Bài tập Phản ứng hạt nhân, năng lượng liên kết hạt nhân: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 trang 186, 187 SGK Vật lý 12 bài 36

10:37:5327/05/2022

Sau khi tìm hiểu lý thuyết về Lực hạt nhân, độ hụt khối, năng lượng liên kết; Định nghĩa và đặc tính của hạt nhân; các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân và năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.

Bài viết này chúng ta sẽ vận dụng các kiến thức lý thuyết về Phản ứng hạt nhân, năng lượng liênkết của hạt nhân để giải các bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 trang 186, 187 SGK Vật lý 12.

• Lý thuyết Vật lí 12 Bài 36: Năng lượng liên kết hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

* Bài 1 trang 186 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. lớn nhất với các hạt nhân trung bình

Năng lượng liên kết riêng W_lkr của mỗi hạt nhân là năng lượng tính cho 1 nuclôn trong hạt nhân.

* Bài 2 trang 186 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.Lực tương tác mạnh.

Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn 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^-13cm B. 10^-8cm

C. 10^-10cm D. Vô hạn

> Lời giải:

• Chọn đáp án: A. 10^-13cm

Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10^-15m = 10^-13cm).

* 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. Sắt

Các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 80u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (cỡ 8,8MeV/1nuclôn) 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 vững hơn các hạt nhân ngoài khoảng này.

* Bài 5 trang 187 SGK Vật Lý 12: Năng lượng liên kết của $small _{10}^{20} extrm{Ne}$ là 160,64 MeV. Xác định khối lượng của nguyên tử $_{10}^{20} extrm{Ne}$

> Lời giải:

- Ta có: hạt nhân $_{10}^{20} extrm{Ne}$ có 10 prôtôn và nơtron nên:

W_lk = Δm.c² = (10m_p + 10m_n – m_Ne).c²

$small =160,64MeV=frac{160,64}{931,5}uc^{2}$ $small =0,17245uc^{2}$

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

- Vậy khối lượng hạt nhân:

m_Ne = 10.1,00728u + 10.1,00866u - 0,17245u

= 19,98695u.

- Để tính khối lượng nguyên tử $small _{10}^{20} extrm{Ne}$ ta cộng thêm khối lượng của 10 electron: m_nt = m_Ne + 10m_e

⇒ m_nt = 19,98695u + 10.0,00055u = 19,99245u.

* Bài 6 trang 187 SGK Vật Lý 12: Khối lượng nguyên tử của $small _{26}^{56} extrm{Fe}$ là 55,934939u. Tính W_lk và W_lk/A.

> Lời giải:

- Ta có: $small _{26}^{56} extrm{Fe}$ có 20 prôtôn và 56 - 26 = 30 nơtron

- Khối lượng của hạt nhân Fe là: m_hnFe = m_ntFe - Z.m_e

- Nên năng lượng liên kết của

W_lk = [26m_p + 30m_n – m_hn_Fe].c²

= [(26m_p + 30m_n – (m_nt_Fe - Z.m_e)].c²

= [26.1,00728u + 30.1,0086u - (55,934939u - 26.5,486.10^-4u)].c²

= 0,5284uc² = 0,5284.931,5(MeV) = 492,21(MeV).

- Vậy ta có năng lượng liên kết riêng (của 1 nuclôn) của Sắt là:

$small W_{lkr}=frac{W_{lk}}{A}=frac{492,21}{56}$

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

$small _{3}^{6} extrm{Li}+? ightarrow _{4}^{7} extrm{Be}+_{0}^{1} extrm{n}$

$small _{5}^{10} extrm{B}+? ightarrow _{3}^{7} extrm{Li}+_{2}^{4} extrm{He}$

$small _{17}^{35} extrm{Cl}+? ightarrow _{16}^{32} extrm{S}+_{2}^{4} extrm{He}$

> Lời giải:

* Hoàn chỉnh các phản ứng

a) Xét phản ứng: $small _{3}^{6} extrm{Li}+ _{Z}^{A} extrm{X}_{1} ightarrow _{4}^{7} extrm{Be}+_{0}^{1} extrm{n}$

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

3 + Z = 4 + 0 → Z = 1

- Áp dụng định luật bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số khối):

6 + A_X1 = 7 + 1 → A = 2

- Vậy X₁ là $small _{1}^{2} extrm{H}$

- Phương trình phản ứng đầy đủ: $small _{3}^{6} extrm{Li}+_{1}^{2} extrm{H} ightarrow _{4}^{7} extrm{Be}+_{0}^{1} extrm{n}$

b) Xét phản ứng: $small _{5}^{10} extrm{B}+ _{Z}^{A} extrm{X}_{2} ightarrow _{3}^{7} extrm{Li}+_{2}^{4} extrm{He}$

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

5 + Z = 3 + 2 → Z = 0

- Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon:

10 + A_X2 = 7 + 4 → A_X2 = 1

- Vậy X₂ là $small _{0}^{1} extrm{n}$

- Phương trình phản ứng đầy đủ: $small _{5}^{10} extrm{B}+ _{0}^{1} extrm{n} ightarrow _{3}^{7} extrm{Li}+_{2}^{4} extrm{He}$

c) Xét phản ứng: $small _{17}^{35} extrm{Cl}+ _{Z}^{A} extrm{X}_{3} ightarrow _{16}^{32} extrm{S}+_{2}^{4} extrm{He}$

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

17 + Z = 16 + 2 → Z = 1

- Áp dụng định luật bảo toàn số nuclôn:

10 + A_X3 = 7 + 4 → A_X3 = 1

- Vậy X₃ là $small _{1}^{1} extrm{H}$

- Phương trình phản ứng đầy đủ: $small _{17}^{35} extrm{Cl}+ _{1}^{1} extrm{H} ightarrow _{16}^{32} extrm{S}+_{2}^{4} extrm{He}$

* Bài 8 trang 187 SGK Vật Lý 12: Phản ứng: $small _{3}^{6} extrm{Li}+_{1}^{2} extrm{H} ightarrow2left ( _{2}^{4} extrm{He} ight )$ tỏa năng lượng điện 22,4 MeV. Tính khối lượng nguyên tử của $small _{3}^{6} extrm{Li}$ (Khối lượng của $small _{1}^{2} extrm{H}$ và $small _{2}^{4} extrm{He}$ lần lượt là 2,01400u và 4,00150u).

> Lời giải:

- Năng lượng tỏa ra của phản ứng hạt nhân là:

W = [m_trước - m_sau].c²

W = [m_H + m_Li – 2.m_He].c²

$small =22,4MeV=frac{22,4}{931,5}uc^{2}$

⇒ m_Li + m_H - 2m_He = 0,024u.

⇒ m_Li = 0,024u + 2m_He - m_H

= 0,024u + 2.4,0015u - 2,0140u = 6,013u.

⇒ Khối lượng nguyên tử của $small _{3}^{6} extrm{Li}$ là khối lượng hạt nhân của Li cộng thêm khối lượng 3 eletron của Li nên có:

m_nt(Li) = m_hn(Li) + Z.m_e

= 6,013u + 3.5.486.10^-4u = 6,0146u.

* 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 lượng

C. động năng D. điện tích

> Lời giải:

• Chọn đáp án: C. động năng

- 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: $small overrightarrow{p}_{1}+overrightarrow{p}_{2} =overrightarrow{p}_{3}+overrightarrow{p}_{4}$

hay $small m_{1}overrightarrow{v}_{1}+m_{2}overrightarrow{v}_{2} ightarrow m_{3}overrightarrow{v}_{3}+m_{4}overrightarrow{v}_{4}$

- Bảo toàn năng lượng toàn phần: K_X1 + K_X2 + ΔW

hoặc ∑K_{trước pứ} + ΔW = ∑K_{sau pứ}

(Trong đó: ΔW là năng lượng phản ứng hạt nhân ΔW > 0 toả năng lượng, ΔW < 0 thu năng lượng); K_X 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

A. $small _{1}^{1} extrm{H}+ _{1}^{2} extrm{H} ightarrow _{2}^{3} extrm{He}$

B. $small _{1}^{2} extrm{H}+ _{1}^{2} extrm{H} ightarrow _{2}^{4} extrm{He}$

C. $small _{1}^{2} extrm{H}+ _{1}^{3} extrm{H} ightarrow _{2}^{4} extrm{He}+ _{0}^{1} extrm{n}$

D. $small _{2}^{4} extrm{He}+ _{7}^{14} extrm{N} ightarrow _{8}^{17} extrm{O}+ _{1}^{1} extrm{H}$

> Lời giải:

• Chọn đáp án: D. $small _{2}^{4} extrm{He}+ _{7}^{14} extrm{N} ightarrow _{8}^{17} extrm{O}+ _{1}^{1} extrm{H}$

- Phản ứng thu năng lượng là phản ứng D vì, Ta có:

(m_He + m_N) – (m_O + m_H)

= (4,002603 + 14,003074)u - (16,999133 + 1,007825)u

= -0,001281u < 0

⇒ Phản ứng này thu năng lượng.

• Các phản ứng còn lại tỏa năng lượng.

Trên đây KhoiA.Vn đã hướng dẫn các em cách giải Bài tập Phản ứng hạt nhân, năng lượng liên kết hạt nhân: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 trang 186, 187 SGK Vật lý 12 trong nội dung bài 36. Hy vọng bài viết giúp các em hiểu rõ hơn, nếu có câu hỏi hay góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viết, chúc các em thành công.

Bài tập Phản ứng hạt nhân, năng lượng liên kết hạt nhân: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 trang 186, 187 SGK Vật lý 12 bài 36

Tags

Đánh giá & nhận xét