Tuyển tập lý thuyết vật lý lớp 12 phần 2

Bài 36 Năng lượng liên kết của hạt nhân Phản ứng hạt nhân I Năng lượng liên kết của hạt nhân 1 Lực hạt nhân Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là một loại lực mới t[.]

Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân Phản ứng hạt nhân

I Năng lượng liên kết của hạt nhân

1 Lực hạt nhân

- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân Lực này cũng được gọi là lực tương tác mạnh

- Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân

2 Độ hụt khối m của hạt nhân AZX

- Khối lượng hạt nhân mhn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng m :

3 Năng lượng liên kết Wlk của hạt nhân AZX

- Năng liên kết là năng lượng tỏa ra khi tạo thành một hạt nhân (hay năng lượng thu vào để phá vỡ một hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt)

Công thức: Wlk  m.c2

W Z.m  AZ m m  c

4 Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân

- Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên một nuclôn

lk lkr

WW

A



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

Ví dụ: 5626Fe có năng lượng liên kết riêng lớn Wlk

- Có hai loại phản ứng hạt nhân:

+ Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững

thành các hạt nhân khác Ví dụ: quá trình phóng xạ

+ Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các

hạt nhân khác Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch

Chú ý: Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân:

a Định luật bảo toàn số nuclôn (số khối A): A1A2 A3 A4

b Định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z): Z1Z2 Z3 Z4

c Định luật bảo toàn động lượng:  Pt  Ps  p1 p2 p3 p4

d Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: Wtr Ws

p

2m

3 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân:

+ Khối lượng trước và sau phản ứng: mtr = m1 + m2 và ms = m3 + m4

+ Nếu mtr > ms: W0 : phản ứng tỏa năng lượng;

+ Nếu mtr < ms: W0 : phản ứng thu năng lượng

Bài 23: Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

1 Nguyên tắc chung của việc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

- Phải dùng các sóng điện từ cao tần

+ Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang

+ Trong vô tuyến truyền thanh, người ta dùng sóng mang có bước sóng từ vài m đến vài trăm m

+ Trong vô tuyến truyền hình, người ta dùng sóng mang có bước sóng ngắn hơn nhiều (

 < 1m )

- Phải biến điệu các sóng mang

Cách biến điệu:

+ Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện có cùng tần số: sóng âm tần

+ Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang: biến điện sóng điện từ

- Ở nơi thu, phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa

ra loa

- Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuyếch đại chúng bằng các mạch khuyếch đại

2 Sơ đồ khối của một máy phát thanh vô tuyến đơn giản

(1): Micrô: Tạo ra dao động điện âm tần

(2): Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát dao động điện từ tần số cao (cỡ MHz)

(3): Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần

(4): Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã được biến điệu

(5): Anten phát: Tạo ra sóng điện từ cao tần lan truyền trong không gian

3 Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản

(1) Anten thu: Thu sóng điện từ cao tần biến điệu

(2) Mạch chọn sóng: Chọn lấy sóng cao tần có chứa dao động âm tần cần thu

(3) Mạch tách sóng: Tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao động điện từ cao tần (4) Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần

đã tách sóng

(5) Loa: Biến dao động điện thành dao động âm

Phản ứng trên toả năng lượng Qtỏa = 17,6MeV

b Điều kiện thực hiện

- Nhiệt độ phải tăng lên đến cỡ trăm triệu độ

- Mật độ hạt nhân trong plasma (n) phải đủ lớn

- Thời gian duy trì trạng thái plasma () phải đủ lớn

2 Năng lượng nhiệt hạch

- Năng lượng toả ra bởi các phản ứng nhiệt hạch được gọi là năng lượng nhiệt hạch

- Năng lượng nhiệt hạch trên Trái Đất với những ưu việt: không gây ô nhiễm (sạch) và nguyên liệu dồi dào sẽ là nguồn năng lượng của thế kỉ XXI

- Thực tế chỉ quan tâm đến phản ứng trong đó các hạt nhân hiđrô tổng hợp thành hạt nhân hêli

3 Phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất

a Phản ứng nhiệt hạch không điều khiển

Con người đã tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân khi thử bom H Quá trình nổ của quả bom H xảy ra như sau: Thuốc nổ TNT phát hoả đẩy hai khối uranium chập lại đạt khối lượng tới hạn, tức làm phát nổ quả bom A và đưa nhiệt độ lên hàng chục triệu độ, đủ gây phản ứng nhiệt hạch tức thời cho toàn khối deuterium và tritium Đây chính là phản ứng

nổ tổng hợp nhiệt hạch không điều khiển trong quả bom khinh khí

b Phản ứng tổng hợp hạt nhân có điều khiển

+ “Giam hãm” các hạt nhân đó trong một phạm vi nhỏ hẹp để chúng có thể gặp nhau, bằng các cách: đựng trong một hòn bi thủy tinh đường kính 100 m và rọi vào đó chùm tia laze cực mạnh hoặc giam hãm bằng bẫy từ

Chú ý: Phóng xạ, phân hạch và nhiệt hạch là các phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

Bài 38 Phản ứng phân hạch

1 Cơ chế của phản ứng phân hạch

a Phản ứng phân hạch

+ Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn

+ Ta chỉ quan tâm đến các phản ứng phân hạch kích thích vì phản ứng phân hạch tự phát xảy ra với xác suất rất nhỏ

- Quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*

2 Năng lượng phân hạch

- Phản ứng phân hạch 23592 U là phản ứng phân hạch toả năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch

- Mỗi phân hạch 23592 U tỏa năng lượng 200 MeV

b Phản ứng phân hạch dây chuyền

- Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtrôn được giải phóng đến kích thích các hạt nhân 235

92 U tạo nên những phân hạch mới

- Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là kn và kích thích kn phân hạch mới + Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh

+ Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi

+ Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh, có thể gây bùng nổ

- Khối lượng tới hạn của 23592 U vào cỡ 15 kg, 23994 Pu vào cỡ 5 kg

c Phản ứng phân hạch có điều khiển

- Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1

- Để đảm bào cho k = 1, người ta dùng thanh điều khiển có chứa Bo hay Cadimi

Các chất Bo hay Cadimi có tác dụng hấp thụ nơtron nên khi số nơron tăng quá nhiều người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào trong lò để hấp thụ số notron thừa

- Năng lượng toả ra không đổi theo thời gian

Tia α là dòng hạt nhân 42He chuyển động với vận tốc 2.107 m/s Đi được chừng vài

cm trong không khí và chừng vài µm trong vật rắn

- Phóng xạ là quá trình phát ra tía  Tia  là dòng electron (01e), trong phóng

Dang tổng quát của quá trình: AZXAZ 1 Y 10 e 00 v

Dạng rút gọn: A A

ZX Z 1 Y Chú ý : Tia  và  chuyển động với tốc độ c, truyền được vài mét trong không khí và vài mm trong kim loại

- Phóng xạ : là phóng xạ đi kèm phóng xạ ; và + Khi đó xảy ra tiếp quá trình hạt nhân đó chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và phát ra bức xạ điện từ  Tia  đi được vài mét trong bê tông và vài cm trong chì

2 Định luật phóng xạ

a Đặc tính của quá trình phóng xạ

+ Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân

+ Có tính tự phát và không điều khiển được, nó không chịu tác động của các yếu tố thuộc môi trường ngoài như nhiệt độ, áp suất…

+ Là một quá trình ngẫu nhiên

b Định luật phân rã phóng xạ

Xét một mẫu phóng xạ có N0 số hạt nhân ban đầu

⇒ số hạt nhân còn lại sau thời gian t: NN e0 t

Trong đó:  là một hằng số dương gọi là hằng số phân rã, đặc trưng cho chất phóng

xạ đang xét

c Chu kì bán rã (T)

+ Chu kì bán rã là thời gian qua đó số lượng các hạt nhân còn lại là 50% (nghĩa là phân rã 50%):

xạ có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ

a Phóng xạ nhân tạo và phương pháp nguyên tử đánh dấu

- Bằng phương pháp tạo ra phóng xạ nhân tạo, người ta đã tạo ra các hạt nhân phóng

xạ của các nguyên tố X bình thường, không phải là chất phóng xạ theo sơ đồ tổng quát :

được gọi là các nguyên tử đánh dấu, cho phép ta khảo sát sự tông tại, sự phân

bố, sự vận chuyển của nguyên tố X

- Phương pháp nguyên tử đánh dấu có nhiều ứng dụng quan trọng trong :

+ Y học: Người ta đưa các đồng vị phóng xạ khác nhau vào trong cơ thể để theo dõi

sự thâm nhập và di chuyển của các nguyên tố nhất định ở trong cơ thể người chúng được gọi là nguyên tử đánh dấu; ta sẽ nhận diện được chúng nhờ các thiết bị ghi bức

xạ Nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta có thể biết được chính xác nhu cầu với các nguyên tố khác nhau của cơ thể trong từng thời kì phát triển của nó và tình trạng bệnh lí của các bộ phận khác nhau của cơ thể, khi thừa hoặc thiếu những nguyên tố nào đó

+ Sinh học: Muốn theo dõi sự dịch chuyển của chất lân trong một cái cây, người ta cho một ít lân phóng xạ 32P vào phân lân thường 31P Về mặt sinh lí thực vật thì hai đồng vị này tương đương vì có vỏ điện tử giống nhau, nhưng đồng vị 32

P là chất phóng xạ nên ta dễ dàng theo dõi sự dịch chuyển của nó, cũng là của chất lân nói chung

- Một nơtron chậm khi gặp hạt nhân 14

7N(có trong khí quyển) tạo nên phản ứng :

C + Một cây còn sống, còn quá trình quang hợp, thì còn giữ tỉ lệ trên trong các thành phần chứa cacbon của nó Nhưng nếu cây chết, thì nó không trao đổi gì với không khí nữa, 14

C vẫn phân rã mà không được bù lại, nên tỉ lệ của nó sẽ giảm, sau 5730 năm chỉ còn một nửa; độ phóng xạ của nó cũng giảm tương ứng Đo độ phóng xạ này thì tính được thời gian đã trôi qua từ khi cây chết

+ Động vật ăn thực vật nên tỉ lệ 14

C trong cơ thể cũng giảm như trên sau khi chết Vì vậy, có thể xác định tuổi các mẫu xương động vật tìm được trong các di chỉ bằng phương pháp này

⇒ Phương pháp này cho phép tính được các khoảng thời gian từ 5 đến 55 thế kỉ

Bài 34 Sơ lược về laze

Hiện tượng phát xạ cảm ứng: Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích

đang trong trạng thái kích thích thì số photon sẽ tăng lên theo cấp số nhân

3 Các loại laze

Người ta chế tạo được các loại laze sau:

- Laze rắn

- Laze khí

- Laze bán dẫn

4 Một số ứng dụng của tia laze

− Do có tính định hướng cao nên tia laze có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến (như vô tuyến định vị, điều khiển con tàu vũ trụ, )

Ví dụ: điều khiển tàu vũ trụ

- Do có tính kết hợp và cường độ cao nên tia laze được sử dụng rất tốt trong việc truyền tin bằng cáp quang

Ví dụ: truyền tải dữ liệu bằng laze

− Tia laze được dùng như dao mổ trong phẫu thuật mắt, mạch máu và để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),

Ví dụ: phẫu thuật mắt

− Tia laze được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng Các laze này thuộc loại laze bán dẫn

Ví dụ: đọc đĩa CD

− Ngoài ra, tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi, chính xác các vật liệu trong công nghiệp

Ví dụ: khoan cắt vật liệu

- Tia laze sử dụng trong trắc địa, đo đạc, ngắm đường thẳng…

Ví dụ: máy đo laze trong xây dựng

Bài 7 Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

I Sóng cơ

1 Định nghĩa

- Sóng cơ học là dao động cơ lan truyền trong một môi trường

- Sóng cơ có thể lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí

Ví dụ:

+ Sợi dây đàn hồi: sợi lò xo, sợi dây cao su, dây thép, dải lụa, …

+ Bề mặt đàn hồi: mặt cao su, mặt chất lỏng, …

2 Sóng ngang

- Sóng ngang là sóng trong đó có các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng

- Sóng ngang có thể truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng

Ví dụ: Sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su

II Các đặc trưng của một sóng hình sin

1 Sự truyền của một sóng hình sin

Dùng một sợi dây mềm, dài, căng ngang, đầu Q gắn vào tường, đầu P gắn vào một cần rung có tần số thấp Cho cần rung dao động, làm đầu P của dây dao động điều hòa theo phương thẳng đứng Trên dây xuất hiện một sóng cơ có dạng hình sin lan truyền về đầu Q

Sau thời gian T, dao động của điểm P đã truyền tới điểm P1, ở cách P một đoạn:

1

PP   vT và P1 bắt đầu dao động hoàn toàn giống P

Dao động từ P1 tiếp tục truyền xa hơn, thành thử dây có dạng một đường hình sin

2 Các đặc trưng của một sóng hình sin

- Biên độ sóng (A) là biên độ dao động của các phần tử vật chất trong môi trường khi có sóng truyền qua

+ Biên độ sóng có thể thay đổi theo vị trí

+ Càng truyền đi xa, biên độ sóng càng giảm

- Tần số sóng (f) là tần số dao động của các phần tử môi trường

+ Tần số không thay đổi trong quá trình truyền sóng

+ Liên hệ giữa tần số sóng (f) và chu kỳ sóng (T): f 1

T



- Tốc độ sóng (vs) là tốc độ truyền trạng thái của dao động

- Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường (mật độ vật chất, tính đàn hồi,…)

- Tốc độ truyền sóng giảm dần theo thứ tự rắn, lỏng, khí

- Sóng cơ học không truyền được trong chân không

- Bước sóng   là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì, đó cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau

- Mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng của sóng: s

- Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng

truyền qua Năng lượng sóng cơ tỉ lệ với bình phương biên độ sóng

III Phương trình sóng

- Trường hợp đơn giản nhất, ta xét sóng truyền trên trục Ox theo chiều dương Giả

sử trong quá trình truyền sóng, biên độ không giảm

- Nguồn sóng đặt tại O, giả sử phương trình dao động của nguồn là

- Xét điểm M tại tọa độ x, thời gian sóng truyền từ O đến M là:

s

xtv

+ Cố định thời gian, tức là cho t một giá trị cụ thể thì phương trình sóng là một hàm của không gian, mô tả hình dạng của sóng tại thời điểm đó

Bài 22: Sóng điện từ

1 Sóng điện từ

- Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian

- Những đặc điểm của sóng điện từ:

+ Sóng điện từ lan truyền được trong tất cả các môi trường kể cả chân không với tốc độ 8

c 3.10 m / s Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi Tốc độ lan truyền phụ thuộc vào hằng số điện môi

+ Sóng điện từ là sóng ngang: Trong quá trình lan truyền E và B luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau

+ Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng

+ Sóng điện từ mang năng lượng

+ Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến nên gọi là các sóng vô tuyến (sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài)

O

B

E

v

2 Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

a Các vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ

- Sóng dài, trung, cực ngắn bị không khí hấp thụ mạnh

- Trong một số vùng tương đối hẹp, các sóng điện từ có bước sóng ngắn hầu như không bị không khí hấp thụ

b Sự phản xạ của các sóng ngắn trên tầng điện li

- Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phân tử khí đã bị ion hoá rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời Tầng điện li kéo dài từ

độ cao khoảng 80 km đến độ cao khoảng 800 km

- Các sóng điện từ có bước sóng ngắn thì phản xạ tốt trên tầng điện li, trên mặt đất

và mặt nước nên có thể truyền đi xa bằng cách phản xạ liên tiếp giữa tầng điện li và trên mặt đất

Chú ý: Phân biệt các loại sóng