Cấu tạo hạt nhân Nguyên tử có cấu tạo rỗng gồm một hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và e chuyển động xung quanh Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ những hạt nhỏ gọi là nuclôn.. Lự
Trang 1I CẤU TẠO HẠT NHÂN
1 Cấu tạo hạt nhân
Nguyên tử có cấu tạo rỗng gồm một hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và e chuyển động xung quanh
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ những hạt nhỏ gọi là nuclôn Có hai loại nuclôn:
- Prôtôn kí hiệu là p mang điện tích nguyên tố dương
- Nơtrôn kí hiêu là n năng lượng không mang điện tích
Một nguyên tố có nguyên tử số Z thì:
- vỏ nguyên tử có Z electron
- hạt nhân có N nơtron và Z prôtôn
Tổng số A = Z + N gọi là số khối
Một nguyên tử hay hạt nhân của nguyên tố X có kí hiệu: AZX
Ví dụ Hạt nhân 2311Nacó 11 proton và (23 – 11) = 12 notron
2 Đồng vị
Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z nhưng có số nơtron N khác nhau nên số khối A cũng khác nhau
Ví dụ Hiđrô có 3 đồng vị : hiđrô thường 11H; đơteri 21H (hay 21D) và triti 31H (hay 31T)
3 Lực hạt nhân
Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh) Lực hạt nhân có tác dụng liên kết các nuclôn với nhau
Đặc điểm:
Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích các nuclôn
Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, có cường độ rất
lớn, còn gọi là lực tương tác mạnh
Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (khoảng 10–15m)
II KHỐI LƯỢNG HẠT NHÂN
1 Đơn vị khối lượng hạt nhân
Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử Kí hiệu là u Theo định nghĩa, u có trị số bằng 1
12
6C
27
−
Chú ý: Khối lượng của các nuclon tính theo đơn vị u thường dùng m p = 1,0073u và m n = 1,0087u
2 Khối lượng và năng lượng hạt nhân
Theo Anh-xtanh, năng lượng E và khối lượng m tương ứng của cùng một vật luôn luôn tồn tại đồng thời và
tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là c2 theo biểu thức: E = mc 2
CẤU TẠO HẠT NHÂN – ĐỘ HỤT KHỐI HẠT NHÂN
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: ĐẶNG VIỆT HÙNG
Trang 2Chú ý:
Một vật có khối lượng m 0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên
2 2
1
m m
v c
=
−
Trong đó m 0 : khối lượng nghỉ và m là khối lượng động
Năng lượng toàn phần:
2 2
2 2
1
o
m c
v c
−
Trong đó: E 0 = m 0 c 2 gọi là năng lượng nghỉ
E – E 0 = (m – m 0 )c 2 chính là động năng của vật
III ĐỘ HỤT KHỐI, NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN
1 Độ hụt khối
Xét một hạt nhân A
Sau khi các nuclon liên kết thì hạt nhân có khối lượng là m, thực nghiệm chứng tỏ m < m0
Đại lượng ∆m = m 0 – m, được gọi là độ hụt khối hạt nhân
Ví du: Tính độ hụt khối của hạt nhân 4 2 He có khối lượng m He = 4,0015u
Hướng dẫn giải :
Độ hụt khối ∆m = m0 – m = 4,049527 – 4,0015 = 0,048027u
2 Năng lượng liên kết hạt nhân
a) Năng lượng liên kết hạt nhân
tỏa ra khi hệ các nuclôn tạo nên hạt nhân
lượng để phá vỡ liên kết giữa các nuclôn
được gọi là năng lượng liên kết các nuclôn trong hạt nhân, hay gọn hơn, năng lượng liên kết hạt nhân
b) Năng lượng liên kết riêng
A
∆
ε =
Đặc điểm: Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững
Ví dụ 1: Tìm độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân Liti 7 3 Li Biết khối lượng nguyên tử Liti, nơtron và prôtôn có khối lượng lần lượt là: m Li = 7,0160u; m n = 1,0087u và m p = 1,0073u Biết
Trang 31uc 2 = 931,5 MeV/c 2
Hướng dẫn giải :
Độ hụt khối: ∆m = m0 – m = 7,08299 – 7,0160 = 0,06699 u
Ví dụ 2: Cho biết: m He =4, 0015 u;m O =15, 999 u;m p =1, 0073 u;m n =1, 0087 u Hãy so sánh mức độ bền vững của hai hạt nhân 4 2 He và 16 8 O
Hướng dẫn giải :
Xét hạt nhân 42He:
Độ hụt khối hạt nhân: ∆mHe =(2.mp+2.mn)−mHe =4, 0032 4, 0015− =0, 0305 u
4
∆
Xét hạt nhân 168O:
Độ hụt khối hạt nhân: ∆mO =(8.mp+8.mn)−mO =16,128 15, 999− =0,129 u
O
E
7, 5102 MeV / nuclon 16
∆
Do εO > εHe nên hạt nhân 168O bền vững hơn hạt nhân 42He
Ví dụ 3: Hạt nhân Natri có kí hiệu 2311Na và khôí lượng của nó là mNa = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 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
Hướng dẫn giải :
a) Số notron của Na: N* = 23 – 11 = 12
b) Số mol Na có trong 11,5 (g) Na: n 11, 5 0, 5
23
c) Độ hụt khối: ∆m = 11 1,0073 + 13 1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u)
Ví dụ 4: Khối lượng nguyên tử của rađi Ra226 là m = 226,0254u
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 = 1,4.10-15 m, A là số khối
Hướng dẫn giải :
Trang 4a) Rađi hạt nhân có 88 prôton, N = 226 – 88 = 138 nơtron
b) m = 226,0254u.1,66055.10-27 = 375,7.10-27 kg
c) Thể tích hạt nhân : V = 4πr3/3 = 4πr03A/3
0
A
4πrr 3
d) Tính năng lượng liên kết của hạt nhân ∆E = ∆mc2
∆E = 1,8107.931 = 1685 MeV
A
∆
Ví dụ 5: (Khối A – 2010)
0,6c (với c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là
A 1,25 m0c2 B 0,36 m0c2 C 0,25 m0c2 D 0,225 m0c2
Hướng dẫn giải :
Ta có
2
m c
0, 6c 1
c
−
⇒ đáp án C
Ví dụ 6: (Khối A – 2011)
Theo thuyết tương đối, một êlectron có động năng bằng một nửa năng lượng nghỉ của nó
thì êlectron này chuyển động với tốc độ bằng
A 2,41.108 m/s B 2,75.108 m/s C 1,67.108 m/s D 2,24.108 m/s
Hướng dẫn giải :
2
0
m c
1 c
−
m/s ⇒ đáp án D
Ví dụ 7: Hạt nhân 42He có 4,0015u Tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân
Ví dụ 8: Tính năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân 2311Na và 5626Fe Hạt nhân nào bền vững hơn? Cho mNa = 22,983734u ; mFe = 55,9207u ; mn = 1,008665u ; mp = 1,007276u
Trang 5
Ví dụ 9: Khối lượng của hạt nhân 104Be là 10,0113u, khối lượng của nơtron là mn = 1,0086u, khối lượng của
Ví dụ 10: Khối lượng của hạt nhân Be9 4 là 9,0027u, khối lượng của nơtron là mn = 1,0086u, khối lượng của prôtôn là mp = 1,0072u Độ hụt khối của hạt nhân Be9 4 là A 0,9110u B 0,0811u C 0,0691u D 0,0561u
Ví dụ 11: Cho hạt nhân 42He có khối lượng 4,0015u Biết mP = 1,0073u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng của hạt 42He bằng A 7,5 MeV B 28,4 MeV C 7,1 MeV D 7,1 eV