Phương pháp và bài tập Năng lượng phản ứng hạt nhân có giải chi tiết môn Vật lý 12 năm 2020

NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

1. Phương Pháp Giải

Phản ứng hạt nhân: A + B →  C + D

Xác định tên của các hạt nhân bằng cách dựa vào hai định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số khối: Z_A + Z_B = Z_C + Z_D; A_A + A_B = A_C + A_D.

Năng lượng của phản ứng hạt nhân có thể được tính theo một trong ba cách sau:

Cách 1: Khi cho biết khối lượng của các hạt nhân trước và sau phản ứng:

\(\Delta E = \sum {{m_{truoc}}{c^2} - \sum {{m_{sau}}{c^2}} } \)

Cách 2: Khi cho biết động năng của các hạt trước và sau phản ứng:  

\(\Delta E = \sum {{{\rm{W}}_{sau}} - \sum {{{\rm{W}}_{truoc}}} } \)

Cách 3: Khi cho biết độ hụt khối của các hạt trước và sau phản ứng:

\(\Delta E = \sum {\Delta {m_{sau}}{c^2} - \sum {\Delta {m_{truoc}}{c^2}} } \)

Cách 4: Khi cho biết năng lượng liên kêt hoặc năng lượng liên kêt riêng của các hạt nhân trước và sau phản ứng.

\(\Delta E = \sum {{{\rm{W}}_{LKsau}} - \sum {{W_{LKtruoc}}} } \)

+ Nếu ΔE > 0 thì toả nhiệt, ΔE < 0 thì thu nhiệt.

2. Ví Dụ Minhh Họa

Ví dụ 1: (THPTQG − 2017) Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng là 37,9638 u và tổng khối lượng nghỉ các hạt sau phản ứng là 37,9656 u. Lấy 1u = 931,5 MeV/c². Phản ứng này

A. tỏa năng lượng 16,8 MeV.             B. thu năng lượng 1,68 MeV.

C. thu năng lượng 16,8 MeV.             D. tỏa năng lượng 1,68 MeV.

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta E = \left( {\sum {{m_{truoc}} - \sum {{m_{sau}}} } } \right){c^2}\\ = \left( {37,9638 - 37,9656} \right)u{c^2} = - 1,68\left( {MeV} \right) \end{array}\)

 Chọn B.

Ví dụ 2: Dùng prôtôn bắn vào hạt nhân \(_3^7Li\)  thì thu được hai hạt nhân giống nhau X. Biết m_p = l,0073u, m_u = 7,014u, m_x = 4,0015u, lu.c² = 931,5 MeV. Phản ứng này thu hay toả bao nhiêu năng lượng ?

A. Phản ứng toả năng lượng, năng lượng toả ra là 12 MeV.

B. Phản ứng thu năng lượng, năng lượng cần cung cấp cho phản ứng là 12 MeV.

C. Phản ứng toả năng lượng, năng lượng toả ra là 17 MeV.

D. Phản ứng thu năng lượng, năng lượng cần cung cấp cho phản ứng là 17 MeV.

Hướng dẫn

\(\Delta E = \left( {{m_P} + {m_{Li}} - 2{m_X}} \right){c^2}\)

= (1,0073 + 7,014 −2.4,0015)uc² =0,0183.931,5  

Chọn C.

Ví dụ 3: (CĐ − 2007) Xét một phản ứng hạt nhân:  \(_1^2H + _1^2H \to \,_2^3He + _0^1n\). Biết khối lượng của các hạt nhân: m_H = 2,0135u; m_He = 3,0149u; m_n = l,0087u; 1u = 931 MeV/c². Năng lượng phản ứng trên toả ra là

A. 7,4990 MeV.                     B. 2,7390 MeV.                     

C. 1,8820 MeV.                      D. 3,1654 MeV.

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta E = \left( {\sum {{m_{truoc}} - \sum {{m_{sau}}} } } \right){c^2}\\ = \left( {2.2,0135 - 3,0149 - 1,0087} \right)u{c^2}\\ = 3,1654\left( {MeV} \right) > 0 \end{array}\)

 Chọn D.

Ví dụ 4: Tính năng lượng cần thiết để tách hạt nhân \(_8^{16}O.\)  1uc² = 931,5 MeV.

A. 10,34 MeV             B. 12,04 MeV            

C. 10,38 MeV             D. 13,2 MeV

Hướng dẫn

\(\left\{ \begin{array}{l} _8^{16}O \to 4._2^4He\\ \Delta E = \left( {{m_O} - 4{m_{He}}} \right){c^2}\\ = \left( {15,9949 - 4.4,0015} \right)u{c^2} \approx 10,34\left( {MeV} \right) < 0 \end{array} \right.\)

Chọn A.

Ví dụ 5: Xét phản ứng hạt nhân: D + Li  → n + X. Cho động năng của các hạt D, Li, n và X lần lượt là: 4 (MeV); 0; 12 (MeV) và 6 (MeV). Lựa chọn các phương án sau:

A. Phản ứng thu năng lượng 14 MeV.                        B. Phản ứng thu năng lượng 13 MeV.

C. Phản ứng toả năng lượng 14 MeV.                        D. Phản ứng toả năng lượng 13 MeV.

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta E = {\left( {\sum {\rm{W}} } \right)_{sau}} - {\left( {\sum {\rm{W}} } \right)_{truoc}}\\ = 12 + 6 - 0 - 4 = 14\left( {MeV} \right) \end{array}\)

Chọn C.

Ví dụ 6: (ĐH−2009) Cho phản ứng hạt nhân: \(_1^3T + _1^2D \to \,\,_2^4He + X\) . 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 lu = 931,5 MeV/c². Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng

A. 15,017 MeV                      B. 200,025 MeV                      

C. 17,498 MeV                      D. 21,076 MeV

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta E = \sum {\left( {\Delta {m_{sau}} - \Delta {m_{truoc}}} \right){c^2}} \\ = \left( {\Delta {m_{He}} + 0 - \Delta {m_T} - \Delta {m_D}} \right){c^2} = 17,498\left( {MeV} \right) \end{array}\)

 Chọn C.

Ví dụ 7: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân U234 phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thori Th230. Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV/nuclôn, của U234 là 7,63 MeV/nuclôn, của Th230 là 7,7 MeV/nuclôn.

A. 13,98 MeV.                       B. 10,82 MeV.                       

C. 11,51 MeV.                        D. 17,24 MeV.

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta E = \sum {\left( {{W_{lk}}} \right)s - \sum {{{\left( {{W_{lk}}} \right)}_t}} } \\ = {\varepsilon _\alpha }{A_\alpha } + {\varepsilon _{Th}}{A_{Th}} - {\varepsilon _U}{A_U}\\ = 7,1.4 + 7,7.230 - 7,63.234 = 13,98\left( {MeV} \right) \end{array}\)

 Chọn A.

 

Trên đây là toàn bộ nội dung Phương pháp và bài tập Năng lượng phản ứng hạt nhân có giải chi tiết môn Vật lý 12 năm 2020. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• 20 câu hỏi trắc nghiệm về năng lượng của vật DĐĐH môn Vật lý 12 năm 2020

• Rèn luyện kỹ năng lập phương trình Dao động điều hòa Vật lý 12

• Bài tập và công thức tính nhanh về Con lắc lò xo, Con lắc đơn trong DĐĐH

Chúc các em học tập tốt !