Vật lý 12 Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân và Phản ứng hạt nhân


Năng lượng liên kết của hạt nhân phản ứng hạt nhân là hai nội dung quan trọng ở phần Hạt nhân nguyên tử. Để giúp cho chúng ta nhận biết 1 cách tổng thể hơn về thế giới vật chất nói chung, ở bài học ngày hôm nay,  các em học sinh sẽ cùng nhau tìm hiểu và nghiên cứu về các kiến thức liên quan đến Lực hạt nhânNăng lượng liên kết của hạt nhân, Phản ứng hạt nhân

Tóm tắt lý thuyết

1. Lực hạt nhân

  • Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).

  • Kết luận:

    • Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh.

    • Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (\(10^{-15}m\))

2. Năng lượng liên kết của hạt nhân

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, kí hiệu Δm

 \(\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}\)

  • Trong đó:

    • \(m_p\) là khối lượng proton.

    • \(m_n\) là khối lượng notron.

    • \(m_X\) là khối lượng hạt nhân \(_{Z}^{A}\textrm{X}\)

b. Năng lượng liên kết

  • Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số \(c^2\): 

\(W_{lk}=\Delta mc^2=[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}].c^2\)

  • Năng lượng liên kết hạt nhân còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân

c. Năng lượng liên kết riêng

  • Năng lượng liên kết riêng (Wlkr) là năng lượng kiên kết tính cho 1 nuclôn

\(\Rightarrow W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}]}{A}\)

  • Để so sánh tính bền vững của hạt nhân ta dựa vào Năng Lượng liên kết riêng ⇒ Hạt nhân có Năng Lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững (các hạt nhân có 50 < A < 80 gọi là các hạt nhân trung bình ⇒ rất bền vững)

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. 

  • Đặc tính:

    • Biến đổi các hạt nhân.

    • Biến đổi các nguyên tố.

    • Không bảo toàn khối lượng nghỉ.

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

  • Bảo toàn điện tích.

  • Boả 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 toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (mtrước - \(m_{_{sau}}\))\(.c^2\)

• Nếu Q > 0 → phản ứng toả năng lượng.

• Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng

Bài tập minh họa

Bài 1:

Cho mHe = 40015u, mp = 1,0073u, mn = 1,0087u. Tìm năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân \(_{2}^{4}\textrm{He}\)Lấy \(1u=931,5 \ \frac{MeV}{c^2}\)

Hướng dẫn giải:

\(W_{lk}=[2.1,0073+2.1,0087-4,0015].uc^2\)

\(= (2.1,0073+2.1,0087-4,0015). 931,5\)

\(\Rightarrow W_{lk}=28,41 \ (MeV)\)

Bài 2: 

Cho năng lượng liên kết của \(_{2}^{4}\textrm{He}\) và \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) lần lượt là 28,41 MeV và 492 MeV. Hạt nhân nào bền hơn?

Hướng dẫn giải:

 

\(W_{lkr \ (He)}= \frac{28,41}{4}=7,1\) Mev/Nuclôn

\(W_{lkr \ (Fe)}= \frac{492}{56}= 8,8\) Mev/Nuclôn

⇒ Hạt nhân \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) bền hơn \(_{2}^{4}\textrm{He}\)

Lời kết

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Năng lượng liên kết của hạt nhân và Phản ứng hạt nhân cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

  • Phát biểu được các khái niệm lực hạt nhân – độ hụt khối – năng lượng liên lết – năng lượng liên kết riêng

  • Nêu được phản ứng hạt nhân tự phát – phản ứng hạt nhân kích thích

  • Giải quyết 1 số bài tập đơn giản .

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua Giải bài tập Vật lý 12 Bài 36 và làm bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 36 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. Các em được làm bài thi MIỄN PHÍ để test kiến thức cho bản thân nhé.Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt, chuẩn bị sẵn sàng kiến thức để tham gia kì thi THPT Quốc gia  tự tin và đạt thành tích cao nhất!

-- Mod Vật Lý 12 HỌC247

Được đề xuất cho bạn