Bài tập về Vật lí hạt nhân lớp 12 (Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 12)

Tài liệu Bài tập về Vật lí hạt nhân lớp 12 trong Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 12 gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao với phương pháp giải chi tiết và bài tập tự luyện đa dạng giúp Giáo viên có thêm tài liệu giảng dạy Vật Lí 12.

Bài tập về Vật lí hạt nhân lớp 12 (Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 12)

Xem thử

Chỉ từ 300k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 12 (sách mới) bản word có lời giải chi tiết:

• B1: gửi phí vào tk: 0711000255837 - NGUYEN THANH TUYEN - Ngân hàng Vietcombank (QR)
• B2: Nhắn tin tới Zalo VietJack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận giáo án

I. Tóm tắt lý thuyết - phương pháp giải

1. Cấu trúc hạt nhân

- Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt là proton và neutron, hai loại hạt này có tên chung là nucleon..

- Người ta dùng kí hiệu hoá học X của nguyên tố để kí hiệu cho hạt nhân, kèm theo hai số Z và A như sau: ${}_Z{}^{A}X$. Trong đó: Z là số proton, A là số nucleon, N = A – Z là số neutron.

- Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác số A, nghĩa là cùng số proton và khác số neutron.

Hydrogen có ba đồng vị: hydrogen thường ${}_1{}^{1}H$; hydrogen nặng ${}_1{}^{2}H$ còn gọi là deuterium ( ${}_1{}^{2}D$ ); hydrogen siêu nặng ${}_1{}^{3}H$ còn gọi là tritium ( ${}_1{}^{3}T$ ).

2. Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

2.1. Phản ứng hạt nhân

- Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi hạt nhân này thành hạt nhân khác.

- Phản ứng hạt nhân thường được chia làm hai loại:

+ Phản ứng hạt nhân kích thích: là quá trình các hạt nhân tương tác với các hạt khác tạo ra các hạt nhân mới.

+ Phản ứng hạt nhân tự phát: là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân mới.

2.2. Năng lượng liên kết

a. Lực hạt nhân

- Là lực tương tác giữa các nucleon trong hạt nhân. Bản chất là lực tương tác mạnh.

b. Độ hụt khối

- Là độ chênh lệch giữa tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng m_X  của hạt nhân.

Dm = [Z.m_p + (A-Z).m_n] – m_X

c. Mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng

- Theo thuyết tương đối của Einstein (Anh-xtanh), một vật có khối lượng m thì cũng có năng lượng tương ứng là E và ngược lại:

E = mc²                                             

Với c là tốc độ của ánh sáng trong chân không.

- Một vật có khối lượng m₀ ở trạng thái nghỉ sẽ có năng lượng nghỉ E₀ = m₀c²

- Khi chuyển động vật có khối lượng m và năng lượng của vật khi đó gọi là năng lượng toàn phần

+  Khối lượng tương đối tính: $m = \frac{m_0}{\sqrt{1-{\displaystyle \frac{v^2}{v^2}}}}$

+ Năng lượng toàn phần: E = mc²

+  Động năng của vật: $W_{đ}=E-E_0=(m-m_0)c^2$

- Là năng lượng tối thiểu dùng để tách toàn bộ số nucleon ra khỏi hạt nhân, được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c².

E_lk = Dmc²

e. Năng lượng liên kết riêng

- Đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân.

$\epsilon =E_{lkr}=\frac{E_{lk}}{A}$

Hạt nhân có E_lkr càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

f. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

${}_{Z_1}{}^{A_1}A + {}_{Z_2}{}^{A_2}B + {}_{Z_3}{}^{A_3}C + {}_{Z_4}{}^{A_4}D$

- Định luật bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối A).

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

- Định luật bảo toàn điện tích.

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

- Định luật bảo toàn động lượng.

$\overrightarrow{P_A}+\overrightarrow{P_B}=\overrightarrow{P_C}+\overrightarrow{P_D}$

- Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần.

Năng lượng toàn phần bằng tổng năng lượng nghĩ và thế năng của hạt nhân.

$m_A{c}^2+W_{dA}+m_B{c}^2+W_{dB}=m_C{c}^2+W_{dC}+m_D{c}^2+W_{dD}$

- Trong phản ứng hạt nhân không có bảo toàn: khối lượng, số nơtron, năng lượng nghĩ..

*) Năng lượng của phản ứng hạt nhân:

ΔE = (m_t – m_s)c²

m_t = m_A + m_B: tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng.

m_s = m_C + m_D: tổng khối lượng của các hạt sau phản ứng.

+ Nếu ΔE > 0: phản ứng tỏa năng lượng.

+ Nếu ΔE < 0: phản ứng thu năng lượng.

2.3. Phản ứng phân hạch và tổng hợp hạt nhân

Phân hạch hạt nhân	Tổng hợp hạt nhân (Nhiệt hạch )
Hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn (trung bình: 50<A<160) Ví dụ: ${}_{92}{}^{235}U, {}_{94}{}^{239}Pu, {}_{93}{}^{237}Pu, {}_{98}{}^{251}Cf$ n+X→X*→Y+Z+kn	Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn.
+ Nếu k < 1: Phản ứng dây chuyền không tắt nhanh + Nếu k =1: Phản ứng dây chuyền có thể tự duy trì và công suất phát ra không đổi theo thời gian + Nếu k >1: Phản ứng dây chuyền có thể tự duy trì và công suất phát ra tăng nhanh và có thể gây nên bùng nổ Để đảm bảo cho k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển chứa Bo hay Cd, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron	+ Xét trên cùng một khối lượng nhiên liệu thì năng lượng nhiệt hạch sinh ra lớn hơn phân hạch. + Năng lượng nhiệt hạch là quá trình tạo ra nguồn năng lượng vô tận cho cho mặt trời và các ngôi sao khác trên vũ trụ. Chế tạo bom H Điều kiện: - Nhiệt độ cao - Mật độ hạt nhân trong trạng thái plasma đủ lớn. - Thời gian duy trì trạng thái đủ lớn.

3. Hiện tượng phóng xạ

3.1. Định nghĩa

- Là hiện tượng một hạt nhân không bền vững (hạt nhân mẹ) tự phát biến đổi thành một hạt nhân khác (hạt nhân con) đồng thời phát ra tia phóng xạ.

- Phóng xạ là quá trình phóng xạ là ngẫu nhiên. Với một hạt nhân phóng xạ cho trước, thời điểm phân rã của nó là không xác định.

3.2. Các dạng phóng xạ

a. Phóng xạ alpha

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z-2}{}^{A-4}Y+{}_2{}^{4}He$

+ Tia phóng xạ a là hạt nhân ${}_2{}^{4}He$ phóng ra từ hạt nhân mẹ

+ Có tốc độ khoảng 2.10⁷ m/s.

+ Ion hoá mạnh môi trường vật chất, do đó nó chỉ đi được khoảng vài cm trong không khí và dễ dàng bị tờ giấy dày 1 mm chặn lại.

b. Phóng xạ beta

- Gồm 2 loại: phóng xạ b⁺ (positron (${}_1{}^{0}e$)) và phóng xạ b^- (electron (${}_{-1}{}^{0}e$))

+ Tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng trong chân không.

+ Ion hoá môi trường vật chất ở mức trung bình, nó có thể xuyên qua tờ giấy khoảng 1 mm nhưng có thể bị chặn bởi tấm nhôm dày khoảng 1 mm.

+ Phóng xạ b^-:

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z+1}{}^{A}Y+{}_{-1}{}^{0}e+\tilde{v}$

+ Phóng xạ b⁺:

${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z-1}{}^{A}Y+{}_1{}^{0}e+v$

c. Phóng xạ gamma

Một số hạt nhân con sau quá trình phóng xạ a hay b được tạo ra trong trạng thái kích thích ${}_Z{}^{A}Y^{*}$. Khi đó, xảy ra tiếp quá trình hạt nhân đó chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn ${}_Z{}^{A}Y$ và phát ra bức xạ điện từ $\gamma$ (tia $\gamma$).

Tia gamma có bản chất là bức xạ điện từ không mang điện, có bước sóng rất ngắn cỡ nhỏ hơn 10^-11 m. Các tia $\gamma$ có năng lượng cao, dễ dàng xuyên qua các vật liệu thông thường.

Phương trình của phân rã phóng xạ $\gamma$ có dạng:

${}_Z{}^{A}Y^{*}\to {}_Z{}^{A}Y+\gamma$

3.3. Định luật phóng xạ, độ phóng xạ

a. Định luật phóng xạ

- Chu kì bán rã T là khoảng thời gian mà một nửa số hạt nhân hiện có sẽ bị phân rã, biến đổi thành hạt nhân khác.

- Số hạt nhân (số nguyên tử) N_t chưa phân rã (còn lại) sau khoảng thời gian t là:

$N_t=N_0{2}^{-\frac{t}{T}}=N_0{e}^{-\lambda t}$

Trong đó: N₀ là số hạt nhân ban đầu (t = 0). Số hạt nhân chất phóng xạ còn lại giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ.

- Số hạt nhân bị phân rã là:

$∆N=N_0-N_t=N_0(1-2^{-\frac{t}{T}})=N_0(1-e^{-\lambda t})=N_t(2^{\frac{t}{T}}-1)=N_t(e^{\lambda t}-1)$

Liên hệ giữa khối lượng hạt nhân (m) và số hạt nhân (N) là $N=\frac{m}{A}{N}_A\iff m=\frac{N.A}{N_A}$

- Khối lượng hạt nhân còn lại m = $m_0{.2}^{-\frac{t}{T}}=m_0.e^{-\lambda t}$

- Khối lượng hạt nhân đã phân rã là $\Delta m=m_0-m=m_0\left(1-2^{\frac{-t}{T}}\right)=m_0\left(1-e^{-\lambda t}\right)$

b. Độ phóng xạ

- Đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, kí hiệu là H, có giá bằng số hạt nhân phân rã trong một giây. Đơn vị độ phóng xạ là becơren (được lấy theo tên nhà bác học Becquerel), kí hiệu là Bq.

1 Bq = 1 phân rã/1 giây.

- Hằng số phóng xạ $\lambda =\frac{\ln 2}{T}$, đặc trưng cho chất phóng xạ đang xét. T là chu kì bán rã đơn vị giây (s), đơn vị của $\lambda$ là s^-1.

- Độ phóng xạ sau khoảng thời gian t là:

$H_t=\lambda N_t=H_0{e}^{-\lambda t}$

Trong đó H₀ là độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu t = 0.

................................

................................

................................

Xem thử

Xem thêm Chuyên đề dạy thêm Vật Lí lớp 12 các chủ đề hay khác:

• Chủ đề 6: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

• Chủ đề 7: Bài tập về Từ trường

• Chủ đề 1: Cấu trúc hạt nhân

• Chủ đề 2: Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

• Chủ đề 3: Hiện tượng phóng xạ

• Chủ đề 4: Công nghiệp hạt nhân

---