Lí thuyết và bài tập Vật lí Lớp 12 - Chương 7: Hạt nhân nguyên tử

Nội dung text: Lí thuyết và bài tập Vật lí Lớp 12 - Chương 7: Hạt nhân nguyên tử

1. CHƯƠNG VII. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I. CÔNG THỨC CẦN NHỚ 1/ Khối lượng của hạt khi chuyển động: m ; trong đó m0: khối lượng nghỉ m 0 v 2 1 c 2 2/Năng lượng toàn phần: E = mc2 2 3/ Năng lượng nghỉ: E0 = m0c 2 4/ Động năng của vật: Wđ = E – E0 = (m - m0)c 5/ Kí hiệu hạt nhân một số hạt: 1 1 - 0 + 0 4 proton: 1 p ; notron: 0 n ;  : 1e ;  : 1:e 2 He A 6/ Độ hụt khối: m = Zmp + (A – Z)mn – m(Z X ) W = 931,5Δm 6 -13 7/ Năng lượng liên kết: lk (MeV) ; 1MeV= 10 eV = 1,6.10 J W 8/ Năng lượng liên kết riêng: ε = lk A W = 931,5Δm 9/ Năng lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng: (MeV); với: m = mtrước - msau Hoặc W = ( msau - mtrước).931,5 W = sau Asau -trước Atrước t N = N e - λ t = N 2 T 10/ Số hạt nhân còn lại: 0 0 11/ Số hạt nhân bị phân rã N = N (1 - 2 -t / T ) 0 ln2 0,693 12/ Chu kì bán rã: T = = : hằng số phân rã(s-1) λ λ II. CÔNG THỨC MỞ RỘNG mNA 1/ Số hạt nhân nguyên tử: N = A: số khối; m: khối lượng; NA: số Avogadro A ZmN (A - Z)mN 2/ Số proton có trong m(g): N = A 3/ Số notron có trong m(g): N = A p A p A III. LÝ THUYẾT Bài 35. TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN 1. Cấu tạo hạt nhân a. Đặc điểm: - Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z là số thứ tự trong bảng tuần hoàn). - Kích thước hạt nhân rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 104  105 lần. b. Cấu tạo hạt nhân
2. + Nếu mtrước > msau , W > 0 phản ứng toả năng lượng. + Nếu mtrước < msau , W < 0 phản ứng thu năng lượng. *Lưu ý: Không có định luật bảo toàn số nơtron và bảo toàn khối lượng nghỉ trong phản ứng hạt nhân. Bài 37. PHÓNG XẠ 1. Hiện tượng phóng xạ a. Định nghĩa: - Là quá trình biến đổi hạt nhân và diễn ra tự phát. - Hạt nhân tự phân hủy là hạt nhân mẹ, hạt nhân tạo thành là hạt nhân con. b. Các dạng phóng xạ A A 4 4 A A 4 1) Phóng xạ : Z X Z 2Y 2 He , Dạng rút gọn: Z X  Z 2Y 4 7 * Tia : là dòng hạt nhân 2 He chuyển động với vận tốc 2.10 m/s. Đi được chừng vài cm trong không khí và chừng vài m trong vật rắn. - 0 - 2) Phóng xạ  () 1e : Tia  là dòng êlectron. A X AY 0e 0 , Dạng rút gọn: A X  AY Z Z 1 1 0 Z Z 1 + 0 + 3) Phóng xạ  ( 1e ) : Tia  là dòng pôzitron. A X AY 0e 0 Dạng rút gọn: A X  AY Z Z 1 1 0 , Z Z 1 * Tia  - và + chuyển động với tốc độ c, truyền được vài mét trong không khí và vài mm trong kim loại. 4) Phóng xạ : E2 – E1 = hf - Phóng xạ  là phóng xạ đi kèm phóng xạ - và +. - Tia  đi được vài mét trong bêtông và vài cm trong chì. 2. Định luật phóng xạ a. Đặc tính của quá trình phóng xạ: - Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân. - Có tính tự phát và không điều khiển được. - Là một quá trình ngẫu nhiên. *Lưu ý: Phóng xạ là một quá trình xảy ra tự phát, không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài( nhiệt độ, áp suất, ) Bài 38: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Cơ chế của phản ứng phân hạch a. Phản ứng phân hạch là gì? Là sự vỡ của một hạt nhân nặng thành 2 hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơtrôn phát ra). b. Phản ứng phân hạch kích thích: n + X X* Y + Z + kn , (k = 1, 2, 3) - Quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*. 2. Phản ứng phân hạch toả năng lượng
3. 27 30 Câu 6: Cho phản ứng hạt nhân α + Al13 → P15 + X . Xác định hạt nhân X? Giải 27 Câu 7: Cho phản ứng hạt nhân: α + A13 → X + n. Xác định hạt nhân X? Giải 23 Câu 8: Biết khối lượng của prôtôn là 1,00728 u; của nơtron là 1,00866 u; của hạt nhân 11 Na là 22,98373 2 23 u và 1u = 931,5 MeV/c . Tính năng lượng liên kết của 11 Na . (186,5MeV) Giải 10 Câu 9: Khối lượng của hạt nhân 5 X là 10,0113u; khối lượng của proton m p = 1,0072u, của nơtron mn = 1,0086u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này (cho u = 931 MeV/e2). (6,3MeV) Giải 23 1 4 20 23 20 Câu 10: Cho phản ứng hạt nhân: 11 Na 1 H 2 He 10 Ne . Lấy khối lượng các hạt nhân 11 Na ; 10 Ne ; 4 1 2 2 He ; 1 H lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5 MeV/c . Tính năng lượng tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng. (tỏa ra 2,4219 MeV) 14 - Câu 11: Hạt nhân C6 phóng xạ β . Hạt nhân con được sinh ra có bao nhiêu prôtôn và nơtrôn? (7; 7) Giải Câu 12: Ban đầu có một lượng chất phóng xạ X nguyên chất, có chu kì bán rã là T. Sau thời gian t = 2T kể từ thời điểm ban đầu. Xác định tỉ số giữa số hạt nhân chất phóng xạ X phân rã thành hạt nhân của nguyên tố khác và số hạt nhân chất phóng xạ X còn lại. (3) Giải Câu 13: Ban đầu có N0 hạt nhân của một mẫu phóng xạ nguyên chất. chu kì bán rã của chất phóng xạ này là T. Sau thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa phân rã của mẫu phóng xạ này bằng bao nhiêu? (N0/8) Giải Câu 14: Ban đầu có N0 hạt nhân của một chất phóng xạ. Giả sử sau 4 giờ, tính từ lúc ban đầu, có 87,5% số hạt nhân của đồng vị này bị phân rã. Tính chu kì bán rã của chất đó. (4/3h) Giải Câu 15: Ban đầu có N0 hạt nhân của một đồng vị phóng xạ. Giả sử sau 9 giờ kể từ thời điểm ban đầu, có 75% số hạt nhân N0 bị phân rã. Tính chu kì bán rã của chất đó. (4,5h) Giải 131 Câu 16: X¸c ®Þnh chu k× b¸n r· cña ®ång vÞ ièt 53 I biÕt r»ng sè nguyªn tö cña ®ång vÞ Êy cø mét ngµy ®ªm th× gi¶m ®i 8,3%. Giải 235 Câu 17: Khi một hạt nhân 92U bị phân hạch thì tỏa ra năng lượng 200MeV. Cho số A-vô-ga-đrô NA= 23 -1 235 23 6,02.10 mol . Nếu 1g 92U bị phân hạch hoàn toàn thì năng lượng tỏa ra bằng bao nhiêu? (5,1.10 MeV) Giải
4. C. phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn. D. phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng. Câu 12: Phóng xạ và phân hạch hạt nhân A. đều có sự hấp thụ nơtron chậm. B. đều là phản ứng hạt nhân thu năng lượng. C. đều không phải là phản ứng hạt nhân. D. đều là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng. 35 Câu 13: Hạt nhân 17 Cl có A. 17 nơtron. B. 35 nuclôn. C. 18 prôtôn. D. 35 nơtron. Câu 14: Khi nói về tia , phát biểu nào sau đây không đúng? A. Tia  không phải là sóng điện từ. B. Tia  có khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia X. C. Tia  không mang điện. D. Tia  có tần số lớn hơn tần số của tia X. Câu 15: Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì có A. năng lượng liên kết càng nhỏ . B. năng lượng liên kết càng lớn. C. năng lượng liên kết riêng càng lớn. D. năng lượng liên kết riêng càng nhỏ 19 4 16 Câu 16: Cho phản ứng hạt nhân: X + 9 F 2 He 8 O . Hạt X là A. anpha. B. nơtron. C. đơteri. D. prôtôn. 3 3 Câu 17: Hai hạt nhân 1 T và 2 He có cùng A. số nơtron. B. số nuclôn. C. điện tích. D. số prôtôn. 4 7 56 235 Câu 18: Trong các hạt nhân: 2 He , 3 Li , 26 Fe và 92 U , hạt nhân bền vững nhất là 235 56 7 4 A. 92 U B. 26 Fe . C. 3 Li D. 2 He . B. Trắc nghiệm định lượng 2 2 2 1 Câu 1: Xét một phản ứng hạt nhân: 1 H + 1 H → 1 He + 0 n . Biết khối lượng của các hạt nhân MH = 2 2,0135u ; mHe = 3,0149u ; mn = 1,0087u ; 1u = 931MeV/c . Năng lượng phản ứng trên toả ra là A. 7,4990 MeV. B. 2,7390 MeV. B. C. 1,8820 MeV. D. 3,1654 MeV. 23 238 Câu 2: Biết số Avôgađrô là 6,02.10 /mol, khối lượng mol của urani 92U là 238g/mol. Số nơtrôn (nơtron) trong 119gam urani U 238 là A. 8,8.1025. B. 1,2.1025. C. 4,4.1025. D. 2,2.1025. 37 Câu 3: Hạt nhân 17 Cl có khối lượng nghỉ bằng 36,956563u. Biết khối lượng của nơtrôn (nơtron) là 1,008670u, khối lượng của prôtôn (prôton) là 1,007276u và u = 931 MeV/c 2. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân bằng A. 9,2782 MeV. B. 7,3680 MeV. C. 8,2532 MeV. D. 8,5684 MeV. 23 Câu 4: Biết số Avôgađrô N A = 6,02.10 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó. Số 27 prôtôn (prôton) có trong 0,27 gam 13 Al là A. 6,826.1022. B. 8,826.1022. C. 9,826.1022. D. 7,826.1022. 10 Câu 5: Hạt nhân 4 Be có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrôn (nơtron) mn = 1,0087u, khối lượng 2 10 của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 4 Be là A. 0,6321 MeV. B. 63,2152 MeV. C. 6,3215 MeV. D. 632,1531 MeV. 23 -1 238 Câu 6: Biết NA = 6,02.10 mol . Trong 59,50 g 92 U có số nơtron xấp xỉ là A. 2,38.1023. B. 2,20.1025. C. 1,19.1025. D. 9,21.1024. 23 1 4 20 23 20 Câu 7: Cho phản ứng hạt nhân: 11 Na 1 H 2 He 10 Ne . Lấy khối lượng các hạt nhân 11 N ;a 10 N ;e 4 1 2 2 He ; 1 H lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5 MeV/c . Trong phản ứng này, năng lượng
5. 4 1 7 4 Câu 18: Tổng hợp hạt nhân heli 2 He từ phản ứng hạt nhân 1 H 3 Li 2 He X . Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5 mol heli là A. 1,3.1024 MeV. B. 2,6.1024 MeV. C. 5,2.1024 MeV. D. 2,4.1024 MeV. Câu 19: Một hạt có khối lượng nghỉ m 0. Theo thuyết tương đối, khối lượng động (khối lượng tương đối tính) của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6 c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là A. 1,25 m0. B. 0,36 m0 C. 1,75 m0 D. 0,25 m0 Câu 20: Giả sử sau 3 giờ phóng xạ (kể từ thời điểm ban đầu) số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ còn lại bằng 25% số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của đồng vị phóng xạ đó bằng A. 2 giờ. B. 1,5 giờ. C. 0,5 giờ. D. 1 giờ. Câu 21: Gọi  là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2 số hạt nhân còn lại của đồng vị đó so với số hạt nhân ban đầu bằng A. 25,25%. B. 93,75%. C. 6,25%. D. 13,5%. Câu 22: Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã T. Biết rằng số hạt nhân bị phân rã trong khoảng thời gian t bằng ba lần số hạt nhân còn lại của đồng vị ấy. Giá trị của t bằng A. 0,5T. B. 3T. C. 2T. D. T. Câu 23: Một chất phóng xạ ban đầu có N 0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là N N N N A. 0 . B. 0 C. 0 D. 0 16 9 4 6 Câu 24: Ban đầu có N0 hạt nhân của một mẫu chất phóng xạ nguyên chất có chu kì bán rã T. Sau khoảng thời gian t = 0,5T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa bị phân rã của mẫu chất phóng xạ này là N0 N0 N0 A. . B. . C. . D. N0 2 . 2 2 4 Câu 25: Trong khoảng thời gian 4 h có 75% số hạt nhân ban đầu của một đồng vị phóng xạ bị phân rã. Chu kì bán rã của đồng vị đó là A. 2 h. B. 1 h. C. 3 h. D. 4 h. Câu 26: Chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Ban đầu (t = 0), một mẫu chất phóng xạ X có số hạt là N 0. Sau khoảng thời gian t=3T (kể từ t = 0), số hạt nhân X đã bị phân rã là A. 0,25N0. B. 0,875N0. C. 0,75N0. D. 0,125N0 TUYỂN TẬP MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM TRONG CÁC ĐỀ THI MINH HỌA VÀ ĐỀ THI CHÍNH THỨC KỲ THI TỐT NGHIỆP THPT ( Từ năm 2017 đến 2021) 2 4 Câu 1: Ở nhiệt độ cao, hai hạt nhân Đơ-tê-ri ( 1 H ) kết hợp với nhau thành hạt nhân Heli ( 2 He ). Đây là A. phản ứng nhiệt hạch. B. phản ứng hóa học. C. quá trình phóng xạ. D. phản ứng phân hạch. Câu 2: Theo thuyết tương đối, một vật đứng yên có năng lượng nghỉ E0 và khi chuyển động có năng lượng toàn phần là E, động năng của vật lúc này là 1 1 A. W E E B. W E E . C. W E E . D. W E E . d 2 0 d 0 d 0 d 2 0 2 9 A 4 Câu 3: Cho phản ứng hạt nhân 1 He 4 Be Z X 2 He . Giá trị của Z là A. 15. B. 7. C. 3. D. 4.
6. Câu 20: Hai hạt nhân đồng vị là hai hạt nhân có A. cùng số nuclôn và khác số prôtỏn.B.cùng số prôtôn và khác số notron. C. cùng số notron và khác số nuclon.D. cùng số notron và cùng số prỏtôn. Câu 21: Phản ứng hạt nhân nào sau đây là phản ứng phân hạch? 2 3 4 1 4 14 17 1 A. 1 H 1 H 2 He 0 n. B. 2 He 7 N 8 O 1 H 1 235 95 138 1 1 14 14 1 C. 0 n + 92U 39Y + 53 I + 3 0 n D. 0 n 7 N 6 C 1 H 90 Câu 22: Hạt nhân 40 Zr có năng lượng liên kết là 783MeV.Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này là A. 19,6 MeV/nuclôn. B. 6,0 MeV/nuclôn. C. 8,7 MeV/nuclôn. D. 15,6 MeV/nuclôn. Câu 23: Phản ứng hạt nhân nào sau đây không phải là phản ứng nhiệt hạch? 2 3 4 1 1 3 4 A. 1 H + 1 H → 2 He + 0 nB. 1 H + 1 H → 2 He. 2 2 4 210 4 206 C. 1 H + 1 H → 2 HeD. 82 Po → 2 He + 82 Pb 197 Câu 24: Số nuclôn có trong hạt nhân 79 Au là A. 197B. 276C. 118D. 79 235 Câu 25: Hạt nhân 92 U có năng lượng liên kết là 1784 MeV. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này là A. 5,45 MeV/nuclôn B. 12,47 MeV/nuclôn C. 7,59 MeV/nuclôn D. 19,39 MeV/nuclôn Câu 26: Hạt nhân nào sau đây có thể phân hạch? 9 12 235 4 A. 4 Be. B. 6C. C. 92U. D. 2 He. 37 Câu 27: Cho khối lượng của proton, notron, hạt nhân 18 Ar lần lượt là 1,0073 u; 1,0087 u; 36,9565 u. Độ 37 hụt khối của 18 Ar là A. 0,03650 u. B. 0,3384 u. C. 0,3132 u. D. 0,3402 u. 210 206 Câu 28: Chất phóng xạ pôlôni 84 Po phát ra tia và biến đổi thành chì 82 Pb . Biết chu kì bán rã Pôlôni 210 là 138 gày. Ban đầu có một mẫu pô lô ni nguyên chất với N0 hạt nhân 84 Po . Sau bao lâu thì 0,75 N0 hạt nhân chì được tạo thành ? A. 276 ngày. B. 138 ngày. C. 552 ngày. D.414 ngày. Câu 29: Khi nói về các tia phóng xạ, phát biểu nào sau đây là sai? A. Tia + là các dòng pozitron. B. Tia  có bản chất là sóng điện từ. - 1 4 C. Tia  là các dòng hạt nhân 1 H . D. Tia là các dòng hạt nhân 2 He . Câu 30: Khi nói về các tia phóng xạ, phát biểu nào sau đây sai? 1 + A. Tia  là dòng các hạt nhân 1 H B. Tia  là dòng các pôzitron - 4 B. Tia  là dòng các electron D. Tia là dòng các hạt nhân 2 He 239 Câu 31: Số prôtôn có trong hạt nhân 94 Pu là A. 145. B. 239. C. 333. D. 94. 107 Câu 32: Hạt nhân 47 Ag có khối lượng 106,8783 u. Cho khối lượng của proton và notron lần lượt là 2 107 l,0073 u và l,0087 u; 1 u = 931,5 MeV/c . Năng lượng liên kết của hạt nhân 47 Ag là A. 902,3 MeV. B. 919,2 MeV. C. 939,6 MeV. D. 938,3 MeV. Câu 33: Khi nói về các tia phóng xạ, phát biểu nào sau đây sai + 1 A. Tia  là dòng các pôzitron B. Tia là dòng các hạt nhân 1 H B. Tia - là dòng các electron D. Tia  có bản chất là sóng điện từ.