Cách tính năng lượng của phản ứng hạt nhân hay, chi tiết



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

Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án 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 Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án . 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 Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án . 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: Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án . 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 Hóa học lớp 11 | Lý thuyết và Bài tập Hóa 10 có đáp án 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

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Khi một hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết bị phân hạch thì tỏa ra năng lượng 200 MeV. Cho số A-vô-ga-đrô NA = 6,02.1023 mol-1. Nếu 1 g kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết bị phân hạch hoàn toàn thì năng lượng tỏa ra xấp xỉ bằng

A. 5,1.1016 J.    B. 8,2.1010 J.

C. 5,1.1010 J.    D. 8,2.1016 J.

Ta có: W = kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết .NA.ΔW = 5,1234.1023 MeV = 8,2.1010 J. Chọn B.

Bài 2: Cho phản ứng hạt nhân: kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Khối lượng các hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u; u = 931,5 MeV/c2. Trong phản ứng này, năng lượng

A. thu vào là 3,4524 MeV.

B. thu vào là 2,4219 MeV.

C. tỏa ra là 2,4219 MeV.

D. tỏa ra là 3,4524 MeV.

Ta có: ΔW = (22,9837 + 1,0073 – 4,0015 – 19,9869).931,5 = 2,4219 (MeV).

Chọn C.

Bài 3: Dùng hạt prôtôn có động năng 1,6 MeV bắn vào hạt nhân liti (kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết ) đứng yên. Giả sử sau phản ứng thu được hai hạt giống nhau có cùng động năng và không kèm theo tia γ. Biết năng lượng tỏa ra của phản ứng là 17,4 MeV. Động năng của mỗi hạt sinh ra là

A. 19,0 MeV.    B. 15,8 MeV.

C. 9,5 MeV.    D. 7,9 MeV.

Ta có: kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Chọn C.

Bài 4: Cho phản ứng hạt nhân: kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 1 gam khí hêli xấp xỉ bằng

A. 4,24.108J.    B. 4,24.105J.

C. 5,03.1011J.    D. 4,24.1011J.

Ta có:

kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Chọn D.

Bài 5: Pôlôni kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết phóng xạ α và biến đổi thành chì Pb. Biết khối lượng các hạt nhân Po; α; Pb lần lượt là: 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u và 1 kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân pôlôni phân rã xấp xỉ bằng

A. 5,92 MeV.    B. 2,96 MeV.

C. 29,60 MeV.    D. 59,20 MeV.

Ta có: W = (209,937303 – 205,929442 – 4,001506).931,5 = 5,92 (MeV). Chọn A.

Bài 6: Cho phản ứng hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Biết khối lượng các hạt đơtêri, liti, hêli trong phản ứng trên lần lượt là 2,0136 u; 6,01702 u; 4,0015 u. Coi khối lượng của nguyên tử bằng khối lượng hạt nhân của nó. Năng lượng tỏa ra khi có 1 g hêli được tạo thành theo phản ứng trên là

A. 3,1.1011 J.    B. 4,2.1010 J.

C. 2,1.1010 J.    D. 6,2.1011 J.

Ta có: ΔW = (2,0136 + 6,01702 – 2.4,0015).931,5 = 25,73 (MeV);

kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Chọn D.

Bài 7: Cho phản ứng hạt nhân: kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Biết khối lượng của các hạt lần lượt là mD = 2,0135u; mHe = 3,0149 u; mn = 1,0087u. Năng lượng tỏa ra của phản ứng trên bằng

A. 1,8821 MeV.    B. 2,7391 MeV.

C. 7,4991 MeV.    D. 3,1671 MeV.

Ta có: ΔW = (2.2,0135 – 3,0149 – 1,0087).931,5 = 3,1671 (MeV). Chọn D.

Bài 8: Cho phản ứng hạt nhân: kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng tỏa ra của phản ứng là

A. 15,017 MeV.    B. 200,025 MeV.

C. 17,498 MeV.    D. 21,076 MeV.

Vì X là nơtron không có độ hụt khối nên

ΔW = (0,030382 – 0,009106 – 0,002491).931,5 = 17,498 (MeV). Chọn C.

Bài 9: Cho khối lượng của prôtôn; nơtron; kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết ; của kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết lần lượt là: 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u; 1 u = 931,5 MeV/c2. So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV.

B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV.

C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV.

D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV.

kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Chọn B.

Bài 10: Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là 0,02 u. Phản ứng hạt nhân này

A. thu 18,63 MeV.

B. thu 1,863 MeV.

C. tỏa 1,863 MeV.

D. tỏa 18,63 MeV.

mt < ms nên thu năng lượng; ΔW = 0,02.931.5 = 18,63 MeV. Chọn A.

Bài 11: Tổng hợp hạt nhân heli kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết từ phản ứng hạt nhân kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết . Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5 mol hêli là

A. 1,3.1024 MeV.    B. 2,6.1024 MeV.

C. 5,2.1024 MeV.    D. 2,4.1024 MeV.

Mỗi phản ứng tổng hợp được 2 hạt nhân hêli nên:

kenkenpham - Bài tập Vật Lí 12 có lời giải chi tiết

Chọn B.

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

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

KHÓA HỌC GIÚP TEEN 2002 ĐẠT 9-10 THI THPT QUỐC GIA

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


phan-ung-hat-nhan.jsp


Các loạt bài lớp 12 khác
Khóa học 12