Đáp án Vật lí 12 cánh diều Chủ đề 4 Bài 2: Năng lượng hạt nhân

BÀI 2: NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

Mở đầu: Các proton mang điện tích dương nên lấy nhau theo định luật Coulomb. Nguyên nhân nào khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân?

Hướng dẫn chi tiết:

Các proton và neutron liên kết chặt chẽ trong hạt nhân do tác động hạt nhân mạnh, vượt qua lực đẩy Coulomb giữa proton tích dương, giữ cho chúng ổn định trong hạt nhân. 

Khi các proton và neutron liên kết với nhau trong hạt nhân, năng lượng được giải phóng dưới dạng năng lượng liên kết hạt nhân. Giá trị năng lượng liên kết hạt nhân cho biết mức độ ổn định của hạt nhân. 

Cấu trúc hạt nhân: các proton và neutron trong hạt nhân không sắp xếp theo ngẫu nhiễn mà tuân theo một cấu trúc nhất định. Cấu trúc này cũng ảnh hưởng đến năng lượng liên kết hạt nhân.

I. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN

Luyện tập 1. Cho biết khối lượng của hạt nhân là 11,99993 u. Sử dụng số liệu trong bảng 1.1 trang 92, tính độ hụt khối của hạt nhân .

Bảng 1.1. Khối lượng của các nucleon và hạt nhân tính theo amu

Hướng dẫn chi tiết:

Độ chênh lệch giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu là m. Ta có công thức tính độ hụt khối như sau:

Do đó độ hụt khối của hạt nhân nói trên là :

(amu)

Vậy amu.

Câu 1: Tính 1 MeV/c² ra đơn vị kilogam.

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có công thức tính năng lượng: E=mc²,

trong đó E là năng lượng (MeV)

m là khối lượng (kg)

 c là tốc độ ánh sáng trong chân không

Do đó khối lượng của 1 MeV/c² ra đơn vị kilogam là:

Luyện tập 2: Tính năng lượng liên kết của hạt nhân ra đơn vị MeV và đơn vị J.

Hướng dẫn chi tiết:

Năng lượng liên kết của hạt nhân được tính theo công thức:

Với

Độ hụt khối của hạt nhân là:

= (amu)

Mà 1 amu = 931,5  MeV/c^2, do đó năng lượng liên kết của hạt nhân ra đơn vị MeV là: =

Ta lại có 1 amu = 1,6605.10^-27 kg, do đó năng lượng liên kết của hạt nhân ra đơn vị J là:  

=

Vậy năng lượng liên kết của hạt nhân là 1,43.10^-11 J

Câu 3: Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân .

Hướng dẫn chi tiết:

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là:

W_lkr =

Với được tính ở bài trên.

Vậy năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là 7,4295 MeV/nucleon.

Câu 2: Dựa vào Hình 2.3, sắp xếp các hạt nhân s theo thứ tự độ bền vững tăng dần:

Hướng dẫn chi tiết:

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Dựa vào hình 2.3 ta có thể sắp xếp được độ bền vững của các hạt nhân trên theo thứ tự tăng dần như sau:

Câu 4: Hạt nhân  có năng lượng liên kết riêng bằng 8,8 MeV/nucleon là một trong những hạt nhân bền vững nhất trong tự nhiên. Tính độ hụt khối của hạt nhân này. 

Hướng dẫn chi tiết:

Hạt nhân trên có năng lượng liên kết riêng bằng 8,8 MeV/nucleon, do đó có năng lượng liên kết là:

Dộ hụt khối của hạt nhân là:

Vậy hạt nhân đó có độ hụt khối là: .

II. SỰ PHÂN HẠCH VÀ SỰ TỔNG HỢP HẠT NHÂN 

Vận dụng 1: Năng lượng toả ra khi 1,000 kg bị phân hạch hoàn toàn theo phản ứng trong Hình 2.4 tương đương với năng lượng toả ra khi đốt cháy bao nhiêu tấn than đá?

Cho biết: khối lượng mol nguyên tử của uranium là 235,0439 g/mol; số Avogadro N_A = 6,02.10²³ nguyên tử/mol.

Mỗi kg than đá khi đốt cháy hoàn toàn toả ra 27.10⁶ J năng lượng nhiệt.

Hướng dẫn chi tiết: