Giải Vật Lý 12 Bài 36. Năng lượng liên kết của hạt nhân - Phản ứng hạt nhân

Bài 36. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN.
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
A. KIẾN THỨC CẨN NẮM VỮNG
Phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi của chúng thành hạt khác. Hai hạt nhân A và B tương tác với nhau và biến thành các hạt nhân c và D.
Phương trình của phản ứng được viết như sau: A + B —> c + D.
Trong sô’ các hạt này có thể có các hạt đơn giản hơn hạt nhân (hạt sơ câ’p như nuclôn, electron, phôtôn..)
Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Các định luật bảo toàn sau đây đã được kiểm nghiệm là hoàn toàn đúng đôì với các phản ứng hạt nhân:
Bảo toàn số’ nuclôn (số khôi A)
Proton có thể biến thành nơtron và ngược lại, nhưng các sô' nuclôn ở vế trái vế phải của phương trình phản ứng bao giờ cũng bằng nhau. Bảo toàn sô' nuclôn cũng là bảo toàn sô' khôi A.
Bảo toàn điện tích (nguyên tử sô' Z)
Các hạt nhân trong phản ứng chỉ tương tác với nhau, không tương tác với vật nào khác nên hợp thành một hệ kín, cô lập về điện. Tổng điện tích (tổng nguyên tử sô' Z) các hạt ở vê' trái và vê' phải của phương trình phản ứng bao giờ cũng bằng nhau.
Bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng của các hạt tham gia phản ứng
Khi nghiên cứu thê' giới vĩ mô, tức là các hạt râ't lớn so với phân tử, nguyên tử thì năng lượng và động lượng của một hệ kín được bảo toàn. Vật lí hạt nhân đã đi tới kết luận rằng hai định luật bảo toàn này vẫn đúng với thê' giới vi mô, nghĩa là đúng đô'i với hệ kín gồm các nguyên tử, hạt nhân...
Chú ỷ: Trong vật lí hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lượng của hệ.
Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Trong phản ứng hạt nhân, tổng khôi lượng mo của các hạt ban đầu có thể khác với tổng khối lượng m của các hạt sinh ra. Nếu m mo thì phản ứng chỉ xảy ra, nếu cung cấp năng lượng cho các hạt ban đầu.
B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP
Bài 1. Hãy chọn câu đúng:
Năng lượng liên kết trên một nuclôn:
Giông nhau với mọi hạt nhân.
Lớn nhất với các hạt nhân nhẹ.
c. Lớn nhất với các hạt nhân trung bình.
D. Lớn nhất với các hạt nhân nặng.
Trả lời
Năng lượng liên kết trên một nuclôn lớn nhất với các hạt nhân trung bình Chọn câu c.
Bài 2. Chọn câu đúng.
Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là:
A. Lực tĩnh điện.	B. Lực hấp dân.
c. Lực điện từ.	D. Lực tương tác mạnh.
Trả lời
Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là lực tương tác mạnh => Chọn câu D.
Bài 3. Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là bao nhiêu?
A. IO’13 cm. B. 10’8 cm. c. 1O~10 cm. D. Vô hạn.
Trả lời
Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là 10_13cm => Chọn câu A.
Bài 4. Hạt nhân nào có năng lượng liên kết lớn nhất?
A. Hêli.	B. Cacbon. c. sắt.	D. Urani.
Trả lời
Hạt nhân sắt có năng lượng liên kết lớn nhất => Chọn câu c.
Bài 5. Năng lượng liên kết của 10Ne là 160,64MeV. Xác định khối lượng của nguyên tử 10 Ne .
Trả lời
Ta có: Elk = A mc2 => Am = 160’ 6- = 0 17245u. 931,5
Khối lượng hạt nhân Ne :
m = 10(mp - mn) - Am
= 10(1,00728 + 1,00866) - 0,17245 = 19,98695u Khô'i lượng của nguyên tử 10 Ne :
mnt = m + 10me = 19,98695u + 10.5,486.10~4 = 19,992436u.
_	w„.
Bài 6. Khối lượng nguyên tử của ^Fe là 55,934939u. Tính Wik và —7s-.
A
Trả lời
Nếu bỏ qua khô'i lượng các electron, coi khối lượng hạt nhân gần đúng bằng khôi lượng nguyên tử thì năng lượng liên kết của 26 Fe là:
Wik = (26pm + 30mn - m)c2 = 478,9223415MeV
Năng lượng liên kết riêng: wi 478,923415 o
—7- =	-77-	= 8,5522 MeV/nuclôn
A 56
Bài 7. Hoàn chỉnh các phản ứng sau:
jLi + ?-> ^Be+ón
+ 73Li + 4He
17CI + ?—> 'ỈỒSĨ +4He
Trả lời
Xét phản ứng: 3L1 + zX —> 460+ (Jn
Theo định luật bảo toàn số khối: 6 + A= 7 + l=>A = 2. Theo định luật bảo toàn điện tích: 3 + Z = 4 + 0=>Z=l. Vậy AZX^D.
Phản ứng đầy đủ: jLi+^D—>4Be + ón
Xét phản ứng: ‘°B+ zX —> 3L1 + 2He
Theo định luật bảo toàn số khối: 10 + A = 7 + 4 => A = 1. Theo định luật bảo toàn điện tích: 5 + Z = 3 + 2 => z = o. Vậy >'n.
Phản ứng đầy đủ: '5B + ỏn —> 3L1 + 4He
Xét phản ứng: ^C1 + zX —> |fiSi + 2He
Theo định luật bảo toàn số’ khôi: 35 + A = 22 + 4 => A = 1. Theo định luật bảo toàn điện tích: 17 + z = 16 + 2 => z = 1. Vậy *X=jH.
Phản ứng đầy đủ: pCl+.jH —> ifcSi + 4He
Bài 8. Phản ứng 3L1+ 2H ->2(4He) tỏa năng lượng 22,4MeV. Tính khôi lượng nguyên tử của 3 Li. (Khôi lượng của |H, 2 He coi như đã biết).
Trả lời
Ta có: [m( 3 Li) + m( I H ) - 2m( 4 He )]c2 = 22,4MeV
22.4
=> m( 3 Li) + m(]H ) - 2m( 4 He ) = 7":’ • • = 0,024047u.
931,5
=> m( 3L1) = 0,024047u - 2,01345 + 2.4,0015 = 6,01363u.
Khối lượng nguyên tử của 3 Li là:
mnt = 6,01363 + 3.5,486.10~4 = 6,15276.
Bài 9. Chọn câu sai:
Trong một phản ứng hạt nhân có bảo toàn:
A. Năng lượng. B. Động lượng. c. Động năng. c. Điện tích.
Trả lời
Chọn câu B.
Bài 10. Phản ứng nào sau đây thu năng lượng?
A. jH+fH-^He	B. 2H+2H->4He
c. JH+|H-> ^He+ỏn	D. 4H+l4N-> "0+JH
Trả lời
Phản ứng: 4H + 14N —> 'gO + jH thu năng lượng => Chọn câu D.
Bài 37. PHÓNG XẠ
A. KIẾN THỨC CẨN NẮM vững