nguyên tử” Vật lý lớp 12
Tài liệu này chúng tôi xây dựng theo cấu trúc thành 7 môđun. Ở mỗi môđun, chúng tôi trình bày các vấn đề:
- Mục tiêu học sinh cần đạt được sau khi tự học
- Tài liệu chính học sinh cần đọc
- Hệ thống câu hỏi hướng dẫn học sinh tự học
- Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức
- Câu trả lời và nội dung kiến thức chính cần ghi nhận (Thông tin phản hồi của giáo viên)
- Bài tập kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi
- Bài tập áp dụng
Hệ thống các môđun
Môđun 1: Tính chất và cấu tạo hạt nhân nguyên tử
Môđun 2: Năng lượng của hạt nhân
Môđun 3: Phản ứng hạt nhân
Môđun 4: Phóng xạ
Môđun 5: Phản ứng phân hạch
Môđun 6: Phản ứng nhiệt hạch
Môđun 7: Tổng kết chương “Hạt nhân nguyên tử”
MÔĐUN 1: TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ A. Mục tiêu học sinh cần đạt đƣợc sau khi tự học
Về kiến thức
26
- Nêu được các đặc trưng cơ bản của prôtôn và nơtron. - Biết kí hiệu hạt nhân.
- Định nghĩa được khái niệm đồng vị.
- Nêu được những đặc tính của lực hạt nhân.
Về kĩ năng
- Viết đúng kí hiệu hạt nhân nguyên tử.
- Từ kí hiệu hạt nhân nguyên tử đọc được cấu tạo của nó.
B. Tài liệu chính học sinh cần đọc
- Vật lý 12 – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 176 đến hết trang 177). - Vật lý 12 nâng cao – Nxb giáo dục – 2011 (trang 262 đến trang 263).
- Tham khảo thêm vấn đề “Tính chất và cấu tạo hạt nhân nguyên tử” ở các nguồn tài liệu khác và ở các trang web liên quan (ví dụ: thuvienvatly.com; phys.hnue.edu.vn; vatliphothong.com;....).
C. Hệ thống câu hỏi hƣớng dẫn học sinh tự học
Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:
Phiếu học tập (số 1)
1. Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo và kích thước như thế nào? 2. Nêu cách kí hiệu hạt nhân?
3. Hãy nêu cấu tạo hạt nhân của các nguyên tử: 168O và 23892U? 4. Đồng vị là gì? Cho ví dụ.
5. Thế nào là lực hạt nhân? Lực hạt nhân có các đặc điểm gì? Bán kính tác dụng của lực hạt nhân?
D. Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức
Sau khi học sinh đọc tài liệu và tự trả lời các câu hỏi ở trên, các em sẽ tự kiểm tra kiến thức của mình bằng hệ thống các câu hỏi sau:
Bài kiểm tra lần 1 Câu 1. Tìm kết luận Sai về cấu tạo hạt nhân
A. Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclôn. B. Hạt nhân có số nuclôn bằng số khối A.
27 D. Số prôtôn bằng số nơtrôn.
Câu 2. Tìm phát biểu Sai về hạt nhân nguyên tử
A. Hạt nhân của nguyên tố thứ Z trong bảng tuần hoàn có Z proton; B. Số nơtrôn bằng số khối A;
C. Lớp vỏ electrôn của nguyên tố thứ Z có Z electrôn quay quanh hạt nhân; D. Số khối A bằng tổng Z prôtôn và N nơtrôn.
Câu 3. So với hạt nhân 29
14Si, hạt nhân 40
20Ca có nhiều hơn
A. 11 nơtrôn và 6 prôtôn B. 6 nơtrôn và 5 prôtôn. C. 5 nơtrôn và 6 prôtôn D. 5 nơtrôn và 12 prôtôn
Câu 4. Tìm phát biểu sai về hạt nhân nguyên tử 2 3 1 1Na
A. Hạt nhân Na có 11 nuclôn; B. Số nơtrôn là 12 ; C. Số proton là 11 ; D. Số nuclôn là 23.
Câu 5. Đồng vị là các nguyên tử có:
A. Cùng số khối A nhưng số prôtôn Z và số nơtron N khác nhau; B. Cùng số prôtôn Z, khác số khối A;
C. Cùng số nơtrôn N, khác số prôtôn Z; D. Cùng số prôtôn Z và số nơtron N.
Câu 6. Biết NA = 6,02.1023 mol-1. Trong 59,50 g 238
92U có số nơtron xấp xỉ là A. 2,38.1023; B.2,20.1025; C. 1,19.1025; D. 9,21.1024.
Câu 7. Chọn câu đúng
A. Nguyên tử gồm một hạt nhân ở giữa và các electron quay xung quanh B. Một hạt nhân nguyên tử luôn luôn có hai loại hạt là prôtôn và nơtrôn; C. Ở trạng thái bình thường nguyên tử trung hoà về điện;
D. Cả A, B, C đều đúng.
Câu 8. Chọn câu sai
A. Prôtôn trong hạt nhân nguyện tử mang điện tích dương +e; B. Nơtrôn trong nguyên tử mang điện tích âm –e;
C. Tổng số prôtôn và nơtrôn trong nguyên tử gọi là số khối; D. Cả A, B, C đều sai.
28
Câu 9. Viết ký hiệu của hai hạt nhân chứa 2p, 2n và 3p, 4n:
A. 22X,43Y B. 24X,73Y
C. X 3Y
7 2
4 , D. 12X,31Y
Câu 10. Nơtrôn là hạt sơ cấp
A. Không mang điện; B. Mang điện tích âm;
C. Mang điện tích dương; D. Có tên gọi khác là hạt nơtrinô.
E. Câu trả lời và nội dung kiến thức chính cần ghi nhận (Thông tin phản hồi của giáo viên)
Vấn đề Nội dung
1. Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo và kích thước như thế nào?
I. Cấu tạo hạt nhân 1. Cấu tạo hạt nhân
- Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt rất nhỏ gọi là các nuclôn.
- Nuclôn gồm có hai loại: prôtôn và nơtron.
Prôtôn: kí hiệu p, mang điện tích nguyên tố dương +e, có khối lượng mp=1,67262.10-27 kg.
Nơtron: kí hiệu n, không mang điện, khối lượng mn=1,67493.10-27 kg.
- Số prôton (p) trong hạt nhân bằng Z (bằng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn Men-đê-le-ép); Z gọi là nguyên tử số.
- Số nơtron (n) trong hạt nhân bằng N - Số nuclôn: Z + N = A; A gọi là số khối.
Kích thước hạt nhân: Coi như hình cầu có bán kính R , . A3m 1 15 10 2 1 . (A: số khối )
29 2. Nêu cách kí hiệu hạt nhân?
3. Hãy nêu cấu tạo hạt nhân của các nguyên tử 16O 8 và 238U 92 ? 4. Đồng vị là gì? Cho ví dụ. 5. Thế nào là lực hạt nhân? Lực hạt nhân có các đặc điểm gì? Bán kính tác dụng của lực hạt nhân? 2. Kí hiệu hạt nhân X A
Z hoặc AXhoặc XA.
Trong đó: X: kí hiệu nguyên tố hóa học; A: số khối; Z : nguyên tử số.
VD: 23892U hoặc 238U hoặc U238. Tương tự ta có:
O
16
8 : có 8 prôtôn, Z = 8số nơtron là: N=A – Z = 16 – 8 = 8 U 238 92 : có 92 prôtôn, Z = 92số nơtron là: N=A – Z = 238 – 92 = 146. 3. Đồng vị - là những nguyên tố có cùng số Z, khác số A, nghĩa là cùng số prôtôn, khác số nơtron.
VD: Hiđrô có 3 đồng vị; Hiđrô thường
H
1
1 ; đơteri 12H (hay 21D) và triti 13H (hay 31T).
II. Lực hạt nhân
- Lực hạt nhân: là lực hút giữa các nuclon.
- Đặc điểm của lực hạt nhân:
Không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn.
Có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) so với lực điện từ và lực hấp dẫn.
Có bán kính tác dụng vào cỡ kích thước hạt nhân, khoảng 10-15m. (ngoài phạm vi kích thước hạt nhân thì lực hạt nhân giảm nhanh xuống không).
30 Đáp án bài kiểm tra lần 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
D B C A B B D B B A
F. Bài tập học sinh tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi
Sau khi đọc thông tin phản hồi từ giáo viên, học sinh tiếp tục làm bài kiểm tra thứ 2 để tự đánh giá được kết quả học tập của bản thân.
Bài kiểm tra lần 2 Câu 1. So với hạt nhân 2040Ca, hạt nhân 2756Co có nhiều hơn
A. 7 notron và 9 proton; B. 11 notron và 16 proton; C. 9 notron và 7 proton; D. 16 notron và 11 proton.
Câu 2. Hạt nhân 21084Pogồm:
A. 84 protôn và 126 nơtrôn; B. 84 protôn và 210 nơtrôn; C. 84 nơtrôn và 126 protôn ; D. 84 nơtrôn và 210 protôn.
Câu 3. Biết số Avôgađrô NA = 6,02.1023 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó. Số prôtôn (prôton) có trong 0,27 gam 1327Al là
A. 6,826.1022; B. 8,826.1022; C. 9,826.1022; D. 7,826.1022.
Câu 4. Tìm số proton và số nơtrôn của hạt nhân vàng 197 79Au A. 197p và 118n ; B. 79p và 118n ; C. 118pvà 97n ; D. 79p và 197n ;
Câu 5. Hạt prôtôn và hạt nơtron trong hạt nhân
A. Không tương tác nhau; B. Hút nhau;
C. Đẩy nhau; D. Có thể hút hoặc đẩy nhau.
Câu 6. Nguyên tử hiđrô (11H ) có các đồng vị
A. 12D; B. 23He; C. 31T; D. Cả A và C.
Câu 7. Biết số Avôgađrô là 6,02.1023 nguyên tử/mol, khối lượng mol của urani
U
238
92 là 238 g/mol. Số nơtrôn (nơtron) trong 119 gam urani U 238 là
31
Câu 8. Tìm câu đúng trong số các câu dưới đây
A. Hạt nhân nguyên tử nào cũng gồm các prôtôn và nơtron, số prôtôn luôn luôn bằng số nơtron và bằng số êlectron;
B. Hạt nhân nguyên tử có đường kính vào cỡ phần nghìn lần đường kính của nguyên tử.
C. Hạt nhân nguyên tử có điện tích bằng tổng điện tích của các prôtôn trong nguyên tử;
D. Hạt nhân nguyên tử có khối lượng bằng tổng khối lượng của tất cả các nuclôn và các êlectron trong nguyên tử.
Câu 9. Tìm số nguyên tử N0 có trong m0 = 200g chất Iôt phóng xạ 13153I. (Biết số Avôgađrô là 6,02.1023
/mol)
A. N0 = 9,19.1021; B. N0 = 9,19.1022; C. N0 = 9,19.1023; D. N0 = 9,19.1024.
Câu 10. Trong hạt nhân, bán kính tác dụng của lực hạt nhân khoảng
A. 10-15 m; B. 10-13 m; C. 10-19 m; D. 10-27 m. Đáp án bài kiểm tra lần 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C A D B A D C C C A
G. Bài tập áp dụng (Phụ lục 6)
Bài 1.1; 1.5.
MÔĐUN 2: NĂNG LƢỢNG CỦA HẠT NHÂN A. Mục tiêu học sinh cần đạt đƣợc sau khi tự học
Về kiến thức
- Viết được hệ thức Anh – xtanh
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của độ hụt khối của hạt nhân.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân.
32 - Biết được đơn vị khối lượng nguyên tử.
Về kĩ năng
- Sử dụng các bảng đã cho trong SGK, tính được năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân.
B. Tài liệu chính học sinh cần đọc
- Vật lý 12 – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 178, 179, 181, 182, 183, 184). - Vật lý 12 nâng cao – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 257,258, 264, 265).
- Tham khảo thêm vấn đề “Năng lượng của hạt nhân” ở các nguồn tài liệu khác và ở các trang web liên quan (ví dụ: thuvienvatly.com; phys.hnue.edu.vn; vatliphothong.com;....).
C. Hệ thống câu hỏi hƣớng dẫn học sinh tự học
Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:
Phiếu học tập (số 1)
1. Nêu hệ thức Anh – xtanh về khối lượng và năng lượng? Viết hệ thức đó trong trường hợp vật chuyển động với vận tốc v?
2. Độ hụt khối của hạt nhân là gì?
3. Năng lượng liên kết của hạt nhân là gì? 4. Thế nào là năng lượng liên kết riêng? 5. Thế nào là đơn vị khối lượng nguyên tử?
6. Có mấy cách dùng đơn vị khối lượng cho hạt nhân nguyên tử? Nêu cách chuyển đổi giữa các đơn vị đo.
D. Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức
Sau khi học sinh đọc tài liệu và tự trả lời các câu hỏi ở trên, các em sẽ tự kiểm tra kiến thức của mình bằng hệ thống các câu hỏi sau:
Bài kiểm tra lần 1
Câu 1. Tìm phát biểu sai về độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân
A. Giả sử Z prôtôn và N nơtrôn lúc đầu chưa liên kết với nhau và đứng yên. Tổng khối lượng của chúng là mo = Zmp + Nmn.
B. Khi hạt nhân đã hình thành có khối lượng m nhỏ hơn m0, ta có độ hụt khối của hạt nhân này : m = m0 – m .
33
C. Tương ứng với độ hụt khối là năng lượng liên kết E = m. c2 do đó năng lượng không bảo toàn.
D. Năng lượng E tỏa ra dưới dạng động năng của hạt nhân hoặc năng lượng tia .
Câu 2.Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì :
A. Càng dễ phá vỡ B. Càng bền
C. Năng lượng liên kết lớn D. B, C đúng
Câu 3. Độ hụt khối của hạt nhân Hêli 24Helà 0,03038u. Cho 1u=931,5MeV/c2. Hỏi năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Hêli là bao nhiêu?
A. 7,0747 MeV; B. 7,1747 MeV;
C. 7,2747 MeV; D. 7,3747 MeV
Câu 4. Đơn vị khối lượng nguyên tử được xác định bằng:
A. Khối lượng của một nguyên tử hydro;
B. 1/12 khối lượng của một nguyên tử cacbon 126C; C. Khối lượng của một nguyên tử cacbon;
D. Khối lượng của một prôtôn.
Câu 5. Một vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ:
A. E = mc B. E = hf; C. E = mc2/2; D. E = mc2.
Câu 6. Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết
A. tính cho một nuclôn B. tính riêng cho hạt nhân ấy C. của một cặp prôtôn-prôtôn
D. của một cặp prôtôn-nơtrôn (nơtron).
Câu 7. Đơn vị đo khối lượng trong Vật lý hạt nhân:
A.Kg;
B.Đơn vị khối lượng nguyên tử (u); C. 2 c eV hoặc 2 c MeV ;
34
Câu 8. Biết khối lượng của prôtôn; nơtron; hạt nhân 16
8 O lần lượt là 1,0073 u; 1,0087 u; 15,9904 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân 16
8 O xấp xỉ bằng
A. 128,17 MeV ; B. 14,25 MeV ;
C. 190,81 MeV ; D. 18,76 MeV.
Câu 9. Hạt nhân 12Dcó khối lượng 2,0136u. Xác định năng lượng liên kết của hạt nhân 21D. Cho biết khối lượng của prôton và nơtron lần lượt là mp = 1,0073u và mn = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2.
A. 2,4MeV ; B. 2,0136 u C. 2,23MeV D. 2,016MeV
Câu 10. Xác định năng lượng toàn phần của một vật đứng yên có khối lượng nghỉ
m0 = 1kg ra đơn vị MeV. A. 9.1016 MeV; B. 60,2.1025 MeV;
C. 931,5 MeV; D. 560,96.1027 MeV.
E. Câu trả lời và nội dung kiến thức chính cần ghi nhận (Thông tin phản hồi của giáo viên)
Vấn đề Nội dung
1. Nêu hệ thức Anh – xtanh về khối lượng và năng lượng? Viết hệ thức đó trong trường hợp vật chuyển động với vận tốc v?
1. Hệ thức Anhxtanh giữa khối lƣợng và năng lƣợng
E = mc2 (*) => m = E/c2
Trong trường hợp vật chuyển động với vận tốc v, khi đó ta có 2 2 0 1 c v m m 2 2 2 0 2 1 c v c m mc E
35 2. Độ hụt khối của hạt nhân là
gì?
3. Năng lượng liên kết của hạt nhân là gì?
4. Thế nào là năng lượng liên kết riêng?
yên (khối lượng nghỉ).
m: khối lượng của vật khi ở trạng thái chuyển động với vận tốc v (khối lượng động).
E0 = m0.c2 : được gọi là năng lượng nghỉ và hiệu:
E - E0 = (m-m0)c2 : động năng của vật.
2. Độ hụt khối
- Khối lượng m của hạt nhân AZXbao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Độ hụt khối.
m = [Zmp + (A – Z)mn] – m
3. Năng lƣợng liên kết
Wlk =m.c2=[Zmp +(A – Z)mn – m]c2
Wlk là năng lượng tỏa ra khi hệ nuclôn tạo thành hạt nhân. Muốn phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng rẽ phải cung cấp năng lượng bằng Wlk để thắng lực hạt nhân. Nên Wlk gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. - Mức độ bền vững của một hạt nhân không những phụ thuộc vào năng lượng liên kết mà còn phụ thuộc vào số nuclôn của hạt nhân Năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn là
A
W lk
gọi là năng lượng liên kết riêng