CHỦ ĐỀ TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Cấu tạo hạt nhân a Kích thước hạt nhân − Hạt nhân tích điện dương +ze (z số thứ tự bảng tuần hồn) − Kích thước hạt nhân nhỏ, nhỏ kích thước nguyên tử 104 �105 lần b Cấu tạo hạt nhân − Hạt nhân tạo thành nuclơn + Prơtơn (p), điện tích (+e) + Nơtrơn (n), không mang điện − Số prôtôn hạt nhân Z (nguyên tử số) − Tống số nuclôn hạt nhân kí hiệu A (số khối) − Số nơtrơn hạt nhân A − Z c Kí hiệu hạt nhân − Hạt nhân nguyên tố X kí hiệu: AZ X − Kí hiệu dùng cho hạt sơ cấp: 11 p; 10 p; 01e 1 d Đồng vị − Các hạt nhân đồng vị hạt nhân có số Z, khác số A − Ví dụ hiđrơ có đồng vị Hiđrô thường 11 H (99,99%); Hiđrô nặng 12 H , cịn gọi đơtêri 12 D (0,015%); Hiđrơ siêu nặng 13 H , gọi triti 13 T , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm Khối lượng hạt nhân a Đơn vị khối lượng hạt nhân − Đơn vị u có giá trị 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị 126 C ; lu = 1,66055.10−27kg b Khối lượng lượng hạt nhân − Theo Anh−xtanh, lượng E khối lượng m tương ứng vật luôn tồn đồng thời tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ c2: E = mc2 , c: vận tốc ánh sáng chân không (c = 3.108m/s) uc2 = 931,5 MeV → lu = 931,5 MeV/c2 MeV/c2 coi đơn vị khối lượng hạt nhân − Chú ý: Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với vận tốc v, khối lượng tăng lên thành m với m m0 v2 1 c �m Trong m0 khối lượng nghỉ m khối lượng động Trong đó: E  m0 c gọi lượng nghỉ + Wd  E  E   m  m  c động vật B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn liên quan đến tính chất cấu tạo hạt nhân Bài toán liên quan đến thuyết tương đối hẹp Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN Hạt nhân: AZ X : có Z proton (A – Z) nơtron Ví dụ 1: (CĐ 2007) Hạt nhân Triti ( 13 T ) có A nuclơn, có prơtơn B ncrtrơn (nơtron) prơtơn C nuclơn, có nơtrơn D prơtơn ncrtrơn Hướng dẫn Hạt nhân Tritri có số proton Z = có số khối = số nuclon = � Chọn A Ví dụ 2: (ĐH − 2007) Phát biểu sai? A Các đồng vị phóng xạ khơng bền B Các ngun tử mà hạt nhân có số prơtơn có số nơtrôn (nơtron) khác gọi đồng vị C Các đồng vị nguyên tố có số nơtrơn khác nên tính chất hóa học khác D Các đồng vị nguyên tố có vị trí bảng hệ thống tuần hồn Hướng dẫn Các đồng vị nguyên tố có vị trí bảng hệ thống tuần hồn có tính chất hóa học � Chọn C Ví dụ 3: Biết lu = 1,66058.10−27 (kg), khối lượng He = 4,0015u Số nguyên tử lmg khí He A 2,984 1022 B 2,984 1019 C 3,35 1023 D 1,5.1020 Hướng dẫn � Chọn D Ví dụ 4: (CĐ−2008) Biết số Avôgađrô NA = 6,02.1023 hạt/mol khối lượng hạt nhân số khối Số prơtơn (prơton) có 0,27 gam 1327 Al A 6,826.1022 B 8,826.1022 C 9,826.1022 D 7,826.1022 Hướng dẫn Số proton = 13.(Số gam/Khối lượng mol) N A  13 0, 27.6, 02.10 23  7,826.1022 27 � Chọn D Ví dụ 5: (ĐH−2007) Biết số Avơgađrơ 6,02.1023 /mol, khối lượng mol urani U238 238 g/mol Số nơtrôn 119 gam urani U238 A 8,8.1025 B 1,2.1025 C 4,4.1025 D 2,2.1025 Hướng dẫn N nuclon   238  92  (Số gam/Khối lượng mol) N A  146 119 6, 02.1023  4, 4.1025 128 � Chọn C Ví dụ 6: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023 /mol Tính số phân tử oxy gam khí CO2 (O = 15,999) A 376.1020 B 188.1020 C 99.1020 D 198.1020 Hướng dẫn N O2  1 g  2.15,999  g  6, 02.10 23 �188.10 20 � Chọn B Ví dụ 7: Biết số Avơgađrơ 6,02.1023/mol Tính số ngun tử Oxy gam khí CO (C = 12,011; O = 15,999) A 137.1020 B 548.1020 C 274.1020 D 188.1020 Hướng dẫn N O  2N CO2  1 g   12, 011  2.15,999   g  6, 02.10 23 �274.10 20 � Chọn C Chú ý: Nếu coi hạt nhân khối cầu thể tích hạt nhân V  4 R Khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng: m =Au = A.1,66058.10−27 kg Điện tích hạt nhân: Q = Z 1,6.10−19 C Khối lượng riêng hạt nhân: D = m/V Mật độ điện tích hạt nhân:  = Q/V.  Ví dụ 8: Cơng thức gần cho bán kính hạt nhân là: R = 1,2.10 −15.(A)1/3 (m) (với A số khối) Tính khối lượng riêng hạt nhân 11Na23 A 2,2.1017 (kg/m3).B 2,3.1017 (kg/m3) C 2,4.1017 (kg/m3) D 2,5.1017 (kg/m3) Hướng dẫn D m 23u  �2,3.1017  kg / m3  � V R 3 Chọn B Ví dụ 9: Cơng thức gần cho bán kính hạt nhân R = 1,2.10 −15.(A)1/3 (với A số khối) Tính mật độ điện tích hạt nhân sắt 26Fe56 A 8.1024 (C/m3) B 1025 (C/m3) C 7.1024 (C/m3) D 8,5.1024(C/m3) Hướng dẫn  Q 26.1,6.1019  �1025  C / m  � V R Chọn B Chú ý: Nếu nguyên tố hóa học hỗn hợp n nhiều đồng vị khối lượng trung bình nó: , với mi hàm lượng khối lượng đồng vị thứ i m  a1m1  a m   a n m n Trong trường hợp hai đồng vị: m  xm1    x  m với c hàm lượng đồng vị Ví dụ 10: Uran tự nhiên gồm đồng vị U238 có khối lượng nguyên tử 238,0508u (chiếm 99,27%), U235 có khối lượng nguyên tử 235,0439u (chiếm 0,72%), U234 có khối lượng ngun tử 234,0409u (chiếm 0,01%) Tính khối lượng trung bình A 238,0887u B 238,0587u C 237,0287u D 238,0287u Hướng dẫn m 97, 27 0, 72 0, 01 238, 088u  235,0439u  234, 0409u  238, 0287u 100 100 100 � Chọn D Ví dụ 11: Nitơ tự nhiên có khối lượng nguyên tử 14,0067u gồm đồng vị N14 N15 có khối lượng nguyên tử 14,00307u 15,00011u Phần trăm N15 nitơ tự nhiên: A 0,36% B 0,59% C 0,43% D 0,68 % Hướng dẫn m  xm1    x  m � 14, 0067u  x.15, 00011u    x  14, 00307u � x  0, 0036 � Chọn A BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP Bài 1: Biết lu = 1,66058.10 (kg), khối lượng 4He = 4,0015u Tổng số nuclơn có mg khí He A 3.1022 B 1,5 1020 C 1023 D 6.1020 23 131 Bài 2: Biết số Avôgađrô 6,02.10 /mol, khối lượng mol 53I 131 g/mol Tìm ngun tử iơt có 200 g chất phóng xạ 53I131 A 9,19.1021 B 9,19.1023 C 9,19.1022 D 9,19.1024 Bài 3: Biết lu = 1,66058.10-27 (kg), khối lượng Ne = 20,179u số ngun tử khơng khí Neon A 2,984 1022 B 2,984 1019 C 3,35 1023 D 3,35 1020 Bài 4: Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol, khối lượng mol natri Na23 23 g/mol Số notrôn 11,5 gam natri Na23 A 8,8.1025 B 1,2.1025 C 36,12.1023 D 2,2.1023 29 40 Bài 5: (CĐ-2010)So với hạt nhân 14 Si , hạt nhân 20 Ca có nhiều hon A 11 nơtrôn prôtôn B nơtrôn prơtơn C notion prơtịn D nơtrơn 12 prôtỏn Bài 6: Công thức gần cho bán kính hạt nhân R = 1,2.10 -15.(A)1/3 (m) (với A số khối) Tính mật độ điện tích hạt nhân vàng 79Au197 A 8.1024 (C/m3) B 9.1024 (C/m3) C 7.1024 (C/m3) D 8,5.1024 (C/m3) 35 Bài 7: Khí clo hỗn họp hai đồng vị bền Cl có khối lượng nguyên tử 34,969u hàm lượng 75,4% 37 Cl có khối lượng nguyên tử 36,966u hàm lượng 24,6% Khối lượng nguyên tử nguyên tố hóa học clo A 35,45u B 36,46u C 35,47u D 35,46u Bài 8: Nguyên tố hóa học Bo có khối lượng nguyên tử 10,81 lu gồm đồng vị B10 B11 có khối lượng nguyên tử 10,013u 11,009u Phần trăm B10 nitơ tự nhiên: A 20% B 75% C 35% D 80% Bài 9: Phát biếu sau SAI nói cấu tạo hạt nhân nguyên tử? A Hạt nhân cấu tạo từ nuclôn B Số prôtôn hạt nhân số êlectron ngun từ C Có hai loại nuclơn prơtơn nơtron D Bán kính ngun tử lớn gấp 1000 lần bán kính hạt nhân Bài 10: Phát biêu sau SAI nói vê câu tạo hạt nhân nguyên tử? A Prôtôn hạt nhân mang điện tích +e B Nơtron hạt nhân mang điện tích -e C Tổng số prơtơn nơtron gọi số khối D Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu hạt nhân Bài 11: Phát biểu sau đúng? Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A prôton B nơtron C prôton notron D prôton, ncrtron electron Bài 12: Phát biêu sau đúng? Đồng vị nguyên tử mà hạt nhân chúng có A số khối A B số prôton nhau, số notron khác C số nơtron nhau, số prôton khác D khối lượng Bài 13: Đơn vị sau đơn vị lchối lượng? -27 A Kg B MeV/C C MeV/c2 D u Bài 14: Đơn vị khôi lượng nguyên tử u A nguyên tử Hyđrô 1H1 B hạt nhân nguyên tứ Cacbon C11 C 1/12 khối lượng dồng vị Cacbon C12 D 1/12 khối lượng đồng vị Cacbon C13 Bài 15: Chọn câu A Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân B Điện tích nguyên tử khác C Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân D Có hai loại nuclon nơtrơn phơtơn Bài 16: Khẳng định hạt nhân nguyên tử? A Khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân B Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân C Điện tích nguyên tử điện tích hạt nhân D Lực tĩnh điện liên kết nuclôn hạt nhân Bài 17: Phát biểu sau sai nói hạt nhân nguyên từ? A Hạt nhân trung hòa điện B Hạt nhân có ngun tử số Z chửa Z prơtơn C Số nuclôn số khối A hạt nhân D Số nơtrôn N hiệu số khối A số prôtôn Z Bài 18: Số prôtôn sồ nơtrôn hạt nhân 11Na23 A 12 23 B 11 23 C 11 12 D 12 11 Bài 19: Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ A proton B nơtrôn C electron D nuclôn Bài 20: Phát biểu sau nói cấu tạo hạt nhân Triti A Gồm proton nơtron B Gồm proton nơtron C Gồm proton nơtron D Gồm proton nơtron Bài 21: Phát biểu sau nói hạt nhân đồng vị? Các hạt nhân đồng vị A có số Z khác số A B có số A nhung khác số Z C có số nơtron D có so Z; số A Bài 22: Nguyên tử đồng vị phóng xạ 92U235 có A 92 prơtơn, tổng số nơtrơn electron 235 B 92 electron, tổng số prôtôn electron 235 C 92 nơtrôn, tổng số nơtrôn electron 235 D 92 prôtôn, tổng số prôtôn, nơtrôn electron 235 Bài 23: cấu tạo hạt nhân 13Al27 có A Z = 13, A = 27 B Z = 27, A = 13 C Z = 13 A = 14 D Z = 27, A = 14 Bài 24: Tìm câu số câu Hạt nhân nguyên tử A có khối lượng tổng khối lượng tất nuclon electrong ngun tử B có điện tích tổng điện tích proton nguyên tử C có đường kính vào cỡ phần vạn lần đường kính nguyên tử D gồm proton nơtron, số proton luôn số nơtron electron Bài 25: Hạt nhân phốt P31 có A 16 prơtơn 15 nơtrơn B 15 prơtơn 16 nơtrôn C 31 prôtôn 15 nơtrôn D 15 prôtôn 31 notrôn Bài 26: Khẳng định cấu tạo hạt nhân? A Trong ion đơn nguyên tử so nơtron số electron B Trong hạt nhân số khối số nơtron C Có sơ hạt nhân mà so proton lớn số nơtron D Các nuclôn khoảng cách liên kết với lực hạt nhân Bài 27: Vật chất hạt nhân có khối lượng riêng cỡ A trăm ngàn cm3 B trăm cm3 C triệu cm D trăm triệu cm3 Bài 28: Cácbon có đồng vị với số khối từ 11 - 14, đồng vị bền vững là: A C12 C13 B C12 C11 C C12và C14 D C13 C11 Bài 29: Cácbon có đồng vị với số khối từ 11 - 14, đồng vị C12 chiếm: A 99% B 95% C 90% D 89% 238 23 -1 U Bài 30: (CĐ - 2009) Biết NA = 6,02.10 mol Trong 59,50 g 82 có số nơtron xấp xi A 2,38.1023 B 2,20.1025 C 1,19.1025 D 9,21.1024 Bài 31: (CĐ - 2012) Hai hạt nhân 13 T 32 He có A số nơtron B số nuclơn, C diện tích D số prơtơn ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 1.D 11.C 21.A 31.B 2.B 12.B 22.A 3.A 13.B 23.A 4.C 14.C 24.B 5.B 15.C 25.B 6.B 16.A 26.C 7.D 17.A 27.D 8.A 18.C 28.A 9.D 19.D 29.A 10.B 20.B 30.B Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP Khối lượng lượng: Động năng: m m0 1 v c2 m0 ; E  mc  1 v c2 c2 � � � � Wd  E  E  mc  m c2   m  m  c � Wd  m c �  1� � � v2 � 1 � c � � Ví dụ 1: (ĐH−2010) Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, động hạt chuyển động với tốc độ 0,6c (c tốc độ ánh sáng chân không) A 0,36 m0c2 B 1,25 m0c2 C 0,225 m0c2 D 0,25 m0c2 Hướng dẫn m m0 1 v c2  1, 25m � Wd   m  m  c  0, 25m c � Chọn D Ví dụ 2: Khối lượng electron chuyên động hai lần khối lượng nghỉ Tìm tốc độ chuyển động electron Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0.4.108m/s B 2,59.108m/s C 1,2.108m/s D 2,985.108m/s Hướng dẫn m m0 1 v2 c2  2m �  v2 c  �v �2,59.108  m / s  � Chọn c 2 B Ví dụ 3: (ĐH−2011) Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng nghỉ êlectron chuyển động với tốc độ A 2,41.108m/s B 2,75.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2,24.108 m/s Hướng dẫn Wd  1 E � mc  m0 c  m0 c � 2m  3m � 2 � 1 v2 c  �v �2, 24.108  m / s  � c 3 m0 v2 1 c  3m Chọn D Ví dụ 4: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Khi lượng vật biến thiên 4,19 J khối lượng vật biến thiên bao nhiêu? A 4,65.10−17 kg B 4,55 10−17 kg C 3,65 10−17 kg D 4,69 10−17 kg.  Hướng dẫn m  E  4,65.1017  kg  � c2 Chọn A Ví dụ 5: Biết khối lượng electron 9,1.10−31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Có thể gia tốc cho electron đến động độ tăng tương đối khối lượng 5% A 8,2.10−14 J B 8,7 10−14 J C 4,1.10−15J D 8,7.10−16 J Hướng dẫn �m  m  0,05 m  m0 � m � Wd  m0 c  4,1.1015  J  � � m �W  mc2  m c �d Chọn C Ví dụ 6: Biết khối lượng electron 9,1.10−31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.10 (m/s) Công cần thiết để tăng tốc electron từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 0,5c A 8,2.10−14 J B 1,267 10−14 J C 1,267.10−15J D 8,7.10−16 J Hướng dẫn � � � � � � 1 A  Wd  m c2 �  � 9,1.1031  3.108  �  1��1, 267.1014  J  � 2 � 0,5 � � � v � � � 1 � c � � Chọn B Ví dụ 7: Theo thuyết tương đối, êlectron có động nửa lượng tồn phần êlectron chuyển động với tốc độ A 2,41.108 m/s B 2,75.108 m/s C l,67.108 m/s D 2,59.108 m/s Hướng dẫn m m0 1 v2 c Wd   m  m  c  0,5mc � m  2m ���� � 1 �v 2 v2  c2 c �2,59.108  m / s  � Chọn D Ví dụ 8: Vận tốc êlectron tăng tốc qua hiệu điện 105 V A 0,4.108 m/s B 0,8.108 m/s C 1,2.108 m/s D 1,6.108 m/s Hướng dẫn � � 2� e U �W  m c d � v2 � 1 c � � � � v 1, 6.108  m / s  � � � Chọn D.  BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP Bài 1: Khối lượng vật tăng thêm lần để vận tốc tăng từ đến 0,9 lần tốc độ ánh sáng A 2,3 B C 3,2 D 2,4 Bài 2: Tìm tốc độ hạt mezon để lượng tồn phần gấp 10 lần lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0.4.108 m/s B 0.8.108 m/s C 1,2.108 m/s D 2,985.108 m/s Bài 3: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Năng lượng vật biến thiên khối lượng vật biến thiên lượng khối lượng electron 9,1.10-31 (kg)? A 8,2.10-14 J B 8,7 10-14 J C 8,2.10-16 J D 8,7.10-16 J Bài 4: Biết khối lượng electron 9,1.10-31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.10 (m/s) Động electron có tốc độ 0,99c A 8,2.10-14 J B 1,267.10-14J C l,267.1011s J D 4,987.10-14 J Bài 5: Một hạt có động năng lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Tốc độ hạt A 2.108m/s B 2,5.108m/s C 2,6.108m/s D 2,8.108m/s Bài 6: Một hạt có động lần lượng nghỉ Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Tốc độ hạt A 2,56.108m/s B 0,56.108m/s C 2,83.108m/s D 0,65.108m/s Bài 7: Khối lượng hạt electrôn chuyển động lớn gấp hai lần khối lượng đứng yên Tìm động hạt Biết khối lượng electron 9,1.10-31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 8,2.10-14 J B 8,7.10-14J C 8,2.1016J D 8,7.10-16 J Bài 8: Coi tốc độ ánh sáng chân không 3.10 (m/s) Để động hạt nửa lượng nghỉ vận tốc hạt phải bao nhiêu? A 2,54.10Ws B 2,23.108m/s C 2,22.108m/s D 2,985.108m/s Bài 9: Một hạt có khối lượng nghỉ m chuyển động với tốc độ v   c  / với c tốc độ ánh sáng chân không Tỉ số động lượng nghỉ hạt A B C 0,5 D.0,5 Bài 10: Chọn phương án sai: A Năng lượng nghỉ vật có giá trị nhỏ so với lượng thơng thường B Một vật có khối lượng m có lượng nghỉ E = m.c2 C Năng lượng nghi có thê chuyên thành động ngược lại D Trong vật lý hạt nhân khối lượng đo bằng: kg; u Mev/c2 Bài 11: Nếu vật có khối lượng m có lượng E, biểu thức liên hệ E m là: A E = mc2 B E = mc C E = (m0 - m)c2; D E = (m0 - m)c Bài 12: Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, khối lượng động (khối lượng tương đối tính) hạt chuyển động với tốc độ 0,8c (c tốc độ ánh sáng chân không) là: A l,75m0 B 5m0/3 C 0,36m0 D 0,25m0 Bài 13: Một hạt có khối lượng nghỉ m0 Theo thuyết tương đối, động hạt chuyển động với tốc độ 0,8c (c tốc độ ánh sáng chân không) A 0,36m0c2 B 1,25 m0c2 C 0,225m0c2 D 2m0c2/3 Bài 14: Biết khối lượng electron 9,1.10 -31 (kg) tốc độ ánh sáng chân không c = 3.10 (m/s) Công cần thiết để tăng tốc electron từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 0,6c A 8,2.10-14 J B 1,267.10-14J C 267.10-15 J D 2,0475.10-14 J BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 1.A 11.A 2.D 12.B 3.A 13.D 4.D 14.D 5.C 15 6.C 16 7.A 17 8.B 18 9.B 19 10.A 20 HẾT CHỦ ĐỀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Lực hạt nhân - Lực hạt nhân lực tương tác nuclôn (các nuclôn hạt nhân hút lục mạnh nên hạt nhân bền vững), bán kính tương tác khoảng 1015 m - Lực hạt nhân không chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; lực tương tác mạnh Độ hụt khối m hạt nhân A Z X Khối lượng hạt nhân mhn nhỏ tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân lượng m : Khối lượng Khối lượng Z hạt nhân mhn (mX) Prôtôn Zmp Năng lượng liên kết Wlk Khối lượng N Độ hụt khối m Nơtrôn (A – Z)mn m = Zmp + (A – Z)mn – mhn = mrời - mhn hạt nhân A Z X - Năng liên kết lượng tỏa tạo thành hạt nhân (hay lượng thu vào để phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng biệt) Công thức: Hay: Wlk  m.c Wlk  � Z m p   A  Z  mn  mhn � c  (mroi  mhn )c � � Năng lượng liên kết riêng hạt nhân - Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính nuclơn  = Wlkr= Wlk A - Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững - Ví dụ: 56 26 Fe có lượng liên kết riêng lớn  = Wlk =8,8 (MeV/nuclôn) A B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN Xét hạt nhân: AZ X Độ hụt khối hạt nhân: m  Zm P   A  Z  m n  m n  m X  Zm H   A  Z  m n  m X với m X khối lượng nguyên tử X: m X  m X  Zm e mH khối lượng hạt nhân hidro: m H  m P  m e Zm p   A  Z  m N  m X � c Hay Wlk  mc Năng lượng liên kết: Wlk  � � � * * Năng lượng liên kết riêng:   Wlk A * Ví dụ 1: Xét đồng vị Cơban 27Co60 hạt nhân có khối lượng m Co = 59,934u Biết khối lượng hạt: m p = 1,007276u; mn = l,008665u Độ hụt khối hạt nhân A 0,401u B 0,302u C 0,548u D 0,544u Hướng dẫn m  27m P   60  27  m n  m Co  0,548u � Chọn C Ví dụ 2: Khối lượng nguyên tứ nhôm 1327 Al 26,9803u Khối lượng nguyên tử 11 H l,007825u, khối lượng prôtôn l,00728u khối lượng nơtron 1,00866u Độ hụt khối hạt nhân nhôm A 0,242665u B 0,23558u C 0,23548u D 0,23544u Hướng dẫn m  13m H  14m N  m*Al  13.1, 007825u  14.2, 00866u  26,9803u  0, 242665u � Chọn A Ví dụ 3: (CĐ 2007) Hạt nhân bền vững có A số nuclơn nhỏ B số nuclơn lớn C lượng liên kết lớn D lượng liên kết riêng lớn Hướng dẫn Hạt nhân bền vững có lượng liên kết riêng lớn � Chọn D Ví dụ 4: (CĐ 2007) Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết A tính cho nuclơn B tính riêng cho hạt nhân C cặp prôtôn-prôtôn D cặp prôtôn-nơtrôn (nơtron) Hướng dẫn Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết tính cho nuclơn � Chọn A Ví dụ 5: (ĐH − 2009) Giả sử hai hạt nhân X Y có độ hụt khối số nuclôn hạt nhân X lớn số nuclơn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hạt nhân Y C lượng liên kết riêng hai hạt nhân D lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân Y Hướng dẫn Năng lượng liên kết riêng hạt nhân Y lớn lượng liên kết riêng hạt nhân X nên hạt nhân Y bền � Chọn A Ví dụ 6: (ĐH − 2010) Cho ba hạt nhân X, Y Z có số nuclơn tương ứng A X, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ Biết lượng liên kết hạt nhân tương ứng ΔE X, ΔEY, ΔEZ với ΔEZ < ΔEX < ΔEY Sắp xếp hạt nhân theo thứ tự tính bền vững giảm dần A Y, X, Z B Y, Z, X C X, Y, Z D Z, X, Y Hướng dẫn Đặt A X  2A Y  0,5A Z  a � E Y E Y Y   � AY 0,5a � � E X E X � X   � Y  X  Z � � AX a � � E Z E Z Z   � AZ 2a � Chọn A Ví dụ 7: (ĐH − 2010) Cho khối lượng prôtôn; nơtron; 1840 Ar ; 36 Li 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u u = 931,5 MeV/c So với lượng liên kết riêng hạt nhân Li lượng hên kết riêng hạt nhân Ar A lớn lượng 5,20 MeV B lớn lượng 3,42 MeV C nhỏ lượng 3,42 MeV D nhỏ lượng 5,20 MeV Hướng dẫn � Zm p   A  Z  m n  m X � c2 � Áp dụng công thức:   Wlk  � A A � � 18.1, 0073   40  18  1, 0087  39, 9525� �uc  5, 20 MeV / nuclon  Ar  � �   40 � �  Li   8, 62  MeV / nuclon  �  Ar   Li  8, 62  5, 20  3, 42  MeV  � Chọn B Ví dụ 8: (ĐH 2012) Các hạt nhân đơteri 12 H ; triti 13 H , heli 42 He có lượng liên kết 2,22 MeV; 8,49 MeV 28,16 MeV Các hạt nhân trẽn xếp theo thứ tự giám dần độ bền vững cứa hạt nhân là  A 12 H; 24 He; 13 H B 12 H; 13 H; 42 He C 42 He; 13 He; 12 H D 13 H; 24 He; 12 H Hướng dẫn Áp dụng công thức: �  He   H   H � 1 2, � 2 H   1,11 MeV / nuclon  � � W � 8, 49   lk � 3   2,83  MeV / nuclon  A �1 H � 28,16 4   7, 04  MeV / nuclon  � �2 He Chọn C Ví dụ 9: (CĐ − 2012) Trong hạt nhân 42 He, 37 Li; A 235 92 U B 56 26 Fe 56 26 Fe 235 92 U, hạt nhân bền vững C 37 Li D 42 He Hướng dẫn Theo kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm hạt nhân có khối lượng trung bình bền đến hạt nhân nặng bền hạt nhân nhẹ � Chọn B Ví dụ 10: Khi nói lực hạt nhân, câu sau không đúng? A Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với prôtôn hạt nhân B Lực hạt nhân lực tương tác prôtôn với nơtrôn hạt nhân C Lực hạt nhân lực tương tác nơtron với nơtrôn hạt nhân D Lực hạt nhân lực điện, tuân theo định luật Culông Hướng dẫn Lực hạt nhân khác chất với lực điện � Chọn D Ví dụ 11: Năng lượng liên kết A toàn lượng nguyên tử gồm động lượng nghỉ B lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân C lượng tồn phần ngun tử tính trung bình số nuclon D lượng liên kết electron hạt nhân nguyên tử Hướng dẫn Năng lượng liên kết lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân � Chọn B Ví dụ 12: Tìm phương án sai Năng lượng liên kết hạt nhân A lượng liên kết riêng hạt nhân nhân với tổng số nuclon hạt nhân B lượng tỏa nuclon liên kết với tạo thành hạt nhân r ur + Thành phần v t gãy chuyển động quán tính theo phương song song với B Trong thời gian T, chuyển ur động tròn hết vỏng đồng thời tiến theo phương song song với B đoạn − gọi bước ốc: h = vtT + Hạt tham gia đông thời hai chuyển động: chuyển động tròn v n gây chuyển động quán tính theo ur r phương song song với B v t gây Vậy chuyển động hạt tổng hợp hai chuyển động trên, kết chuyển động theo đường đinh ốc, với bán kính bước ốc R h Ví dụ 16: Hạt α có khối lượng 4,0015u, điện tích 3,2.10−19 (C) chuyển động vào trường có cam ứng từ 10−2 (T) vng góc với tốc độ 106 (m/s), coi 1u = 1,66.10 −27 (kg) Bán kính quỹ đạo A 2,1 m B 2,0 m C 3,2 m D 3,3 m Hướng dẫn FL  Fhn � qvB  mv mv 4, 0015.1, 66.10 27.106 �R   �2,1 m  � R qB 3, 2.1019.102 Chọn A Ví dụ 17: Có hạt mang động là: hạt prôtôn, hạt đơtêri hạt α, vào từ trường chuyển động trịn từ trường Gọi bán kính quĩ đạo chúng là: R H, RĐ, Rα Ta có: A RH < Rα < RĐ B RH = Rα < RĐ C Rα < RH < RĐ D RH < RĐ = Rα Hướng dẫn qvB  m Ci mv �R  R  mH  m D � 2W m  �R   B e2 � � 2W m 2W � � �R H  mH B q B e � � 2W mD �R D  B e � mv 2  qB 2m ����� �R  RH  RD � Chọn C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP DẠNG Bài 1: Hạt nhân mẹ X đứng yên phóng xạ hạt α sinh hạt nhân Y Gọi m α my khối lượng hạt α hạt nhân Y; ΔE lượng phản ứng toả Động hạt α A m  E / m Y B m  E /  m Y  m   C m Y E / m  D m Y E /  m Y  m   Bài 2: Hạt nhân mẹ Ra226 đứng yên biến đổi thành hạt anpha hạt nhân Rn222 Tính động hạt anpha Cho mRa = 225,977u; mRn = 221,970u ; mx = 4,0015u; lu = 931 MeV/c2 A 0,09 MeV B 5,03 MeV C 503 MeV D 303,03.1029MeV Bài 3: Hạt nhân phóng xạ 86Rn222 đứng yên phát hạt α tạo thành hạt X Năng lượng toả phản ứng 14,15 MeV Xem khối lượng hạt nhân gần số khối tính theo đơn vị u Động hạt α là: A 13,895 MeV B 13,91 MeV C 12,91 MeV D 12,79 MeV Bài 4: Hạt nhân 84Po210 đứng yên phóng xạ α sinh hạt nhân X Biết phản ứng giải phóng lượng 2,6 MeV coi tỉ số khối lượng ti số số khối Động hạt α A 2,75 MeV B 2,15 MeV C 3,5 eV D 2,55 MeV Bài 5: Hạt nhân U234 đứng n phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234 �   Th230 Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Hỏi % lượng toả chuyển thành động hạt α A 98,22% B 98,29% C 98,24% D 98,25% Bài 6: Hạt nhân U234 đứng n phóng xạ hạt α theo phương trình sau: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Biết động hạt α chiếm 98,29% Tính tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α A 57,46 B 57,47 C 57,48 D 57,49 Bài 7: Một hạt nhân mẹ có số khối A, đứng yên phân rã phóng xạ α (bỏ qua xạ γ) Vận tốc hạt nhân B có độ lớn v Coi khối lượng xấp xỉ số khối Độ lớn vận tốc hạt α A (A/4 - l)v B (A/4 + l)v C 4v/(A-4) D 4v/(A + 4) Bài 8: Hạt nhân Rn222 đứng n phóng xạ hạt α theo phương trình: Rn222 → α + X Biết lượng toả phản ứng 2.10-12 J chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: mTh = 54,5.mα; mα = 4,0015u, 1u = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha là: A 0,256.108 m/s B 0,243.108 m/s C 0,084 m/s D 0,257.108 m/s Bài 9: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α theo phương trình: U234 → α + Th230 Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Cho khối lượng hạt: m α = 4,0015u, mTh = 229,9737u, lu = 1,6605.10-27 kg Tốc độ hạt anpha 0,256.108 m/s Tính lượng phản ứng toả A 2,2.10-12J B 2,1.10-12J C 2,0.10-12J D 2,3.10-12 J Bài 10: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Tốc độ hạt cc phóng 1,51.107 m/s Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6.02.10 23/mol Khối lượng mol Ra226 226 g/mol khối lượng hạt α 4,0015u, lu = 1,66.10-27 kg Khi phân rã hết 0,15 μg Ra226 nguyên chất lượng toả A 100 J B 120 J C 205 J D 308 J Bài 11: Hạt nhân A (có khối lượng nu) đứng yên phóng xạ thành hai hạt B (có khối lượng m B) C (có khối lượng mc) theo phương trình: A → B + C Bỏ qua hiệu ứng tương đối tính Nếu động hạt B W B phản ứng toả lượng A WB.mc/(mB + mc) B WB.mB/(mB + mc) C WB.(ms + mc)/mB D WB.(mB + mc)/mc Bài 12: Hạt nhân phóng xạ U234 đứng yên phát hạt α với động 13 MeV biến đổi thành hạt nhân Th230 Coi khối lượng xấp xỉ số khối Năng lượng phản ứng phân rã là: A 13,226 MeV B 13,224 MeV C 0MeV D 13,227 MeV Bài 13: Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng hạt α biến đổi thành hạt nhân X Động hạt α phóng 4,8 MeV Coi tỉ lệ khối lượng xấp xỉ tỉ số số khối Biết số Avôgađrô 6,02.10 23/mol, khối lượng mol Ra226 226 g/mol Khi phân rã hết g Ra226 nguyên chất lượng toả A l,3.1022MeV B 4,8.1022 MeV C 1,4,1023 MeV D MeV Bài 14: Pơlơni 84Po210 chất phóng xạ α thành hạt nhân chì Pb 206 với chu kì bán rã 138 (ngày) Độ phóng xạ ban đầu của lượng chất phóng xạ 1,67.10u (Bq) Cho khối lượng: m α = 4,0015u; mPo = 209,9828u; mPb = 205,9744u; NA = 6,02.1023; luc2 = 931 (MeV) Tìm lượng toả lượng chất phân rã hết A 1,844.1019 (MeV) B 6,42 (MeV) C 1,845 1019 (MeV) D 1,66.1019 (MeV) Bài 15: Tìm lượng tỏa mol U234 phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thôri Th230 Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV/nuclôn, U234 7,63 MeV/nuclôn, Th230 7,7 MeV/nuclôn Biết số Avôgađrô 6,02.1023/mol B 8,42.1024 MeV A 13,98 MeV C 11,51.1024 MeV D 17,24 MeV Bài 16: Hạt nhân U234 đứng yên phóng xạ hạt α: U234 → α + Th230 Biết lượng toả ứong phản ứng 13,7788 MeV chuyển hết thành động hạt tạo thành Trong thực tế người ta đo động hạt α 13 MeV Sự sai lệch kết tính tốn kết đo giải thích có phát xạ γ Cho biết tỉ lệ khối lượng hạt nhân Th hạt α 57,47 Tính bước sóng xạ γ A 2,4 (μm) B 2,1 (αm) C 2,2 (αm) D 2,3 (αm) Bài 17: Hạt  có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc v Bán kính quỹ đạo A R  mv qB B R qB mv C R mv B D R mv qB Bài 18: Hạt α có khối lượng m, điện tích q chuyển động vào trường có cảm ứng từ B vng góc với vận tốc quỹ đạo đường trịn Thời gian để hạt hết vòng quỹ đạo 2 2m A T  qB m B T  qB m C T  qB D T  2qB ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 1.D 11.D 2.B 12.A 3.A 13.A 4.D 14.C 5.B 15.B 6.C 16.D 7.A 17.A 8.B 18.B 9.A 10.D HẾT - CHỦ ĐỀ PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH MỤC LỤC A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Cơ chế phản ứng phân hạch 2 Năng lượng phân hạch II PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Cơ chế phản ứng tổng hợp hạt nhân 2 Năng lượng tổng hợp hạt nhân 3 Phản ứng tổng hợp hạt nhân vũ trụ Phản ứng tổng hợp hạt nhân Trái Đất B CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Năng lượng phản ứng nhiệt hạch Bức xạ lượng Mặt Trời, C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 11 A TĨM TẮT LÍ THUYẾT I PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Cơ chế phản ứng phân hạch a Phản ứng phân hạch gì? − Là vỡ hạt nhân nặng thành hạt nhân trung bình (kèm theo vài nơtrôn phát ra) b Phản ứng phân hạch kích thích −Chỉ xét phản ứng phân hạch hạt nhân: 235 92 U; 238 92 U; 239 94 Pu n  X �� � X* �� � Y  Z  kn  k  1, 2,3 − Quá trình phân hạch X khơng trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X* Năng lượng phân hạch − Xét phản ứng phân hạch: 235 236 95 1 235 236 130 95 n  92 U �92 U* �39 Y 138 53 I  30 n; n  92 U �92 U* �54 Xe  38 Sr  20 n a Phản ứng phân hạch toả lượng − Phản ứng phân hạch 235 92 phản ứng phân hạch toả lượng, lượng gọi lượng U phân hạch − Mỗi phân hạch 235 92 U tỏa lượng 200 MeV b Phản ứng phân hạch dây chuyền − Giả sử sau phân hạch có k nơtrơn giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 92 U tạo nên phân hạch − Sau n lần phân hạch, số nơtrơn giải phóng kn kích thích kn phân hạch + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát không đổi + Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh, gây bùng nổ − Khối lượng tới hạn 235 92 U vào cỡ 15kg, 239 94 Pu vào cỡ kg c Phản ứng phân hạch có điều khiển − Được thực lò phản ứng hạt nhân, tương ứng hường hợp k = − Để đảm bào cho k = 1, người ta dùng điều khiển có chứa Bo hay cadimi − Năng lượng toả không đối theo thời gian II PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Cơ chế phản ứng tổng hợp hạt nhân a Phản ứng tổng hợp hạt nhân gì? − Là q trình hai hay nhiều hạt nhân nhẹ ( A �10 ) hợp lại thành hạt nhân nặng H 13 H �42 He 10 n Phản ứng toả lượng: Qtỏa = 17,6MeV b Điều kiện thực − Nhiệt độ từ 50 đến trăm triệu độ − Mật độ hạt nhân plasma (n) phải đủ lớn − Thời gian trì trạng thái plasma (  ) phải đủ lớn n � 1014 �1016  s cm3 Năng lượng tổng hợp hạt nhân − Năng lượng toả phản ứng tổng hợp hạt nhân gọi lượng tổng hợp hạt nhân − Thực tế chi quan tâm đến phản ứng tổng hợp tạo nên hêli 1 H 12 H �32 He; 11H 13 H �42 He; 12 H 12 He �24 He H 13 H �42 HE 10 n; 12 H  63 Li �  42 He  + Năng lượng tỏa tổng hợp (g) heli gấp 10 lần lượng tỏa phân hạch (g) urani Phản ứng tổng hợp hạt nhân vũ trụ − Năng lượng phát từ Mặt Trời từ hầu hết vũ trụ có nguồn gốc lượng tổng hợp hạt nhân − Quá trình tổng hợp Heli từ hiđrô: 411 H �42 He  210 e  00 v   Phản ứng xảy 30 triệu độ, lượng toả 26,8 MeV Phản ứng tổng hợp hạt nhân Trái Đất a Phản ứng tổng hợp hạt nhân không điều khiển Con người tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân thử bom H b Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển 2 − Hiện sử dụng đến phan ứng: H 1 He �2 He  n  17,6  MeV  − Cần tiến hành việc: + Đưa vận tốc hạt lên lớn (bằng nhiệt độ cao, dùng máy gia tốc, dùng chùm laze cực mạnh) + “Giam hãm” hạt nhân phạm vi nhỏ hẹp để chúng gặp c Ưu việt lượng tổng hợp hạt nhân − So với lượng phân hạch, lượng tổng hợp hạt nhân ưu việt hơn: + Nhiên liệu dồi + Không gây ô nhiễm mơi trường * Lưu ý: Phóng xạ, phân hạch nhiệt hạch phản ứng hạt nhân tỏa lượng B CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Năng lượng toàn phần phân hạch: E   �m t  �ms  c  Năng lượng toàn phần N phân hạch: Q  N.E N m  kg  0, 235  kg  N A nên Q  m  kg  0, 235  kg  N A E Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng H lượng có ích cơng suất có ích là: m  kg  � N A E �Ai  HQ  H 0, 235  kg  � � � Ai Pi  � t �  Ví dụ 1: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92235 U 10 n �9542 Mo 139 Cho biết khối lượng 57 La  20 n   e hạt nhân là: mu = 234,99u; mM0 = 94,88u; mLa = 138,87u; mn = l,01u, me � 1uc2 = 931 MeV Năng lượng phân hạch toả A 216,4 (MeV) B 227,14 (MeV) C 214,13 (MeV) D 227,18 (MeV) Hướng dẫn E   �m t  �m s  c  214,13  MeV  � Chọn C Ví dụ 2: Trong phản úng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 214 (MeV) Tính lượng toả ừong trình phân hạch (g) hạt nhân U235 lị phản ứng Cho biết số Avơgađrơ NA = 6,023.1023, MeV = 1,6.10−13 (J) A 8,8.104 (J) B 8,7.1010 (J) C 8,8.1010 (J) D 5,5.1010 (J) Hướng dẫn Q  NE  m  kg  0, 235  kg  N A E  0, 001 kg  0, 235  kg  6, 023.10 23 214.1, 6.10 13 �8,8.1010  J  � Chọn C Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng trung bình 200 MeV Lấy = 6,023.1023 mol−1, khối lượng mol urani U235 235 g/mol Năng lượng tỏa phân hạch hết kg urani U235 A 5,12,1026MeV B 51,2.1026MeV C 2,56.1015MeV D 2,56.1016MeV Hướng dẫn * Tính Q  NE  m 1000 N A E  / 6, 023.10 23.200  5,13.1026  MeV  235 235 � Chọn A Ví dụ 4: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 500 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.1023 A 4,55.109 (kWh) B 4,54 109 (kWh) C 4,56 109 (kWh) D 4,53 109 (kWh) Hướng dẫn A i  HQ  Ai  0, m  kg  0, 235  kg  N A E 500 1kWh 6, 023.1023.200.1, 6.1013 �4,56.109  kWh  � 0, 235 36.105 Chọn C Ví dụ 5: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất 2461 kg Cho biết số Avơgađrơ N A = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1919 MW B 1920 MW C 1921 MW Hướng dẫn Pi  m  kg  Ai  H N A E t t 0, 235  kg  Pi  2461 0,3 .6, 023.1023.200.1,6.10 13 �1920.106  W  365.86400 0, 235 � Chọn B D 1922 MW Ví dụ 6: Một tàu ngâm có cơng suất 160 KW, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Hỏi sau tiêu thụ hết 0,5 kg U235 nguyên chất? Coi NA = 6,023.1023 A 592 ngày B 593 ngày C 594 ngày D 595 ngày Hướng dẫn Từ Pi  m  kg  m  kg  H N A E Ai  H NA E 0, 235  kg  t t 0, 235  kg  �t  Pi 0, �t 0,5  kg  6, 023.1023.200.1, 6.10 13 0, 235  kg  1  x �593 160.10 86400 (ngày) � Chọn B Ví dụ 7: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P, dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng ΔE Hỏi sau thời gian t hoạt động nhà máy tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A (P.t)(H ΔE) B (H ΔE)/(P.t) C (P.H)/(ΔE.t) D (P.t.H)/(ΔE) Hướng dẫn Năng lương có ích: A i  Pt Năng lượng có ích phân hạch : Q1  H.E �N Ai Pt  � Q1 H.E Chọn A Ví dụ 8: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện P (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất H Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng AE (J) Hỏi sau thời gian t (s) hoạt động nhà máy tiêu thụ kg U235 nguyên chất Gọi NA số Avogdro A (P.t.0,235)/(H.ΔE.NA) B (H ΔE.235)/(P.t.NA) C (P.H.235)/(ΔE.t.NA) D (P.t.235)/(H ΔE.NA) Hướng dẫn Năng lương có ích: A i  Pt Năng lượng có ích phân hạch : Q1  H.E A Pt i Suy N  Q  H.E N Pt 0, 235 Số kg U cần phân hạch: m  N 0, 235  N H.E � Chọn A A A Ví dụ 9: (ĐH − 2013) Một lị phản ứng phân hạch có cơng suất 200 MW Cho tồn lượng mà lò phản ứng sinh phân hạch 235u đồng vị chì bị tiêu hao trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro N A = 6,023.1023mol−1 Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 461,6 g B 461,6 lcg C 230,8 kg Hướng dẫn Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich = Pich.t = 200.106.3.365.86400 = 1,89216.1016 (J) D 230,8 g Vì phân hạch tỏa ΔE = 200 MeV = 3,2.10−11u (J) nên số hạt U235 cần phân hạch là: N  N 5,913.10 26 A 0, 235  230,8  kg  � NA 6, 02.1023 Chọn C Ví dụ 10: (THPTQG − 2017) Giả sử, nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu urani U235 Biết công suất phát điện 500 MW hiệu suất chuyển hóa lượng hạt nhân thành điện 20% Cho hạt nhân urani U235 phân hạch tỏa lượng 3,2.10 −11 J Lấy NA = 6,023.1023 khối lượng mol U235 235 g/mol Nếu nhà máy hoạt động liên tục lượng urani U235 mà nhà máy cần dùng A 962 kg B 1121 kg C 1352,5kg D 1421 kg Hướng dẫn * Năng lượng phân hạch sinh năm: Atp = Aich 100/20 = 5Pich.t= 5.500.106.365.86400 = 7,884.1016 (J) 11 * Mỗi phân hạch tỏa E  3, 2.10  J  nên số hạt phân hạch: N  N A E = 2,46375.1027 2, 46375.10 27 * Khối lương U235: m  N A  6, 02.1023 0, 235  962  kg  � Chọn A A Ví dụ 11: Một nhà máy điện ngun tử có cơng suất phát điện 182.10 (W), dùng nãng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất bao nhiêu, số Avogadro 6,022.1023 A 2333 kg B 2461 kg C 2362kg D 2263 kg Hướng dẫn Năng lượng có ích: Ai = Pt Năng lượng có ích: Q1  H.E A Pt i Số hạt cần phân hạch: N  Q  H.E N Pt.0, 235 Khối lượng U235 cần phân hạch: m  N 0, 235  N H.E �2333  kg  A A � Chọn A Ví dụ 12: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 1920 (MW) dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,2.10 -11 (J) Nhiên liệu dùng hợp kim chứa U235 làm giàu 36% Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lượng nhiên liệu Coi NA = 6,022.1023 A 6,9 (tấn) B 6,6 (tấn) C 6,8 (tấn) D 6,7 (tấn) Hướng dẫn Pt.0, 235 Khối lượng U235 cần phân hạch: m  N H.E � 2461 (kg) A Khối lượng nhiên liêu cần phân hạch: 2461 100 �6,8.103  kg  � 36 Chọn C Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Năng lượng phản ứng nhiệt hạch Năng lượng toàn phần phản ứng: E   �m t  �m s  c  Năng lượng toàn phần N phản ứng: Q  NE N 1m X X Nếu phản ứng có k hạt X số phản ứng: N  k  k A N A X Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O, số hạt D có m = VD khối lượng nước tự nhiên: N D  2N D2 O  m D2 O 20 N A  m.0,015% VD.0,015% NA  NA 20 20 Ví dụ 1: Tính lượng giải phóng tổng hợp hai hạt nhân đơtêri thành hạt α phản ứng nhiệt hạch? Cho biết khối lượng hạt: mD = 2,01402u ; mα = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) A 26,4 (MeV) B 27,4 (MeV) C 24,7 (MeV) D 27,8 (MeV) Hướng dẫn D 12 D �24 He � Q   2m D  m H  c  24,  MeV  � Chọn C Ví dụ 2: (CĐ−2010) Cho phản ứng hạt nhân H 12 H �42 He 10 n  17, MeV Lấy số Avôgađrô NA = 6,02.1023 mol−1, lMeV = l,6.10−13 J Năng lượng tỏa tổng hợp g khí heli xấp xỉ A 4,24.108J B 4,24.105J C 5,03.10nJ D 4,24.1011 J Hướng dẫn m 23 23 He Số phản ứng ố hat He: N  N He  A N A  6, 023.10  1,505.10 He Q  N.E  1,505.10 23.17, 6.1, 6.10 13 �4, 24.1011  J  � Chọn D Ví dụ 3: (THPTQG − 2017) Cho phản ứng hạt nhân: 37 Li 11 H �24 H  X Năng lượng tỏa tổng hợp mol heli theo phản ứng 5,2.10 24 MeV Lấy NA = 6,02.1023 mol−1 Năng lượng tỏa phản ứng hạt nhân A 69,2 MeV B 34,6 MeV C 17,3 MeV D 51,9 MeV Hướng dẫn * Từ Li 11 H �42 H  X ta thấy có phản ứng tạo thành hạt nhân He nên số phản ứng = 0,5 lần số hạt nhân He = 0,5NA * Gọi ΔE lượng tỏa sau phản ứng tổng hợp mol He lượng tỏa ra: Q  0,5 N A E � 5, 2.10 24  0,5.6,02.1023 E � E  17,3  MeV  � Chọn C Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân: D  D � T  p  5,8.10 13 (J) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D2O Cho biết khối lượng mol D2O 20 g/mol số Avơgađrơ NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có (kg) nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6.109 (J) B 2,7.109(J) C 2,5.109 (J) Hướng dẫn Số phản ứng nửa số hạt D: D 5,2.109 (J) N m D2 O 103  g  0, 015% 1 N D  2N D2 O  N A  6, 023.10 23  4,51.10 21 2 20 20 Q  NE  4,51.10 21.5,8.10 13 �2, 6.109  J  � Chọn A Bức xạ lượng Mặt Trời, Nếu thời gian t, khối lượng Mặt Trời giảm xạ m lượng xạ tồn phần cơng suất xạ tồn phần là: �E  mc � � E mc Pt �m �P   t c � t Phần trăm khối lương bi giảm sau thời gian t là: h  m M , với M khối lượng Mặt Trời Ví dụ 1: (ĐH − 2007) Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Mặt Trời giảm lượng 3,744.1014 kg Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Cơng suất xạ (phát xạ) trung bình Mặt Trời A 3,9.1020 MW B 4,9.1040 MW C 5,9.1010 MW D 3,9.1015 MW Hướng dẫn P E mc2   3,9.1026  W  � Chọn A t t Ví dụ 2: Mặt Trời có khối lượng 2.1030 (kg) công suât xạ 3,8.1026 (W) Nếu cơng suất xạ khơng đối sau tỉ năm nữa, phần khối lượng giảm phần trăm khối lượng Xem năm có 365,2422 ngày tốc độ ánh sáng chân không 3.108 (m/s) A 0,005% B 0,006% C 0,007% D 0,008% Hướng dẫn h m Pt 3,8.109.365, 2422.86400   �0, 007% � M Mc 2.1030.9.1016 Chọn C Ví dụ 6: Mặt Trời có khối lượng 2.1030 (kg) cơng suất xạ tồn phần 3,9.1026 (W) Nếu cơng suất xạ khơng đổi sau khối lượng giảm 0,01%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,85 tỉ năm B 1,46 tỉ năm C 1,54 tỉ năm D 2,12 tỉ năm Hướng dẫn 0, 01 Pt 104.2.1030.9.1016 1(nam) h � t  �1, 46.109  s x 26 100 mc 3,9.10 365, 2422.86400 (năm) Ví dụ 7: Mặt trời có cơng suất xạ toàn phần 3,8.10 26 (W) Giả thiết sau giây Mặt Trời có 200 (triệu tấn) Hêli tạo kết chu trình cacbon — nitơ 411 H �42 He  2e Chu trình đóng góp phần trăm vào cơng suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV A, 32% B 33% C 34% D 35% Hướng dẫn Trong giây, số hạt nhân Heli tạo thành là: N  200.106.106  g  6, 023.1023  3, 0115.1037 13 24 Trong giây chu trình xạ lượng là: Q1  N.26,8.1, 6.10 �129.10  J  Cơng suất xạ chu trình là: P1  Qt  129.1024  W  t Chu trình đóng góp số phần trăm vào cơng suất xạ Mặt Trời là: 129.10  W  P1 100%  100% �34% � P 3,8.1026 24 Chọn C Ví dụ 8: Giả sử ngơi sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrơ thành hạt nhân lúc có He với trình tổng hợp khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, He  42 He  42 He �12 C  7, 27MeV He chuyển He hóa thành hạt nhân 12 ngơi C thơng qua MeV Coi tồn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình P Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô NA = 6,02.1023 mol−1, leV = 1,6.10−19 J Thời gian để chuyển hóa hết ngơi thành 12 C vào A 5,3.1030 W He khoảng 160 triệu năm Tính P B 4,6.1030 W C 4,5.1035 W D 4,8.1032 W Hướng dẫn * Số hat nhân He: N  m N A A * Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 * Năng lượng tỏa ra: Q  * Thời gian: t  mN A N E  E 3A Q mN A 4, 6.1032.6, 02.10 23.7, 27.1,6.10 13  E � 160.106.365, 25.86400  P 3.AP 3, 4.10 3 P � P  5,3.1030  W  � Chọn A Ví dụ 9: (THPTQG − 2016): Giả sử ngơi sao, sau chuyển hóa tồn hạt nhân hidrô thành hạt nhân nhân 12 He C ngơi lúc chi có He với thơng qua q trình tổng hợp khối lượng 4,6.1032 kg Tiếp theo đó, He  42 He  42 He �12 C He chuyển hóa thành hạt +7,27 MeV Coi tồn lượng tỏa từ trình tổng hợp phát với cơng suất trung bình 5,3.10 30W Cho biết: năm 365,25 ngày, khối lượng mol Thời gian để chuyển hóa hết A 481,5 triệu năm He He 4g/mol, số A−vô−ga−đrô NA= 6,02.1023 mol−1, leV = 1,6.10−19 J thành 12 C vào B 481,5 nghìn năm khoảng C 160,5 nghìn năm Hướng dẫn * Số hạt nhân He: N  m 4, 6.1023.103 NA  6,02.1023  6,923.1058 A *Cứ phản ứng cần hạt nhân He nên số phản ứng N/3 * Năng lượng tỏa ra: Q  Q * Thời gian: t  P  N 6,923.1058 E  7, 27.1,6.10 13  J  3 6,923.1058.7, 27.1, 6.10 13 1nam  160,5.106  nam   s 365, 25.86400  s  3.5,3.1030 � Chọn D Khái quát: * Bước 1: Tìm số hat: N  m N A A * Bước 2: Tìm số phản ứng: N pu  N k D 160,5 triệu năm * Bước 3: Tìm lượng: * Bước 4: Tìm thời gian: t  Q  N pu E Q P Điểm nhấn: E  W  W � B  1) Trong phóng xạ alpha viết phương trình phóng xạ: A � B   �m W  m W   �B B 2) Nếu hiệu suất trình sử dụng lượng phân hạch U235 H lượng có ích cơng suất có ích là: � m  kg  A i  HQ  H N A E � 0, 235  kg  � � � Ai Pi  � t � C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP Bài 1: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 92235 U 10 n �139 53 I 94 39 Y  30 n Cho biết khối lượng hạt nhân là: mU = 234,99332u; mI = 138,897u; my = 93,89014u; mn = l,008665u 1uc2 = 931,5 MeV Năng lượng phân hạch toả A 175,9 (MeV) B 227,4 (MeV) C 178,3 (MeV) D 207,8 (MeV) Bài 2: Một lò phản ứng phân hạch có cơng suất 100 MW Cho tồn lượng mà lị phản ứng sinh phân hạch 235U đồng vị bị tiêu hao trình phân hạch Coi năm có 365 ngày; phân hạch sinh 200 MeV; số Avôgađro N A = 6,02.1023moh-1 Khối lượng 235u mà lò phản ứng tiêu thụ năm là: A 115,4 g B 115,4kg C 230,8 kg D 230,8 g Bài 3: Trong phản ứng phản hạch hạt nhân U235, lượng trung bình tỏa phân chia hạt nhân 3,2.10-11(J) Tính lượng tỏa trình phân hạch (kg) hạt nhân U235 lò phản ứng Cho biết số Avôgadro NA = 6,023.10-23 A 8,2.1014 (J) B 8,2.1013 (J) Bài 4: Phản ứng phân hạch Urani 235 là: C 8,8.1013 (J) 235 92 D 8,8.1014 (J) 139  U 10 n �95 42 Mo  57 La  b   e Cho biết khối lượng hạt nhân là: mU = 234,99u; mMo = 94,88u; mLa = 138,87u; mn= l,01u, me ~ 1uc2= 931 MeV Biết số avôgađô NA= 6,023.1023 mol-1 leV = 1,6.10-19 J Năng lượng toả gam U235 phân hạch hết A 8,78.100J B 6,678.100J C 214.100J D 32,1.1010J Bài 5: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân U235, lượng trung bình toả phân chia hạt nhân 200 (MeV) Nếu 40% lượng biến thành điện điện (KWh) phân hạch hết 250 (kg) U235 Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.100 A 4,55.100 (kWh) B 4,54.100 (kWh) C 4,56.100 (kWh) D 2,28.100 (kWh) Bài 6: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 35% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 3,04.10 -11 (J) Trong 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất 2000 kg Cho biết số Avơgađrơ NA = 6,023.1023 Tính cơng suất phát điện A 1,92 GW B 1,73 GW C K93 GW D 2,77 GW Bài 7: Mỗi phân hạch hạt nhân U235 toả lượng hữu ích 185 MeV Một lị phản ứng cơng suất 100 MW dùng nhiên liệu U235 phải cần thời gian để tiêu thụ hết kg urani? A 8,78 (ngày) B 8,77 (ngày) C 8,76 (ngày) D 8,79 (ngày) Bài 8: Một tàu ngâm có cơng st 500 (kW), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 MeV Trong ngày hoạt động cần tiêu thụ số nguyên tử U235 nguyên chất A 675.1018 B 675.1019 C 675.1020 D 665.1019 Bài 9: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 192.10 (W), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt U235 phân hạch toả lượng 200 (MeV) Hỏi 365 ngày hoạt động nhà máy tiêu thụ khôi lượng U235 nguyên chất Số NA = 6,022.1023 A 2360 kg B 2461 kg C 2482 kg D 3463 kg Bài 10: Mỗi phân hạch hạt nhân U235 nơtron toả lượng hữu ích 185 (MeV) Một lị phản ứng cơng st 100 (MW) dùng nhiên liệu U235 thời gian 8,8 ngày phải cần kg Urani? Cho biết số Avôaađrô NA = 6,022.1023, MeV= 1,6.10-13 (J) A kg B kg C kg D 0,5 kg Bài 11: Một tàu phá ngun tử có cơng suất lò phản ứng P = 18 MW Nhiên liệu urani làm giàu chứa 25% U235 Tìm khối lượng nhiên liệu cần để tàu hoạt động liên tục 60 ngày Cho biết hạt nhân U235 phân hạch toả 3,2.10-11 J Coi hiệu suất sử dụng 100% A 5,16 lcg B 4,95 kg Bài 12: Cho phản ứng hạt nhân: C 3,84 kg D 12 D �32 He 10 n D 4,55 kg Biết khối lượng D,32 He,10 n mD = 2,0135u; mHe = 3,0149u; mn = l,0087u Năng lượng tỏa phản ứng A 1,8821 MeV B 2,7391 MeV C 7,4991 MẹV D 3,1671 MeV Bài 13: Cho phản ứng hạt nhân: D + T → n + X Cho biết khối lượng hạt: m D = 2,0136u; mT = 3,016u; mn = l,0087u; mx = 4,0015u; 1uc2 = 931 (MeV) Nước tự nhiên chứa 0,015% nước nặng D 2O Cho biết khối lượng riêng nước (kg/lít), khối lượng mol D 2O 20 g/mol số Avơgađrơ NA = 6,02.1023 Nếu dùng tồn D có 1m3 nước để làm nhiên liệu cho phản ứng lượng thu là: A 2,6 1013 (J) B 2,61.1013 (J) C 2,627.1013 (J) D 2763.1013 (J) Bài 14: Xét phản ứng nhiệt hạch: D + T → He + n Biết khối lượng hạt: m D = 2,0136 u; mT = 3,0160u; mHe = 4,0015u; mn = l,0087u;1u = 931,5 Mev/c MeV = 1,6.10-13 J số Avogadro 6,02.10-23 Nếu có lkmol He tạo thành theo phản ứng toả là: A 174.1012 KJ B 1,74.1012 KJ C 17,4,1012 KJ D 1,74.1012 J Bài 15: Do phát xạ nên ngày (86400 s) khối lượng Thiên Lang giảm lượng 9,36.10 15 kg Biêt tốc độ ánh sáng chân không 3.1 108 m/s Cơng suất xạ trung bình Thiên Lang A 97,5.1026 W B 9,75.1020 MW C 5,9.1010 MW D 5,9.1025W Bài 16: Mặt trời có cơng suất xạ 3,8.1026 (W) Sau giây khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,1 (triệu tấn) B 4,2 (triệu tấn) C 4,3 (triệu tấn) D 4,4 (triệu tấn) Bài 17: Mặt Trời có cơng suất xạ 3,9.1026 (W) Sau khối lượng Mặt Trời giảm bao nhiêu? A 4,68.1021 kg B 0,78.1013 kg C 1,56.1013 kg D 3,12.1013 kg Bài 18: Mặt trời có khối lượng 2.1030 (kg) cơng suất xạ 3,8.1026 (W) Nếu công suất xạ không đổi sau khối lượng giảm 0,014%? Xem năm có 365,2422 ngày A 0,5 tỉ năm B tỉ năm C 1,5 tỉ năm D 1,2 tỉ năm Bài 19: Mặt trời có cơng suất xạ tồn phần 3,8.1026 (W) Chu trình cacbon - nitơ đóng góp 34% vào cơng suất xạ Mặt Trời Biết chu trình toả lượng 26,8 MeV Khối lượng mol He 4u/mol số Avôgađrô NA= 6,023.102 Sau phút Mặt Trời khối lượng Heli tạo chu trình cácbon-nitơ A 11 (tỉ tấn) B 12 (tỉ tấn) C (tỉ tấn) D 10 (tỉ tấn) ĐÁP ÁN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LUYỆN TẬP 3.B 13.B 4.A 14.B 5.D 15.A 6.B 16.B 7.A 17.C 8.B 18.B 9.B 19.B HẾT - 10.C 1.A 11.D 2.B 12.D ... nuclôn hạt nhân X lớn số nuclơn hạt nhân Y A hạt nhân Y bền vững hạt nhân X B hạt nhân X bền vững hạt nhân Y C lượng liên kết riêng hai hạt nhân D lượng liên kết hạt nhân X lớn lượng liên kết hạt nhân. .. lượng hạt nhân B Bán kính nguyên tử bán kính hạt nhân C Điện tích nguyên tử điện tích hạt nhân D Lực tĩnh điện liên kết nuclôn hạt nhân Bài 17: Phát biểu sau sai nói hạt nhân nguyên từ? A Hạt nhân. .. lượng nguyên tử u A nguyên tử Hyđrô 1H1 B hạt nhân nguyên tứ Cacbon C11 C 1 /12 khối lượng dồng vị Cacbon C12 D 1 /12 khối lượng đồng vị Cacbon C13 Bài 15: Chọn câu A Bán kính nguyên tử bán kính hạt