Giải bài tập Vật lý 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

§36. NĂNG LƯỠNG LIÊN KẾT CÙA HẠT NHÂN.
PHÀN ƯNG HẠT NHÂN
A. KIẾN THỨC Cơ BẢN
Lực hạt nhân
Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dần. Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân.
Năng lượng liên kết của hạt nhân
Độ hụt khôi Xét hạt nhân zX
Khôi lượng các nuclon tạo thành hạt nhân X là:
Zmp + (A - Z)mn
Khôi lượng của hạt nhân là mx-
Độ hụt khối: Am = Zmp + (A - Z)mn - nix
Vậy khôi lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khôi lượng của các nuclôn rạo thành hạt nhân đó.
Năng lượng liên kết
Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khôi của hạt nhân với thừa sô' c2
Wilt = Am.c2
Năng lượng liên kết riêng —■ *-■
A
Mức độ bền vững của hạt nhân tùy thuộc vào năng lượng liên kết riêng. Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của hạt nhân được chia làm hai loại:
Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình phóng xạ.
Phản ứng hạt nhân kích thích: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch
Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
Xét phản ứng hạt nhân:
Ai	A2	A*	A4
"a +_b -»'x +_y z, z2 z, Z4
Bảo toàn điện tích: Zi + z2 = z3 + z4
Bảo toàn số nuclôn: Ai + A2 = A3 + A4
Bảo toàn năng lượng toàn phần
Bảo toàn động lượng.
Năng lượng của phản ứng hạt nhân
w — (ưitrước msau)c 0
w > 0: Tỏa năng lượng (mtrước> msau) => wtỏa = w = (mtrước- msau) c2 w Wthu = |w| =- w
B. CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC
33 Giải thích rõ han Bảng 36.1.
Phản ứng hoá học
Phản ứng hạt nhân
Biến đổi các phân tử
Biến đổi các hạt nhân
Bảo toàn các nguyên tử
Biến đổi các nguyên tô
Bảo toàn khối lượng nghỉ
Không bảo toàn khôi lượng nghỉ
Hướng dẫn trả lời
So sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học.
Phản ứng hóa học:
2Na + 2HC1 -> 2NaCl + H2
Có sự biến đổi các phân tử như: HC1 đổi thành NaCl
Có sự bảo toàn các nguyên tử: Sô’ các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.
Có sự bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khôi lượng nghỉ trước và sau phản ứng bằng nhau.
Phản ứng hạt nliân:
gHe + “N +1,lMev —> Ịh + 17SO
Có sự biến đổi các hạt nhân như: hạt nhân sinh ra khác với hạt nhân ban đầu.
Có sự biến đổi các nguyên tố.
Không bảo toàn khôi lượng nghỉ: Tổng khôi lượng nghỉ của các hạt sinh ra lớn hơn tổng khối lượng nghỉ của các hạt ban đầu.
c. BÀI TẬP
Hãy chọn câu đúng.
Năng lượng liên kết riêng
A. giống nhau với mọi hạt nhân.	B. lớn nhất với các hạt nhân nhẹ.
c. lớn nhất với các hạt nhân trung bình.	D. lớn nhất với các hạt nhân nặng.
Hãy chọn câu dũng.
Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là:
A. lực tĩnh điện.	B. lực hấp dẫn.
c. lực điện từ.	D. lực tương tác mạnh.
Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là bao nhiêu'?
A. 10~13cm.	B. lO^cm.	c. 10~10cm.	D. Vô hạn.
Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn nhất?
A. Heli.	B. Cacbon.	c. sắt.	D. Urani.
Năng lượng liên kết của ^Ne là 160,64 MeV. Xác định khối lượng của nguyên tử „Ne.
„ .	W?
Khối lượng nguyên tử của ^Fe là 55,934939u. Tinh Wch và -ỵ-
7. Hoàn chỉnh các phản ứng sau:
ịLi + ?	
+ '„n
•
fB + ? —
3^ + \He
“CZ + ?
-*%S+<2He
8. Phản ứng:
~h-
	>2(ịHe)
Tỏa năng lượng 22,4 MeV. Tinh khối lượng nguyên tử của ịLi. (Khối lượng của3 H và 2 He coi như đã biết).
9. Chọn câu sai.
Trong một phán ứng hạt nhân, có bảo toàn
B. dộng lượng D. diện tích
B. ỉ H + Ịh	> ịHe
D. 42He+ ị4N	> |70+ [h
A. năng lượng c. dộng năng
Phản ứng nào sau đây thu năng lượng:
A. 11H+ 2jH	> 32He
c. 2jH+ 3jH	> ịỉle.+ Ặrt
Hướng dẫn giải
Chọn đáp án c.
Năng lượng liên kết riêng lớn nhất với các hạt nhân trung bình là những hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn ứng với:
50 < A < 95.
Chọn đáp án D.
Bản châ't lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực tương tác mạnh.
Chọn đáp án A.
Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là 10“13cm.
Chọn đáp án c.
Vì hạt nhân Fe có số khôi trung bình 50 < A < 95
“Ne ■
wlk = (lOnip + 10mn - mNe)c2
= 160,64 Mev = 16„°’64uc2= 0,17245uc2
931,5
=>	10.1,00728u+10.1,00866u - mNe = 0,17245u
Khối lượng hạt nhân mne = 19,98695u Khối lượng nguyên tử “Ne là m = mNe + 10me
=> m = 19,98695u + 10.0,00055u m = 19,98695u
Năng lượng liên kết của 2^Fe
wik = (26mp + 30mn - mFe)c2
= (26.1,00728u + 30.1,0086u - 55,934939u).c2 = 0,514141uc2 = 0,514141.931,5Mev
w,k = 478,9223415(Mev)
Năng lượng liên kết riêng
Wlk 478,9223415	_ «010,M	,	,	,
—	= 8,55218(Mev / nuclon)
A	56
Hoàn chỉnh các phản ứng
|Li+ gX-> ỊBe+Jn
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn 3 + Z = 4 + 0=>Z = l 6 + A=7 + l=>A = 2 Vậy aX=2H=2D |Lĩ+ 2D -> 7Be + gn
“B+	ỊLi+ gHe
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn
5 + Z = 3 + 2=>Z = 0
10 + A= 7 + 4=>A=l
Vậy lx=ỉn
™B+ £n -> ỊLi+ ịĩĩe
Tương tự: “C1 + ịx -> ®2S + 4Re
=> 35(31+iH—> igS+^He
2H+|Li->2(ịHe)
Năng lượng tỏa ra
w = (mH + mLi - 2mHe)c2 =-22’4-uc2 = 0,024uc2 931,5
=> mLi = 0,024u + 2mHe - mH = 0,024u + 2.4,0015u - 2,0141u => mLi = 6,0129u
Khôi lượng nguyên tử Li là m = mLi + 3.me = 6,0129u + 3.0,00055u m = 6,01455u.
Chọn đáp án c.
Trong phản ứng hạt nhân, không có bảo toàn động năng.
Phản ứng thu nàng lượng là phản ứng D.
4He + ị4N + l,lMeV	> ị7O+ |H
Các phản ứng còn lại là phản ứng toả năng lượng:
ỈH+	2H	>	®He + 23,8 MeV
2H+	2H	>	4He + 5,4 MeV
c. 2H+	?H	>	4He + ồn + 17-6 MeV-