LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬT LÝ HẠT NHÂN VẬT LÝ LỚP 12

Bài 1: CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ĐỘ HỤT KHỐI

A.TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I.CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

1.Cấu hạt nhân nguyên tử

Gồm hai nuclôn: Prôtôn (mang điện tích e) và Nơtrôn: kí hiệu

Những nguyên tử đồng vị là những nguyên tử có cùng số prôtôn ( Z ), nhưng khác số nơtrôn (N)

hay số nuclôn (A)

Ví dụ: Hidrô có ba đồng vị 11H ; 21H (21D) ; 13H (31T)

3.Đơn vị khối lượng nguyên tử

-u: có giá trị bằng 1/12 khối lượng cacbon 12

6C

-1u1, 66055 1027kg931,5MeV c/ 2 ; 1MeV 1, 6 1013J

II.ĐỘ HỤT KHỐI – NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN

1.Lực hạt nhân

-Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn, bán kính tương tác khoảng 1015m

-Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực hấp dẫn hay lực tĩnh điện; nó là lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân gọi là tương tác mạnh

2.Độ hụt khối m của hạt nhân Z A X

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

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

III.HỆ THỨC ANHXTANH GIỮA KHỐI LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG

-Theo Anhxtanh thì một vật có khối lượng m sẽ có năng lượng tương ứng: 2

Emc với c là tốc độ ánh sáng trong chân không: c3.108m s/

-Khối lượng của vật chuyển động với vận tốc v là: 0

2 2

1

m m

v c



 với m0 là khối lượng nghỉ của vật

(khối lượng khi vật đứng yên)

-Năng lượng toàn phần của vật:

2

2 2

1

m c

E mc

v c

-Năng lượng nghỉ: 2

E m c -Động năng tương đối của vật có khối lượng m chuyển động với tốc độ v là:

  2 2

2

111

v c

1

m m

v c

1

m c

E mc

v c

v c

+Định lí về biến thiên động năng: K2K1A

+Công của lực điện trường đều tác dụng lên một điện tích: AqEd

Bài 8 Một vật đứng yên tự vỡ thành hai mảnh chuyển động theo hai hướng ngược nhau Khối lượng nghỉ

của hai mảnh lần lượt là 3kg và 5,33kg; tốc độ lần lượt là 0,8c và 0,6c Khối lượng của vật ban đầu là

A.10,663kg B.11,663kg C.1,1663kg D.11,663g

Bài 9 Một electron được gia tốc đến tốc độ 0,5c Lấy 31 8

0e 9,1.10 ; 3.10 /

m   kg c m s Độ biến thiên năng lượng của hạt là

Dạng 2 Xác định cấu tạo của hạt nhân

ZX được cấu tạo gồm Z nơtron và A prôtôn

B Hạt nhân nguyên tử Z AX được cấu tạo gồm Z nơtron và A nơtron

C Hạt nhân nguyên tử A

Z X được cấu tạo gồm Z prôtôn và (A-Z) nơtron

D Hạt nhân nguyên tử Z AX được cấu tạo gồm Z nơtron và (A-Z) prôton

Bài 2 Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn

B Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nơtron

C Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn và các nơtron

D Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn, nơtron và electron

Bài 3 Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số khối A bằng nhau

B Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số prôtôn bằng nhau và số nơtron khác nhau

C Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số nơtron bằng nhau và số prôtôn khác nhau

D Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có khối lượng bằng nhau

Bài 4 Định nghĩa nào sau đây về đơn vị khối lượng nguyên tử u là đúng?

A u bằng khối lượng của một nguyên tử hiđrô 1

A.84 nơtron và 210 nuclon và 84 electron B.84 prôton và 210 nơtron

Dạng 2 Tính bán kính, thể tích, khối lượng riêng của hạt nhân Tính số hạt, tỉ lệ phần trăm đồng

-Khối lượng riêng hạt nhân: m hatnhan

Bài 1 Cho biết khối lượng một nguyên tử Rađi (226

88 Ra ) 226,0254u, của hạt electron là 0,00055u Bán

kính hạt nhân xác định bởi công thức

1 3 0

rr A với r0 là hằng số, A là số khối Hai hạt nhân khác nhau có tỉ số bán kính của chúng là 1

hàm lượng 24,6% Tính khối lượng nguyên tử của nguyên tố Clo

Bài 8 Tính số lượng phân tử Nitơ có trong 1 gam nitơ Biết khối lượng nguyên tử lượng của nitơ là

13,999u Biết 1u = 1,66.10-24 g

A 43.1021 B 215.1020 C 43.1020 D 215.1021

Bài 9 Một lượng khí ôxi chứa 1,88.1023 nguyên tử Khối lượng của lượng khí đó là

A 20g B 10g C 5g D.2,5g

Bài 10 Tính số nguyên tử hêli chứa trong 1g He42 là

A 1,5.1022 nguyên tử B 1,5.1023 nguyên tử C 1,5.1024 nguyên tử D 3.1022 nguyên tử

Dạng 3 Tính độ hụt khối, năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng

I.Phương pháp

-Độ hụt khối của hạt nhân Z A X : mZ m p(A Z m ) nm X

-Đơn vị khối lượng nguyên tử: 27

Bài 1 Hạt nhân đơteri 2

1D có khối lượng 2,0136u Biết khối lượng của prôtôn là 1,0073u và khối lượng của nơtron là 1,0087u Năng lượng liên kết của hạt nhân 2

1D là :

A 0,67MeV B 1,86MeV C 2,02MeV D 2,23MeV

Bài 2 Hạt nhân 6027Co có khối lượng là 55,940u Biết khối lượng của phôtôn là 1,0073u và khối lượng của nơtron là 1,0087u Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 60

27Co là :

A 70,5MeV B 70,4MeV C 48,9MeV D 54,5MeV

Bài 3 Khối lượng của hạt nhân Thori 232

90 Th là mTh = 232,0381u, của nơtrôn mn = 1,0087u, của prôtôn mp

= 1,0073u Độ hụt khối của hạt nhân Thôri là

A 1,8543 u B 18,543 u C 185,43 u D.1854,3 u Bài 4 Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2MeV và của 4

2 He là 28MeV Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành 4

2 He thì năng lượng tỏa ra là:

A 30,2MeV B 23,6MeV C 25,8MeV D.19,2MeV

Bài 5 Khối lượng của hạt nhân 14

7 N là 13,9992u ,khối lượng của nơtrôn là mn = 1,0087u ,của Prôtôn mp = 1,0073u Độ hụt khối của hạt nhân 14

7 N là

A 0,01128u B 0,1128u C 1,128u D.11,28u

Bài 6 Cho ba hạt nhân X, Y v à Z có số nuclôn tương ứng là AX, AY, AZ với A X 2A Y 0, 5A Z Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân t ương ứng là E X;E Y;E Z với E Z  E X  E Y.Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là

Bài 7 Cho khối lượng của proton; notron; 40 6

18Ar Li lần lượt là 1,0073u; 1,0087u; 39,9525u; 6,0145u và ;3 2

1u 931, 5MeV

c

 So sánh với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 36Li thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 1840Ar

A.lớn hơn một lượng là 5,20MeV B.lớn hơn một lượng là 3,42MeV

C.nhỏ hơn một lượng 3,42MeV D.nhỏ hơn một lượng 5,20MeV

Bài 8

Cho m C 12, 00000 ;u m p 1, 00728 ;u m n 1, 00867 ;1u u1, 66058.1027kg eV;1 1, 6.1019J c; 3.108m s/

Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân 12

6 C thành các nuclon riêng biệt bằng

A.72,7MeV B.89,4MeV C.44,7MeV D.8,94MeV

Bài 9 Cho m n1, 0087 ;u m p 1, 0073u Hạt α có khối lượng 4,0015u Năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1mol hêli là

Trong quá trình phân rã, số

hạt nhân phóng xạ giảm theo

thời gian tuân theo định luật

hàm số mũ

Trong quá trình phân rã,

khối lượng hạt nhân phóng xạ

giảm theo thời gian tuân theo

định luật hàm số mũ

- Đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của chất phóng xạ

- Số phân rã trong một giây

t

t T

t

t

t T

t

t

t T

( )t

m : khối lượng phóng xạ còn lại sau thời gian t

-Theo dõi quá trình vận chuyển chất trong cây bằng phương pháp nguyên tử đánh dấu

-Dùng phóng xạ  tìm khuyết tật trong sản phẩm đúc, bảo quản thực phẩm, chữa bệnh ung thư … -Xác định tuổi cổ vật

0

.22

t T t

T t

t T t

*Bảng tính nhanh (Số hạt phóng xạ ban đầu là N0)

nhất

.22

t T t

T t

t

t T

*Bảng tính nhanh (Khối lượng phóng xạ ban đầu là m0)

*Tỉ số khối lượng hạt nhân con và khối lượng hạt nhân mẹ còn lại:

0 0

Lưu ý: Trường hợp phóng xạ  thì A con A me m con  m

*Độ phóng xạ H là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, đo bằng số phân rã trong 1 giây

t

t T

H H  H e  N

H  N là độ phóng xạ ban đầu

Đơn vị: Becơren (Bq): 1Bq = 1 phân rã/giây

Curi (Ci): 1Ci = 3,7.1010 Bq

Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s)

II.Bài tập

Bài 1 Chất phóng xạ Pôlôni 84210Po phóng xạ tia α và biến thành hạt nhân chì Pb Biết chu kì bán rã của Pôlôni là 138 ngày và ban đầu có 168mg Pôlôni

1.Tính số hạt nhân Pôlôni ban đầu

2.Sau khoảng thời gian t 276 ngày, hãy tính:

a)Khối lượng Pôlôni bị phân rã

b)Khối lượng Pb được tạo thành

c)Thể tích khí Heli tạo thành ở điều kiện tiêu chuẩn

3.Sau bao lâu thì:

a)Khối lượng Pôlôni còn lại là 25mg

b)Khối lượng Pôlôni bị phân rã là 100mg

c)Khối lượng chì được tạo thành là 61,8mg

d)Có 13,44cm3 khí Heli tạo thành ở điều kiện tiêu chuẩn

e)Tỉ số hạt nhân chì tạo thành và số hạt Pôlôni còn lại là 5

3

f)Tỉ số khối lượng Pôlôni còn lại và Pb tạo thành là 2

3

4.Về độ phóng xạ

a)Tính độ phóng xạ ban đầu

b)Tìm thời gian để độ phóng xạ giảm 128 lần

Bài 2 Ban đầu có 100g chất phóng xạ Coban 6027Co, chu kì bán rã T 5,33 năm Số hạt Coban bị phân rã sau 10 năm là

A.2,73.1021 B.2,73.1023 C.7,3.1023 D.7,23.1021

Bài 3 Một chất phóng xạ có chu kì bán rã T = 8 ngày đêm, ban đầu có m0 200g Sau khoảng thời gian

24 ngày đêm khối lượng chất đó bị phân rã là

Bài 4 Chất phóng xạ Pôlôni 84210Po có chu kì bán rã là 138 ngày Một lượng Pôlôni ban đầu là m0, sau

276 ngày chỉ còn lại 10mg Khối lượng Pôlôni ban đầu m0 là

A.75% số hạt nhân ban đầu B.50% số hạt nhân ban đầu

C.25% số hạt nhân ban đầu D.12,5% số hạt nhân ban đầu

Bài 7 Gọi  là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần Sau thời gian

2 số hạt nhân của còn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu?

Bài 8 Một lượng phóng xạ nào đó, sau thời gian 1 năm thấy số hạt còn lại bằng 1

4 số hạt ban đầu Sau 3

năm, số hạt ban đầu bị giảm đi

Bài 13 Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã T Cứ sau một khoảng thời gian bằng bao nhiêu thì số hạt

nhân bị phân rã trong khoảng thời gian đó bằng ba lần số hạt nhân còn lại của đồng vị ấy?

Bài 14 Cho phản ứng hạt nhân 23892U Z A X 8 6

   Ban đầu có 2g 92238U nguyên chất Biết chu kì bán

rã của Urani là T 4, 5.109 năm Cho số Avogadro N A6, 023.1023mol1 và khi tT thì 1 et t

Z M  x Z C Sau một thời gian khối lượng hạt nhân mẹ bị giảm đi là m M Khối lượng hạt nhân con tạo thành trong khoảng thời gian đó là

m m A



C C

m m A

Bài 17 Cho phóng xạ 23592 U90231Po42He Ban đầu có 100g chất phóng xạ 23592U Sau 3 chu kì phóng xạ,

thể tích khí Heli được tọa thành ở điều kiện tiêu chuẩn là

Z Y bền Coi khối lượng của hạt nhân X,

Y bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u Biết chất phóng xạ 1

4A

2 1

3A

1 2

3 A

A

Bài 19 Một lượng hỗn hợp gồm hai đồng vị với số lượng hạt nhân ban đầu như nhau Đồng vị thứ nhất

có chu kì bán rã là 2,4 ngày; đồng vị thứ hai có chu kì bán rã là 4 ngày Sau thời gian t thì còn lại 87,5%

số hạt nhân trong hỗn hợp chưa phân rã Thời gian t bằng

A.2 ngày B.0,58 ngày C.4 ngày D.0,25 ngày

Bài 20 Một lượng đồng vị gồm hai đồng vị với số lượng hạt nhân ban đầu như nhau Đồng vị thứ nhất có chu kì bán rã là 2,4 ngày; đồng vị thứ hai có chu kì bán rã là 4 ngày Sau thời gian t1 thì còn lại 87,75%

số hạt nhân trong hỗn hợp chưa phân rã, sau thời gian t2 thì còn lại 75% số hạt nhân của hỗn hợp chưa phân rã Tìm tỉ số 1

2

N t

N

T N

t T N

2

m t

m

T m

t T m

2

H t

t T H

27Co có chu kì bán rã 5,33 năm Giả sử tại thời điểm ban đầu có 1kg, sau

khoảng thời gian t, lượng Coban bị phóng xạ là 937,5g khoảng thời gian t là

A.2,312 năm B.21,32 năm C.231,2 năm D.12,23 năm

Bài 2 Ban đầu có một mẫu chất phóng xạ nguyên chất X với chu kì bán rã T Cứ sau khi một hạt nhân X

phóng xạ sẽ tạo thành một hạt nhân Y Nếu hiện nay trong mẫu chất đó có tỉ lệ số nguyên tử của chất Y

và chất X là k thì tuổi của mẫu chất được xác định theo biểu thức:

A.11,84.109 năm B 11,84.108 năm C 1,184.108 năm D 1,205.108 năm

Bài 4 Hạt nhân 238U phân rã thành 206Pb với chu kì bán rã 4,47.109 năm Một khối đá được phát hiện có chứa 46,97mg 238U và 2,135mg 206Pb Giả sử lúc khối đá mới hình thành không chứa nguyên tố chì và tất cả lượng chì có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của 238U Tuổi của khối đá hiện nay

A.2,5.106 năm B 3.108 năm C 3,4.107 năm D 6.109 năm

Bài 5 Ban đầu có m gam chất phóng xạ 60

27Co, có chu kì bán rã 5,33 năm Coban phóng xạ ra hạt α và biến thành Mangan 56

25Mn Để có tỉ số khối lượng 6027Co còn lại và khối lượng Mangan 5625Mn tạo thành

bằng 15

14 thì mất khoảng thời gian là

A.5,33 năm B.126 ngày C.138 ngày D.142 ngày

Bài 6 Một máy đếm xung của một chất phóng xạ, trong lần đo thứ nhất đếm được 987 hạt phân rã trong

khoảng thời gian ∆t Lần đo thứ hai sau lầ đo thứ nhất t  ngày, cũng trong khoảng thời gian ∆t máy lại 1đếm được 985 phân rã Chu kì bán rã của chất phóng xạ bằng

A.245,7 ngày B.341,7 ngày C.365,2 ngày D.525,3 ngày

Bài 7 Một chất phóng xạ, xét trong một đơn vị thời gian, đầu tiên thấy nó phóng ra ∆N1 phóng xạ Sau một khoảng thời gian t, cũng trong cùng đơn vị thời gian như lần đo đầu tiên, người ta thấy chất đó phóng

ra ∆N2 phân rã Mối liên hệ giữa ∆N1 và ∆N2 là

A 1

2

t N

e N

t N e N

N

e N

N

e N





 



Bài 8 Một mẫu chất phóng xạ Ban đầu, trong khoảng thời gian 2 phút thấy có 196 nguyên tử bị phân rã,

nhưng sau đó 8 giờ, cũng trong 2 phút chỉ có 183 nguyên tử bị phân rã Chu kì bán rã của chất phóng xạ

đó bằng

Bài 9 Hiện nay trong quặng thiên nhiên có cả 238U và 235U theo tỉ lệ 140:1 Giả thiết ở thời điểm hình thành Trái Đất tỉ lệ trên là 1:1 Biết chu kì bán rã của 238U và 235U là 4,5.109 năm và 0,713.109 năm Tuổi của Trái Đất là

A.6,04.109 năm B.5,9.109 năm C.6,4.109 năm D 6,2.108 năm

Bài 10 Chất phóng xạ có chu kì bán rã T 2h và đang có độ phóng xạ cao hơn mức an toàn cho phép là

64 lần Để có thể là việc an toàn với khối chất này, cần phải đợi thêm một khoảng thời gian tối thiểu là

Bài 11 Một tượng gỗ cổ có độ phóng xạ  bằng 0,77 độ phóng xạ của khúc gỗ cùng khối lượng vừa mới chặt Biết chu kì bán rã của 14C là 5600 năm Tuổi của tượng này là

A.2800 năm B.1420 năm C.2110 năm D.700 năm

Bài 12 Biết đồng vị phóng xạ 14

6 C có chu kì bán rã 5730 năm Giả sử một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ 200

phân rã/phút và một mẫu gỗ khác cùng loại, cùng khối lượng với mẫu gỗ cổ đó, lấy từ cây mới chặt, có độ phóng xạ 1600 phân rã/phút Tuổi của mẫu gỗ cổ đã cho là

A.1910 năm B.2865 năm C.3819 năm D.3818 năm

Bài 13 Có hai mẫu chất phóng xạ A và B như nhau, chúng cùng một chất liệu, cùng khối lượng, cùng

chu kì bán rã T, chỉ khác tuổi Tại thời điểm nào đó, hai mẫu lần lượt có độ phóng xạ x và y Nếu A có tuổi lớn hơn B thì hiệu số tuổi giữa chúng là

A

ln

ln 2

x T

x

Bài 14 Có hai chất phóng xạ A và B với hằng số phóng xạ A và B Số hạt nhân ban đầu trong hai chất

là NA và NB Thời gian để số hạt nhân A và B của hai chất còn lại bằng nhau là

A A B ln( A)

N N

 

   B.

1ln( B)

N N

1ln( B)

N N

N N

Bài 20 Một chất phóng xạ có chu kì bán rã bằng 10s Sau 30s người ta đo được độ phóng xạ của nó là

25.105Bq Độ phóng xạ ban đầu của chất đó là

A.2.105Bq B.25.107

8 Bq C.2.10

10Bq D.2.107Bq

Bài 21 Hai mẫu chất phóng xạ X và Y có cùng độ phóng xạ H0 vào thời điểm t = 0, chu kì bán rã của X

và Y lần lượt là 2h và 3h Độ phóng xạ tổng cộng của chúng sau 6h là