Tổng hợp Lý thuyết và bài tập Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân có đáp án

NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Lực hạt nhân

+ Lực hạt nhân (lực tương tác : trong hạt nhân mạnh) là một loại lực truyền tương tác giữa các nuclôn

+ Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10⁻¹⁵m)

a. Độ hụt khối

− Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.

− Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân:  \(\Delta m = Z{m_p} + \left( {A - Z} \right){m_n} - {m_X}\)

b. Năng lượng liên kết

\(\begin{array}{l} {W_{lk}} = \left[ {Z{m_p} + \left( {A - Z} \right){m_n} - {m_x}} \right]{c^2}\,\,\,\\ hay\,\,{W_{lk}} = \Delta m{c^2} \end{array}\)

− Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c².

c. Năng lượng liên kết riêng

− Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

3. Phản ứng hạt nhân

a. Định nghĩa và đặc tính

− Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.

+ Phản ứng hạt nhân tự phát

− Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.

+ Phản ứng hạt nhân kích thích

− Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.

b. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

+ Bảo toàn điện tích.

+ Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A).

+ Bảo toàn năng lượng toàn phần.

+ Bảo toàn động lượng.

c. Năng lượng phản ứng hạt nhân

− Phản ứng hạt nhân có thể toá năng lượng hoặc thu năng lượng:

ΔE = (m_trước − m_sau)c²

+ Nếu ΔE > 0 → phản ứng toá năng lượng:

+ Nếu ΔE < 0 → phản ứng thu năng lượng.

II. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN

Ví dụ 1: Xét đồng vị Côban ₂₇Co⁶⁰ hạt nhân có khối lượng m_Co = 59,934u. Biết khối lượng của các hạt: m_p = 1,007276u; m_n = l,008665u. Độ hụt khối của hạt nhân đó là

A. 0,401u.                   B. 0,302u.                  

C. 0,548u.                   D. 0,544u.

Hướng dẫn

\(\Delta m = 27{m_P} + \left( {60 - 27} \right){m_n} - {m_{Co}} = 0,548u\)

 Chọn C.

Ví dụ 2: Khối lượng của nguyên tứ nhôm  \(_{13}^{27}Al\) là 26,9803u. Khối lượng của nguyên tử  là l,007825u, khối lượng của prôtôn là l,00728u và khối lượng của nơtron là 1,00866u. Độ hụt khối của hạt nhân nhôm là

A. 0,242665u.             B. 0,23558u.              

C. 0,23548u.               D. 0,23544u.

Hướng dẫn

\(\begin{array}{l} \Delta m = 13{m_H} + 14{m_N} - m_{Al}^*\\ = 13.1,007825u + 14.2,00866u - 26,9803u = 0,242665u \end{array}\)

 Chọn A.

Ví dụ 3: (CĐ 2007) Hạt nhân càng bền vững khi có

A. số nuclôn càng nhỏ.                                   B. số nuclôn càng lớn.

C. năng lượng liên kết càng lớn.                    D. năng lượng liên kết riêng càng lớn.

Hướng dẫn

Hạt nhân càng bền vững khi có năng lượng liên kết riêng càng lớn  

Chọn D.

Ví dụ 4: (CĐ 2007) Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết

A. tính cho một nuclôn.                                  B. tính riêng cho hạt nhân ấy.

C. của một cặp prôtôn−prôtôn.                       D. của một cặp prôtôn−nơtrôn (nơtron).

Hướng dẫn

Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn  

Chọn A.

Ví dụ 5: (ĐH − 2009) Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì

A. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X.

B. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y.

C. năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau.

D. năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y.

Hướng dẫn

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Y lớn hơn năng lượng liên kết riêng của hạt nhân X nên hạt nhân Y bền hơn  

Chọn A.

Ví dụ 6: (ĐH − 2010) 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

A. Y, X, Z.                  B. Y, Z, X.                 

C. X, Y, Z.                  D. Z, X, Y.

Hướng dẫn

Đặt \({A_X} = 2{A_Y} = 0,5{A_Z} = a\)  thì  :

\(\left\{ \begin{array}{l} {\varepsilon _Y} = \frac{{\Delta {E_Y}}}{{{A_Y}}} = \frac{{\Delta {E_Y}}}{{0,5a}}\\ {\varepsilon _X} = \frac{{\Delta {E_X}}}{{{A_X}}} = \frac{{\Delta {E_X}}}{a}\\ {\varepsilon _Z} = \frac{{\Delta {E_Z}}}{{{A_Z}}} = \frac{{\Delta {E_Z}}}{{2a}} \end{array} \right. \Rightarrow {\varepsilon _Y} > {\varepsilon _X} > {\varepsilon _Z}\)

Chọn A.

Ví dụ 7: (ĐH − 2010) Cho khối lượng của prôtôn; nơtron; \(_{18}^{40}Ar\) ; \(_3^6Li\) lần lượt là 1,0073 u; 1,0087 u; 39,9525 u; 6,0145 u và 1 u = 931,5 MeV/c². So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 3 Li thì năng lượng hên kết riêng của hạt nhân Ar

A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV.               B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV.

C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV.              D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV.

Hướng dẫn

Áp dụng công thức:  

\(\begin{array}{l} \,\varepsilon = \frac{{{W_{lk}}}}{A} = \frac{{\left[ {Z{m_p} + \left( {A - Z} \right){m_n} - {m_X}} \right]{c^2}}}{A}\\ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {\varepsilon _{{\rm{Ar}}}} = \frac{{\left[ {18.1,0073 + \left( {40 - 18} \right)1,0087 - 39,9525} \right]u{c^2}}}{{40}} = 5,20\left( {MeV/nuclon} \right)\\ {\varepsilon _{Li}} = 6 = 8,62\left( {MeV/nuclon} \right) \end{array} \right.\\ \Rightarrow {\varepsilon _{Ar}} - {\varepsilon _{Li}} = 8,62 - 5,20 = 3,42\left( {MeV} \right) \end{array}\)

 Chọn B.

Ví dụ 8: (ĐH 2012) Các hạt nhân đơteri \(_1^2H\) ; triti \(_1^3H\), heli  \(_2^4He\) có năng lượng liên kết lần lượt là 2,22 MeV; 8,49 MeV và 28,16 MeV. Các hạt nhân trẽn được sắp xếp theo thứ tự giám dần về độ bền vững cứa hạt nhân là 

A. \(_1^2H;\,\,_2^4He;\,\,_1^3H.\)             B.  \(_1^2H;\,\,_1^3H;\,\,\,_2^4He.\)                      

C.  \(_2^4He;\,\,\,_1^3He;\,\,\,_1^2H.\)         D.  \(_1^3H;\,\,\,_2^4He;\,\,\,_1^2H.\)

Hướng dẫn

Áp dụng công thức:  

\(\begin{array}{l} \varepsilon = \frac{{{W_{lk}}}}{A}\left\{ \begin{array}{l} {\varepsilon _{_1^2H}} = \frac{{2,2}}{2} = 1,11\left( {MeV/nuclon} \right)\\ {\varepsilon _{_1^3H}} = \frac{{8,49}}{3} = 2,83\left( {MeV/nuclon} \right)\\ {\varepsilon _{_2^4He}} = \frac{{28,16}}{4} = 7,04\left( {MeV/nuclon} \right) \end{array} \right.\\ \Rightarrow {\varepsilon _{_2^4He}} > {\varepsilon _{_1^3H}} > {\varepsilon _{_1^2H}} \end{array}\)

 Chọn C.

Ví dụ 9: (CĐ − 2012) Trong các hạt nhân \(_2^4He,\,_3^7Li;\,\,\,_{26}^{56}Fe\) và \(_{92}^{235}U\) , hạt nhân bền vững nhất là

A.  \(_{92}^{235}U.\)                      B.  \(_{26}^{56}Fe.\)                      

C.  \(_3^7Li.\)                         D.  \(_2^4He.\)

Hướng dẫn

Theo kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiêm thì hạt nhân có khối lượng trung bình là bền nhất rồi đến hạt nhân nặng và kém bền nhất là hạt nhân nhẹ  

Chọn B.

Ví dụ 10: Khi nói về lực hạt nhân, câu nào sau đây là không đúng?

A. Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các prôtôn với prôtôn trong hạt nhân.

B. Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các prôtôn với nơtrôn trong hạt nhân.

C. Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nơtron với nơtrôn trong hạt nhân.

D. Lực hạt nhân chính là lực điện, tuân theo định luật Culông.

Hướng dẫn

Lực hạt nhân khác bản chất với lực điện  

Chọn D.

Ví dụ 11: Năng lượng liên kết là

A. toàn bộ năng lượng của nguyên tử gồm động năng và năng lượng nghỉ.

B. năng lượng tỏa ra khi các nuclon liên kết với nhau tạo thành hạt nhân

C. năng lượng toàn phần của nguyên tử tính trung bình trên số nuclon.

D. năng lượng liên kết các electron và hạt nhân nguyên tử.

Hướng dẫn

Năng lượng liên kết là năng lượng tỏa ra khi các nuclon liên kết với nhau tạo thành hạt nhân  

Chọn B.

Ví dụ 12: Tìm phương án sai. Năng lượng liên kết hạt nhân bằng

A. năng lượng liên kết riêng của hạt nhân đó nhân với tổng số nuclon trong hạt nhân.

B. năng lượng tỏa ra khi các nuclon liên kết với nhau tạo thành hạt nhân đó.

C. năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân đó thành các nuclon riêng rẽ.

D. năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân đó.

Hướng dẫn

 Năng lượng liên kết hạt nhân bằng năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân đó thành các nuclon riêng rẽ  

Chọn D.

...

---Để xem tiếp nội dung Các bài tập về Năng lượng liên kết hạt nhân có đáp án, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

 

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Chuyên đề Tổng hợp Lý thuyết và bài tập Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân có đáp án môn Vật lý 12. Để xem toàn bộ nội dung 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 !