1 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN I.TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Hiện tượng phóng xạ * Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t 0 0 .2 . t t T N N N e l - - = = * Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành và bằng số hạt (α hoặc e - hoặc e + ) được tạo thành: 0 0 (1 ) t N N N N e l- D = - = - * Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t 0 0 .2 . t t T m m m e l - - = = Trong đó: N 0 , m 0 là số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu T là chu kỳ bán rã 2 0,693ln T T l = = là hằng số phóng xạ λ và T không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài mà chỉ phụ thuộc bản chất bên trong của chất phóng xạ. * Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t 0 0 (1 ) t m m m m e l- D = - = - * Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã: 0 1 t m e m l- D = - Phần trăm chất phóng xạ còn lại: 0 2 t t T m e m l - - = = * Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t 1 0 1 1 1 0 (1 ) (1 ) t t A A A N AN m A e m e N N A l l- - D = = - = - Trong đó: A, A 1 là số khối của chất phóng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành N A = 6,022.10 -23 mol -1 là số Avôgađrô. Lưu ý: Trường hợp phóng xạ β + , β - thì A = A 1 ⇒ m 1 = ∆m * Độ phóng xạ H Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, đo bằng số phân rã trong 1 giây. 0 0 .2 . t t T H H H e N l l - - = = = H 0 = λN 0 là độ phóng xạ ban đầu. Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây Curi (Ci); 1 Ci = 3,7.10 10 Bq Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H 0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s). 2. Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liên kết * Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng Vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ E = m.c 2 Với c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. * Độ hụt khối của hạt nhân A Z X ∆m = m 0 – m Trong đó m 0 = Zm p + Nm n = Zm p + (A-Z)m n là khối lượng các nuclôn. m là khối lượng hạt nhân X. * Năng lượng liên kết ∆E = ∆m.c 2 = (m 0 -m)c 2 ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 2 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN * Năng lượng liên kết riêng (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): E A D Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. 3. Phản ứng hạt nhân * Phương trình phản ứng: 31 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z X X X X+ ® + Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn . Trường hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X 1 → X 2 + X 3 X 1 là hạt nhân mẹ, X 2 là hạt nhân con, X 3 là hạt α hoặc β * Các định luật bảo toàn + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A 1 + A 2 = A 3 + A 4 + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z 1 + Z 2 = Z 3 + Z 4 + Bảo toàn động lượng: 1 2 3 4 1 1 2 2 4 3 4 4 m m m mp p p p hay v v v v+ = + + = + uur uur uur uur ur ur ur ur + Bảo toàn năng lượng: 1 2 3 4 X X X X K K E K K+ +D = + Trong đó: ∆E là năng lượng phản ứng hạt nhân 2 1 2 X x x K m v= là động năng chuyển động của hạt X Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng. - Mối quan hệ giữa động lượng p X và động năng K X của hạt X là: 2 2 X X X p m K= - Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành Ví dụ: 1 2 p p p= + ur uur uur biết · 1 2 ,p pj = uur uur 2 2 2 1 2 1 2 2p p p p p cosj= + + hay 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) 2mv m v m v m m v v cosj= + + hay 1 1 2 2 1 2 1 2 2mK m K m K m m K K cosj= + + Tương tự khi biết · 1 1 φ ,p p= uur ur hoặc · 2 2 φ ,p p= uur ur Trường hợp đặc biệt: 1 2 p p^ uur uur ⇒ 2 2 2 1 2 p p p= + Tương tự khi 1 p p^ uur ur hoặc 2 p p^ uur ur v = 0 (p = 0) ⇒ p 1 = p 2 ⇒ 1 1 2 2 2 2 1 1 K v m A K v m A = = » Tương tự v 1 = 0 hoặc v 2 = 0. * Năng lượng phản ứng hạt nhân ∆E = (M 0 - M)c 2 Trong đó: 1 2 0 X X M m m= + là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng. 3 4 X X M m m= + là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng. Lưu ý: - Nếu M 0 > M thì phản ứng toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của các hạt X 3 , X 4 hoặc phôtôn γ. Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn. - Nếu M 0 < M thì phản ứng thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của các hạt X 1 , X 2 hoặc phôtôn γ. Các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững. * Trong phản ứng hạt nhân 31 2 4 1 2 3 4 1 2 3 4 AA A A Z Z Z Z X X X X+ ® + Các hạt nhân X 1 , X 2 , X 3 , X 4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 . Năng lượng liên kết tương ứng là ∆E 1 , ∆E 2 , ∆E 3 , ∆E 4 ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) p ur 1 p uur 2 p uur φ 3 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Độ hụt khối tương ứng là ∆m 1 , ∆m 2 , ∆m 3 , ∆m 4 Năng lượng của phản ứng hạt nhân ∆E = A 3 ε 3 +A 4 ε 4 - A 1 ε 1 - A 2 ε 2 ∆E = ∆E 3 + ∆E 4 – ∆E 1 – ∆E 2 ∆E = (∆m 3 + ∆m 4 - ∆m 1 - ∆m 2 )c 2 * Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ + Phóng xạ α ( 4 2 He ): 4 4 2 2 A A Z Z X He Y - - ® + So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị. + Phóng xạ β - ( 1 0 e - ): 0 1 1 A A Z Z X e Y - + ® + So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β - là một hạt nơtrôn biến thành một hạt prôtôn, một hạt electrôn và một hạt nơtrinô: n p e v - ® + + Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ β - là hạt electrôn (e - ) - Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của ánh sáng và hầu như không tương tác với vật chất. + Phóng xạ β + ( 1 0 e + ): 0 1 1 A A Z Z X e Y + - ® + So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β + là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô: p n e v + ® + + Lưu ý: Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ β + là hạt pôzitrôn (e + ) + Phóng xạ γ (hạt phôtôn) Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E 1 chuyển xuống mức năng lượng E 2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng 1 2 hc hf E Ee l = = = - Lưu ý: Trong phóng xạ γ không có sự biến đổi hạt nhân ⇒ phóng xạ γ thường đi kèm theo phóng xạ α và β. 4. Các hằng số và đơn vị thường sử dụng * Số Avôgađrô: N A = 6,022.10 23 mol -1 * Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10 -19 J; 1MeV = 1,6.10 -13 J * Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10 -27 kg = 931,5 MeV/c 2 * Điện tích nguyên tố: |e| = 1,6.10 -19 C * Khối lượng prôtôn: m p = 1,0073u * Khối lượng nơtrôn: m n = 1,0087u * Khối lượng electrôn: m e = 9,1.10 -31 kg = 0,0005u ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 4 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN II.CÁC DẠNG TOÁN. DẠNG I:CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 1.phương pháp: a)Hạt nhân nguyên tử:      += NZA notronN protonZ : : b)Đơn vị khối lượng nguyên tử:1u=1,6605.10 -27 kg 2 /931 cMeV ≈ c)Năng lượng liên kết hạt nhân.W lk =(m 0 -m)c 2 = 2 .cm ∆ d)Năng lượng liên kết riêng:W lk /A e)Công thức tính số hạt nhân:N= A N m µ Với N:số hạt nhân có khối lượng m; µ :khối lượng mol; N A :số A-vô-ga-đô 2:Bài tập mẫu: Bài 1:a)Tính số nguyên tử hê li trong 1 gam nguyên tử hê li b)Tính số nguyên tử ô xy trong 1 gam khí các bonic. c)Tính khối lượng của nguyên tử vàng Au 197 79 Cho He li có khối lượng:4,03;ôxy có khối lượng:15,999;Các bon có khối lượng:12,011;N A =6,022.10 23 nguyên tử/mol. Bài 2:Ni tơ tự nhiên có khối lượng nguyên tử m=14,00670u và gồm 2 đồng vị chính là N 14 7 có khố lượng nguyên tử m 1 =14,00307u và N 15 7 có khối lượng nguyên tửm 2 =15,0001u.Tính tỉ lệ phần trăm của hai đồng vị ấy trong tự nhiên. Bài 3:Tính năng lượng liên kết của các hạt nhân. a)Đơteri H 2 1 có khối lượng 2,00136u b)Liti Li 7 3 có khối lượng7,0160u.(cho biết m p =1,0073u;m n =1,0087u;1u=931MeV/c 2 ) Bài 4:Xác định năng lượng cần thiết để bứt 1 nơ tron ra khỏi hạt nhân của đồng vị Na 23 11 Cho m p =1,007276u;m n =1,008665u;m Na23 =22,98977u;m Na22 =21,99444u.1u=931MeV/c 2 . Bài 5:Tính năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân C14 và C12.Trong hai đồng vị này đồng vị nào bền hơn?Cho m C12 =11,9967u m C14 =13,9999u DẠNG II:HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 1.Phương pháp: a)Định luật phóng xạ:N=N 0 . t e λ − ;m=m 0 . t e λ − ;Với T= λ 2ln = λ 693,0 b)Độ phóng xạH= λ N= λ .N 0 . t e λ − =H 0 . t e λ − . Đơn vị độ phóng xạ:1Bq=1 phân rã/s. 1Ci=3,7.10 10 Bq. c) Định tuổi của mẫu vật:N=N 0 . t e λ − ⇒ t= N N 0 ln 1 λ Hoặc:H=H 0 . t e λ − ⇒ t= H H 0 ln 1 λ 2.Bài tập mẫu: Bài 1:Ban đầu có 5 gam actini Ac 225 89 là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã T=10 ngày.Tính a)số nguyên tử ban đầu của nguyên tử Actini. b)Số nguyên tử còn lại sau 15 ngày. c)Độ phóng xạ của Actini sau 15ngày. Bài 2:Một chất phóng xạ Acó chu kỳ bán rã T=360 giờ.Khi lấy ra sử dụng thì khối lượng chất phóng xạ A còn lại chỉ bằng 1/32 khối lượng ban đầu.Tính thời gian từ lúc đầu có chất A cho đến lúc lấy ra sử dụng. Bài 3:Tính chu kỳ bán rã của ra đôn(Rn),biết rằng sau 2 ngày độ phóng xạ của nó giảm đi 1,44 lần. Bài 4:Có m 0 =1kg cô ban Co 60 dùng trong y tế có chu kỳ bán rã T=5,33năm. a)Tính khối lượng của cô ban còn lại sau 10 năm. b)Tính độ phóng xạ ban đầu và sau 10 năm của cô ban.Cho Co 60 có khối lượng 58,9;N A =6,022.10 23 nguyên tử/mol. Bài 5:Tại thời điểm t 1 ,độ phóng xạ của Po 210 84 là H (t1) =3,7.10 10 Bq.Tính khối lượng của Po 210 84 phóng xạ tại thời điểm t 1 .Chu kỳ bán rã của Po 210 84 là 138 ngày ,Cho N A =6,022.10 23 nguyên tử/mol. Bài 6:a) giải thích tại sao trong quặng urani lại có chì. b)Xác định tuổi của quặng u rani trong đó cứ 10 nguyên tử u rani có 2 nguyên tử chì.Chu kỳ bán rã của U 238 92 là 4,5.10 9 năm. ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 5 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Bài 7:Cho biết hiện nay trong quặng u rani thiên nhiên có U 238 và U 235 Theo tỉ lệ số nguyên tử là 140:1.Giả sử ở thời điểm hình thành trái đất tỉ lệ trên là 1:1.Tính tuổi của trái đất Chu ỳ bán rã của U 238 là 4,5.10 9 năm,Chu ỳ bán rã của U 235 là 7,13.10 8 năm. DẠNG III:PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.Phương pháp: a)Các định luật bão toàn trong phản ứng hạt nhân. -Định luật bảo toàn số khối (A) -Định lỵât bảo toàn nguyên tử số(Z) -Định luật bão toàn động lượng -Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần. b)Năng lượng phản ứng hạt nhân. *Pt phản ứng:A+B=C+D m 0 =m A +m B ;m=m C +m D (năng lượng toàn phần bảo toàn )nên có hai trường hợp xãy ra. -Nếu m<m 0 :Phản ứng tỏa năng lượng W=(m 0 -m)c 2 . -Nếu m>m 0 :Phản ứng thu năng lượng,phản ứng không tự nó xãy ra,muốn phản ứng xãy ra phải cung cấp cho Avà B một năng lượng W dưới dạng động năng :W=(m-m 0 )+Wđ (với Wđ là động năng các hạt được sản phẩm). 2.Bài tập mẫu: Bài 1:Dùng prôtôn bắn phá hạt nhân bê ri ta được hê li và X theo phản ứng sau:p+ Be 9 4 → α +X. Viết đầy đủ phản ứng hạt nhân,cho biết tên gọi ,số khối và số thứ tự của hạt nhân X. Bài 2:Cho phản ứng hạt nhân sau: p+ Na 23 11 → X+ Ne 20 10 và Cl 37 17 +Y → n+ Ar 37 18 a)Viết đầy đủ hai phản ứng trên cho biết tên của hai hạt nhân X,Y. b)Tính độ lớn của năng lượng tỏa ra hoặc thu vào của hai phản ứng trên.Cho khối lượng hạt nhân của Na:22,983734u; Cl:36,956563u;Ne:19,986950u; Ar:36,956563u;He:4,001506u;H:1,007276u Bài 3:Trong thí nghiệm Rơ dơ pho khi bắn phá hạt nhân ni tơ N 14 7 bằng hạt α ,hạt nhân bắt giữ hạt α để tạo ra hạt flo F 18 9 không bền,hạt nhân này phân rã nay tạo thành hạt X và prôtôn. a)Viết phương trình phản ứng hạt nhân. b)Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng. c)Tính động năng các hạt sinh ra và hạt α ,biết rằng hai hạt sinh ra có cùng vận tốc.Cho khối lượng các hạt nhân: N 14 7 =14,0031u, H 1 1 =1,0073u, He 4 2 =4,0020u,X=16,9991u;1u=931MeV/c 2 . Bài 4:Dùng nơ tron bắn phá hạt nhân U 235 92 ta thu được phản ứng sau: U 235 92 +n → Mo 95 42 + La 139 57 +2n+7 − β Cho m n =1,0087u;m Mo =94,88u;m U =234,99u;m La =138,87u a)Tính năng lượng do một phân hạch tạo ra. b) U 235 92 có thể phân hạch theo nhiều cách khác nhau,nếu lấy kết quả ở câu a làm giá trị trung bình của năng lượng tỏa ra trong một phân hạch thì 1 gam U 235 92 phân hạch hoàn toàn tạo ra bao nhiêu năng lượng. Bài 5:Cho phản ứng hạt nhân: T 3 1 + X A Z → He 4 2 +n+17,6MeV(1) a)Xác định hạt X,viết phương trình phản ứng hạt nhân. b)Tính năng lượng tỏa ra từ phản ứng 1 khi tổnh hợp được 1 gam heli. Bài 6:Thực hiện phản ứng nhiệt hạch sau đây: H 3 1 + H 2 1 → He 4 2 +n a)Tính năng lượng tỏa ra nếu có 1 kmol khí heli được tạo thành từ phản ứng trên. b)Năng lượng nói trên tương đương với lượng thuốc nổ TNT là bao nhiêu.Cho biết năng suất tỏa nhiệtcủa TNT là 4,1kJ/kg. Bài 7:Sau khi được gia tốc bởi máy xyclôtrôn,hạt nhân của đơteri bắn vào hạt nhân của đồng vị Li 7 3 tạo nên phản ứng hạt nhân thu được nơtrôn và một hạt nhân X. a)Viết phương trình phản ứng hạt nhân,tên của hạt nhân X. b)Tính năng lượng tỏa ra trong phản ứng. c)Tính tần số của hiệu điện thế xoay chiều đặt vào hai nữa của máy xyclôtrôn,cho biết từ trường đều có cảm ứng từ B=1,26T. Cho:m p =1,00728u;m Li =7,01823u;m X =8,00785u;m n =1,00867u;m H2 =2,001355u. III.TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 6 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 1: Chọn câu đúng: A. Phân rã α , so với hạtnhân mẹ thì hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn. B. Phân rã β + , so với hạt nhân me thì hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn. C. Phân rã γ không làm biến đổi hạt nhân mà đi kèm với phân rã α và β D.B và C đúng. Câu 2: Phản ứng hạt nhân A + B → C + D Tổng khối lượng nghĩ của A,B là m o = m A + m B ; của C,D là m =m C + m D. Chọn câu đúng. A. Khi m <m o thì phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng W = (m o – m)c 2 B. Khi m >m o thì phản ứng không tự nó xảy ra mà phải cung cấp cho A,B năng lượng W dưới dạng động năng. C. Năng lượng cung cấp cho phản ứng thu năng lượng W = (m =m o )c 2 + W d trong đó W d là động năng của C và D. D. A,B và C đúng. Câu 3: Chọn câu đúng khi nói về phóng xạ. A. Phóng xạ tự nhiên là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng. B. Chất phóng xạ là một nguồn năng lượng C. Tính xuyên thâu của tia α mạnh hơn tia γ D. A và B đúng. Câu 4: Chọn câu sai: A. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững. B. Trong 2 đồng vị của một nguyên tố, đồng vị nào có năng lượng liên kết riêng lớn hơn thì đồng vị đó kém bền vững hơn. C. Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì càng bền vững. D. B và C. Câu 5. Một nguồn ban đầu chứa 0 N hạt nhân nguyên tử phóng xạ. Có bao nhiêu hạt nhân này bị phân rã sau thời gian bằng 3 chu kỳ bán rã ? A. 0 1 8 N B. 0 1 16 N C. 0 2 3 N D. 0 7 8 N Câu 6: Một nguồn ban đầu chứa 0 N hạt nhân nguyên tử phóng xạ. Có bao nhiêu hạt nhân này chưa bị phân rã sau thời gian bằng 4 chu kỳ bán rã ? A. 0 1 8 N B. 0 1 16 N C. 0 15 16 N D. 0 7 8 N Câu 7 :Trong các tập hợp hạt nhân sau (có thể không được sắp xếp theo đúng thứ tự), hãy chọn ra tập hợp mà trong đó tất cả các hạt nhân đều thuộc cùng một họ phóng xạ tự nhiên A. 241 237 225 219 207 ; ; ; ;Am Np Ra Rn Bi B. 238 230 208 226 214 ; ; ; ;U Th Pb Ra Po C. 232 224 206 212 220 ; ; ; ;Th Ra Tl Bi Rn D. 237 225 213 209 221 ; ; ; ;Np Ra Bi Tl Fr Câu 8 : Cho các kí hiệu sau đối với một mẫu chất phóng xạ hạt nhân: A 0 là độ phóng xạ ở thời điểm ban đầu ( 0)t = , A là độ phóng xạ ở thời điểm t, N là số nuclon chưa bị phân rã ở thời điểm t, T là chu kỳ bán rã, λ là hằng số phóng xạ. Biểu thức nào sau đây không đúng ? A. 0 t A A e λ − = B. A TN = C. 1,44N TA= D. 0 1,44 . t N T A e λ − = Câu 9: Độ phóng xạ ban đầu của một nguồn phóng xạ chứa 0 N là 0 A . Khi độ phóng xạ giảm xuống tới 0 0,25A thì số hạt nhân đã bị phóng xạ bằng A. 0 0,693N B. 0 3 4 N C. 0 4 N D. 0 8 N Câu 10: Phát biểu nào sau đây đúng ? A. Lực gây ra phóng xạ hạt nhân là lực tương tác điện (lực Coulomb) B. Quá trình phóng xạ hạt nhân phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, C. Trong phóng xạ hạt nhân khối lượng được bảo toàn D. Phóng xạ hạt nhân là một dạng phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng Câu 11 : Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học có cùng ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 7 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. số prôtôn B. số nơtrôn C. số nuclôn D. năng lượng liên kết Câu 12 : Cơ chế phân rã phóng xạ β + có thể là A. một pôzitrôn có sẵn trong hạt nhân bị phát ra B. một prôtôn trong hạt nhân phóng ra một pôzitrôn và một hạt khác để chuyển thành nơtrôn C. một phần năng lượng liên kết của hạt nhân chuyển hóa thành một pôzitrôn D. một êlectrôn của nguyên tử bị hạt nhân hấp thụ, đồng thời nguyên tử phát ra một pôzitrôn Câu 13: Năng lượng liên kết của hạt α là 28,4MeV và của hạt nhân 23 11 Na là 191,0MeV . Hạt nhân 23 11 Na bền vững hơn hạt α vì A. năng lượng liên kết của hạt nhân 23 11 Na lớn hơn của hạt α B. số khối lượng của hạt nhân 23 11 Na lớn hơn của hạt α C. hạt nhân 23 11 Na là đồng vị bền còn hạt α là đồng vị phóng xạ D. năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 23 11 Na lớn hơn của hạt α Câu 14: 210 84 Po phân rã α thành hạt nhân X. Số nuclôn trong hạt nhân X là: A. 82 B. 210 C. 124 D. 206 Câu 15: Một phản ứng hạt nhân là tỏa năng lượng nếu: A. tổng năng lượng liên kết của các hạt nhân trước phản ứng lớn hơn của các hạt nhân sau phản ứng B. tổng số nuclôn của các hạt nhân trước phản ứng lớn hơn của các hạt nhân sau phản ứng C. tổng khối lượng (nghỉ) của các hạt nhân trước phản ứng lớn hơn của các hạt sau phản ứng D. tổng khối lượng (nghỉ) của các hạt nhân trước phản ứng nhỏ hơn của các hạt sau phản ứng Câu 16 : Phát biểu nào sau đây đúng ? Trong phản ứng hạt nhân thì: A. số nơtrôn được bảo toàn B. số prôtôn được bảo toàn C. số nuclôn được bảo toàn D. khối lượng được bảo toàn Câu 17 : Chọn phát biểu đúng trong các phát biểu sau: Phóng xạ hạt nhân A. không phải là phản ứng hạt nhân B. là phản ứng hạt nhân thu năng lượng C. là phản ứng hạt nhân toả năng lượng D. là phản ứng hạt nhân phụ thuộc các điều kiện bên ngoài như áp suất, nhiệt độ, … Câu 18 : Đơn vị khối lượng nguyên tử là: A. khối lượng của một nuclôn B. khối lượng của một nguyên tử C12 C. khối lượng của một nguyên tử hyđrô D. khối lượng bằng một phần mười hai khối lượng của nguyên tử cacbon C12 Câu 19:Chọn câu đúng: A:Thực chất của phân rả − β là trong hạt nhân 1 nơtron biến thành một protôn+1electron+1 phản hạt nơtrinô B:Thực chất của phân rả − β là trong hạt nhân 1 prôtôn biến thành 1 nơtron +1nơtrinô C:Thực chất của phân rả β + là trong hạt nhân 1 prôtôn biến thành 1 nơtron + 1 pôzi tron+1nơtrinô D:Avà C đúng Câu 20: Trong phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng của hai hạt nhân 1 X và 2 X tạo thành hạt nhân Y và một nơtron bay ra: 1 2 1 2 1 2 A A A Z Z Z X X Y n+ → + , nếu năng lượng liên kết của các hạt nhân 1 X , 2 X và Y lần lượt là ,a b và c thì năng lượng được giải phóng trong phản ứng đó: A. a b c+ + B. a b c + − C. c b a− − D. không tính được vì không biết động năng của các hạt trước phản ứng IV.BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 8 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Bài 1: Tính năng lượng liên kết của hạt nhân 126 52 Te Cho m p = 1,00773u ; m n = 1,0084u. M Te = 125,9033u; u = 931MeV/c 2 A:1024,94 MeV; B:10,94 MeV; C:102 MeV; D:24,94 MeV. Bài 2: Tính năng lượng liên kết riêng cho các hạt nhân 23 12 Mg và 24 12 Mg . Trong hai đồng vị này, đồng vị nào bền hơn. Cho m p ; m n ; u ở bài 1; m Mg23 = 22,9941u; m Mg24 = 23,9850u A: 24 12 Mg kém bền hơn 23 12 Mg ; B: 24 12 Mg bền hơn 23 12 Mg ; C:Bền như nhau; D:không xác định được. Bài 3: Tính năng lượng cần thiết để giải phóng nơtron liên kết yếu nhất trong hạt nhân 40 20 Ca. Cho m p; m n ; u ở bài 1; m Ca39 = 38,9707u; m Ca40 = 39.9626u. A:1024,94 MeV; B:10,94 MeV; C:15,36MeV; D:102 MeV Bài 4: Ban đầu có 5g Iridi 192 77 Ir là chất phóng xạ với chu kì bán rã là 75 ngày.Trả lời các câu hỏi sau: Câu1) Số nguyên tử Iridi bị phân rã sau 1 giây là bao nhiêu: A:16.10 12 nguyên tử; B:1,5.10 14 nguyên tử; C:15.10 12 nguyên tử; D:1,6.10 15 nguyên tử. Câu 2) Số nguyên tử Iridi còn lại sau 30 ngày. A:16.10 12 nguyên tử; B:1,5.10 14 nguyên tử; C:15.10 12 nguyên tử; D:1,19.10 22 nguyên tử. Bài 5: Tìm chu kì bán rã của vàng 179 79 Au, biết rằng độ phóng xạ của m = 3.10 -9 kg vàng là 58,9Ci. Cho N A = 6,022.10 23 nguyên tử/mol. A:48 phút; B:4,8 phút; C:24 phút; D: 1,2 giờ. Bài 6:Hạt nhân Pô lô ni ( Po 210 84 ) phóng xạ α rồi biến thành hạt nhân chì (Pb) với chu kỳ bán rã làT=138ngày Cho khối lượng các hạt nhân:m(Po)=209,9828u;m( α )=4,0015u;m(Pb)=205,9744u.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Viết phương trình phân rả. Câu 2:Phản ứng phân rả Pô lô ni tỏa hay thu năng lượng.Phần năng lượng đó bằng bao nhiêu? A:Thu năng lượng:103,117.10 -14 J B:Tỏa năng lượng:103,117.10 -14 J; C:Tỏa năng lượng:103,117.10 -11 J; D:Tỏa năng lượng:103,117.10 -11 J Câu 3:Cho biết độ phóng xạ ban đầu của mẫu là 2,4(Ci).Tìm xem khối lượng ban đầu của mẫu Pô lô ni là bao nhiêu? A:532,6.10 -6 kg; B:532,6.10 -6 g; C:532,6.10 -12 kg; D:532,6.10 -9 g. Bài 7: Tia X có bước sóng λ - 0,5 A 0 đập vào một tấm kim loại, các êlectron quang điện bật ra từ lớp vỏ K chuyển động trong vùng từ trường theo quỹ đạo tròn bán kính 2,3 cm; B = 0,02T. Tìm năng lượng liên kết của êlectron ở lớp vỏ K.Cho h = 6,625.10 -34 J.s; c = 3.10 8 m/s; m e = 9,1.10 -31 kg; e = 1,6.10 -19 C. A:10 MeV; B :10,94 MeV; C:6,2KeV; D:6,2MeV. Bài 8 Trong khí quyển có đồng vị phóng xạ 14 6 C với chu kì bán rã T= 5568 năm. Mọi thực vật sống trên trái đất hấp thu cacbon từ khí quyển đều chứa một lượng 14 6 C cân bằng. Trong một mẫu gỗ cổ có 14 6 C với độ phóng xạ 112 phân rã/phút. Xác định tuổi của mẫu gỗ cỏ này, biết rằng độ phóng xạ của 14 6 C của lượng gỗ mới tương đương là 216 phân rã/phút. A:4900năm; B:3520 năm; C:4000năm; D:5277năm. Bài 9: Hạt nhân nguyên tử poloni 240 84 Po có tính phóng xạ, nó phóng ra hạt α và biến đổi thành hạt nhân X.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Viết đầy đủ phương trình phản ứng hạt nhân, X là nguyên tử gì. Câu 2: Tính năng lượng tỏa ra bởi phản ứng hạt nhân trên. A:9,5.10 -13 J; B:0,95.10 -13 J; C:9,5.10 13 J; D:0,59MeV. Câu 3: Tính tỉ lệ phân rã của polonni trong 30 ngày. Cho biết chu kì bán rã của poloni T= 138 ngày. Cho biết m Po = 209,937303u; m He = 4,001506u; m x = 205,929442u; u = 1,66055.10 -27 kg. A:14%; B:0,14%; C:20%; D:0,2% Bài 10: Để đo chu kì bán rã của một chất phóng xạ β - người ta dùng máy đếm xung. Trong 1 phút đếm được 250 xung, nhưng 1 giờ sau khi đo lần thứ nhất chỉ đếm được 92 xung trong 1 phút. Xác định hằng số phân rã và chu kì bán rã của chất phóng xạ. A:41 ngày; B:41,58 phút; C:41,58giây; D:4,4ngày. Bài 11: Bắn hạt α vào hạt nhân 14 7 N đứng yên, ta nhận được hạt nhân X và prôtôn. giả thiết các hạt sinh ra có cùng một vận tốc.Cho: m α = 4,0015u; m N = 13,9992u; m P = 1,0037u; m x = 16,994u.Trảlời các câu hỏi sau: Câu 1: Viết phương trình phản ứng hạt nhân. ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 9 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 2: Phản ứng này thu hay tỏa năng lượng bao nhiêu A:Phản ứng tỏa năng lượng là1,21MeV. B:Phản ứng tỏa năng lượng là 21MeV. C:Phản ứng thu năng lượng là1,21MeV. D:Phản ứng thu năng lượng là 21MeV. Câu 3: Tính động năng của các hạt sinh ra và hạt α A:Wđ=5MeV B:Wđ=3,55MeV C:Wđ=0,35MeV; D:Wđ=35MeV Bài 12: Người ta dùng prôtôn bắn phá hạt nhân bêri, hai hạt sinh ra là heli và X. 1 1 H + 9 4 Be → 4 2 He + X.Trả lời các câu hỏi sau. Câu 1:Viết đầy đủ phản ứng hạt nhân. Câu 2: Biết rằng hạt nhân bêri đứng yên, prôtôn có động năng W Dh = 5,45MeV; heli có vectơ vận tốc v He vuông gốc với vectơ vận tốc v H của prôtôn và có động năng W dHe = 4,00MeV. Tính động năng của hạt X. A:Wđ Li =75MeV; B:Wđ Li =3MeV; C:Wđ Li =7,5MeV; D:Wđ Li =3,575MeV Câu 3: Tính năng lượng do phản ứng tỏa ra. A:75MeV; B:21,26 MeV; C:5 MeV; D:2,126Mev. Bài 13: Động năng của hạt α bay ra khỏi hạt nhân của nguyên tử 226 88 ra trong sự phân rã phóng xạ bằng 4,78 MeV.Cho 1u = 1,66055.10 -27 kg.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Viết phương trình phân rã hạt nhân ra đi. Câu 2: Tính vận tốc của hạt α A:1,52.10 7 m/s. B:2.10 7 m/s; C:1,52.10 5 m/s; D:5.10 7 m/s. Câu 3: Tính năng lượng toàn phần tỏa ra khi hạt α đang bay. A:4,87MeV; B:8,7MeV; C:4 MeV ; D:7 MeV. Bài 14: Urani 235 92 U có thể phân hạch theo nhiều các khác nhau. Phản ứng hạt nhân dây chuyền của 235 92 U có dạng như sau: 235 92 U + 1 0 n → ( 236 92 U) → 143 60 Nd + 90 40 Zr + 3 1 0 n +8e - .Trả lời các câu hỏi sau: Không bền Câu 1: Tính năng lượng do 1 phân hạch tạo ra. A: 19 MeV; B:197,6MeV; C:17,6MeV; D: 1,976MeV; Câu 2: Tính năng lượng tỏa ra do 1 gam 235 92 U phân hạch hoàn toàn A:81.10 10 J; B:8,1.10 10 J; C:21.10 10 J ; D:1,6.10 10 J . Cho: m U = 235,043915u; m Nd =142,909779u;M Zr = 89,904700u; m n = 1,008665u; u =931,5 MeV/c 2 ; N A = 6,022.10 23 nguyên tử/mol. Bài 15:Phương trình phản ứng nhiệt hạch: 2 1 H + 3 1 H → 4 2 He + 1 0 n +17,5MeV Tìm năng lượng tỏa ra khi tổng hợp m 1 = 0,4g đơteri và m 2 = 0,6g triti. Khối lượng của đơteri và triti lần lượt được quy ra A 1 = 2đvklnt và A 2 = 3đvklnt. Cho biết N A = 6,022.10 23 nguyên tử/mol. A: 37.10 9 J ; B:33.10 9 J C:337.10 9 J; D:7.10 9 J . Bài 17: Cho phản ứng:p+ Li 7 3 → X+ He 4 2 .Mỗi phản ứng tỏa ra một năng lượng Q=17,3MeV.Trả lời các câu hỏi sau: a)Xác định số prôton,số nu clôn của hạt X: A:2proton,4nơtrôn; B:2proton,2nuclôn; C:2proton,2nơtron; D:2proton,4nuclôn b)Năng lượng tỏa ra khi 1 gam hê li tạo thành nhận giá trị nào sau đây: A:13,02.10 26 MeV; B:13,02.10 19 MeV; C:13,02.10 20 MeV; D:13,02,10 23 MeV. Bài 21: Tình năng lượng liên kết riêng củahạt nhân molypđen 98 42 Mo. Cho m p = 1,0073u; m n = 1,0084u; m Mo = 97,9054u; u = 931MeV/c 2 A. 8,3MeV. B.8,1 MeV C. 7,9MeV. D. 7,8 MeV Bài 22: Tính độ phóng xạ của 1 gam rađi 226 88 Ra có chu kì bán rã T = 1622 năm. Cho N A = 6,022.10 22 nguyên tử/mol A.0,75 Ci; B.0,81Ci; C.0,87 Ci; D.0,92Ci. Bài 23: Tìm thời gian cần thiết để 5 mg đồng vị của natri 22 11 Na lúc đầu phân rã còn lại 2 mg. Chu kì bán rã của 22 11 Na là T= 2,6năm. A. 5,04 năm B.5,21 năm C. 6.04 năm. D.6,24 năm ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 10 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN Bài 24:Lúc đầu có 2,0 gam rađon 222 861 Rn là chất phóng xạ có chu kì bán rã T = 3,8 ngày. Cho N A = 6,022.10 23 . Trả lời các câu hỏi sau: Câu1:Tính số nguyên tử ban đầu: A. 6,125.10 20 nguyên tử; B. 5,425.10 20 nguyên tử; C. 6,245.10 20 nguyên tử; D. 5,425.10 21 nguyên tử. Câu 2: Số nguyên tử còn lại sau thời gian t = 1,5T. A. 1,891.10 21 nguyên tử; B.1,818.10 21 nguyên tử; C. 2,138.10 21 nguyên tử; D. 1,918.10 21 nguyên tử. Câu 3: Độ phóng xạ của lượng rađon nói trên sau thời gian t = 1,5T. A. 1,79.10 5 Ci. B.1,54.10 5 Ci C. 1,49.10 5 Ci. D.1,09.10 3 Ci Bài 27: P. ứng nhiệt hạch 2 1 D + 3 1 T → 4 2 He + 1 0 n tỏa ra bao nhiêu năng lượng nếu 1 kmol heli được tạo thành. Cho m D =2,0136u;m T =3,016 u;m He =4,0026u;m n =1,0087u;1u = 931 MeV/c 2 ; N A = 6,022.10 23 nguyên tử/mol. A.1,64.10 15 J. B. 1,34.10 15 J. C. 1,66.10 15 J. D. 1,84.10 15 J Bài 28: Hạt nhân đơteri hấp thụ phôtôn của bức xạ γ có bước sóng γ = 4,7.10 -13 m sẽ phân hủy thành prôtôn và nơtron . Tính tổng động năng của các hạt được tạo thành. Cho h = 6,625.10 34 J.s; c = 3.10 8 m/s; m p = 1,00783 u ; m n = 1,0087 u; m D = 2,01410u; u = 931MeV/c 2 . A. 0,32 MeV. B.0,38 MeV.0,34 MeV C. 0,34 MeV. D.0,4 MeV Bài 29: Tính năng lượng được giải phóng khi tổng hợp hai hạt nhân đơteri thành hạt nhân α trong phản ứng nhiệt hạch. Cho: m D = 2,014102u; m He = 4,002603u; u = 931,5MeV/c 2 A. 21,85 MeV. B. 23,25 MeV; C. 23,85 MeV . D. 23,55 MeV. Bài 30: U235 hấp thụ nơtrôn nhiệt, phân hạch và sau một vài quá trình phản ứng dẫn đến kết quả tạo thành các hạt nhân bền theo phương trình sau: 235 143 90 92 60 40 U n Nd Zr xn y yv β − + → + + + + , trong đó x và y tương ứng là số hạt nơtrôn, êlectrôn và phản nơtrinô phát ra, x và y bằng: A. 4 ; 5x y= = B. 5 ; 6x y= = C. 6 ; 4x y= = D. 3 ; 8x y= = Bài 31: Cho phản ứng tổng hợp hạt nhân: 2 2 1 1 1 0 A z D D X n+ → + Biết độ hụt khối của hạt nhân D là 0,0024 p m u∆ = và của hạt nhân X là 0,0083 x m u∆ = . Phản ứng này thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng ? Cho 2 1 931 /u MeV c= A. Tỏa năng lượng là 3,26MeV B. Tỏa năng lượng là 4,24MeV C. Thu năng lượng là 4,24MeV D. Thu năng lượng là 3,269MeV Bài 32: 210 84 Po là chất phóng xạ α với chu kỳ bán rã bằng 138T = ngày. Hỏi sau 46 ngày, từ 21g Po lúc đầu có bao nhiêu hạt α được phát ra ? Cho 23 1 6,02.10 A N mol − = A. 22 4,8.10≈ B. 22 1,24.10≈ C. 22 48.10≈ D. 22 12,4.10≈ Bài 33: Một hạt nhân có 8 prôtôn và 9 nơtrôn. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này bằng 7,75 /MeV nuclon .Biết 1,0073 p m u= ; 1,0087 n m u= ; 2 1 931,5uc MeV= . Khối lượng của hạt nhân đó bằng bao nhiêu ? A. 17,195u B. 16,425u C. 16,995u D. 15,995u Bài 34: Tại thời điểm 0t = số hạt nhân của mẫu chất phóng xạ là 0 N . Trong khoảng thời gian từ 1 t đến 2 t 2 1 ( )t t> có bao nhiêu hạt nhân của mẫu chất đó phóng xạ ? A. 1 2 1 ( ) 0 ( 1) t t t N e e λ λ − − − − B. 2 1 ( ) 0 t t N e λ − − C. 2 1 ( ) 0 t t N e λ − + D. 2 2 1 ( ) 0 ( 1) t t t N e e λ λ − − − Bài 35: Người ta tiêm vào máu một người một lượng nhỏ dung dịch chứa đồng vị phóng xạ 24 Na (chu kỳ bán rã bằng 15 giờ) có độ phóng xạ bằng 1,5mCi. Sau 7,5giờ người ta lấy ra 3 1cm máu người đó thì thấy nó có độ phóng xạ là 392 phân rã/phút. Thể tích máu của người đó bằng bao nhiêu ? A. 6,0 lít. B. 3 525cm C. 5,25 lít D. 3 600cm Bài 36: Hạt prôtôn p có động năng 1 5,48K MeV= được bắn vào hạt nhân 9 4 Be đứng yên thì thấy tạo thành một hạt nhân 6 3 Li và một hạt X bay ra với động năng bằng 2 4K MeV= theo hướng vuông góc với hướng chuyển động ________________________________________________________ TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) [...]...Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN 11 của hạt p tới Tính vận tốc chuyển động của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối) Cho 1u = 931,5MeV / c 2 A 1, 07.106 m / s B 10, 7.106 m / s C 8, 24.106 m / s D 0,824.106 m / s 9 9 6 Bài 37: Dùng p có động năng K1 bắn vào hạt nhân 4 Be đứng yên gây ra phản ứng: p + 4 Be → α... 2,125MeV Hạt nhân 3 Li và hạt α bay ra với các động năng lần lượt bằng K 2 = 4 MeV và K 3 = 3,575MeV Tính góc giữa các hướng chuyển động của hạt α và hạt p (lấy gần đúng khối lượng các hạt nhân, tính theo đơn vị u, bằng số khối) Cho 1u = 931,5MeV / c 2 A 450 B:750 C 900 D 1200 210 Bài 38: 84 Po là chất phóng xạ α Ban đầu một mẫu chất Po tinh khiết có khối lượng 2mg Sau 414 ngày tỉ lệ giữa số hạt nhân... 26 Bài 39: Biết khối lượng của các nguyên tử hyđrô, nhôm ( 13 Al ) và của nơtrôn lần lượt là mH = 1, 007825u ; mAl = 25,986982u ; mn = 1, 008665u và 1u = 931,5MeV / c 2 Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân nhôm sẽ là: A 8,15MeV/nuclôn; B 205,5MeV C 211,8MeV D 7,9MeV/nuclôn 226 Bài40: Lúc đầu có 10gam 88 Ra Sau 100 năm độ phóng xạ sẽ bằng bao nhiêu ? Biết chu kỳ bán rã của Ra bằng 1600 năm A 35.1011... đó một lần cho kết quả ba lần đo liên tiếp là: 7,13mCi ; 2,65 mCi ; 0,985 mCi Chu kỳ bán rã của Cr đó bằng bao nhiêu ? A 112 giây B 1,12 phút C 35 giây D.3,5 phút 3 3 3 − − Bài 43: Trong phóng xạ β của hạt nhân 1 H : 1 H → 2 He + e + v , động năng cực đại của electrôn bay ra bằng bao nhiêu ? Cho khối lượng của các nguyên tử là mH = 3, 016050u ; mHe = 3, 016030u ; 1u = 931,5MeV / c 2 A 18, 6.10−3 MeV . CAO(lecaoly@gmail.com) 11 Ôn luyện vật lý khối 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN của hạt p tới. Tính vận tốc chuyển động của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn. khi bắn phá hạt nhân ni tơ N 14 7 bằng hạt α ,hạt nhân bắt giữ hạt α để tạo ra hạt flo F 18 9 không bền ,hạt nhân này phân rã nay tạo thành hạt X và prôtôn.