Kênh giáo viên » File word đáp án Vật lí 12 chân trời sáng tạo

Đáp án Vật lí 12 chân trời Bài 15: Năng lượng liên kết hạt nhân

File đáp án Vật lí 12 chân trời sáng tạo Bài 15: Năng lượng liên kết hạt nhân. Toàn bộ câu hỏi, bài tập ở trong bài học đều có đáp án. Tài liệu dạng file word, tải về dễ dàng. File đáp án này giúp kiểm tra nhanh kết quả. Chỉ có đáp án nên giúp học sinh tư duy, tránh học vẹt.

Xem: => Giáo án vật lí 12 chân trời sáng tạo

BÀI 15. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Ta đã biết hạt nhân gồm các proton mang điện dương và các neutron trung hòa về điện. Lực đẩy tĩnh điện giữa các proton là rất lớn vì khoảng cách giữa chúng rất nhỏ. Để duy trì sự tồn tại của hạt nhân, các proton và các neutron (các nucleon) cần một lực hút mạnh hơn lực đẩy tĩnh điện, lực này được gọi là lực hạt nhân . Vậy mức độ liên kết của các nucleon có giống nhau hay không đối với các hạt nhân khác nhau? Độ bền vững của các hạt nhân được đánh giá dựa vào đại lượng vật lí nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Mức độ liên kết của các nucleon khác nhau đối với các hạt nhân khác nhau.

Độ bền vững của hạt nhân được đánh giá dựa trên năng lượng liên kết riêng của hạt nhân. Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. Năng lượng liên kết riêng càng nhỏ thì hạt nhân càng không bền vững.

1. HỆ THỨC EINSTEIN VỀ MỐI LIÊN HỆ GIỮA KHỐI LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG

Thảo luận 1: Tính năng lượng nghỉ của một đồng xu có khối lượng 2g đang nằm yên trên bàn theo hệ thức về mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng?

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: m = 2g

Hệ thức về mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng là: E = mc²

Năng lượng nghỉ của đồng xu là: E = mc² = 2.10^-3.(3.10⁸)² = 1,8.10¹⁴ (J)

Vậy năng lượng nghỉ của đồng xu là: 1,8.10¹⁴J

Luyện tập: Mặt Trời là một nguồn phát năng lượng khổng lồ với công suất rất lớn. Công suất trung bình của Mặt Trời khoảng 4.10²⁶ W. Hãy ước tính khối lượng Mặt Trời mất đi trong mỗi giây để tạo ra được công suất nói trên.

Hướng dẫn chi tiết:

Công suất trung bình của Mặt Trời là 4.10²⁶ W

=> Năng lượng của Mặt Trời trong 1 giây là: E = 4.10²⁶ (J)

Khối lượng Mặt Trời mất đi trong mỗi giây là:

m = 4,44.10⁹(kg)

Vậy khối lượng Mặt Trời mất đi trong mỗi giây để tạo ra được công suất nói trên là 4,44.10⁹ (Kg)

2. KHỐI LƯỢNG HẠT NHÂN

Thảo luận 2: Hãy ước lượng khối lượng riêng của hạt nhân ₆¹²C. Nhận xét.

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có: m_C = 12 (u) = 1,993.10^-26 (kg)

r_C = 1,2.10^-15.A^1/3 = 1,2.10^-15.12^1/3 = 2,75.10^-15(m)

Thể tích của hạt nhân ₆¹²C là:

V_C= 8,71.10^-44 (m³)

→ d = 2,3.10¹⁷ (kg/m³)

Vậy khối lượng riêng của hạt nhân ₆¹²C là 2,3.10¹⁷ (kg/m³)

Nhận xét:

- Khối lượng riêng của hạt nhân ₆¹²C là rất lớn.

- Cho thấy rằng hạt nhân có cấu trúc đặc, hầu hết khối lượng tập trung trong một thể tích rất nhỏ.

Thảo luận 3: Sử dụng hệ thức E = mc² để xác định năng lượng của các hạt trong Bảng 15.1 theo đơn vị MeV và J.

Hướng dẫn chi tiết:

Hạt	Kí hiệu	Khối lượng (amu)	Năng lượng (MeV)	Năng lượng (J)
Proton	₁¹H	1,007276	938,28	1,51.10^-10
Neutron	_o¹n	1,008665	939,57	1,51.10^-10
Carbon 12	₆¹²C	11,996706	11174,93	1,79.10^-9
Helium 4	₂⁴He	4,001505	3727,4	5,98.10^-10
Oxygen 16	₈¹⁶O	15,990523	14895,17	2,39.10^-9
Sodium 23	₁₁²³Na	22,983730	21409,34	2,68.10^-8
Uranium 235	₉₂²³⁵U	234,993422	218896,37	3,51.10^-8

3. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN

Thảo luận 4: So sánh lực đẩy tĩnh điện và lực hấp dẫn giữa hai proton đặt cách nhau 1fm. Biết rằng điện tích của proton là 1,6.10^-19 C và lực hấp dẫn giữa hai proton ở khoảng cách 1 fm là 1,87.10^-14 N.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: q = 1,6.10^-19 C, r = 1 fm

Ta có công thức tính lực đẩy tĩnh điện:

F_đ = k. = 230,4 (N)

→ Lực đẩy tĩnh điện lớn hơn rất nhiều so với lực hấp dẫn giữa hai proton cách nhau 1fm.

Thảo luận 5: Tính độ hụt khối của hai hạt nhân bất kì được cho trong Bảng 15.1.

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có công thức tính độ hụt khối:

Hạt nhân He: Z = 2, A = 4; m = 4,001505 amu

Hạt nhân O: Z = 8, A = 16; m = 15,990523 amu

Độ hụt khối của hai hạt nhân He và O là:

m_He = (2.1,007276 + 2.1,008665) - 4,001505 = 0,030377 (amu)

m_O = (8.1,007276 + 8.1,008665) - 15,990523 = 0,137005 (amu)

Vậy độ hụt khối của hai hạt nhân He là 0,030377 amu

Độ hụt khối của hai hạt nhân O là 0,137005 amu

Thảo luận 6: Tính năng lượng liên kết của hai hạt nhân bất kì được cho trong Bảng 15.1.

Hướng dẫn chi tiết:

Công thức tính năng lượng liên kết:

E_{lk (He)} = 0,030377.931,5 = 28,3 (MeV)

E_{lk (O)} = 0,137005.931,5 = 127,62 (MeV)

Vậy năng lượng liên kết của hạt nhân He là 28,3 MeV; năng lượng liên kết của hạt nhân O là 127,62 MeV

Thảo luận 7: Tính năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân ₆¹²C, ₂⁴He, ₈¹⁶O, ₉₂²³⁵U trong Bảng 15.1 và chỉ ra trong đó hạt nhân nào bền vững nhất và kém bền vững nhất.

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có công thức tính năng lượng liên kết riêng: E_lkr =

E_{lkr (C)}= 7,68 (MeV/nucleon)

E_lkr(He)= 7,07 (MeV/nucleon)

E_{lkr (O)}= 7,98 (MeV/nucleon)

E_{lkr (U)}= = 7,59 (MeV/nucleon)

Hạt nhân bền vững nhất là ₈¹⁶O; Hạt nhân kém bền vững nhất là ₂⁴He

Luyện tập: Hãy thảo luận và giải thích tại sao hạt nhân ₁¹H không xuất hiện trong Hình 15.2.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì hạt nhân ₁¹H chỉ có duy nhất 1 proton nên có năng lượng liên kết rất thấp khiế nó không đủ để tồn tại lâu dài và không bền vững và phân rã thành các hạt nhân khác trong thời gian rất ngắn

Vận dụng:

a) Dựa vào Bảng 15.1, tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ₂₆⁵⁶Fe. Biết khối lượng của hạt nhân này là 55,934936 amu.

b) Từ kết quả câu a và Thảo luận 7, hãy so sánh mức độ bền vững của hạt nhân ₂₆⁵⁶Fe với các hạt nhân ₆¹²C, ₂⁴He, ₈¹⁶O, ₉₂²³⁵U.

c) Kiểm tra kết quả câu b dựa vào Hình 15.2.

Hướng dẫn chi tiết:

a) Theo đề bài có : Z = 26, A = 56, m = 55,934936 amu

Năng lượng liên kết của hạt nhân Fe:

E_{lk (Fe)} = =

= 478,97 (MeV)

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Fe:

E_{lkr (Fe)}= (MeV/nucleon)

Vậy năng lượng liên kết của hạt nhân Fe là 478,97 MeV

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Fe là 8,56 MeV/nucleon.

b) So sánh mức độ bền vững: Fe > O > C > U > He

c) Theo Hình 15.2, năng lượng liên kết riêng của Fe 8,8 MeV/nucleon

BÀI TẬP

1. Độ bền vững của hạt nhân phụ thuộc vào đại lượng vật lí nào?

A. Năng lượng liên kết. B. Năng lượng liên kết riêng.

C. Độ hụt khối D. Số khối và số neutron.

Hướng dẫn chi tiết:

Đáp án B. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân càng lớn, các hạt nhân càng bền vững.

2. Dựa vào Bảng 15.1, tính độ hụt khối, năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ₈₂²⁰⁶Pb. Biết khối lượng của hạt nhân này là 205, 974466 amu.

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: Z = 82, A = 206, m = 205,974466 amu.

Ta có công thức tính độ hụt khối: