Tên tiết học
Bài tập tại lớp Bài tập về nhà Kiểm tra bài cũ Hình thành kiến thức mới Củng cố, vận dụng
Giao về nhà Chữa tại lớp Tự giải Tiết 59. Năng lƣợng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân (tiết 1) 1 3,4 5, 6 5 6,7 Tiết 60. Năng lƣợng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân (tiết 2) 7 8,9 10,11 10 11 Tiết 61. Bài tập 11 12,13 14,15,16 14,15 16 Tiết 62. Phóng xạ (tiết 1) 16 17,19,22 21,23,24,25 11,20,25 23,24 Tiết 63. Phóng xạ (tiết 2) 22 26,30,35 28,29,30,31,32 27,28,30 29,31,32 Tiết 64. Bài tập 32 33,35,36 34,37,38,39 37,39 34,38
2.8. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập phần phóng xạ và năng lượng liên kết
Dạng 1: Năng lượng liên kết
Hƣớng dẫn giải bài tập 3:
Lời giải: Xác định cấu tạo hạt nhân có Z = 1proton, N = 1 notron Vận dụng cơng thức độ hụt khối từ đó tính năng lƣơng liên kết:
[z.mp + (A - z).mn - ]
Wlk = (1.1,007273+ 1.1,008667 – 2,0136).931,5 = 2,183 MeV
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên
1. Tóm tắt:
Hạt nhân có: mD = 2,0136u mN = 1,0087u, mP = 1,0073u. 2. Xác lập các mối liên hệ
- Số hạt proton trong hạt nhân là Z, số hạt notron trong hạt nhân là N = A - Z.
- Độ hụt khối trong hạt nhân Δm = Zmp + (A - Z)mn – mD (1) - Năng lƣợng liên kết của hạt nhân.
= Δm.c2
= [Zmp + (A - Z)mn – mD]c2 (2)
3. Sơ đồ luận giải: (1) Δm
4. Kết quả và biện luận Wlk = 2,183 MeV
CH1: Làm thế nào để xác định năng
lƣợng liên kết của hạt nhân?
CH2: Số proton và số notron trong
hạt nhân là bao nhiêu?
Hạt nhân gồm 1 proton và 1 notron
CH3: Xác định độ hụt khối của hạt
nhân trên?
CH4: Theo Anhxtanh, sự hụt khối
trên dẫn đến sự tỏa năng lƣợng bao nhiêu?
= ΔmD.c2
Phƣơng pháp chung:
- Hạt nhân được tạo thành bởi A nuclon, trong đó gồm: + z hạt proton (p), điện tích (+z.e)
+ n = A – z hạt nơtron (n), không mang điện
- Xác định độ hụt khối của hạt nhân (Δm)
Tổng khối lượng của các nuclon khi chưa liên kết thành hạt nhân X là m0 = Z.mp + (A - Z).mn
Khi liên kết thành hạt nhân X có độ hụt khối Δm = m0 - mX
- Áp dụng cơng thức tính năng lượng liên kết
Hƣớng dẫn bài tập 4:
a. Hạt nhân có 7 nuclon và có điện tích bằng 3 Số prơton z = 3 và số nơtron n = A – z = 7 – 3 = 4. Vậy hạt nhân có 3 prơton và 4 nơtron.
b. Muốn biết độ hụt khối thì phải biết đƣợc khối lƣợng của hạt nhân.
Khối lƣợng hạt nhân nguyên tử (theo đơn vị u) tính bằng khối lƣợng nguyên tử - tổng khối lƣợng của electron:
Độ hụt khối của hạt nhân Δm = [z.mp + (A - z).mn] -
= 3.1,007276u + 4.1,008667u – 7,014354u = 0,042142u Cơng thức tính năng lƣợng liên kết của hạt nhân
[z.mp + (A - z).mn - ]
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên 1. Tóm tắt Hạt nhân có: = 7,01644u; ; ; 1uc2 = 931,5MeV. Xác định thành phần cấu tạo, Δm, của hạt nhân 2. Xác lập mối liên hệ - Tổng số nuclon, số hạt proton và số hạt notron cấu thành nên hạt nhân. - Mối liên hệ giữa khối lƣợng nguyên tử và khối lƣợng hạt nhân (tính theo đơn vị u) của một nguyên tố.
- Độ hụt khối của hạt nhân
Δm = Zmp + (A - Z)mn – MLi (1) - Năng lƣợng liên kết của hạt nhân
= Δm.c2
= {Zmp + (A - Z)mn – mX}c2. (2)
3.Sơ đồ luận giải Δm
4. Kết quả và biện luận
Δm = 0,042142u = 39,255MeV
CH1: Muốn xác định cấu tạo hạt
nhân nguyên tử, ta cần tìm những đại lƣợng nào?
Số nucleon (A) Số proton (p) Số nơtron (n)
CH2: Từ mơ hình cấu tạo nguyên tử,
các electron quay xung quanh hạt nhân. Muốn tìm khối lƣợng hạt nhân từ khối lƣợng nguyên tử ta phải làm nhƣ thế nào?
Khối lượng nguyên tử trừ đi khối lượng tổng số hạt electron của nguyên tử đó.
CH 2: Viết biểu thức tính độ hụt khối
của hạt nhân.
Δm = Zmp + (A - Z)mn – MLi
CH4: Muốn tìm năng lƣợng liên kết
của hạt nhân từ độ hụt khối thì phải làm thế nào?
Phƣơng pháp chung:
Cấu tạo hạt nhân nguyên tử :
- Hạt nhân được tạo thành bởi A nuclon, trong đó gồm: + z hạt proton (p), điện tích (+z.e)
+ n = A – z hạt nơtron (n), không mang điện
- Khối lượng của hạt nhân bằng khối lượng của nguyên tử trừ đi khối lượng tổng số hạt electron của nguyên tử đó.
Ngược lại, ta cũng có thể tìm khối lượng nguyên tử từ khối lượng hạt nhân của nguyên tố.
- Độ hụt khối khi liên kết thành hạt nhân được xác định: Δm = Zmp + (A - Z)mn – mX
- Năng lượng liên kết của hạt nhân: = Δm.c2
Hƣớng dẫn bài tập 9:
Đề bài khơng cho khối lƣợng của 12C nhƣng chú ý vì ở đây dùng đơn vị u, mà theo định nghĩa đon vị u bằng 1/12 khối lƣợng đồng vị 12
C do đó có thể lấy khối lƣợng 12
C là 12u.
Suy ra năng lƣợng liên kết riêng của từng hạt nhân là:
He: Wlk = (2.mp + 2.mn – m α)c2 = 28,289366 MeV Wlk riêng = 7,0723
MeV/ nuclon.
C: Wlk = (6.mp + 6.mn – mC)c2 = 89,057598 MeV Wlkriêng = 7,4215
O: Wlk = (8.mp + 8.mn – mO)c2 = 119,674464 meV Wlk riêng = 7,4797
MeV/ nuclon.
Hạt nhân có năng lƣợng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Vậy chiều bền vững hạt nhân tăng dần là : He < C < O.
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên
1. Tóm tắt
- Các hạt nhân , , có:
;
- Khối lƣợng các hạt nhân:
mα = 4,0015u; m0 = 15,999u; mC = 12u - So sánh mức độ bền vững của ba hạt nhân.
2. Xác lập mối liên hệ
- Số proton và số notron của mỗi hạt nhân
- Độ hụt khối trong mỗi hạt nhân Δm = Zmp + (A - Z)mn – mX (1) - Năng lƣợng liên kết của hạt nhân.
= Δm.c2
= [Zmp + (A - Z)mn – mX]c2 (2)
- Năng lƣợng liên kết riêng
= (3) với A là số khối 3.Sơ đồ luận giải
(1) Δm
4. Kết quả và biện luận
Năng lƣợng liên kết riêng của từng hạt Wlk riêng(He) = 7,0723 MeV / nuclon.
CH1: Mức độ bền vững của hạt
nhân đƣợc đặc trƣng bởi những đại lƣợng nào?
- Năng lượng liên kết
- Số khối
Hay nói chung chính là năng lượng liên kết riêng. ở bài toán này xét riêng tèng hạt nhân C, He, O
CH2: Xác định năng lƣợng liên kết
của các hạt nhân , , bằng cách nào?
CH 2.1: Số proton và số notron cấu
tạo nên mỗi hạt nhân
- hạt nhân gồm có 2 hạt proton và 2 hạt notron - hạt nhân gồm có 6 hạt proton và 6 hạt notron - hạt nhân có 8 hạt proton và 8 hạt notron CH2.2: xác định độ hụt khối của
mỗi hạt nhân trên
Wlkriêng (C) = 7,4215 MeV/ nuclon. Wlk riêng (O) = 7,4797 MeV/ nuclon. Wlk riêng(He) < Wlkriêng (C) < Wlk riêng (O) Do đó hạt nhân O là bền vững nhất, còn kém bền vững nhất là hạt nhân He
của mỗi hạt nhân dựa vào độ hụt khối
CH4: Khi đã có năng lƣợng liên kết
và số khối, làm thế nào so sánh đƣợc độ bền vững giữa ba hạt nhân trên?
=
Phƣơng pháp chung:
Bước 1: Xác định cấu tạo của hạt nhân khối lượng mX gồm có:
- Z hạt proton
- N = A – Z hạt notron
Bước 2: Xác định độ hụt khối của hạt nhân (Δm)
- Tổng khối lượng của các nuclon khi chưa liên kết thành hạt nhân X là m0 = Z.mp + (A - Z).mn
- Khi liên kết thành hạt nhân X có độ hụt khối Δm = m0 - mX
Bước 3: Áp dụng cơng thức tính năng lượng liên kết = Δm.c2
Bước 4: Tính năng lượng liên kết riêng bằng: MeV/nuclon.
Bước 5: So sánh năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân với nhau ( hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững) .
Chú ý : hạt nhân có số khối từ 50 – 70 trong bảng HTTH thường bền hơn các nguyên tử của các hạt nhân còn lại.
Dạng 2: Phóng xạ
Hƣớng dẫn giải bài tập12:
Gọi khối lƣợng chất phóng xạ tại thời điểm ban đầu Sau thời gian t thì khối lƣợng chất phóng xạ cịn lại là: m =
Theo đề bài, t = 5T nên ta có: m = Phƣơng pháp chung:
Vận dụng công thức các công thức sau:
Gọi m0, N0 lần lượt là khối lượng và số hạt nhân ban đầu của chất phóng xạ m, N là khối lượng và số hạt nhân cịn lại trong chất phóng xạ sau thời gian t T là chu kỳ bán rã, λ là hằng số phóng xạ.
- Khối lượng cịn lại của X sau thời gian t: m =
- Số hạt nhân X còn lại sau thời gian t: N =
- Công thức liên hệ: n = Chú ý: + t và T phải đưa về cùng đơn vị
+ m và m0 cùng đơn vị và không cần đổi đơn vị
Hƣớng dẫn giải bài tập 20:
Lời giải: Đổi t = 414 ngày = 3T Phƣơng trình phóng xạ:
Gọi N0 là số hạt nhân poloni ban đầu, ΔNPo là số hạt nhân poloni bị phân rã sau thời gian t. Ta có: ΔNPo = N0 – N = N0 – N0.2-t/T
a. Số nguyên tử bị phân rã sau 3 chu kỳ:
ΔNPo = N0 – N = N0 – N0.2-t/T = N0 – N0.2-3 = hay khối lƣợng chất bị phân rã: mPo= = 0,147g.
Mà ΔNPo = ΔNPo = nguyên tử.
b. Khối lƣợng chì hình thành trong t = 414 ngày đêm:
Số hạt nhân chì sinh ra đúng bằng số hạt nhân poloni phân rã sau thời gian t nên NPb = Δ NPo hay số mol chì tạo thành đúng bằng số mol poloni phân rã: nPb = , với nPb là số mol Pb tạo thành.
Vậy khối lƣợng chì sinh ra sau thời gian t là: mPb =
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên
1.Tóm tắt
phóng xạ α thành
T = 138 ngày
Tại t0 có
Tại thời điểm t1 = 414 ngày đêm có: ΔN = ? MPb(con) = ? 2.Xác lập mối liên hệ CH1: Hồn thiện phƣơng trình phóng xạ? CH2: Từ định luật phóng xạ, muốn tìm đƣợc lƣợng chất đã phân rã ta phải làm thế nào? Tìm cơng thức xác định lƣợng chất đã phân rã đó.
Lấy lượng chất phóng xạ ban đầu trừ đi lượng chất phóng xạ cịn lại tại thời điểm t: ΔN = N0 – N0.2-t/T
- Dựa vào đinh luật phóng xạ tìm số hạt Po bị phân rã từ khối lƣợng ban đầu.
Gọi N0 là số hạt Po ban đầu, số hạt nhân Po bị phân rã sau thời gian t là:
ΔNPo = N0 – N0.2-t/T
- Một hạt Po phóng xạ tạo ra một hạt nhân Pb. Do đó số hạt nhân Pb tạo thành = số hạt nhân Po phân rã sau thời gian t:
NPb = ΔNPo hay nPb = , với nPb là số mol Pb tạo thành.
- Gọi mPb là khối lƣợng Pb tạo thành sau thời gian t:
mPb =
3. Kết quả và biện luận
ΔNPo nguyên tử. mPb
CH3: mPb là khối lƣợng Pb tạo thành
tại thời điểm t, khi đó ta thiết lập đƣợc cơng thức gì để tính mPb?
mPb =
Phƣơng pháp chung:
Bước 1: xét phóng xạ: tia phóng xạ
Xác định loại phóng xạ và dựa vào các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân để hoàn thành phản ứng.
Bước 2: Áp dụng định luật phóng xạ để xác định các đại lượng cần tìm theo yêu cầu của đề bài: hằng số phóng xạ, lượng chất ban đầu, lượng chất bị phân rã hay tạo thành...
Vận dụng các cơng thức của định luật:
Ta có: 1 hạt nhân mẹ phân rã thì sẽ có 1 hạt nhân con tạo thành. Do đó : ΔNX (phóng xạ) = NY (tạo thành) = N0 – N0.2-t/T
Số mol chất bị phân rã bằng số mol chất tạo thành: nX = = nY Khối lượng chất tạo thành là: mY = . Tổng quát: mY =
Lưu ý : Trong phân rã : khối lượng hạt nhân con hình thành bằng khối
lượng hạt nhân mẹ bị phân rã.
Bước 3: Kết quả và biện luận kết quả thu được.
Hƣớng dẫn giài bài tập 26:
Gọi số hạt nhân mẹ ở thời điểm ban đầu t0 và thời điểm t1 lần lƣợt là n0 và n1. Áp dụng định luật phóng xạ: (1)
Vì số hạt nhân con sinh ra đúng bằng số hạt nhân mẹ phân rã từ t0 đến t1, do đó số hạt nhân con ở thời điểm t1 sẽ là: n0 – n1.
Theo giả thiết số tỷ số hạt nhân mẹ và hạt nhân con ở thời điểm t1 là 1/7, nên ta có hệ thức sau:
= t1 = 3T (2)
Tƣơng tự ở thời điểm t2 = t1 + 276 ngày thì tỷ số số hạt nhân mẹ và hạt nhân con là 1/63:
Suy ra T = 92 ngày.
Thời gian sống trung bình là khoảng thời gian để số hạt nhân mẹ giảm đi e lần:
= n0. = 132,8 ngày.
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên
1. Tóm tắt
- Tại t0 = 0, số hạt nhân mẹ là n0
- Tại thời điểm t1, số hạt nhân mẹ là n1
- tại t2 = t1 + 267:
Xác định: chu kỳ bán rã T và thời gian sống trung bình của chất phóng xạ 2. Xác định mối liên hệ
- Áp dụng định luật phóng xạ đƣa ra mối liên hệ giữa hạt nhân con, hạt nhân mẹ.
Số hạt nhân con sinh ra đúng bằng số hạt nhân mẹ bị phân rã từ thời điểm 0 đến t:
(1)
- Thiết lập tỷ lệ số hạt nhân mẹ và hạt nhân con ở các thời điểm t1 và t2 bất kỳ:
=
CH1: Muốn xác định chu kỳ bán rã
và thời gian sống trung bình của chất phóng xạ ta phải áp dụng cơng thức hay định luật nào?
CH2: Vận dụng công thức nào của
định luật phóng xạ để tìm mối liên quan giữa số hạt nhân me, hạt nhân con và thời gian phóng xạ t?
CH3: Xác lập cơng thức liên hệ giữa
chu kỳ bán rã và các thời gian phóng xạ t1, t2?
t1 = 3T t2 = 6T
suy ra t2 – t1 = 3T = 267 rút ra T = 92 ngày
CH4: Thời gian sống trung bình của
một chất phóng xạ đƣợc tính nhƣ thế nào?
t1 = 3T (2)
Và =
t2 = 6T (3)
- Đƣa ra công thức liên hệ giữa chu kỳ bán rã và thời gian t1, t2:
t2 – t1 = 3T = 267 Suy ra T = 92 ngày.
- Thời gian sống trung bình là khoảng thời gian để số hạt nhân mẹ giảm đi e lần:
= n0. =
132,8 ngày. 3. Sơ đồ luận giải (1) (2) (3) T 4. Kết quả và biện luận Chu kỳ bán rã T = 92 ngày
Thời gian sống trung bình của chất phóng xạ là 132,8 ngày.
Hƣớng dẫn giài bài tập 27:
Gọi số hạt nhân mẹ ở thời điểm ban đầu t0 là
Khi đó số hạt nhân con ở thời điểm t1 và t2 là và
Tại thời điểm t bất kỳ, số hạt nhân con bằng số hạt nhân mẹ phân rã từ thời điểm t đến t.
Suy ra số hạt nhân mẹ ở các thời điểm t1, t2 lần lƣợt là và
Vậy ta có: (1)
(2) Theo giả thiết thì , từ (1) và (2) suy ra đƣợc:
(1- ) = 2,66(1- ) => ) =
2,66(1- )
Đặt X = ta có: (1 – X3) = 2,66(1 - X) => (1-X)( X2 + X – 1,66) = 0. Do X – 1 0 (vì ) => X2 + X – 1,66 = 0 => X = 0,882
= 0,882 => - = ln0,882 => T = 11,04 (s)
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên
1.Tóm tắt
- Tại t0 = 0, số hạt nhân mẹ là
- Tại thời điểm t1 = 2s và t2, số hạt nhân con sinh ra lần lƣợt là và :
Xác định: chu kỳ bán rã T của chất phóng xạ.
2.Xác định mối liên hệ
- Số hạt nhân con sinh ra bằng số hạt nhân mẹ phân rã từ thời điểm t0 đến t.
CH1: Muốn xác định chu kỳ bán rã
của chất phóng xạ ta phải áp dụng công thức hay định luật nào?
CH2: Vận dụng công thức nào của
định luật phóng xạ để tìm mối liên quan giữa số hạt nhân me, hạt nhân con và thời gian phóng xạ t?
CH3: Xác lập cơng thức liên hệ giữa
giữa hạt nhân con, hạt nhân mẹ và các thời gian phóng xạ t1, t2?
(1)
Tại t2: (2)
- Thiết lập tỷ lệ số hạt nhân con ở các