Bài tập trắc nghiệm chương phản ứng hạt nhân (1)

I C U T O H T NHÂN

1 C u t o h t nhân

 Nguyên t có c u t o r ng g m m t h t nhân mang đi n tích d ng gi a và e chuy n đ ng xung quanh

 H t nhân nguyên t đ c c u t o t nh ng h t nh g i là nuclôn Có hai lo i nuclôn:

- Prôtôn kí hi u là p mang đi n tích nguyên t d ng

- N trôn kí hiêu là n n ng l ng không mang đi n tích

 M t nguyên t có nguyên t s Z thì:

- v nguyên t có Z electron

- h t nhân có N n tron và Z prôtôn

 T ng s A = Z + N g i là s kh i

 M t nguyên t hay h t nhân c a nguyên t X có kí hi u: A

ZX

Ví d H t nhân 2311Nacó 11 proton và (23 – 11) = 12 notron

2.ă ng v

ng v là nh ng nguyên t mà h t nhân ch a cùng s prôtôn Z nh ng có s n tron N khác nhau nên s kh i A c ng

khác nhau

Ví d Hiđrô có 3 đ ng v : hiđrô th ng 1

1H; đ teri 2

1H (hay 21D) và triti 31H (hay 31T)

3 L c h t nhân

L c t ng tác gi a các nuclôn g i là l c h t nhân (t ng tác h t nhân hay t ng tác m nh) L c h t nhân có tác d ng

liên k t các nuclôn v i nhau

c đi m:

 L c h t nhân không ph i là l c t nh đi n, nó không ph thu c vào đi n tích các nuclôn

 L c h t nhân là m t lo i l c m i truy n t ng tác gi a các nuclôn trong h t nhân, có c ng đ r t l n, còn

g i là l c t ng tác m nh

 L c h t nhân ch phát huy tác d ng trong ph m vi kích th c h t nhân (kho ng 10–15m)

II KH IăL NG H T NHÂN

1.ă năv kh iăl ng h t nhân

Trong v t lí h t nhân, kh i l ng th ng đ c đo b ng đ n v kh i l ng nguyên t Kí hi u là u Theo đ nh ngh a, u

có tr s b ng 1

12 kh i l ng c a đ ng v cacbon 12

6C

27



Chú ý: Kh i l ng c a các nuclon tính theo đ n v u th ng dùng mp = 1,0073u và m n = 1,0087u

C U T O H TăNHÂN,ă H T KH I H T NHÂN – PH N 1

(TÀI LI U BÀI GI NG) GIÁOăVIÊN:ă NG VI T HÙNG

ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm theo bài gi ng “C u t o h t nhân, đ h t kh i h t nhân – ph n 1 “ thu c

khóa h c LT H KIT-1 : Môn V t lí(Th y ng Vi t Hùng) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n

“C u t o h t nhân, đ h t kh i h t nhân – ph n 1”, B n c n k t h p theo dõi bài gi ng v i tài li u này

2 Kh iăl ngăvàăn ngăl ng h t nhân

Theo Anh-xtanh, n ng l ng E và kh i l ng m t ng ng c a cùng m t v t luôn luôn t n t i đ ng th i và t l v i

nhau, h s t l là c2 theo bi u th c: E = mc 2

c là t c đ ánh sáng trong chân không có giá tr c = 3.108

m/s

Khi đó 1uc2

= 931,5 MeV  1u = 931,5 MeV/c 2

MeV/c2đ c coi là 1 đ n v kh i l ng h t nhân

Chú ý:

 M t v t có kh i l ng m0 khi tr ng thái ngh thì khi chuy n đ ng v i v n t c v, kh i l ng s t ng lên thành m v i

0

2

2

1

m

m

v

c





Trong đó m0: kh i l ng ngh và m là kh i l ng đ ng

N ng l ng toàn ph n:

2 2

2

2 1

o

m c

v c



Trong đó: E0 = m0c2 g i là n ng l ng ngh

E – E0 = (m – m0)c2chính là đ ng n ng c a v t

III.ă H T KH I,ăN NGăL NG LIÊN K T H T NHÂN

1.ă h t kh i

 Xét m t h t nhân A

ZX có Z proton và N notron, khi các nuclon ch a liên k t đ t o thành h t nhân thì kh i l ng

c a h t nhân chính là kh i l ng c a các nuclon, có giá tr m 0 = Z.m p + N.m n

 Sau khi các nuclon liên k t thì h t nhân có kh i l ng là m, th c nghi m ch ng t m < m0

i l ng mă=ăm 0 – m, đ c g i là đ h t kh i h t nhân

T đó ta có:   m  Z.mp N.mn  m

Ví du: Tínhăđ h t kh i c a h t nhân 4

2 He có kh iăl ng m He = 4,0015u

H ng d n gi i :

H t nhân 42Hecó 2 proton và 2 notron

Khi đó m0 = Z.mp + N.mn = 2.mp + 2.mn = 2.1,0073 + 2.1,0087 = 4,049527u

h t kh i m = m0– m = 4,049527 – 4,0015 = 0,048027u

2.ăN ngăl ng liên k t h t nhân

a) N ng ệ ng liên k t h t nhân

Theo thuy t t ng đ i, h các nuclôn ban đ u có n ng l ng E0 = [Zmp + (A – Z)mn]c2

còn h t nhân đ c t o thành t chúng thì có n ng l ng E = mc2

< E0 Vì n ng l ng toàn ph n đ c b o toàn, nên đã

có m t l ng n ng l ng E = E0– E = m.c2

t a ra khi h các nuclôn t o nên h t nhân

Ng c l i, n u mu n tách h t nhân đó thành các nuclôn riêng r , có t ng kh i l ng Zmp + N.mn > m, thì ta ph i t n

n ng l ng E = m.c2đ th ng l c t ng tác gi a chúng E càng l n thì càng t n nhi u n ng l ng đ phá v liên

k t gi a các nuclôn

Vì v y, đ i l ng E = m.c2đ c g i là n ng l ng liên k t các nuclôn trong h t nhân, hay g n h n, n ng l ng

liên k t h t nhân

Ta có:          

b) N ng ệ ng liên k t riêng

Là n ng l ng liên k t tính cho m t nuclôn, kí hi u là  và đ c cho b i công th c E

A



 

c đi m: N ng l ng liên k t riêng đ c tr ng cho s b n v ng c a h t nhân H t nhân có n ng l ng liên k t riêng

càng l n thì càng b n v ng

Ví d 1: Tìmăđ h t kh iăvàăn ngăl ng liên k t c a h t nhân Liti 7

3 Li Bi t kh iăl ng nguyên t Liti,ăn tronă

và prôtôn có kh iăl ng l năl t là: m Li = 7,0160u; m n = 1,0087u và m p = 1,0073u Bi t

1uc 2 = 931,5 MeV/c 2

H ng d n gi i :

H t nhân 73Licó 3 proton và 4 notron Khi đó:

M0 = Z.mp + N.mn = 3.mp + 4.mn = 3.1,0073 + 4.1,0087 = 7,08299 u

h t kh i: m = m0– m = 7,08299 – 7,0160 = 0,06699 u

N ng l ng liên k t c a h t nhân là: E = m.c2

= 0,06699 uc2 = 0,06699.931,5 = 62,401185 MeV

Ví d 2: Cho bi t: m He 4, 0015 u;m O 15, 999 u;m p 1, 0073 u;m n 1, 0087 u Hãy so sánh m căđ b n

v ng c a hai h t nhân 4 2 He và 16 8 O.

H ng d n gi i :

 Xét h t nhân 4

2He:

h t kh i h t nhân:  mHe  2.mp 2.mn  mHe  4, 0032 4, 0015   0, 0305u

N ng l ng liên k t h t nhân 4

2He là  EHe   m cHe 2  0,0305uc2 0,0305.931,5  28, 41075 MeV

N ng l ng liên k t riêng c a h t nhân 4

2He là He EHe

7,1027 MeV / nuclon 4



 Xét h t nhân 16

8O:

h t kh i h t nhân:  mO   8.mp 8.mn  mO  16,128 15,999   0,129 u

N ng l ng liên k t h t nhân 16

8O là  EO  m cO 2  0,129uc2  0,129.931,5 120,1635MeV 

N ng l ng liên k t riêng c a h t nhân 16

8O là O EO

7,5102 MeV / nuclon 16



Do O > He nên h t nhân 168O b n v ng h n h t nhân 4

2He

Ví d 3: H t nhân Natri có kí hi u 2311Na và khôí l ng c a nó là mNa = 22,983734 u, bi t mp = 1,0073 u,

mn = 1,0087 u

a) Tính s h t notron có trong h t nhân Na

b) Tính s nuclon có trong 11,5 (g) Na

c) Tính đ h t kh i và n ng l ng liên k t, n ng l ng liên k t riêng c a h t nhân Na

H ng d n gi i :

a) S notron c a Na: N* = 23 – 11 = 12

b) S mol Na có trong 11,5 (g) Na: n 11,5 0,5

23

S nguyên t ch a trong đó: N = n.NA = 0,5.6,02.1023 = 3,01.1023

M i nguyên t Na có 23 nuclon, v y trong t ng đó nguyên t thì s nuclon là N1

= N.23 = 69,23.1023

c) h t kh i: m = 11 1,0073 + 13 1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u)

N ng l ng liên k t c a Na: Elk = 0,201.931 = 187 (MeV)

Ví d 4: Kh i l ng nguyên t c a rađi Ra226 là m = 226,0254u

a) Hãy ch ra thành ph n c u t o h t nhân Rađi ?

b) Tính ra kg c a 1 mol nguyên t Rađi, kh i l ng 1 h t nhân, 1 mol h t nhân Rađi?

c) Tìm kh i l ng riêng c a h t nhân nguyên t cho bi t bán kính h t nhân đ c tính theo công th c

r = r0.A1/3, v i r0 = 1,4.10-15 m, A là s kh i

d) Tính n ng l ng liên k t c a h t nhân, n ng l ng liên k t riêng, bi t mp = 1,007276u, mn = 1,008665u ; me = 0,00549u ; 1u = 931 MeV/c2

H ng d n gi i :

a) Rađi h t nhân có 88 prôton, N = 226 – 88 = 138 n tron

b) m = 226,0254u.1,66055.10-27 = 375,7.10-27 kg

Kh i l ng m t mol : mmol = mNA = 375,7.10-27.6,022.1023 = 226,17.10-3 kg = 226,17 g

Kh i l ng m t h t nhân : mhn = m – Zme = 259,977u = 3,7524.10-25kg

Kh i l ng 1mol h t nhân : mmolhn = mnh.NA = 0,22589kg

c) Th tích h t nhân : V = 4r3

/3 = 4r0

3 A/3

0

A

3

d) Tính n ng l ng liên k t c a h t nhân E = mc2

= {Zmp + (A – Z)mn– m}c2

= 1,8197u

E = 1,8107.931 = 1685 MeV

A



Ví d 5: (Kh i A – 2010)

M t h t có kh i l ng ngh m0 Theo thuy t t ng đ i, đ ng n ng c a h t này khi chuy n đ ng v i t c đ 0,6c (v i c

là t c đ ánh sáng trong chân không) là

H ng d n gi i :

Ta có

2

m c

0, 6c 1

c

  

 đáp án C

Ví d 6: (Kh i A – 2011)

Theo thuy t t ng đ i, m t êlectron có đ ng n ng b ng m t n a n ng l ng ngh c a nó

thì êlectron này chuy n đ ng v i t c đ b ng

A 2,41.108 m/s B 2,75.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2,24.108 m/s

H ng d n gi i :

2

0

m c

1 c

  

m/s  đáp án D

Ví d 7: H t nhân 42He có 4,0015u Tính n ng l ng liên k t và n ng l ng liên k t riêng c a h t nhân Heli Tính n ng l ng t a ra khi tao thành 1 (g) Heli Cho bi t kh i l ng c a prôton và n tron là mp = 1,007276u và mn = 1,008665u; 1u = 931,5 MeV/c2 và s Avôgađrô là NA = 6,022.1023 mol-1

Ví d 8: Tính n ng l ng liên k t riêng c a hai h t nhân 23

11Na và 5626Fe H t nhân nào b n v ng h n? Cho mNa = 22,983734u ; mFe = 55,9207u ; mn = 1,008665u ; mp = 1,007276u

Ví d 9: Kh i l ng c a h t nhân 10

4Be là 10,0113u, kh i l ng c a n tron là mn = 1,0086u, kh i l ng c a prôtôn

là mp = 1,0072u và 1u = 931 MeV/c2 N ng l ng liên k t c a h t nhân Be10 là

A 64,332 MeV B 6,4332 MeV C 0,64332 MeV D 6,4332 MeV

Ví d 10: Kh i l ng c a h t nhân 9Be

4 là 9,0027u, kh i l ng c a n tron là mn = 1,0086u, kh i l ng c a prôtôn là

mp= 1,0072u h t kh i c a h t nhân 9Be

Ví d 11: Cho h t nhân 42He có kh i l ng 4,0015u Bi t mP = 1,0073u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2 N ng

l ng liên k t riêng c a h t 4

2He b ng

Ví d 12: Kh i l ng c a h t 10

4Be là mBe = 10,01134u, kh i l ng c a n tron là mN = 1,0087u, kh i l ng c a

proton là mP= 1,0073u Tính đ h t kh i c a h t nhân 10

4Be là bao nhiêu?

H ng d n gi i :

- Xác đ nh c u t o h t nhân 10

4Be có Z = 4proton, N= A-Z = 10-4= 6 notro

- h t kh i:   m   Z m p  ( A Z m  ). N mhn  = 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u

m = 0,07u áp án: m = 0,07u

Ví d 13: Tính n ng l ng liên k t h t nhân têri D2

1 ? Cho mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, mD = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c2

A 2,431 MeV B 1,122 MeV C 1,243 MeV D 2,234MeV.

H ng d n gi i :

h t kh i c a h t nhân D : m = ∑ mp+ ∑ mn mD = 1.mp +1.mn– mD = 0,0024 u

N ng l ng liên k t c a h t nhân D : Wlk= m.c2

= 0,0024.uc2= 2,234 MeV  Ch n D

Ví d 14: Xác đ nh s N trôn N c a h t nhân: 24He Tính n ng l ng liên k t riêng Bi t mn = 1,00866u; mp = 1,00728u; mHe = 4,0015u

H ng d n gi i :

T





  

He

Z A

N

4

2

2 2

4  



 N Ta có m2(mp mn)4,0015 0,03038 u

MeV MeV

uc

E  0 , 03038 2  0 , 03038 931 , 5  28 , 29



4

29 ,





Ví d 15: Cho 2656Fe Tính n ng l ng liên k t riêng Bi t mn = 1,00866u; mp = 1,00728u; mFe = 55,9349u

H ng d n gi i :

Ta có m26mp 30mn 55,9349 0,50866u

MeV MeV

uc

E  0 , 50866 2  0 , 50866 931 , 5  473 , 8



56

8 ,





Víăd ă16: H t nhân 104Becó kh i l ng 10,0135u Kh i l ng c a n trôn (n tron) mn = 1,0087u, kh i l ng c a

prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2 N ng l ng liên k t riêng c a h t nhân là 104Be

A 0,632 MeV B 63,215MeV C 6,325 MeV D 632,153 MeV

H ng d n gi i :

-N ng l ng liên k t c a h t nhân 104Be: Wlk= m.c2

= (4.mP +6.mn– mBe).c2 = 0,0679.c2 = 63,249 MeV

-Suy ra n ng l ng liên k t riêng c a h t nhân104Be: 63,125

6, 325 10

lk W