Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

Xem toàn bộ tài liệu Lớp 12: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 nâng cao
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12
• Giải Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

C1 trang 184 SGK: Giải thích rõ hơn bảng 36.1

Trả lời:

So sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học.

Phản ứng hóa học:

Có sự biến đổi các phân tử như: HCl đổi thành NaCl.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn các nguyên tử: Số các nguyên tử trước và sau phản ứng bằng nhau.

Có sự bảo toàn khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ trước và sau phản ứng bằng nhau.

Phản ứng hạt nhân:

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 khối lượng nghỉ: Tổng khối lượng nghỉ của các hạt sinh ra lớn hơn tổng khối lượng nghỉ của các hạt ban đầu.

Bài 1 (trang 187 SGK Vật Lý 12): 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.

Lời giải:

Chọn đáp án C.

Năng lượng liên kết riêng ε (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): ε = ΔE/A.

Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại. Thực tế các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 80u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (cỡ 8,8MeV/1nuclon) nên bền hơn các hạt nhân có số khối ngoài khoảng.

Bài 2 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Hãy chọn câu đúng.

Bản chất lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân là:

A. Lực tĩnh điện

B. Lực hấp dẫn.

C. Lực điện từ

D. Lực tương tác mạnh.

Lời giải:

Chọn đáp án D.

Bản chất lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân là lực tương tác mạnh.

Bài 3 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là bao nhiêu?

A. 10-13 cm

B. 10-8 cm

C. 10-10cm

D. Vô hạn

Lời giải:

Chọn đáp án A.

Các nuclon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn, nó là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân (lực tương tác mạnh). Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10-15 m = 10-13 cm).

Bài 4 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Hạt nhân nào có năng lượng liên kết riêng lớn nhất?

A. Heli

B. Cacbon

C. Sắt

D. Urani

Lời giải:

Chọn đáp án C.

Các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 80u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (cỡ 8,8MeV/1nuclon) nên bền hơn các hạt nhân có số khối ngoài khoảng.Vì hạt nhân Fe có số khối lượng trung bình 50 > A > 80 nên bền vũng hơn các hạt ngoài khoảng.

Bài 5 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Năng lượng liên kết của là 160,64 MeV. Xác định khối lượng của nguyên tử

Lời giải:

Wlk = Δm.c2 = (10mp + 10mn – mNe).c2 = 160,64 MeV = 160,64.uc2/931,5 = 0,17245uc2

⇒ 10.1,00728u + 10.1,00866u – mNe = 0,17245u.

Khối lượng hạt nhân mNe = 10.1,00728u + 10.1,00866u – 0,17245u = 19,98695u.

Khối lượng nguyên tử là: mnt = mNe + 10me

⇒ mnt = 19,98695u + 10.0,00055u = 19,98695u.

Bài 6 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Khối lượng nguyên tử của là 55,934939u. Tính Wek và Wlk/A

Lời giải:

Năng lượng liên kết của

Wlk = (26mp + 30mn – mFe).c2 = (26.1,00728u + 30.1,0086u – 55,934939u).c2

⇔ 0,514141uc2 = 0,514141. 931,5 MeV = 478,9223415 (MeV)

Năng lượng liên kết riêng:

Bài 7 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Hoàn chỉnh các phản ứng sau:

Lời giải:

Hoàn chỉnh các phản ứng

a) Xét phản ứng:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 3 + Z = 4 + 0 → Z = 1

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 6 + A = 7 + 1 → A = 2

Vậy

Phản ứng đầy đủ:

b) Xét phản ứng:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 5 + Z = 3 + 2 → Z = 0

Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon: 10 + A = 7 + 4 → A = 1

Vậy

Phản ứng đầy đủ:

c) Tương tự:

s

Bài 8 (trang 187 SGK Vật Lý 12):Phản ứng:

Tỏa năng lượng điện 22,4 MeV. Tính khối lượng nguyên tử của . (Khối lượng của và lần lượt là 2,01400u và 4,00150u).

Lời giải:

Năng lượng tỏa ra của phản ứng là:

W = (mH + mLi – 2.mHe)c2 = 22,4 MeV = 22,4u.c2/931,5 = 0,024047u.c2

→ Khối lượng nguyên tử của :

mLi = 0,024047u + 2mHe – mH = 0,024047u + 2.4,00150u – 2,0140u = 6,01307u

Khối lượng nguyên tử Li là :

mnt = mLi + 3.me = 6,01307u + 3.0,00055u = 6,01472u

Bài 9 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Chọn câu sai: Trong một phản ứng hạt nhân, có bảo toàn.

A. năng lượng

B. động năng

C. động năng

D. điện tích

Lời giải:

Chọn đáp án C

Trong phản ứng hạt nhân, không có bảo toàn động năng.

Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:

– Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4

– Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4

– Bảo toàn động lượng: p1→ + p2→ = p3→ + p4→ hay m1v1→ + m2v2→ → m3v3→ + m4v4→

– Bảo toàn năng lượng toàn phần: KX1 + KX2 + ΔE hoặc ∑ Ktrước pứ + ΔE = ∑ Ksau pứ

(Trong đó: ΔE là năng lượng phản ứng hạt nhân (ΔE > 0 toả năng lượng, ΔE < 0 thu năng lượng); KX là động năng chuyển động của hạt X.)

Lưu ý: Phóng xạ hay phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật bảo toàn khối lượng, năng lượng nghỉ, số proton, notron, electron, cơ năng (năng lượng cơ học).

Bài 10 (trang 187 SGK Vật Lý 12): Phản ứng nào sau đây thu năng lượng

Lời giải:

Chọn đáp án D

Phản ứng thu năng lượng là phản ứng D.

Các phản ứng còn lại là phản ứng tỏa năng lượng: