Tổng hợp Lý thuyết Chương 7: Hạt nhân nguyên tử hay, chi tiết nhất

Dưới đây là phần tổng hợp kiến thức, công thức, lý thuyết Vật Lí lớp 12 Chương 7: Hạt nhân nguyên tử ngắn gọn, chi tiết. Hi vọng tài liệu Lý thuyết Vật Lí lớp 12 theo chương này sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức môn Vật Lí lớp 12.

Mục lục Tổng hợp Lý thuyết Chương 7: Hạt nhân nguyên tử

Lý thuyết Tính chất và cấu tạo của hạt nhân

I) Cấu tạo hạt nhân:

- Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt là prôtôn (p) mang điện tích (+e) và nơtron (n) không mang điện. Hai loại hạt này gọi chung là nuclôn.

- Số prôtôn trong hạt nhân là Z, với Z là số thứ tự của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, được gọi là nguyên tử số. Khi ấy hạt nhân có điện tích là +Ze.

Tổng số nuclôn trong hạt nhân là A, A được gọi là số khối. Khi đó số nơtron trong hạt nhân là A-Z.

- Kí hiệu của hạt nhân: Tính chất và cấu tạo của hạt nhân - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

- Đồng vị: là những hạt nhân có cùng số Z, nhưng khác số A. VD Tính chất và cấu tạo của hạt nhân - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ là đồng vị của nhau.

II) Khối lượng của hạt nhân:

- Các hạt nhân có khối lượng rất lớn so với khối lượng của electrôn, vì vậy khối lượng nguyên tử gần như tập trung toàn bộ ở hạt nhân.

- Để tiện tính toán khối lượng hạt nhân, người ta sử dụng đơn vị khối lượng nguyên tử ( đơn vị Cacbon), kí hiệu là u.

Tính chất và cấu tạo của hạt nhân - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

III) Năng lượng của hạt nhân:

- Theo thuyết tương đối khi hạt nhân có khối lượng m sẽ chưa một năng lượng là

E = mc² với c = 3.10⁸ (m/s) là vận tốc ánh sáng trong chân không.

- Năng lượng tương ứng với khối lượng 1 u là

E = uc² ≈ 931,5 (MeV) (1J = 1,6.10^-19 eV = 1,6.10^-13 MeV)

↔ 1u ≈ 931,5 MeV/c² → MeV/c² cũng là một đơn vị đo khối lượng.

Chú ý: theo thuyết tương đối một vật khi ở trạng thái nghỉ (v = 0) có khối lượng nghỉ là m₀ chứa năng lượng nghỉ E₀ = m₀c².

Khi vật chuyển động với vật tốc v, vật sẽ có khối lượng là Tính chất và cấu tạo của hạt nhân - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ , chứa năng lượng là E = mc²

Khi đó động năng của vật là W_đ = (m - m₀)c²

Lý thuyết Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

I) Lực hạt nhân

- Khái niệm: các nuclôn trong hạt nhân hút nhau bằng một lực rất mạnh, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn tạo nên hạt nhân bền vững.

- Tính chất:

+) Không cùng bản chất với với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn .

+) Là lực tương tác mạnh

+) Chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi cỡ kích thước hạt nhân ≈ 10^-15 m

II) Năng lượng liên kết của hạt nhân.

- Độ hụt khối: Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh lệch giữa 2 khối lượng đó gọi là độ hụt khối (∆m) của hạt nhân:

∆m = (Z.m_p + (A - Z) m_n ) - m_X

- Năng lượng liên kết W_lk: là năng lượng cần để liên kết các nuclôn để tạo thành một hạt nhân, hay năng lượng tỏa ra khi mọt hạt nhân tách thành các nuclôn riêng biệt.

W_lk = [Z.m_p + (A - Z) m_n - m_X ] c² = ∆m.c²

- Năng lượng liên kết riêng W_lkr: là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, W_lkr càng lớn hạt nhân càng bền vững. Những hạt nhân bền vững ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn 50 < A < 80.

W_lkr = W_lk/A

III) Phản ứng hạt nhân

- Khái niệm: phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến biến đổi hạt nhân

- Phân loại: gồm 2 loại

+) Phản ứng hạt nhân tự phát: là quá trình một hạt nhân không bền vững tự phân rã thành các hạt nhân khác. VD: phóng xạ.

A → B + C

+) Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. VD: phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch.

A + B → C + D

IV) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:

Với phản ứng hạt nhân:

Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân - Lý thuyết Vật Lý 12 đầy đủ

Có các định luận bảo toàn sau:

- Định luật bảo toàn điện tích:

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

- Định luật bảo toàn nuclôn (số khối A):

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

Chú ý: số hạt nơtron (A-Z) không được bản toàn

- Định luật bảo toàn động lượng:

- Định luật bảo toàn năng lượng

m_trước.c² = m_sau.c² + ∆E

↔ ∆E = (m_trước - m_sau) c² = (m_A + m_B - m_C - m_D)c²

Với ∆E là năng lượng phản ứng

∆E > 0: phản ứng tỏa năng lượng |∆E|

∆E < 0: phản ứng thu năng lượng |∆E|

Bài tập bổ sung

Bài 1: Tìm phát biểu sai. So sánh hạt nhân của hai đồng vị ${}_{92}^{238}U$ và ${}_{92}^{235}U$ , ta thấy chúng có

A. bán kính như nhau

B. cùng số proton

C. số nơtron hơn kém nhau là 3

D. số nuclôn hơn kém nhau là 3

Bài 2: Trong phản ứng hạt nhân có sự bảo toàn về

A. số nuclôn.

B. số proton.

C. số nơtron.

D. khối lượng.

Bài 3: Phản ứng hạt nhân khác phản ứng hóa học ở chỗ

A. có thể tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt.

B. không liên quan đến có êlectron ở lớp vỏ nguyên tử.

C. chỉ xảy ra khi thỏa mãn các điều kiện nào đó.

D. tuân theo định luật bảo toàn điện tích.

Bài 4: Hạt anpha có khối lượng 6,64.10^-27 kg chuyển động tròn đều trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5T. Biết bán kính quỹ đạo là 0,5 m. Tốc độ của hạt là

A. 3,8.10⁷m/s

B. 7,6.10⁷m/s

C. 1,9.10⁷ m/s

D. 3,8.10⁶ m/s

Bài 5: Cho urani phóng xạ α theo phương trình: ${}_{92}^{234}U \to α + {}_{90}^{230}T h$ . Theo phương trình này ta tính được động năng của hạt α là 13,91 MeV. Đó là do có phóng xạ $γ$ kèm theo phóng xạ α. Bước sóng của bức xạ $γ$ là

A. 1,37 pm

B. 1,54 pm

C. 13,7 pm

D. 2,62 pm

Bài 6: Hạt α có động năng Wđα = 4,32 MeV đập vào hạt nhân nhôm gây ra phản ứng: $α + {}_{13}^{27}A l \to {}_{15}^{30}P + n$ . Biết phản ứng này thu năng lượng 2,7 MeV và giả thiết hai hạt sinh ra sau phản ứng có cùng tốc độ. Động năng của nơtron là

A. 4,52 MeV

B. 7,02 MeV

C. 0,226 MeV

D. 6,78 MeV

Bài 7: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Số hạt nhân của một lượng chất phóng xạ giảm dần theo thời gian.

B. Hằng số phóng xạ của chất phóng xạ không đổi theo thời gian.

C. Sự phóng xạ của các chất không chịu ảnh hưởng của môi trường.

D. Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ giảm dần theo thời gian.

Bài 8: Cho ba hạt nhân X, Y và Z có số nuclôn tương ứng là A_X, A_Y, A_Z với A_X = 2A_Y= 0,5A_Z. Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là ΔE_X, ΔE_Y, ΔE_Z với ΔE_Z < ΔE_X < ΔE_Y. Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là