Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 26: Năng lượng trong phản ứng hạt nhân - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

Nội dung text: Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 26: Năng lượng trong phản ứng hạt nhân - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

1. DẠNG 26. NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ❖ KIẾN THỨC TRỌNG TÂM A A A3 A Xét phản ứng hạt nhân: 1 X 2 X  X 4 X Z1 1 Z2 2 Z3 3 Z4 4 - Năng lượng phản ứng hạt nhân W được tính qua các cơng thức sau: 2 W mtr ms .c m m .c2 W W s tr Lk s Lk tr Ks Ktr Trong đĩ: m , m ,W ,K lần lượt là tổng khối lượng, độ hụt khối, năng lượng liên kết, động năng tr tr Lk tr tr các hạt nhân trước phản ứng. m , m ,W ,K lần lượt là tổng khối lượng, độ hụt khối, năng lượng liên kết, động năng các hạt nhân s s Lk s s sau phản ứng. W 0 tỏa năng lượng - Phản ứng thu, tỏa năng lượng: W 0 thu năng lượng m Chú ý: Số hạt nhân trong m g chất được xác định theo cơng thức: N .N A M Ví dụ 1. (THPT QG 2017): Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng là 37,9638u và tổng khổi lượng nghỉ các hạt sau phản ứng là 37,9656u. Phản ứng hạt nhân này A. thu năng lượng 16,8 MeV.B. thu năng lượng 1,68 MeV. C. tỏa năng lượng 16,8 MeV.D. tỏa năng lượng 1,68 MeV. Hướng dẫn giải 2 Ta cĩ: W mtr ms c 37.9638 37,9656 .931,5 1,6767 MeV W 1,6767 MeV 0 nên phản ứng hạt nhân thu năng lượng 1,68 MeV Đáp án B. 1 7 4 Ví dụ 2. (THPT QG 2017): Cho phản ứng hạt nhân 1 H 3 Li 2 He X . Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 1 mol heli theo phản ứng này là 5,2.1024 MeV . Năng lượng tỏa ra của một phản ứng hạt nhân trên là A. 69,2 MeV. B. 34,6 MeV. C. 17,3 MeV. D. 51,9 MeV. Hướng dẫn giải 1 7 4 4 Phương trình phản ứng: 1 H 3 Li 2 He 2 He 23 Số hạt heli đã tổng hợp: NHe 6,02.10 hạt Trang 1
2. N Số phản ứng đã thực hiện: N He 3,01.1023 phản ứng pư 2 Q Năng lượng tỏa ra của một phản ứng là: W 17,28MeV. N pu Đáp án C 235 Ví dụ 3. (THPT QG 2017): Giả sử, một nhà máy điện hạt nhân dùng nhiên liệu urani 92 U . Biết cơng suất phát điện là 500 MW và hiệu suất chuyển hĩa năng lượng hạt nhân thành điện năng là 20%. Cho 235 11 rằng khi một hạt nhân urani 92 U phân hạch thì tỏa ra năng lượng là 3,2.10 J. Nếu nhà máy hoạt động 235 liên tục thì lượng urani 92 U mà nhà máy cần dùng trong 365 ngày là A. 962 kg.B. 1121 kg.C. 1352,5 kg.D. 1421 kg. Hướng dẫn giải Đổi t 365 ngày 365.24.3600 s Năng lượng điện lị sản xuất được trong 365 ngày là: 6 16 Qđ P.t 500.10 .365.24.3600 1,5768.10 J Q Hiệu suất H đ Q Q 1,5768.1016 năng lượng U cần phân hạch là: Q đ 3,884.1016 J H 0,2 Mỗi hạt phân hạch cho năng lượng là W 3,2.10 11 J , do đĩ số hạt phân hạch để tạo Q ở trên là: Q N 2,46375.1027 hạt W N 2,46375.1027 Khối lượng 235U cần dùng là: m A 3 g kg 92 . 23 .235 962.10 962 N A 6,02.10 Đáp án A. Ví dụ 4. (THPT QG 2016): Giả sử ở một ngơi sao, sau khi chuyển hĩa tồn bộ hạt nhân hiđrơ thành hạt 4 4 32 4 nhân 2 He thì ngơi sao lúc này chỉ cĩ 2 He với khối lượng 4,6.10 kg . Tiếp theo đĩ, 2 He chuyển hĩa 12 4 4 4 12 thành hạt nhân 6 C thơng qua quá trình tổng hợp 2 He 2 He 2 He 6 C 7,27 MeV. Coi tồn bộ năng lượng tỏa ra từ quá trình tổng hợp này đều được phát ra với cơng suất trung bình là 5,3.1030 W. Cho biết: 4 23 1 1 năm bằng 365,25 ngày, khối lượng mol của 2 He là 4g / mol , số A-vơ-ga-đrơ N A 6,02.10 mol ; 19 4 12 1 eV 1,6.10 J . Thời gian để chuyển hĩa hết 2 He ở ngơi sao này thành 6 C vào khoảng A. 481,5 triệu năm.B. 481,5 nghìn năm. C. 160,5 nghìn năm.D. 160,5 triệu năm. Hướng dẫn giải Trang 2
3. m Số hạt He trước khi chuyển hĩa: N .N He M A N Mỗi phản ứng cần 3 hạt He số phản ứng cần chuyển hĩa: N He Pu 3 Năng lượng tỏa ra khi chuyển hĩa hết là Q NPu .7,27 MeV Thời gian chuyển hĩa là: 4,6.1032.103 .6,02.1023.7,27.1,6.10 13 Q t 3.4 5,065.1015 s 160,5 (triệu năm). P 5,3.1030 Đáp án D. Trang 3