Vật lý hạt nhân

vật lý hạt nhân là một nhánh của vật lý đi sâu nghiên cứu về hạt nhân của nguyên tử (gọi tắt là hạt nhân). vật lý hạt nhân gồm 3 phần: mô tả các hạt cơ bản ( prôtôn và nơtrôn)

Ngân hàng đề thi môn: Vật lý nguyên tử và hạt nhân

LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: CÁC MẪU NGUYÊN TỬ THEO LÝ THUẾT CỔ ĐIỂN

Câu 1: - Trình bày thí nghiệm tán xạ αcủa Rơdepho?

- So sánh sự khác nhau giữa hai giả thuyết về cấu tạo nguyên

tử của Rơdepho và Tômxơn ?

Câu 2: Trình bày quy luật quang phổ nguyên tử Hidro ?

Câu 3: Trình bày 2 định đề của Bo ?

Vân dụng 2 định đề của Bo khảo sát cấu trúc nguyên tử Hidro ?

CHƯƠNG II: CƠ SỞ CỦA CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

Câu 4: Trình bày thí nghiệm Đơbrơi nhằm kiểm chứng tính chất sóng

của electron ?

Câu 5: Trình bày và xây dựng hệ thức bất định Haizenbec ?

Câu 6: Xây dựng hàm sóng của hạt tự do theo giả thuyết Đơbrơi ? Câu 7: Xây dựng phương trình Strodingơ dạng tổng quát cho hạt tự

do ?

Câu 8: Tìm hàm sóng diễn tả trạng thái của hạt trong hố thế một

chiều ?

Câu 9: Xuất phát từ phương trình Strodingơ cho hạt trong hố thế một

chiều hãy trình bày về sự lượng tử hóa năng lượng của hạt đó ?

CHƯƠNG III: NGUYÊN TỬ HIĐROO THEO LÝ TUYẾT LƯỢNG TỬ

Câu 10: Trình bày về sự lượng tử hóa mômen xung lượng của

electron trên quỹ đạo đối với nguyên tử hiđrô ?

Câu 11: Thế nào là sự lượng tử hóa không gian ?

Câu 12: Xây dựng biểu thức mômen từ của electrôn trong nguyên tử

hiđrô ?

CHƯƠNG IV: NGUYÊN TỬ PHỨC TẠP THEO LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ

Câu 13: Hày trình bày và giải thích phương pháp Hactric – Phốc khi

nghiên cứu nguyên tử phức tạp ?

Câu 14: Nêu nguyên lý Paoli từ đó giải thích cấu hình điện tử của một

nguyên tử phức tạp ?

Câu 15: Trình bày cơ chế phát xạ tia Rơn ghen ?

Giải thích tại sao đối âm cực làm bằng chất có nguyên tử nặng hơn thì năng lượng tia phát xạ càng lớn ?

Câu 16: Trình bày về phổ tia Rơn ghen?

CHƯƠNG V: CẤU TRÚC PHÂN TỬ

Câu 17: Hãy trình bày về các liên kết hóa học ( liên kết phân tử ) ?

Hóa trị là gì ?

Câu 18: Trình bày về sự quay, sự dao động của các phân tử ?

Câu 19: Thế nào là phổ bức xạ của phân tử ? Phổ bức xạ gồm những

thành phần nào ?

CHƯƠNG VI: SỰ BỨC XẠ CỦA NGUYÊN TỬ

Câu 20: Thế nào là sự bức xạ của nguyên tử theo lý thuyết cổ điển ?

Câu 21: Trình bày về giới hạn áp dụng lý thuyết cổ điển cho bức xạ

của nguyên tử ?

Câu 22: Trình bày về bức xạ tự phát ?

Câu 23: Thế nào là bức xạ tự phát, bức xạ cảm ứng ?

Trình bày về bức xạ tự phát ?

Câu 24: Máy phát lượng tử và ứng dụng của nó ?

Câu 25: Trình bày hiệu ứng Diman, giải thích theo lý thuyết cổ điển ? Câu 26: Giải thích hiệu ứng Diman theo lý thuyết lượng tử ?

Câu 27: Trình bày về hiệu ứng Xtac ?

CHƯƠNG VII: CẤU TRÚC HẠT NHÂN.

Câu 28: Trình bày về đặc tính của p, n trong hạt nhân nguyên tử ? Câu 29: Lực hạt nhân là gì ? Đặc điểm của lực hạt nhân ? Lực hạt

nhân được xác định như thế nào ?

CHƯƠNG VIII: PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

Câu 30: Phát biểu và xây dựng biểu thức định luật phóng xạ, biểu

thức chu kỳ bán rã ?

Câu 31: Kể tên các khái niệm thường dùng khi nói về phóng xạ tự

nhiên ?

Xây dựng biểu thức thời gia sống trung bình , hoạt độ phóng xạ ?

Câu 32: Thế nào là một họ phóng xạ ? Vì sao có sự hình thành

Câu 35: Nêu tác động của tia phóng xạ đối với môi trường vật

Câu 40: Trình bày về phưong pháp phát hiện nơtron và vai trò của

nơtron trong phản ứng phân hạch Ura và …

Câu 41: Trình bày về phản ứng phân hạch và năng lượng giải phóng

của phản ứng ?

Câu 42: Trình bày về phản ứng nhiệt hạch và so sánh sự giống và

khác nhau giữa phản ứng phân hạch và nhiệt hạch ?

Câu 43: Trình bày về hạt và phản hạt ? nếu các cặp hạt và phản hạt cơ

bản không phân rã ?

Bài 3: Một hạt α có động năng 5Mev va chạm đàn hồi với hạt nhân

Đồng ( Cu), sau va chạm hạt α bị bật ngược trở lại với động năng 3,9Mev

Hãy xác định tỉ lệ khối lượng hạt nhân Đồng và hạt α Tính khối lượng hạt nhân Đồng ? ( Giả thiết ban đầu hạt nhân Đồng đứng yên )

Bài 4: Tính bước sóng ĐơBrơi của:

- Viên bi có khối lượng 10g chuyển động với vận tốc 10m/s?

- Của Nơtron nhiệt với năng lượng 0,05ev ?Tính hiệu điện thế cần thiết để tăng tốc một electron chuyển động trong điện trường để có bước sóng ĐơBrơi bằng 1A ?0

Bài 5: Electron ban đầu có vận tốc bằng không, được tăng tốc trong

điện trường với hiệu điện thế U Tính giá trị bước sóng ĐơBrơi trong hai trường hợp sau ?

a U = 51 v

b U = 510 Kv

Bài 6: Dựa vào hệ thức bất định tính giá trị kích thước nguyên tử

Huđrô biết động năng của electron vào cỡ 10ev ?

Bài 7: Dòng hạt electron có năng lượng xác định với mỗi hạt bằng E

Chuyển động theo phương x từ trái sang phải đến gặp một hàng rào thế năng xác đinh bởi: …

Xác định hệ số phản xạ và hệ số truyền qua?

Bài 8: Thiết lập biểu thức của bước sóng ĐơBrơi cho electron và

proton trong hai trường hợp tương đối tính λ và phi tương đối tính λ0, biết rằng động năng của chúng là T Với giá trị nào của T sự sai khác giữa λ0 và

λ không vượt quá 1% ?

Bài 9: Hàm sóng giao động từ điều hòa một chiều khối lượng m ở

trạng thái cơ bản có dạng: ψ =( )x Ae−αx2, A hệ số chuẩn hóa, α hằng số

Bài 13: Một mẩu KCl nặng 2,71g nằm trong kho hóa chất được tìm

thấy là chất phóng xạ có tốc độ phân rã không đổi là 4490 phân rã/s Phân rã này được dùng để đánh dấu nguyên tố K, đặc biệt là …, đồng vị chiếm 1,17% trong K thông thường Tính chu kỳ bán rã của đồng vị này Cho khối lượng phân tử của KCl là 74,6g/mol ?

Bài 14: Để đo chu kỳ bán rã của chất phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn

người ta dùng máy đếm xung Ban đầu trong thời gian 1 phút đếm được 250 xung, một giờ sau đó thì chỉ đếm được 92 xung trong 1 phút Xác định hằng

số phân rã và chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó?

Bài 15:

a) Tính hiệu ứng năng lượng trong các hiệu ứng hạt nhân:

3Li+1H→ 2He+ 2He a2 ; 147N+ 42He→178O+11H

b) So sánh năng tỏa ra cho 1kg nhiên liệu giữa phân hạch U và 235nhiệt hạch 2

Bài 18: Nguyên tử Hyđrô ở trạng thái 1S Tính xác suất tìm thấy

electron trong một hình cầu bán kính r 0,1a= 0( a bán kính quỹ đạo Bo thứ 0nhất )

Bài 19: Xác định động năng tối thiểu của hai hạt nhân Hyđrô 11H bắn vào nhau và nhiệt độ tương ứng của nó để có thể xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, biết bán kính hiệu dụng của nó là R = 0,8 (fm) = 0,8.10 (m)−15

Bài 20: Trong các cực đại nhiễu xạ được quan sát bởi Davisơn và

Germer ứng với chùm electron có năng lượng 65ev và góc tán xạ

4

π

φ =

(như hình vẽ) Hãy xác định khoảng cách d của các mặt phẳng nguyên tử

trong tinh thể ứng với cực đại nhiễu xạ đó?

( Thiếu hình vẽ)

Bài 21: Hãy dùng hệ thức bất định đánh giá độ bất định động năng

của electron trong nguyên tử Hyđrô?

Bài 22:

a Một nguyên tử Hyđrô ở trạng thái: n 2,l 1,m= = e = −1 ( m lượng e

tử từ quỹ đạo) Hãy xác định năng lượng của nguyên tử, độ lớn mômen quỹ đạo của electron, thành phần z của mômen quỹ đạo đó?

b Khoảng cách ứng với xác suất lớn nhất Hàm sóng của electron trong nguyên tử Hyđrô ở trạng thái có n 1,l 0,m 0= = = có dạng:

0

3 r 2 a

ĐÁP ÁN BÀI TẬP

Bài 1:

Xét electron trên quỹ đạo Bo n bất kỳ, ta có:

Mômen động lượng: Ln =m v re n n với …

( )

2 TD

- Hiệu điện thế cần thiết là:

Từ

( ) ( )

2 34

b Có động năng của electron là:

eu = 0,51 Mev bằng năng lượng nghỉ của electron

Vì vậy ta phải áp dụng cơ học tương đối tính:

Có

0 2 2

m

m

v1

c eu eu 2m c1

eu m cv

1c

2

cv1

c

−

Vậy bước sóng Đơbrơi là:

Giả sử kích thước nguyên tử Hydro có đường kính là R

Khi đó vị trí của electron nằm trong đoạn: [0,R]

Hệ số truyền qua được tính: D = 1 – R

Để xác định mật độ dòng tới và mật độ dòng phản xạ ta phải đi xây dựng hàm sóng cho dòng electron

Hình vẽTrong miền I: U = 0 nên phương trình hàm sóng có dạng:

Trong miền II: U U= 0 ≠0 nên:

B

A nên từ (5) ta

2 2

2 2

0

U

ER

λ = (1)+ Trường hợp tương đối tính ta có:

2 2

mvmv

v1c

1c

Phương trình Strođinger cho dao động tử điều hòa có dạng:

Thay vào (1) ta được:

Error! Not a valid embedded object.

Bài 10:

ở trạng thái cơ bản có n=1, l=0 hàm sóng theo r có dạng

0

3 2 ( , ) (1,0)

0

( ) ( ) 2( )

r a

dr

r a

Khảo sát sự phân bố chính là xét hàm (1) Bằng phương pháp khảo sát hàm

số thông thường, đi tính tích df

1,75.10 ( ) 2,56.10

Gọi n1 là số hạt đếm được trong 1 phút đầu

Gọi n2 là số hạt đếm được trong 1 phút sau

a2: Q = 931,4 (MN + mHe – m0 – mH)

= 931,4(14,00307 + 4,0026 – 16,99914 – 1,007825) = -1,21 (Mev) thu nhiệt

Q = 931,4 (MLi + mH – 2mHe) =17,35 (Mev)

Theo giả thiết hai hạt bay đối xứng với phương của

Theo định luật bảo toàn xung lượng có:

10

1215.10 ( ) 3650.10 ( )

m m

λ λ

b theo nguyên lí Pauli ta có thể viết:

3 6

3 3S P M

Đến đây theo nguyên lí pauli lơp M có thể chứa 18e-, nhưng phân lớp 3P chỉ chứa được 6e- vậy phân lớp 3P không thể chứa thêm electron Đáng lẽ phải chuyển sang phân lớp 3d tức vẫn thuộc lớp 3, nhưng theo nguyên lí năng lượng tối thiểu thì mức 1S có năng lượng nhỏ hơn mức 3d vậy nếu electron tiếp theo sẽ làm đồng mức 4S mở đầu lớp 4 Phân lớp này chứa được 2

electron, nếu mức tiếp theo sẽ làm đồng phân lớp 4P nhưng vì lớp 4d có năng lượng lớn hơn 3d nên electron sẽ trở về chiếm phân lớp 3d

15 14

K

⇒ = ( trong đó K là hằng số Bozman)

14

9 23

Một electiron được gia tốc

từ trạng thái đứng yên bởi

hiệu điện thế U có động

lượng

d

θ θ

π θ

của nó khi đó giá trị ước lượng của động năng electiron là

Độ bất định của electiron bằng 3(eV) đem so sánh với động năng của electiron ở trạng thái

cơ bản theo mỗi Bor K=13,6(eV) là hoàn toàn hợp lí.

1

1 1