Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chương 8: Hạt nhân nguyên tử - Dạng 2: Hạt nhân, phản ứng hạt nhân (Có lời giải)

Nội dung text: Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chương 8: Hạt nhân nguyên tử - Dạng 2: Hạt nhân, phản ứng hạt nhân (Có lời giải)

1. II. BÀI TẬP VỀ HẠT NHÂN, PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1. Bài toán đại cương về hạt nhân, phản ứng hạt nhân 1.2. Ví dụ minh họa 29 40 Ví dụ 1: So với hạt nhân 14 Si , hạt nhân 20 Ca có nhiều hơn A. 11 nơtrôn và 6 prôtônB. 5 nơtrôn và 6 prôtôn C. 6 nơtrôn và 5 prôtônD. 5 nơtrôn và 12 prôtôn Lời giải Số proton của Si là 14, của Ca là 20. Vậy Ca nhiều hơn Si 20 14 6 proton. Số khối của Si là 29 suy ra số notron của Si là 29 14 15. Của Ca là 40 20 20 . Vậy Ca hơn Si 25 15 5 notron. Đáp án B Ví dụ 2: Phát biểu nào sai khi nói về hạt nhân nguyên tử: A. hạt nhân mang điện dương vì số hạt dương nhiều hơn hạt âm. B. số nucleon cũng là số khối A. C. tổng số nơtron = số khối A bậc số Z. D. hạt nhân nguyên tử chứa Z proton. Lời giải A. Sai. Hạt nhân mang điện dương vì hạt nhân gồm các proton mang điện dương và các notron không mang điện, chứ không phải do số hạt dương nhiều hơn hạt âm. Trong hạt nhân không có hạt nào mang điện tích âm. B. Đúng. Số nuclon là tổng số proton và notron trong hạt nhân, và là số khối. C. Đúng. Hạt nhân nguyên tử chứa Z proton. Đáp án A 20 4 Ví dụ 3: Biết mp 1,007276u,mn 1,008665u và hai hạt nhân Neon 10 Ne, 2 He có khối lượng lần lượt mNe 19,98695u , m 4,001506u. Chọn câu trả lời đúng: A. Hạt nhân Neon bền hơn hạt α B. Hạt nhân α bền hơn hạt Neon. C. Cả hai hạt nhân Neon và α đều bền như nhau. D. Không thể so sánh độ bền của hai hạt nhân. Lời giải Để so sánh độ bền vững của các hạt nhân, ta so sánh năng lượng liên kết riêng. Ta có năng lượng liên kết riêng của He và Ne là: Trang 1
2. Elkr He 2.1,007276 2.1,008665 4,001506 .931,5 Elkr He 7,073811 MeV AHe 4 E 10.1,007276 10.1,008665 19,98695 .931,5 E lkr Ne 8,0323245 MeV lkr Ne ANe 20 Vậy hạt nhân Ne bền vững hơn. Đáp án A 4 Ví dụ 4: Sau khi được tách ra từ hạt nhân 2 He, tổng khối lượng của 2 prôtôn và 2 nơtrôn lớn hơn khối 4 2 lượng hạt nhân 2 He một lượng là 0,0305u. Nếu 1u 931MeV/ c , năng lượng ứng với mỗi nuclôn, đủ để tách chúng ra khỏi hạt nhân 4 He là bao nhiêu? A. 7,098875 MeVB. 2,745.1015 J C. 28,3955 MeVD. 0.2745.1016 MeV Lời giải Năng lượng cần tìm chính là năng lượng liên kết riêng 2 Elkr He m.c 0,0305.931 Elkr He 7,098875 MeV AHe 4 4 Đáp án A Ví dụ 5: Cho ba hạt nhân X, Y và Z có số nuclôn tương ứng là AX , AY , AZ với AX 2AY 0,5AZ . Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là EX , EY , EZ với EZ EX EY . Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là: A. Y, X, ZB. Y, Z, XC. X, Y, Z D. Z, X, Y Lời giải Theo bài ra ta có AX 2AY 0,5AZ AZ AX AY EZ EX EY Mà EZ EX EY nên suy ra EZ EX EY Vậy năng lượng liên kết riêng giảm dần theo thứ tự Y, X, Z. Hay nói cách khác, tính bền vững giảm dần theo thứ tự Y, X, Z. Đáp án A 2 Ví dụ 6: Hạt nhân 1 D (doteri) có khối lượng m 2,00136u . Biết m 1,0073u ; m 1,0087u . Hãy xác định độ hụt khối của hạt nhân D. A. 0,0064uB. 0,001416uC. 0,003u D. 0,01464u Lời giải Độ hụt khối của hạt nhân D là m Zmp A Z mn mD 1,0073 1,0087 2,00136 0,01464u Đáp án D Trang 2
3. 2 Ví dụ 7: Hạt nhân 1 D (doteri) có khối lượng m 2,00136u . Biết m 1,0073u ; m 1,0087u , c 3.108 m / s . Hãy xác định năng lượng liên kết của hạt nhân D A. 1,364 MeVB. 1,634 MeVC. 13,64 MeV D. 14,64 MeV Lời giải Ta có năng lượng liên kết của hạt nhân D là 2 2 Elk mc Zmp A Z mn mD c 1,0073 1,0087 2,00136 .931,5 13,64 MeV Đáp án C 2 Ví dụ 8: Hạt nhân 1 D (doteri) có khối lượng m 2,00136u . Biết m 1,0073u ; m 1,0087u ,; c 3.108 m / s . Hãy xác định năng lượng liên kết riêng của hạt nhân D A. 1,364 MeV/nuclonB. 6,82 MeV/nuclon C. 13,64 MeV/nuclonD. 14,64 MeV/nuclon Lời giải Ta có năng lượng liên kết riêng của hạt nhân D là Z A Z m m c2 E mp n D E lk lkr A A 1,0073 1,0087 2,00136 .931,5 13,64 =6,82 MeV 2 2 Đáp án B Ví dụ 9: Hạt hân B có bán kính gấp 2 lần bán kính của hạt nhân A. Biết rằng số khối của A là 8. Hãy xác định số khối của B. A. 70B. 64C. 16 D. 32 Lời giải Ta có bán kính hạt nhân xác định bởi R 1,2.10 15.3 A m nên do đó RB AB AB 3 3 AB 64 RA AA 8 Đáp án B Ví dụ 10: Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200 W. Cho rằng toàn bộ năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của 235U và đồng vị này chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi 23 1 năm có 365 ngày; mỗi phân hạch sinh ra 200 MeV; số A-vô-ga-đro N A 6,02.10 mol . Khối lượng 235U mà lò phản ứng tiêu thụ trong 3 năm là: A. 461,6 gB. 461,6 kgC. 230,8 kg D. 230,8 g Lời giải Trang 3
4. Năng lượng mà lò phản ứng tạo ra trong 3 năm là: Q 3.86400.365.200.106 1,89216.1016 J Vì một phân hạch tạo ra 200 MeV 3,2.10 11 J nên số phân hạch trong 3 năm là: Q N 5,913.1026 3,2.10 11 Một phân hạch sẽ tiêu hao 1 nguyên tử 235U , nên số nguyên tử 235U bị tiêu hao cũng chính là N 5,913.1026 . Số mol của 235U bị tiêu thụ là N 5,913.1026 n 23 982,226 mol N A 6,02.10 Khối lượng của 235U mà lò phản ứng tiêu thụ là: m nA 982,226.235 230823,09 g 230,8 kg Đáp án C Trang 4
5. 1.3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN 17 Câu 1: Hạt nhân 8 O có A. 8 proton; 17 notronB. 9 ptoton; 17 notron C. 8 proton; 9 notron D. 9 proton; 8 notron. Câu 2: Hạt nhân có 3 proton và 4 notron có kí hiệu là 4 3 7 7 A. 3 X B. 4 X C. 4 X D. 3 X 36 Câu 3: Số notron của 13S là bao nhiêu? A. 23B. 36C. 13 D. 49 Câu 4: Trong các ký hiệu sau. Ký hiệu nào là ký hiệu của proton? 1 1 0 A. 0 p B. 1 p C. 1 p D. không đáp án Câu 5: Trong các ký hiệu sau. Ký hiệu nào là của electron? 1 0 A. 0 e B. 1e C. 1e D. không đáp án Câu 6: Trong các ký hiệu sau. Ký hiệu nào là của notron? 1 1 0 A. 0 n B. 1n C. 1n D. không đáp án 2 Câu 7: Ký hiệu 1 H là của hạt nhân? A. hidroB. tritiC. doteri D. nơtron 6 Câu 8: Từ kí hiệu của một hạt nhân nguyên tử là 3 X , kết luận nào dưới đây chưa chính xác A. Hạt nhân của nguyên tử này có 6 nuclon. B. Đây là nguyên tố đứng thứ 3 trong bảng HTTH C. Hạt nhân này có 3 protôn và 3 nơtron. D. Hạt nhân này có 3 protôn và nhiêu electron. Câu 9: Khẳng định nào đúng về hạt nhân nguyên tử? A. lực tĩnh điện liên kết các nuclôn trong hạt nhân. B. Khối lượng của nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân. C. Bán kính của nguyên tử bằng bán kính hạt nhân. D. Điện tích của nguyên tử bằng điện tích hạt hân. Câu 10: Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn là A. electron và protonB. electron và notron C. proton và notronD. electron, proton và notron. Câu 11: Proton chính là hạt nhân nguyên tử Trang 5
6. 12 16 4 1 A. Cacbon 6 C B. Oxi 8O C. Heli 2 He D. Hidro 1 H Câu 12: Liên hệ nào sau đây của đơn vị khối lượng nguyên tử u là sai? 1 A. u có trị số bằng có khối lượng của đồng vị 12C 12 6 B. khối lượng của một nuclon xấp xỉ bằn 1 u A C. Hạt nhân Z X có khối lượng xấp xỉ Z.u MeV D. 1u 931,5 c2 Câu 13: Các hạt nhân có cùng số proton với nhau gọi là A. Đồng vịB. Đồng đẳngC. Đồng phân D. Đồng khối Câu 14: Chọn phát biểu đúng đối với hạt nhân nguyên tử A. Khối lượng hạt nhân xem như khối lượng nguyên tử B. Bán kính hạt nhân xem như bán kính nguyên tử C. Hạt nhân nguyên tử gồm các hạt proton và electron D. Lực tĩnh điện liên kết các nuclon trong nhân nguyên tử. Câu 15: Chất đồng vị là: A. các chất mà hạt nhân cùng số proton. B. các chất mà hạt nhân cùng số nucleon. C. các chất cùng một vị trí trong bảng phân loại tuần hoàn. D. A và C đúng. Câu 16: Viết ký hiệu 2 hạt nhân chứa 2p và 1n; 3p và 5n: 3 5 3 8 1 5 2 3 A. 2 X và 3Y B. 2 X và 3Y C. 2 X và 3Y D. 3 X và 8Y Câu 17: Chọn câu đúng. A. Hạt nhân càng bền khi độ hụt khối càng lớn. B. Trong hạt nhân số proton luôn luôn bằng số notron. C. Khối lượng của proton nhỏ hơn khối lượng của notron. D. Khối lượng của hạt nhân bằng tổng khối lượng của các nuclon. Câu 18: Chọn trả lời đúng. Kí hiệu của hai hạt nhân, hạt X có một protôn và hai nơtron; hạt Y có 3 Prôtôn và hai nơtron; hạt 3 có 3 prôtôn và 4 nơtron là 1 4 2 4 3 4 3 7 A. 1 X ; 3Y B. 1 X ; 3Y C. 2 X ; 3Y D. 1 X ; 3Y 235 Câu 19: Trong nguyên tử đồng vị phóng xạ 92U có: A. 92 electron và tổng số proton và electron là 235 Trang 6
7. B. 92 proton và tổng số proton và electron là 235 C. 92 proton và tổng số proton và notron là 235 D. 92 proton và tổng số nơtron là 235 Câu 20: Phát biểu nào sai khi nói về hạt nhân nguyên tử: A. Nhân mang điện dương vì số hạt dương nhiều hơn hạt âm. B. Số nucleon cũng là số khối A. C. Tổng số nơtron = số khối A – bậc số Z. D. hạt nhân nguyên tử chứa Z proton. Câu 21: Đơn vị khối lượng nguyên tử là: A. Khối lượng của một nguyên tử hydro. 1 B. khối lượng của một nguyên tử cacbon 12 12 C. Khối lượng của một nguyên tử Cacbon. D. Khối lượng của một nucleon. 7 Câu 22: Đồng vị hạt nhân 3 Li là hạt nhân có: A. Z 3, A 6. B. Z 3, A 8. C. Z 4, A 7. D. B, A đều đúng Câu 23: Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ: A. Các nơtronB. Các nuclonC. Các proton D. Các electron Câu 24: Đơn vị đo khối lượng trong Vật lí hạt nhân. A. Đơn vị đo khối lượng nguyên tử (u).B. Kg C. Đơn vị eV/c2 hoặc MeV/c2 D. Tất cả đều đúng Câu 25: Các hạt nhân có cùng số Z nhưng khác nhau về số A gọi là: A. Đồng vị.B. Đồng đẳng.C. Đồng phân. D. Đồng khối. 36 Câu 26: Nguyên tử 13 S . Tìm khối lượng hạt nhân của lưu huỳnh theo đơn vị u? Biết mp 1,00728u; 4 mn 1,00866u; me 5,486.10 u. A. 36 uB. 36,29382 uC. 36,3009518 u D. Đáp án khác 36 Câu 27: Nguyên tử 13 S . Tìm khối lượng nguyên tử của lưu huỳnh theo đơn vị u? Biết mp 1,00728u; 4 mn 1,00866u; me 5,486.10 u. A. 36 uB. 36,29382 uC. 36,3009518 u D. Đáp án khác Câu 28: Tính chất hóa học của một nguyên tử phụ thuộc vào A. Nguyên tử sốB. Số khốiC. Khối lượng nguyên tửD. Số các đồng vị Trang 7
8. Câu 29: Biết khối lượng của 1u 1,66055.10 27 kg , 1u 931,5MeV/c2 . Hãy đổi 1MeV/c2 ra kg? A. 1,7826.10 27 kg B. 1,7826.10 28 kg C. 1,7826.10 29 kg D. 1,7826.10 30 kg 2 Câu 30: Khối lượng của proton là mp 1,00728u. Tính khối lượng p theo MeV/c . Biết 1u 931,5MeV/c2 A. 938,3B. 931,5C. 940 D. 939,5 2 Câu 31: Khối lượng của một notron là mn 1,00866u . Tính khối lượng n theo MeV/c . Biết 1u 931,5MeV/c2 A. 938,3B. 931,5C. 940 D. 939,6 4 2 2 Câu 32: Khối lượng của e là me 5,486.10 u. Tính khối lượng e ra MeV/c . Biết 1u 931,5MeV/c A. 0,5B. 1C. 0,51 D. 0,55 Câu 33: Tìm phát biểu đúng? A. Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các hạt tạo thành hạt nhân đó. B. Khối lượng của một hạt nhân luôn bằng tổng khối lượng của các hạt tạo nên nó vì khối lượng bảo toàn. C. Khối lượng của hạt nhân lớn hơn khối lượng của tổng hạt tạo thành nó vì khi kết hợp electron đóng vai trò chất kết dính nên đã hợp với proton tạo nên nơtron. D. Không có phát biểu đúng. A Câu 34: Công thức tính độ hụt khối của nguyên tố Z X . A. m Z.mp A Z mn mX . B. m 0. C. m Z.mp Z A mn mX . D. m mX Z.mp Z A mn . Câu 35: Công thức tính năng lượng liên kết? 2 2 A. Wlk m.c B. Wlk m.c m.c2 m.c2 C. W D. W lk A lk Z Câu 36: Công thức tính năng lượng liên kết riêng? 2 2 A. Wlkr m.c B. Wlkr m.c m.c2 m.c2 C. W D. W lkr A lkr Z Câu 37: Năng lượng liên kết là: A. Năng lượng dùng để liên kết các proton. Trang 8
9. B. Năng lượng để liên kết các notron. C. Năng lượng dùng để liên kết tất cả các nuclon. D. Năng lượng dùng để liên kết một nuclon. Câu 38: Năng lượng liên kết riêng là năng lượng để A. liên kết một nuclon. B. liên kết tất cả các nuclon. C. liên kết các electron. D. liên kết các e và nuclon. 4 Câu 39: Khối lượng của hạt nhân Heli 2 He là mHe 4,00150u . Biết mp 1,00728u; mn 1,00866u . 1u 931,5MeV/c2 . Tính năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt nhân Heli? A. 7JB. 7,07eVC. 7,07MeV D. 70,7eV 20 Câu 40: Năng lượng liên kết của 10 Ne là 160,64 MeV. Xác định khối lượng của nguyên tử Ne? Biết 2 mn 1,00866u;mp 1,0073u;1u 931,5 MeV/c A. 19,987g .B. 19,987MeV / c2 .C. 19,987 u.D. 20 u. 56 Câu 41: Nguyên tử sắt 26 Fe có khối lượng là 55,934939u. 4 Biết mp 1,00728u;mn 1,00866u;m 5,486.10 u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân sắt? A. 7,878 MeV/nuclonB. 7,878 eV/nuclonC. 8,7894 MeV/nuclon D. 8,7894 eV/nuclon Câu 42: Một hạt nhân có số khối A, số prôton Z, năng lượng liên kết ELK . Khối lượng prôton và notrôn tương ứng là mp và mn , vận tốc ánh sáng là c. Khối lượng của hạt nhân đó là 2 2 A. Amn Zmp ELK / c . B. A Z mn Zmp ELK / c . 2 2 C. A Z mn Zmp ELK / c . D. Amn Zmp ELK / c . 60 Câu 43: Hạt nhân 27 Co có khối lượng 59,940(u), biết khối lượng proton: 1,0073(u), khối lượng nơtron là 60 2 1,0087(u), năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 27 Co là 1u 931MeV / c : A. 10,26 (MeV).B. 12,44 (MeV).C. 8,53 (MeV). D. 8,444 (MeV) 2 Câu 44: Hạt nhân doteri 1 D có khối lượng 2,0136u. Biết khối lượng của prôton là 1,0073u và khối lượng 2 2 của nơtron là 1,0087u. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 1 D là, biết 1u 931,5MeV / c A. 1,86 MeV.B. 2,23 MeV.C. 1,1178 MeV. D. 2,02 MeV. 20 4 Câu 45: Biết mp 1,007276u;mn 1,008665u và hai hạt neon 10 Ne, 2 He có khối lượng lần lượt Trang 9
10. mNe 19,98695u;m 4,001506u . Chọn trả lời đúng A. Hạt nhân neon bền hơn hạt B. Hạt nhân bền hơn hạt neon C. Cả hai hạt nhân neon và đều bền như nhauD. Không thể so sánh độ bền của hai hạt nhân Câu 46: : Uranni thiên nhiên có khối lượng nguyên tử m =237,93u gồm hai đồng vị chính là 235U và 238 235 238 U . Khối lượng hạt nhân của U là m1 234,99u và U là m2 237,95u . Tỉ lệ các đồng vị trong uranni thiên nhiên là A. 6,8% 235U và 93,20% 238U B. 0,68% 235U và 99,32% 238U C. 99,32% 235U và 0,68% 238U D. 93,20% 235U và 6,8% 238U Câu 47: Khối lượng hạt nhân 235U là m =234,9895MeV, khối lượng proton là 1,0073u, khối lượng 235 nơtron là 1,0087u. Năng lượng liên kết của hạt nhân 92 U A. WLK = 248 MeV.B. WLK = 2064 MeV.C. WLK = 987 MeV.D. WLK = 1794 MeV 60 Câu 48: Một hạt nhân 27 Co có khối lượng m =59,9405u. Biết khối lượng proton là 1,0073u, khối lượng notron là 1,0087u. Biết 1u 931,5MeV / c2 . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là: A. 8,44 MeV/nuclonB. 7,85 MeV/nuclonC. 8,86 MeV/nuclon D. 7,24 MeV/nuclon 4 Câu 49: Cần năng lượng bao nhiêu để tách các hạt nhân trong 1 gam 2 He thành các proton và nơtron tự 2 do? Cho biết mHe 4,0015u;mn 1,0087u;mp 1,0073u;1u.1c 931MeV. A. 5,36.1011 JB. 4,54.1011 JC. 6,83.1011 JD. 8,27.1011 J 4 Câu 50: Sau khi được tách ra từ hạt nhân 2 He tổng khối lượng của 2 prôtôn và 2 notrôn lớn hơn khối 4 2 lượng hạt nhân một 2 He một lượng là 0,0305u. Nếu 1u 931MeV / c , năng lượng ứng với mỗi nuclôn, đủ để tách chúng ra khỏi hạt nhân 4He là bao nhiêu? A. 7,098875 MeVB. 2,745.1015 JC. 28,3955 MeVD. 0,2745.1016 J 2 2 2 Câu 51: : Khối lượng hạt nhân doteri (1 D) là m 1875,67MeV / c , proton là 938,28MeV / c và notron là 939,57MeV / c2 , Năng lượng liên kết của hạt nhân doteri là: A. WLk = 1,58 MeVB. WLk = 2,18 MeVC. WLk = 2,64 MeVD. WLk = 3,25 MeV ĐÁP ÁN Trang 10
11. 1-C 2-D 3-A 4-B 5-C 6-A 7-C 8-D 9-B 10-C 11-D 12-C 13-A 14-A 15-D 16-B 17-C 18-D 19-C 20-A 21-B 22-D 23-B 24-D 25-A 26-D 27-D 28-A 29-D 30-A 31-D 32-C 33-A 34-A 35-B 36-C 37-C 38-A 39-C 40-C 41-C 42-B 43-D 44-C 45-A 46-B 47-D 48-A 49-C 50-A 51-B HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án C A Cấu tạo hạt nhân là: Z X trong đó X là tên hạt nhân, Z là số hiệu nguyên tử (số proton), A là số khối, N là 17 số notron với N = A –Z . Quy vào công thức: 8 O thì suy ra có 8 proton và 9 notron. Câu 2: Đáp án D 7 Z 3 A N Z 4 3 7 3 X. Câu 3: Đáp án A N A Z 36 13 23. Câu 4: Đáp án B 1 Proton được ký hiệu là 1 p Câu 5: Đáp án C 0 Electron được ký hiệu là: 1e Câu 6: Đáp án A 1 Notron được ký hiệu là: 0 n do notron không mang điện Câu 7: Đáp án C 1 2 3 Nguyên tử H có 3 đồng vị là: 1 H gọi là hidro; 1 H có tên gọi là đoteri và đồng vị thứ hai là: 1 H gọi là triti. Câu 8: Đáp án D 6 Nguyên tử X có ký hiệu là: 3 X thì ta sẽ suy ra được: nguyên tử X có 6 nuclon; có 3 proton và 3 notron; là nguyên tố đứng thứ ba trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Vì số proton bằng số electron nên nếu nói hạt nhân này có 3 proton nhiều hơn electron là sai. Câu 9: Đáp án B Trang 11
12. Lớp vỏ nguyên tử được cấu tạo bởi các hạt electron có khối lượng rất nhỏ so với khối lượng của các hạt nuclon (nhỏ hơn cỡ 1840 lần) nên khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân. Khối lượng nguyên tử được lấy gần đúng bằng khối lượng hạt nhân. Câu 10: Đáp án C Hạt nhân được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn là proton và notron. Còn hạt electron nằm ở lớp vỏ nguyên tử. Câu 11: Đáp án D 1 Proton chính là hạt nhân nguyên tử 1 H Câu 12: Đáp án C A Một hạt nhân Z X sẽ có khối lượng nguyên tử xấp xỉ A.u chứ không phải là Z.u nên ý C là sai. Câu 13: Đáp án C Ôn lại định nghĩa: Các hạt nhân có cùng số proton với nhau gọi là đồng vị của nhau. Câu 14: Đáp án A Câu này đã được đề cập đến trong nội dung câu 11. Câu 15: Đáp án D Chất đồng vị là các chất mà mà hạt nhân có cùng số proton hay nói cách khác là các chất cùng một vị trí trong bảng phân loại tuần hoàn hóa học. Câu 16: Đáp án B 3 8 Hạt nhân chứa 2p và 1n được ký hiệu là 2 X ; Hạt nhân chứa 3p và 5n được ký hiệu là: 3Y . Câu 17: Đáp án C 27 27 Ta có: mp 1,67262.10 kg và mn 1,67493.10 kg nên khối lượng hạt proton nhỏ hơn khối lượng hạt notron. Câu 18: Đáp án D 3 7 Theo dữ kiện đề bài cho thì ký hiệu của hạt nhân X và Y là: 1 X ; 3 Y . Câu 19: Đáp án C 235 Trong nguyên tử đồng vị phóng xạ 92 U thì ta thấy có 92 proton và tổng số proton và notron là 235. Câu 20: Đáp án A Nhân mang điện dương vì số hạt đương nhiều hơn hạt âm là sai. Câu 21: Đáp án B 1 Đơn vị khối lượng nguyên tử là khối lượng của một nguyên tử cacbon 12. 12 Câu 22: Đáp án B Trang 12
13. 6 7 8 Hạt nhân Li có ba đồng vị là: 3 Li;3 Li;3 Li. Câu 23: Đáp án Các hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt nuclon. Câu 24: Đáp án D Đơn vị đo khối lượng trong Vật lý hạt nhân là: kg; Đơn vị eV / c2 hoặc MeV / c2 ; Đơn vị đo khối lượng nguyên tử (u). Câu 25: Đáp án A Các hạt nhân có cùng số Z nhưng khác nhau về số A gọi là đồng vị. Câu 26: Đáp án D Khối lượng hạt nhân của lưu huỳnh theo đơn vị u là : m mp .p mn . A p 1,00728.13 1,0086 36 13 36,29244 Không có đáp án trùng nên chọn đáp án khác. Câu 27: Đáp án D Giống câu 29 Câu 28: Đáp án A Tính chất hóa học của một nguyên tử phụ thuộc vào nguyên tử số. Câu 29: Đáp án D 1u 1,66055.10 27 kg Theo đề ra ta có : 2 1u 931,5MeV / c 931,5MeV / c2 1,66055.10 27 kg 1MeV / c2 1,7826.10 30 kg Câu 30: Đáp án A Khối lượng của proton tính theo MeV / c2 là: 2 mp 1,00728u 1,00728.931,5 938,28132 MeV / c Câu 31: Đáp án D Khối lượng của notron theo đơn vị MeV / c2 là: 2 mn 1,00866u 1,00866.931,5 939,56679 MeV / c Câu 32: Đáp án C Khối lượng của electron theo đơn vị MeV / c2 là: Trang 13
14. 4 4 me 5,486.10 u 5,486.10 .931,5 =0,5110209 MeV / c2 Câu 33: Đáp án A Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn bằng tổng khối lượng của các hạt tạo thành hạt nhân đó. Câu 34: Đáp án A A Công thức tính độ hụt khối của nguyên tố Z X là: m Z.mp A Z .mn mx Câu 35: Đáp án B 2 Công thức tính năng lượng liên kết là WLK m.c Câu 36: Đáp án C W m.c2 Năng lượng liên kết riêng là: W lk lkr A A Câu 37: Đáp án C Năng lượng liên kết là năng lượng dùng để liên kết tất cả các nuclon. Câu 38: Đáp án A Năng lượng liên kết riêng là năng lượng dùng để liên kết một nuclon. Câu 39: Đáp án C Năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt nhân Heli là: W mX Z.mp A Z mn .931,5 W lkHe 7,07MeV lkrHe A 4 Câu 40: Đáp án C 20 Ta có năng lượng liên kết của nguyên tử 10 Ne là 160,64 MeV. Theo công thức tính ta được: W lk m m .Z A Z .m 931,5 Ne p n 160,64 m 1,0073.10 10.1,00866 931,5 Ne mNe 19,987u. Câu 41: Đáp án C Năng lượng liên kết của hạt nhân sắt là: Wlk mp .Z A Z .mn mFe =1,00728.26+1,00866.30-55,934939=1,263001u Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân X là: Trang 14
15. Wlkr 8,7894 MeV Câu 42: Đáp án B 2 Ta có: Elk mp .Z mn A Z m .c E m m .Z m A Z lk p n c2 Câu 43: Đáp án B Năng lượng liên kết của hạt nhân là: Wlk 1,0073.27 1,0087.33 59,94 0,5442u Năng lượng liên kết riêng là: W 0,5442.931 W lk 8,444 lkr A 60 Câu 44: Đáp án C 2 Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 1 D là: 1,0073.1 1,0087.1 2,0136 W .931,5 1,1178MeV. lkr 2 Câu 45: Đáp án A Dựa vào công thức tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ta được hạt nhân neon bền hơn hạt . Câu 46: Đáp án B Gọi tỷ lệ của các động vị 235U và 238U lần lượt là a và b. Theo đề ra có hệ phương trình là: a b 100 a 0,68 a.234,99 b.237,95 237,93 b 99,32 a b Câu 47: Đáp án D Năng lượng liên kết của hạt nhân là: Wlk 1794MeV . Câu 48: Đáp án A Năng lượng liên kết của hạt nhân là: Wlk 1,0073.27 1,0087.33 59,9405 =0,5437u=506,45655MeV. Vậy năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là: Wlkr 8,44MeV. Câu 49: Đáp án C Năng lượng liên kết của hạt nhân là: Wlk 1,0073.2 1,0087.2 4,0015 0,0305u =28,3955MeV=6,83.1011J. Trang 15
16. Câu 50: Đáp án A Theo đề cho ta có: m 0,0305u 28,3955MeV nên năng lượng cần để tách mỗi nuclon ra khỏi hạt W 28,3955 nhân là: W lk 7,098875MeV. lkr A 4 Câu 51: Đáp án B Năng lượng liên kết của hạt nhân doteri là: Wlk 938,28 939,57 1875,67 2,18MeV. 2. Bài toán năng lượng, các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân 2.1 Phương pháp Để làm tốt các bài tập dạng này, chúng ta cần nắm vững các kiến thức sau: • Biểu thức tính năng lượng tỏa ra, thu vào của phản ứng hạt nhân • Mối liên hệ giữa động năng và động lượng của hạt • Phương pháp chung giải bài toán phản ứng hạt nhân * Biểu thức tính năng lượng tỏa ra, thu vào của phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân A1 A A2 B A2 C A2 D Z1 Z2 Z2 Z2 Ta có năng lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng hạt nhân là 2 E mtr ms c Nếu E 0 thì phản ứng tỏa năng lượng, nếu E 0 thì phản ứng thu năng lượng. Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân, ta hoàn toàn có thể chứng minh được E còn có thể được tính bởi công thức sau (4 công thức dưới đây rất quan trọng và ta cần phải nhớ rõ!) 2 2 E mtr ms c mA mB mC mD c 2 2 ms mt c mD mC mA mB c Elks Elkt ElkD ElkC Elk A Elk B Ks Kt KD KC K A KB Trong đó mA ,mB ,mC ,mD là khối lượng của các hạt nhân. mA , mB , mC , mD là độ hụt khối của các hạt nhân. ElkA , ElkB , ElkC , ElkD là năng lượng liên kết của các hạt nhân. K A , KB , KC , KD là động năng của các hạt. Trang 16
17. * Mối liên hệ giữa động năng và động lượng của hạt nhân Động lượng và động năng của hạt xác định bởi p mv 2 1 2 1 2 2 p 1 K mv m v K K mv2 2 2m 2m 2 p2 Như vâỵ ta có K hoặc p 2mK . 2m *Phương pháp chung giải bài toán phản ứng hạt nhân Trong bài toán phản ứng hạt nhân, để tìm động lượng, động năng hay vận tốc của mỗi hạt, phương pháp chung của ta là như sau: - Bước 1: Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần 2 2 E mtr ms c mA mB mC mD c 2 2 ms mt c mD mC mA mB c Elks Elkt ElkD ElkC ElkA ElkB Ks Kt KD KC K A KB Từ biểu thức này và dữ kiện bài toán, ta được một phương trình liên hệ giữa các đại lượng cần tính. - Bước 2: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng     pA pB pC pD Sau đó, có thể dựa vào giản đồ véctơ (hoặc phương pháp bình phương hai vế rồi dùng tích vô hướng của hai véctơ) và mối liên hệ giữa động lượng và động năng để có được phương trình liên hệ tiếp theo giữa các đại lượng cần tính. - Bước 3: Kết hợp 2 phương trình liên hệ giữa các ẩn, giải hệ phương trình và suy ra kết quả bài toán. STUDY TIP Có những bài ta chỉ cần từ 1 trong 2 phương trình trên là đã suy ra được kết quả bài toán. 2.2. Ví dụ minh họa 27 Ví dụ 1: Cho hạt bắn phá vào hạt nhân nhôm 13 Al đang đứng yên, sau phản ứng sinh ra hạt nơtron và 2 hạt nhân X. Biết m 4,0015u;mAl 26,974u;mX 29,970u;mn 1,0087u;1uc 931MeV . Phản ứng này toả hay thu bao nhiêu năng lượng? Chọn kết quả đúng? Trang 17
18. A. Toả năng lượng 2,9792 MeVB. Toả năng lượng 2,9466MeV. C. Thu năng lượng 2,9792 MeV.D. Thu năng lượng 2,9466MeV. Lời giải 4 27 1 30 Phương trình phản ứng: 2 13 Al 0 n 15 X Đề bài cho các giá trị khối lượng nên ta sẽ dùng 2 2 E mtr ms c m mAl mn mX c 4,0015 26,974 29,97 1,0087 .931 2,9792MeV Vì E 0 nên phản ứng thu năng lượng 2,9792 MeV. Đáp án C Ví dụ 2: Phản ứng hạt nhân nhân tạo giữa hai hạt A và B tạo ra hai hạt C và D. Biết tổng động năng của các hạt trước phản ứng là 10 MeV, tổng động năng của các hạt sau phản ứng là 15 MeV. Xác định năng lượng tỏa ra trong phản ứng? A. Thu 5 MeVB. Tỏa 15 MeVC. Tỏa 5 MeV D. Thu 10 MeV Lời giải Đề bài cho các giá trị động năng nên ta có E Ks Kt KD KC K A KB 15 10 5MeV Vì E 0 nên phản ứng tỏa năng lượng 5 MeV. Đáp án C 2 3 4 Ví dụ 3: Độ hụt khối khi tạo thành các hạt nhân 1 D;1 T;2 He lần lượt là 2 3 4 1 mD 0,0024u; mT 0,0087u; mHe 0,0305u Phản ứng hạt nhân: 1 D 1 T 2 He 0 n tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng? A. Tỏa 18,0614 eVB. Thu 18,0614 eVC. Thu 18,0614 eV D. Tỏa 18,0614 MeV Lời giải 2 3 4 1 Ta có phương trình phản ứng: 1 D 1 T 2 He 0 n Vì đề bài cho các giá trị độ hụt khối của các hạt nhân nên ta có 2 2 E ms mt c mHe mD mT c 0,0305 0,0087 0,0024 .931 18,0614MeV Vì E 0 nên phản ứng tỏa năng lượng 18,0614 MeV. Đáp án D 234 230 234 Ví dụ 4: Hạt nhân 92 U phóng xạ thành hạt nhân 90 Th , biết năng lượng liên kết riêng của 92 U là 7,63 230 MeV, của 90 Th là 7,7MeV, của hạt là 7,1MeV, Năng lượng của phản ứng Trang 18
19. A. tỏa ra 13,98MeVB. thu vào 13,98MeVC. tỏa ra 11,28MeV D. thu vào 11,28MeV Lời giải 234 4 230 Phương trình phân hạch: 92 U 2 He 90 Th EU 7,63.234 1785,42MeV Ta có năng lượng liên kết của mỗi hạt nhân là: ETh 7,7.230 1771MeV E 7,1.4 28,4MeV Năng lượng của phản ứng: E ETh E EU 13,98MeV Vì E 0 nên phản ứng tỏa năng lượng 13,98MeV. Đáp án A 7 Ví dụ 5: Cho phản ứng hạt nhân: p 3 Li 2 17,3MeV . Khi tạo thành được 1g Heli thì năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên là A. 13,02.1023 MeV B. 26,04.1023 MeV C. 8,68.1023 MeV D. 34,72.1023 MeV Lời giải m 1 Số hạt α tạo thành là: N N .6,02.1023 1,505.1023 A A 4 Theo phương trình phản ứng, ta có cứ 1 phương trình phản ứng thì tạo được 2 hạt Heli và tỏa ra năng lượng là 17,3 MeV. Do đó năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 g Heli là: N W .17,3 13,02.1023 MeV 2 Đáp án A. 234 234 A Ví dụ 6: Hạt nhân 92 U đứng yên phân rã theo phương trình 92 U Z X . Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên là 14,15MeV, động năng của hạt là (lấy xấp xỉ khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối của chúng) A. 13,72MeVB. 12,91 MeVC. 13,91 MeV D. 12,79 MeV Lời giải 234 - Đề bài yêu cầu tính động năng, nên ta n dùng biểu thức E cho động năng. Vì ban đầu 92 U đứng yên nên động năng của nó bằng 0. Trang 19
20. E Ks Kt K K X 0 K K X K K X 14,15(1) Phương trình liên hệ tiếp theo ta dựa vào định luật bảo toàn động lượng 234 Vì ban đầu 92 U đứng yên nên động lượng bằng 0, nên theo định luật bảo toàn động lượng, ta có:     2 2 0 pX p pX p pX p 2 Vì p 2mK nên ta có: 2m K 2mX K X 4K 230K X (2) Giải hệ (1) và (2) ta được K 13,91MeV Đáp án C 9 Ví dụ 7: : Hạt có động năng 5,3 (MeV) bắn vào một hạt nhân 4 Be đứng yên, gây ra phản ứng: n+X. Hạt n chuyển động theo phương vuông góc với phương chuyển động của hạt . Cho biết phản ứng tỏa ra một năng lượng 5,7 (MeV). Tính động năng của hạt nhân X. Coi khối lượng theo đơn vị u có giá trị xấp xỉ bằng số khối. A. 18,3 MeVB. 0,5 MeVC. 8,3 MeV D. 2,48 MeV Lời giải 9 4 1 12 - Phương trình phản ứng: 4 Be 2 0 n 6 X 9 - Đề bài yêu cầu tính động năng, nên ta sẽ dùng biểu thức E cho động năng. Vì ban đầu 4 Be đứng yên nên động năng của nó bằng 0 E Ks Kt Kn K X 0 K Kn K X 5,3 5,7 Kn K X 11(1) - Phương trình liên hệ tiếp theo ta dựa vào định luật bảo toàn động lượng 234 Vì ban đầu 92 Be đứng yên nên động lượng bằng 0, nên theo định luật bảo toàn động lượng, ta có:    0 p pX pn , Vì hạt n chuyển động theo phương vuông góc với phương chuyển động của hạt u nên ta có: 2 2 2 2 2 2 2 2 p pn pX p pn 2 p pn cos90 pX p pn pX (*) 2 Vì p 2mK nên ta có 2m K 2mn Kn 2mX K X m K mn Kn mX K X 4.5,3 1.Kn 12K X 21,2 Kn 12K X (2) Giải hệ (1) và (2) ta được K X 2,48MeV Đáp án D STUDY TIP Ta sử dụng giản đồ véctơ có thể dễ dàng suy ra biểu thức (*). Tuy nhiên, ta thực hiện bình phương như bên Trang 20
21.   sẽ làm được trường hợp tổng quát là khi p , pn , hợp với nhau góc bất kì. Bạn đọc nhớ rằng, cứ cho góc lệch pha giữa hai hạt nào thì ta chuyển véctơ động lượng của hai hạt đó sang một bên, sau đó bình phương hai vế sẽ xuất hiện tích vô hướng của hai véctơ động lượng, tức là xuất hiện góc hợp bởi giữa hai véctơ đó để ta sử dụng. 14 Ví dụ 8: Dùng một hạt có động năng 7,7 MeV bắn vào hạt nhân 7 N đang đứng yên gây ra phản ứng. Hạt proton bay ra theo phương vuông góc với phương bay tới của hạt . Cho khối lượng các hạt nhân 2 m 4,0015u;mp 1,0073u;mN14 13,992u;mO17 16,9947u .Biết 1u 931,5MeV / c . Động năng của hạt là: A. 6,145 MeVB. 2,214 MeVC. 1,345 MeV D. 2,075 MeV Lời giải Bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng: 2 E m mN mp m0 c K p KO K E K p KO K 2 2 2 2m K 2m K 2m K P Pp PO p p O O m K mp E K KO mO KO mp E m mp K 1,0073. 1,211 4,0015 1,0073 .7,7 KO 2,075MeV mp mO 1,0073 16,9947 Đáp án D Ví dụ 9: : Bắn hạt vào hạt nhân nguyên tử nhôm đang đứng yên gây ra phản ứng: 4 27 30 1 2 He 13 Al 15 P 0 n . Biết phản ứng thu được năng lượng là 2,70 MeV; giả sử hai hạt tạo thành bay ra với cùng vận tốc và phản ứng không kèm bức xạ  . Lấy khối lượng của các hạt tính theo đơn vị u có giá trị bằng số khối của chúng. Động năng của hạt là A. 2,70 MeVB. 3,10 MeVC. 1,35 MeV D. 1,55MeV Lời giải - Phản ứng thu năng lượng nên ta có: E K p Kn K 2,7MeV.(1) - Vì hai hạt tạo thành bay ra với cùng vận tốc nên ta có Trang 21