Hạt nhân nguyên tử pptx

Giải : - Mục đích: kiểm tra mức độ nhận biết của học sinh đối với kiến thức về cấu tạocủa hạt nhân, các công thức tính năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân.. Giải

Trang 1

Bài tập tự luận - Chương IX Hạt nhân nguyên tử

Bài 1 Khối lượng nguyên tử của Rađi 226

88 Ra là m = 226,0254 u a/ Hãy chỉ ra thành phần cấu tạo hạt nhân Rađi ?

b/ Tính ra kg của 1 mol nguyên tử Rađi, khối lượng 1 hạt nhân, 1 mol hạt nhân Rađi?

c/ Tìm khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử cho biết bán kính hạt nhân được tính theo công thức : r = r0.A1/3 với r0 = 1,4.10—15m , A là số khối

d/ Tính năng lượng liên kết của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng

biết mp = 1,007276u, mn = 1.008665u ; me = 0,00549u ; 1u = 931MeV/c2

Giải :

- Mục đích: kiểm tra mức độ nhận biết của học sinh đối với kiến thức về cấu tạocủa hạt nhân, các công thức tính năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

- Học sinh cần phải giải bài toán như sau:

a/ Rađi hạt nhân có 88 prôton , N = 226 – 88 = 138 nơtron

b/ Bao nhiêu lâu lượng Pôlôni còn 10,5mg ? Cho chu kỳ bán dã của Pôlôni là

138 ngày đêm

Giải :

- Mục đích: kiểm tra mức độ nhận biết và thông hiểu của học sinh đối với các kiến thức về phóng xạ để tìm các đại lượng liên quan trong bài toán phóng xạ như chu kì bán rã, khối lượng chất phóng xạ, chất tạo thành…

- Học sinh cần giải bài toán như sau:

a/ Số nguyên tử Pôlôni lúc đầu : N0 = m0NA/A , với m0 = 0,

Trang 2

Suy ra t = 4T = 4.138 = 552 ngày đêm.

Bài 3 Cho 0,2 mg 226 Raphóng ra 4,35.108 hạt α trong 1 phút Hãy tính chu

kỳ bán rã của Rađi (cho thời gian quan sát t << T)

Giải :

- Mục đích: kiểm tra mức độ thông hiểu của học sinh về sự phóng xạ của hạt nhân

- Học sinh cần giải bài toán nhứ sau:

Số hạt anpha phóng xạ có trị số bằng số nguyên tử bị phân rã :

a/ Tính khối lượng Cs trong quặng biết chu kỳ bán dã của Cs là 30 năm

b/ Vào thời gian nào độ phóng xạ còn 3,6.104Bq

Trang 3

Bài 5 Bắn hạt anpha có động năng Eα= 4MeV vào hạt nhân 27

13 Alđứng yên Sauphản ứng có xuất hiện hạt nhân phốtpho30

a/ Viết phương trình phản ứng hạt nhân ?

b/ Phản ứng trên thu hay toả năng lượng ? tính năng lượng đó ?

c/ Biết hạt nhân sinh ra cùng với phốtpho sau phản ứng chuyển động theo phương vuông góc với phương hạt anpha Hãy tính động năng của nó và động năng của phốtpho ? Cho biết khối lượng của các hạt nhân :

mα= 4,0015u , mn = 1,0087u , mP = 29,97005u , mAl = 26,97435u ,

- Học sinh cần giải bài toán như sau: a/ Phương trình phản ứng hạt nhân :4 27 30 A

2 He + 13 Al → 15 P + Z X.

+ Theo định luật bảo toàn số khối : A = (4 + 27) – 30 = 1

+ Theo định luật bảo toàn nguyên tử số : Z = (2 + 13) - 15 = 0

Đó là nơtron 1

0 n Phương trình phản ứng đầy đủ : 4 27 30 1

2 He + 13 Al → 15 P + 0 n

b/ ∆M = M0 – M = (mα+ mAl) – (mP + mn) = – 0,0029u < 0 => Phản ứng thu năng lượng ∆E = ∆Mc2 = – 0,0029.931 = – 2,7 MeV c/ áp dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng toàn phần :

puuαr uu= pr uun + prp (1) ; 2 2

Eα+ (mα+ m )c = (m + m )c + E + E (2)

Trong hình vẽ p , p , pr r rα p n

lần lượt là các véc tơ động lượng của các hạt α ; n ;

P Vì hạt nhân nhôm đứng yên nên PAl = 0 và EAl = 0 ;Eα; En ; EP lần lượt là động năng của các hạt anpha , của nơtron và của phốtpho (ở đây có sự bảo toàn năng lượng toàn phần bao gồm cả năng lượng nghỉ và động năng của các hạt) Theo đề bài ta có : vαr

Trang 4

Thay (4) vào (2) chú ý ∆E = [(mα+ mAl) – (mP + mn)]c2 = ∆Mc2 ta được : ∆E + (1 +

p

m m

Bài 6 Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 600MW hoạt động

liên tục trong 1 năm Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch toả ra năng lượng trung bình là 200MeV , hiệu suất nhà máy là 20%

a/ Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy trong 1 năm ?

b/ Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy công suất như trên và có hiệu suất là 75% Biết năng suất toả nhiệt của dầu là 3.107J/kg So sánh lượng dầu

đó với urani ?

Giải :

- Mục đích: kiểm tra mức độ thông hiểu và vận dụng của học sinh đối với kiến thức về phản ứng phân hạch hạt nhân

- Học sinh cần giải như sau:

a/ Vì H = 20% nên công suất urani cần cung cấp cho nhà máy là :

Bài 7 Hạt nhân heli có 4,0015u Tính năng lượng liên kết và năng lượng liên

kết riêng của hạt nhân hêli Tính năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1g hêli Chobiết khối lượng của prôton và nơtron là mp = 1,007276u và mn = 1,008665u; 1u

= 931,5MeV/c2 và số avôgađrô là NA = 6,022.1023mol-1

Giải:

Trang 5

- Mục đích: kiểm tra khả năng vận dụng của học sinh đối với các công thức tínhnăng lượng liên kết hạt nhân, xác định phản ứng hạt nhân thuộc loại phản ứngnào.

- Học sinh cần giải bài toán như sau:

a) Năng lượng liên kết là:

Trang 6

b) Một mẫu pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu 0,01g Tính độ phóng

xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã

Giải:

- Mục đích: kiểm tra mức độ nhận biết và thông hiểu của của học sinh về phảnứng hạt nhân, cách viết phương trình phản ứng và xác định cấu tạo hạt nhân tạothành Kiến thức về độ phóng xạ hạt nhân

a) Viết phương trình của phản ứng phân rã

b) Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượngchất phóng xạ ban đầu của mẫu đó

c) Trong cây cối có chất phóng xạ 14C

6 Độ phóng xạ của một mẫu gỗ tươi vàmột mẫu gỗ cổ đại cùng khối lượng lần lượt là 0,25Bq và 0,215Bq Tính tuổicủa mẫu gổ cổ đại

Giải:

- Mục đích: kiểm tra mức độ thông hiểu và vận dụng của học sinh về phản ứnghạt nhân, cân bằng phản ứng hạt nhân và tính độ phóng xạ, các đại lượng liênquan đến định luật phóng xạ

a) Phương trình phản ứng: 146 C→−01 e+147 N

Chất tạo thành sau phản ứng là Nitơ

Trang 7

b) Ta có: t0

T

m m

b) Chu kì bán rã của 238U

92 là 4,5.109 năm Lúc đầu có 1g 238U

92 nguyên chất.Tính độ phóng xạ ban đầu, độ phóng xạ sau 9.109 năm và số nguyên tử 238U

Trang 8

11

10 0

20

20 0

15 còn lại là 2,5g Tính khối lượng ban đầu của nó

Giải:

Trang 9

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng của học sinh về phản ứng hạt nhân Nêu cấutạo hạt nhân Áp dụng định luật phóng xạ để xác định các đại lượng như khốilượng ban đầu, chu kì…

a) 32 0 32

15 P →−1 e + 16 S

- Cấu tạo của hạt nhân lưu huỳnh:

Có 16 proton ứng với số hiệu nguyên tử Z=16

Vậy khối lượng ban đầu của Phốt pho là 20 (g)

Bài 14 Tìm năng lượng toả ra khi một hạt nhân urani 234U phóng xạ tia α tạothành đồng vị thori 230Th Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là7,10MeV; của 234U là 7,63MeV; của 230Th là 7,70MeV

Giải:

- Mục đích: kiểm tra mức độ vận dụng của học sinh về công thức tính nănglượng liên kết, xác định phản ứng hạt nhân thuộc loại phản ứng nào

Ta có năng lượng liên kết riêng: r

E E A

∆

∆ =Năng lượng liên kết của hạt α là:

Trang 10

2 2

Ra

p m

57

W

= 0,0853MeV.

Bài 16 Để đo chu kì bán rã của chất phóng xạ, người ta cho máy đếm xung bắt

đầu đếm từ thời điểm to = 0 Đến thời điểm t1 = 2giờ, máy đếm được n1 xung,đến thời điểm t2 = 3t1, máy đếm được n2 xung, với n2 = 2,3n1 Xác định chu kìbán rã của chất phóng xạ

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng của học sinh về kiến thức định luật phóng xạ

để xác định chu kì bán rã

-Số xung đếm được chính là số hạt nhân bị phân rã: ∆ N=N 0 (1-e λ t)

-Tại thời điểm t 1 : ∆ N 1 = N 0 (1-e λ.t1 )=n 1

-Tại thời điểm t 2 : ∆ N 2 = N 0 (1-e λ.t2 )=n 2 =2,3n 1

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự thông hiểu của học sinh đối với công thức tính nănglượng trong phản ứng hạt nhân, xác định đó là phản ứng hạt nhân tỏa hay thunăng lượng

- Học sinh cần làm như sau:

Trang 11

b) Tính số hạt nhân X được tạo thành trong năm thứ 786 Biết lúc đầu có2,26g radi Coi khối lượng của hạt nhân tính theo u xấp xĩ bằng số khối củachúng và NA = 6,02.1023mol-1.

1570 T

Giải:

- Mục đích: kiểm tra khả năng vận dụng công thức của định luật phóng xạ đểxác định khối lượng chất phóng sau một khoãng thời gian

Khối lượng chì sau 280 ngày đêm là:

280 t

140 T

b) Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu

c) Tìm khối lượng magiê tạo ra sau thời gian 45 giờ

Giải:

- Mục đích: kiểm tra khả năng thông hiểu và vận dụng của học sinh về phươngtrình phản ứng hạt nhân Vận dụng định luật phóng xạ để xác định chu kì bán rã,khối lượng tạo thành

- Học sinh cần phải giải như sau:

Trang 12

b) Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng Xác địnhnăng lượng tỏa ra hoặc thu vào Biết mBe = 9,01219u; mp = 1,00783u; mLi =6,01513u; mX = 4,0026u; 1u = 931MeV/c2.

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự thông hiểu và vận dụng định luật bảo toàn trong phảnứng hạt nhân Vận dụng công thức tính năng lượng

a) Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta tính được X là hạt nhân nguyên tửHeli 42He hay còn gọi là hạt α

Vậy phản ứng tỏa năng lượng

Bài 22 Dùng 1 prôton có động năng Wp = 5,58MeV bắn phá hạt nhân 23

11Nađứng yên sinh ra hạt α và X Coi phản ứng không kèm theo bức xạ γ

a) Viết phương trình phản ứng và nêu cấu tạo hạt nhân X

b) Phản ứng trên thu hay tỏa năng lượng Tính năng lượng đó

c) Biết động năng của hạt α là Wα = 6,6MeV.Tính động năng của hạt nhân X

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự thông hiểu của học sinh đối với kiến thức về phản ứnghạt nhân Xác định phản ứng hạt nhân thuộc loại nào Vận dụng định luật bảotoàn động lượng

Trang 13

14 Si ban đầu trong thời gian 5 phút có 190 nguyên tử bị phân rã,nhưng sau 3 giờ cũng trong thời gian 5 phút chỉ có 85 nguyên tử bị phân rã Hãy

xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ.

Giải:

- Mục đích: kiểm tra khả năng vận dụng định luật phóng xạ của học sinh

Ban đầu: Trong thời gian 5 phút có 190 nguyên tử bị phân rã : ⇒H0=190phânrã/5phút

-Sau t=3 giờ:Trong thời gian 5 phút có 85 nguyên tử bị phân rã:

= 85

190 ln

2 ln 3

= 2,585 giờ

Bài 24 Bắn hạt α có động năng 4MeV vào hạt nhân 14

7 N đứng yên thì thu đượcmột hạt prôton và một hạt nhân X

a) Viết phương trình phản ứng, nêu cấu tạo của hạt nhân X và tính xem phảnứng đó tỏa ra hay thu vào bao nhiêu năng lượng

b) Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ, tính động năng và tốc độ của prôton.Cho: mα = 4,0015u; mX = 16,9947u; mN = 13,9992u; mp = 1,0073u; 1u =931MeV/c2; c = 3.108m/s

Giải:

- Mục đích: kiểm tra mức độ hiểu của học sinh đối với kiến thức về phản ứnghạt nhân, viết phương trình phản ứng và xác định năng lượng của phản ứng vậndụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

- Học sinh cần phải làm như sau:

Trang 14

Vậy phản ứng thu năng lượng

b) Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

Bài 25 Chu kì bán rã của 210

84 Po là 138 ngày đêm Khi phóng xạ tia α, Pôlôni biến thành chì

a) Xác định có bao nhiêu nguyên tử Pôlôni bị phân rã sau 276 ngày trong 42 mg210

Số nguyêt tử Po bị phân rã sau 276 ngày là:

19

19 0

b) Khối lượng chì sinh ra là:

Khối lượng chì sinh ra đúng bằng khối lượng Po bị phân rã

19

2 Pb

23 A

58 Ce là 285 ngày

Trang 15

- Mục đích: kiêm tra sự vận dụng định luật phóng xạ của học sinh

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng công thức tính độ phóng xạ

Trang 16

Xét trong một giây: i bh = N.e

Số ion sinh ra trong một giây:

6

12 bh

- Mục đích: kiểm tra sự thông hiểu của học sinh đối với định luật phóng xạ

Bài 30 Tìm thời gian cần thiết để 5mg 22

Na lúc đầu còn lại 1mg Biết chu kì bán rã của 22 Na là 2,6 năm

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng công thức định luật phóng xạ của học sinh

Trang 17

Vậy thời gian t cần tìm là 6,04 năm

Bài 31 a) Trong một mẫu quặng Urani, người ta tìm thấy có lẫn chì 206

Pb cùng với 238 U nếu tỉ lệ tìm thấy là cứ 10 nguyên tử Urani thì có hai nguyên tử chì Hãy xác định tuổi của quặng Cho T=4,5.109 năm

b) Xác định chu kì bán rã của Triti biết rằng số nguyên tử của đồng vị ấy cứ 5,11 năm thì giảm 25%

Giải:

- Mục đích: Kiểm tra sự vận dụng định luật phóng xạ

b) Gọi N 0 là số hạt nhân triti lúc t = 0

Gọi N là số hạt nhân triti lúc t= 5,11 năm

Trang 18

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng của học sinh về năng lượng liên kết riêng

Năng lượng liên kết hạt nhân:

Trang 19

a) Tính năng lượng tỏa ra nếu có 1Kmol He được tạo thành do vụ nổ

b) Năng lượng nói trên tương đương với lượng thuốc nổ TNT là bao nhiêu?Năng suất tỏa nhiệt của TNT là 4,1kJ/kg

Cho m D = 2,0136u; m T = 3,0160u; m He = 4,0015u

Giả thiết các hạt sinh ra có cùng vận tốc v r

a) Phản ứng thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng

b) Tính động năng các hạt sinh ra theo động năng Wα của hạt đạn α

Vật phản ứng thu năng lượng 1,21 MeV

b) Theo định luật bảo toàn động lượng, ta có:

Trang 20

a) X là hạt nhân nguyên tử nào và còn gọi là hạt gì?

b) Biết mBe = 9,01219u; mP = 1,00783u; mLi = 6,01513u; mX = 4,00260u Đây làphản ứng toả năng lượng hay thu năng lượng? Tại sao?

c) Tính năng lượng toả ra hay thu vào của phản ứng Cho u = 931MeV/c2

d) Cho biết proton có động năng 5,45 MeV bắn phá hạt nhân Be đứng yên, hạtnhân Li bay ra với động năng 3,55 MeV Tìm động năng của hạt X bay ra

- Mục đích: kiểm tra kiến thức về phản ứng hạt nhân Xác định phản ứng hạtnhân là tỏa hay thu năng lượng Xác định động năng các hạt

Bài 37 Hạt nhân Natri có kí hiệu 23

11 Navà khôí lượng của nó là Na

m = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, mn = 1,0087 u

a Tính số hạt notron có trong hạt nhân Na

b Tính số nuclon có trong 11,5 g Na

c Tính độ hụt khối và năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng

của hạt nhân Na

Trang 21

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự thông hiểu của học sinh về hạt nhân, tính độ hụt khốicủa hạt nhân

a Số notron của Na: N* = 23 – 11 = 12

b Số mol Na có trong 11,5 g Na: n 11,5

23

= = 0,5.

Số nguyên tử chứa trong đó: N = n.NA = 0,5.6,02.10 = 3,01.23 10 23

Mỗi nguyên tử Na có 23 nuclon, vậy trong từng đó nguyên tử thì số nuclon là:N1 = N.23 = 69,23.10 23

c Độ hụt khối: Δm = 11 1,0073 + 13 1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u)

Năng lượng liên kết của Na: E lk = 0,201.931 = 187 (MeV)

Bài 38 Urani 238

92 U có chu kì bán rã là 4,5.10 9 năm

a Giả sử rằng tuổi của Trái Đất là 5 tỉ năm Hãy tính lượng còn lại

của 1 g U238 kể từ khi Trái Đất hình thành

b Tính độ phóng xạ của một mol U238 và độ phóng xạ của lượng còn

lại sau thời gian 2,25 tỉ năm

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng công thức của định luật phóng xạ, tính độphóng xạ

a Khối lượng chất phóng xạ được tính theo công thức:

b Độ phóng xạ được tính theo công thức: H = λN

Trong đó λ = ln2/T với T tính ra giây

6 C là 5570 năm Tuổi của mẫu gỗ này là bao nhiêu?

Giải:

Trang 22

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng công thức của định luật phóng xạ, xác địnhthời gian của chất phóng xạ.

Khi 77,5% số nguyên tử bị phóng xạ thì số nguyên tử còn lại chỉ là 22,5% tức là

Thay số ta tính được t = 11976 (năm)

Bài 40 Cho biết 235

92 Uvà 238

92 Ulà các chất phóng xạ có chu kì bán rã lần lượt là

T1 = 4,5.10 9 năm và T2=7,13.10 8 năm Hiện nay trong quặng urani

thiên nhiên có lẫn U238 và U 235 theo tỉ lệ 160 : 1

Giả thiết ở thời điểm tạo thành Trái Đất tỉ lệ 1:1 Cho ln10 = 2,3; ln2 = 0,693 Tuổi của Trái Đất là bao nhiêu?

Giải:

- Mục đích: kiểm tra sự vận dụng định luật phóng xạ

Gọi N 0 là số hạt ban đầu của 235

N N 2

Ta thấy chu kì bán rã của U235 nhỏ hơn, tức là U235 phóng xạ nhanh

hơn, suy ra rằng số hạt còn lại của nó phải ít hơn

Theo bài ra ta có 2 1

t t

T T 1

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	1,08 MB