n17,5MeV
Năng lượng tỏa ra
* PƯPH tỏa năng lượng khoảng 200MeV.
* 1g U235 tỏa ra năng lượng cỡ 8,5 tấn than đá hoặc 2 tấn dầu
* Muốn phản ứng xảy ra: nhiệt độ phải cao, mật độ hạt nhân đủ lớn, thời gian duy trì năng lượng đủ lớn.
* Tuy một phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng ít hơn một phản ứng phân hạch nhưng nếu tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa ra năng lượng lớn hơn.Nhưng năng lượng tỏa ra rất lớn gấp 10 lần PƯPH * Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của các ngôi sao, mặt trời.
Ứng dụng * Phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì muốn xảy ra thì k ≥ 1. * Khi k < 1 thì phản ứng dây chuyền tắt nhanh.
* Trong lò phản ứng hạt nhân người ta duy trì hệ số nhân notron k = 1, bằng các thanh điều khiển bằng Bo hoặc Cađimi.
* Chế tạo Boom nguyên tử (khi đó k > 1)
* PƯNH không kiểm soát được: Boom Hidro
* PƯNH có kiểm soát: chưa thực hiện được do khó tạo ra được nhiệt độ cao (Nhiệt độ cao khoảng từ 50 triệu độ tới
100 triệu độ, và Hỗn hợp nhiên liệu phải “giam hãm” trong một khoảng không gian rất nhỏ).
. Nhưng sẽ là nguồn năng lượng trong tương lai vì có ưu
điểm không gây ô nhiễm môi trường(Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch sạch hơn so với phản ứng phân hạch vì không có bức xạ hay cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường), nguyên liệu dồi dào(Nhiên liệu nhiệt hạch là vô tận trong thiên nhiên: đó là đơteri, triti rất nhiều trong nước sông và biển).
4. Khối lượng và năng lượng: Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: E = mc2 => m = 2
c E
=> khối lượng có thể đo bằng đơn vị năng lượng chia cho c2: eV/c2 hay MeV/c2.
-Theo Anhxtanh, một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với tốc độ v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với: m =
22 2 0 1 c v m
trong đó m0 gọi là khối lượng nghỉ và m gọi là khối lượng động.
- Năng lượng toàn phần E = m.c2 , năng lượng nghỉ: E0 = m0.c2, động năng của hạt: Wđ = E – E0
(chú ý: trong một số sách động năng có thể kí hiệu chữ K)
4. Phóng xạ:
a) Định nghĩa: Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền tự phát phân rã phóng ra tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. Phóng xạ là quá trình phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.Nó là trường hợp riêng của phản
ứng hạt nhân
b) Đặc điểm: Quá trình phóng xạ của một hạt nhân hoàn toàn do các nguyên nhân bên trong hạt nhân đó gây ra
→ có tính tự phát , hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài ( như nhiệt độ, áp suất…) → không điều khiển được, quá trình phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên
Olympus.210686@gmail.com 4 c) Các loại tia phóng xạ Tia phóng xạ Tia α ( là hạt nhân 24He)
Tia Bêta (β) Tia γ
*Là loại tia phóng xạ đi kèm với các tia α, β-,β+ * Mang đầy đủ tính chất sóng - hạt * Cũng có thể làm ion hóa m.trường (nhưng yếu nhất) * Không bị trong đ.trường và t.trường
* Trong bêtong đi được vài met * Trong chì đi được vài cm Tia β- (là hạt electron 01e) Tia β+ (là hạt pôzitron 01e) P.trình 4 4 2 2 A A ZX ZY So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong
B.T.Hoàn 0 0 1 1 0 A A ZX eZY So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong
B.T.Hoàn 0 0 1 1 0 A A ZX eZY So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô
trong B.T.Hoàn Tính chất * Chuyển động cỡ 20.000km/s * Làm iôn hóa kh.khí * Bị lệch trong đ.trường và t.trường
* Trong kh.khí đi được vài cm, trong ch.rắn đi được vài μm
* Tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng
* Làm iôn hóa yếu hơn tia α
* Tia β bị lệch trong đ.trường và t.trường * Trong kh.khí đi được vài mét, trong ch.rắn đi được vài milimet
d) Định luật phóng xạ:
Gọi N0 là số hạt p.xạ tại thời điểm đầu . Vậy số hạt p.xạ còn lại sau thời gian t là: NN e0. t N0.2tT
Với λ : hằng số p.xạ (đặc trưng cho mỗi chất p.xạ) ln 2 0, 693
T T
T: chu kì bán rã ( Cứ sau mỗi khoảng thời gian bằng T thì một nửa số hạt p.xạ bị mất đi (chúng bị phân rã biến đổi thành hạt khác))
Chú ý:
* Sau thời gian t = T, số hạt còn lại = ½ N0 = 50% số hạt ban đầu, số hạt bị phân rã = ½ N0 = 50% số hạt ban đầu * Sau thời gian t = 2T, số hạt còn lại = ¼ N0 = 25% số hạt ban đầu, số hạt bị phân rã = ¾ N0 = 75% số hạt ban đầu
* Sau thời gian t = 3T, số hạt còn lại = 1
8N0 = 12,5% số hạt ban đầu, số hạt bị phân rã = ¾ N0 = 87,5% số hạt ban đầu
* Sau thời gian t = 4T, số hạt còn lại = 1
16N0 = 6,25% số hạt ban đầu, số hạt bị phân rã = ¾ N0 = 93,75% số hạt ban đầu
………
hay mcon = (khối lượng hạt nhân mẹ bị mất)x Con me
A A
* Giữa N và m ta có quan hệ sau:
e) Ứng dụng: phương pháp nguyên tử đánh dấu trong y học.
xác định tuổi (niên đại) của cổ vật sinh học (khảo sát tỉ lệ C14/C12)