1.6 .Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
2.8.1.Dạng 1: Cấu tạo hạtnhân nguyên tử
2.8. Hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng Hạtnhân nguyên tử
2.8.1.Dạng 1: Cấu tạo hạtnhân nguyên tử
Hƣớng dẫn giải bài 2.
Lời giải: Cấu tạo của hạt nhân 238
92U
- Hạt nhân đƣợc tạo thành bởi 238 nuclơn, trong đó gồm: + 92 hạt prơtơn (p), điện tích (+92e)
+ 146 hạt nơtrôn (n), không mang điện. Khối lƣợng hạt nhân U238 theo đơn vị u:
mU238 = mnguyên tử U238 - Z.melectron = 238,0805u – 92.0,55.10-3u = 238,0299u Theo đơn vị kg: mU238 = 238,0299. 1,66055.10-27 = 3,9526 .10-25 (kg) Theo đơn vị MeV/c2
: mU238 = 238,0299. 931,5 = 0,22.106 (MeV/c2)
Các bƣớc giải bài tập
Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của học sinh
1.Tóm tắt. Hạt nhân 238
92U
mnguyên tử U238 = 238,0805u. me = 0,55.10-3 u
2. Xác lập các mối liên hệ. - Tổng số nuclôn, số hạt
CH1: Muốn xác định cấu tạo của hạt nhân nguyên
tử ta cần xác định những đại lƣợng nào? Hạt nhân mang điện tích bao nhiêu?
- số nuclôn (A)
- số prôtôn (Z)
prôtôn, nơtron cấu thành nên hạt nhân.
- Mối liên hệ giữa khối lƣợng nguyên tử và khối lƣợng hạt nhân của một nguyên tố - Mối liên hệ giữa khối lƣợng tính theo đơn vị u và khối lƣợng tính theo đơn vị MeV/c2 và đơn vị kg.
3. Kết quả và biện luận. mU238 = 238,0299u
= 3,9526 .10-25 (kg) = 0,22.106 (MeV/c2)
CH2. Từ mơ hình câú tạo của ngun tử, có các
electron quay xung quanh hạt nhân, muốn tìm khối lƣợng của hạt nhân từ khối lƣợng của cả nguyên tử ta phải làm nhƣ thế nào?
- khối lượng nguyên tử trừ đi khối lượng tổng số hạt electron của nguyên tử đó.
CH3. muốn đổi khối lƣợng hạt nhân U238 từ đơn
vị u ra khối lƣợng đơn vị MeV/c2
và đơn vị kg ta phải làm nhƣ thế nào?
CH3.1. Hãy cho biết cách đổi 1 đơn vị khối lƣợng
nguyên tử u ra đơn vị MeV/c2
và đơn vị kg? - 1u = 931,5 MeV/c2 = 1,66055.10-27 kg
Phương pháp chung:
Cấu tạo hạt nhân nguyên tử A
ZX:
- Hạt nhân được tạo thành bởi A nuclơn, trong đó gồm: + Z hạt prơtơn (p), điện tích (+Z.e)
+ N= A- Z hạt nơtrôn (n), không mang điện.
- Khối lượng của hạt nhân bằng khối lượng nguyên tử trừ đi khối lượng tổng số hạt electron của nguyên tử đó.
mX = mnguyên tử X – Z. me
ngược lại, ta cũng có thể tìm khối lượng ngun tử từ khối lượng hạt nhân của nguyên tố.
- Muốn đổi khối lượng của hạt nhân nguyên tử từ đơn vị u sang MeV/c2 hoặc kg và ngược lại ta có: 1u = 931,5 MeV/c2
= 1,66055.10-27 kg
Hướng dẫn hoạt động giải bài 10. Lời giải:
+ Xét hạt nhân 234
Ta có: ΔWlk U234 = ΔmU234.c2
= 1,85858 u.c2 = 1,85858. 931,5 MeV= 1731,267 MeV
Năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân U234: Wlkr U234 = W 234
234
lkU = 7,3985 MeV
+ Xét hạt nhân U238 gồm 92 hạt prôtôn và 146 hạt nơtron.
ΔWlk U238 = ΔmU238.c2 = 1,8833 uc2 = 1,8833. 931,5 MeV= 1754,294 MeV Năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân U238:
Wlkr U238= W 238
238
lkU = 7,3710 MeV
Wlkr U234 > Wlkr U238: hạt nhân U234 bền vững hơn hạt nhân U238.
Các bƣớc giải bài tập Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của học sinh 1. Tóm tắt - Hạt nhân 234 92Uvà 238 92U mp = 1,0073u mn= 1,0087u - Khối lƣợng các hạt nhân: mU234 = 233,9903u mU238 = 238,0002u - So sánh mức độ bền vững. 2. Xác lập mối liên hệ
- Số hạt prôtôn, nơtron cấu thành mỗi hạt nhân
- Độ hụt khối trong mỗi hạt nhân
X n p A Z m m Zm m ( ) (1) - năng lƣợng liên kết của hạt nhân
Wlk = 2 2 ) ) ( (Zm A Z m m c mc p n X (2)
- Năng lƣợng liên kết riêng
CH1. Mức độ bền vững của hạt nhân
nguyên tử đƣợc đặc trƣng bởi đại lƣợng nào?
- năng lượng liên kết
- số khối.
( hoặc gộp chung ý trả lời là đặc trưng bởi năng lượng liên kết riêng của hạt nhân)
Xét từng hạt nhân nguyên tử U234 và U238.
CH2. Làm thế nào ta có thể xác định
đƣợc năng lƣợng liên kết của hai hạt nhân nguyên tử 234
92U và 238
92U
CH2.1. số prôtôn và số nơtron cấu
thành mỗi hạt nhân?
- hạt nhân 234
Wlkr =
A Wlk
(3) Với A : Số khối
3. Sơ đồ luận giải.
(1) m(2) Wlk (3) Wlkr
4. Kết quả và biện luận
Năng lƣợng liên kết riêng của từng hạt Wlkr234 92U = 7,3985 MeV Wlkr 238 92U = 7,3710 MeV Wlkr 234 U > Wlkr 238 U : hạt nhân 234 U bền vững hơn hạt nhân 238 U 142 hạt nơtron - hạt nhân 238 U gồm 92 hạt prôtôn và 146 hạt nơtron.
CH2.2. Xác định độ hụt khối của mỗi
hạt nhân Urani trên?
CH3. Theo Anhxtanh sự hụt khối trên
dẫn tới sự tỏa năng lƣợng bao nhiêu?
ΔWlk U234 = ΔmU234.c2 ΔWlkU238 = ΔmU238.c2
CH4. Khi đã biết năng lƣợng liên kết
và số khối của mỗi hạt nhân, làm thế nào ta so sánh đƣợc mức độ bền vững giữa hai hạt nhân đó:
Wlkr U = WlkU
A
Phương pháp chung.
Bước 1. Xác định cấu tạo của hạt nhân A
ZX khối lượng mX gồm :
- Z hạt prôtôn
- N = A – Z hạt nơtron
Bước 2. Xác định độ hụt khối Δm
- Tổng khối lượng của các nuclôn 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 :
m = m0 – mX
Bước 3. Áp dụng cơng thức tính năng lượng liên kết hoặc năng lượng liên kết riêng.
Theo Anhxtanh sự hụt khối trên dẫn tới sự tỏa năng lượng Wlk = Δ m.c2
Ngược lại khi muốn phá vỡ hạt nhân X ta cần cung cấp một năng lượng tối thiểu Wlk. Do vậy năng lượng Wlk gọi là năng lượng liên kết hạt nhân.
Kiểm tra và biện luận kết quả thu được
Chú ý: Muốn so sánh mức độ bền vững của các hạt nhân nguyên tử với nhau, ta tính năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân đó, hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì hạt nhân đó bền vững hơn.