Các dạng bài tập Phản ứng hạt nhân có lời giải



Các dạng bài tập Phản ứng hạt nhân có lời giải

Phần Phản ứng hạt nhân Vật Lí lớp 12 với các dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 100 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Phản ứng hạt nhân hay nhất tương ứng.

Cách viết phương trình phản ứng hạt nhân

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Sử dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối để viết phương trình.

Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A) A1 + A2 = A3 + A4

Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z) Z1 + Z2 = Z3 + Z4

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Trong phản ứng sau đây : Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án hạt X là

A. Electron         B. Proton         C. Hêli         D. Nơtron

Hướng dẫn:

Ta phải xác định được điện tích và số khối của các tia và hạt còn lại trong phản ứng : Cách viết phương trình phản ứng hạt nhân hay, chi tiết

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối ta được : 2 hạt X có

2Z = 0 + 92 – 42 – 57 – 7.(-1) = 0

2A = 1 + 235 – 95 – 139 – 7.0 = 2.

Vậy suy ra X có Z = 0 và A = 1. Đó là hạt nơtron .

Ví dụ 2: Sau bao nhiêu lần phóng xạ α và bao nhiêu lần phóng xạ β thì hạt nhân Cách viết phương trình phản ứng hạt nhân hay, chi tiết biến đổi thành hạt nhân Cách viết phương trình phản ứng hạt nhân hay, chi tiết ?

A. 4 lần phóng xạ α ; 6 lần phóng xạ β          B. 6 lần phóng xạ α ; 8 lần phóng xạ β

C. 8 lần phóng xạ ; 6 lần phóng xạ β          D. 6 lần phóng xạ α ; 4 lần phóng xạ β

Hướng dẫn:

- Theo đề ta có quá trình phản ứng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta được :

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vậy có 6 hạt α và 4 hạt β → Chọn đáp án : D.

Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Tính năng lượng của phản ứng hạt nhân: Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Cách 1: Tính theo khối lượng: ΔE = Δm.c2 = (m - mo).c2

mo: Khối lượng các hạt trước phản ứng m: Khối lượng các hạt sau phản ứng

Cách 2 : Tính theo động năng

    + Bảo toàn năng lượng: K1 + K2 + ΔE = K3 + K4 ⇒ ΔE = Ksau - Ktrước

ΔE là năng lượng phản ứng hạt nhân

Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết là động năng chuyển động của hạt X

Cách 3: Tính theo năng lượng liên kết, liên kết riêng, độ hụt khối

ΔE = Eliên kết sau - Eliên kết trước = (Δmsau - Δmtrước).c2

- Tính lượng nhiên liệu dựa trên công thức Q = mq = ΔE , q là năng suất tỏa nhiệt (J/kg).

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết . Độ hụt khối của các hạt nhân tương ứng là: ΔmA, ΔmB, ΔmC, ΔmD. Thiết lập biểu thức tính độ hụt khối của phản ứng, từ đó suy ra công thức tính năng lượng tỏa ra của phản ứng.

Hướng dẫn:

Xét các hạt nhân A, B, C, D ta có:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Độ hụt khối của phản ứng:

Δm = (mA + mB) - (mC + mD)

= [(Z1 + Z2) - (Z3 + Z4)]mp + [(N1 + N2) - (N3 + N4)]mn - (ΔmA + ΔmB) + (ΔmC + ΔmD)

= (ΔmC + ΔmD) - (ΔmA + ΔmB)

(Độ hụt khối của phản ứng

= ∑ Khối lượng hạt nhân trước - ∑ Khối lượng hạt nhân sau phản ứng

= ∑Độ hụt khối của các hạt nhân sau - ∑Độ hụt khối của các hạt nhân sau)

Năng lượng tỏa ra của phản ứng:

ΔE = Δmc2 = (mA + mB).c2 - (mC + mD).c2 = [(mC + mD) - (mA + mB)].c2

ΔE = Δmc2 = (ΔEC + ΔED) - (ΔEA + ΔEB)

Ví dụ 2: Cho phản ứng hạt nhân Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết . Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết mBe = 9,01219 u; mP = 1,00783 u; mLi = 6,01513 u; mX = 4,0026 u; 1u = 931 MeV/c2.

Hướng dẫn:

Ta có: mo = mBe + mP = 10,02002u; m = mX + MLi = 10,01773u.

Vì mo > m nên phản ứng tỏa năng lượng, năng lượng tỏa ra:

W = (mo – m).c2 = (10,02002 – 10,01773).931 = 2,132MeV.

Ví dụ 3: cho phản ứng hạt nhân: Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết . Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli.

Hướng dẫn:

- Số nguyên tử hêli có trong 2g hêli:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

- Năng lượng toả ra gấp N lần năng lượng của một phản ứng nhiệt hạch:

E = N.Q = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV

Ví dụ 4: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri 230 Th . Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của 234U là 7,63 MeV, của 230Th là 7,7 MeV.

A. 10,82 MeV.          B. 13,98 MeV.          C. 11,51 MeV.          D. 17,24 MeV.

Hướng dẫn:

Wrα = 7,1 MeV → Đây là bài toán tính năng lượng toả ra của một phân rã

WrU = 7,63 MeV → phóng xạ khi biết Wlk của các hạt nhân trong phản ứng .

WrTH = 7,7 MeV. → Nên phải xác định được Wlk từ dữ kiện Wlk riêng của đề bài.

ΔE ?

Wlk U = 7,63.234 = 1785,42 MeV ,

Wlk Th = 7,7.230 = 1771 MeV ,

Wlk α = 7,1.4= 28,4 MeV

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Xét một hạt nhân khối lượng m, chuyển động với vận tốc v thì động năng và động lượng của hạt tương ứng là: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết

Xét một phản ứng hạt nhân: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết . Để tìm động năng và động lượng của mỗi hạt, phương pháp chung như sau:

Bước 1: Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối, viết phương trình phản ứng.

Bước 2: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng với trình tự:

- Viết biểu thức vecto bảo toàn động lượng

- Căn cứ vào các thông số về phương chiều chuyển động của mỗi hạt đầu bài cho, biểu diễn các vecto động lượng lên sơ đồ hình vẽ.

- Từ hình vẽ, suy ra mối liên hệ hình học giữ các đại lượng, kết hợp hệ thức (*) để rút ra phương trình liên hệ giữa các động lượng hoặc động năng (1).

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần, ta được phương trình: K1 + K2 + (m1 + m2).c2 = K3 + K4 + (m3 + m4).c2(2).

Bước 4: Kết hợp giải hệ (1),(2) thiết lập ở trên ta được nghiệm của bài toán.

Chú ý: Với những bài chỉ có một ẩn số, ta có thể chỉ cần sử dụng một trong 2 bước trên là đủ để giải được bài toán.

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một nơtơron có động năng Kn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản ứng: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết . Cho mn = 1,00866 u; mX = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u. Biết hạt nhân He bay ra vuông góc với hạt nhân X. Tìm động năng của hạt nhân X và hạt He, góc hợp bởi hạt X và nơtơron.

Hướng dẫn:

Bước 1: Phương trình phản ứng: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết

Bước 2: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Biểu diễn các vecto động lượng như hình vẽ, ta được:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Bước 4: Từ (1),(2) ta có hệ phương trình:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Tính góc hợp bởi Px, Pn:

Ta có:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Ví dụ 2: Hạt nhân Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết đứng yên phân rã thành hạt α và hạt nhân X (không kèm theo tia γ). Biết năng lượng mà phản ứng tỏa ra là 3,6 MeV và khối lượng của các hạt gần bằng số khối của chúng tính ra đơn vị u. Tính động năng của hạt α và hạt nhân X.

Hướng dẫn:

Bước 1: Phương trình phản ứng: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết

Bước 2: Theo định luật bảo toàn động lượng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

KRn + mRnc2 = K α + KX + (mHe + mX)c2

Năng lượng tỏa ra trong phản ứng là:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Bước 4:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Ví dụ 3: Cho prôtôn có động năng KP = 2,25MeV bắn phá hạt nhân Liti Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết đứng yên. Sau phản ứng xuất hiện hai hạt X giống nhau, có cùng động năng và có phương chuyển động hợp với phương chuyển động của prôtôn góc Φ như nhau. Cho biết mP = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2. Coi phản ứng không kèm theo phóng xạ gamma giá trị của góc Φ là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

    + Phương trình phản ứng: Cách tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhân hay, chi tiết

    + mP + mLi = 8,0215u ; 2mX = 8,0030u. Năng lượng phản ứng toả ra :

ΔE = (8,0215 - 8,0030)uc2 = 0,0185uc2 = 17,23 MeV

2KX = KP + ΔE = 19,48 MeV → KX =9,74 MeV.

    + Tam giác OMN:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Suy ra φ = 83,07ο

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

CHỈ CÒN 250K 1 KHÓA HỌC BẤT KÌ, VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85




Các loạt bài lớp 12 khác