Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 21: Cấu trúc hạt nhân

BÀI 21. CẤU TRÚC HẠT NHÂN

KHỞI ĐỘNG

Kích thước nguyên tử nhỏ tới mức kính hiển vi quang học hiện đại nhất cũng không thể giúp chúng ta quan sát rõ. Hạt nhân có kích thước còn nhỏ hơn rất nhiều ( khoảng 0,0001 lần) so với nguyên tử. Các nhà khoa học đã làm thế nào để phát hiện ra điều đó?

Giải chi tiết:

Các nhà khoa học sau đã làm thí nghiệm để phát hiện ra hạt nhân có kích thước còn nhỏ hơn rất nhiều ( khoảng 0,0001 lần) so với nguyên tử là:

- Thí nghiệm Geiger-Marsden (1919): Thí nghiệm: Bắn phá một lá vàng mỏng bằng chùm hạt alpha (α) có năng lượng cao. Kết quả: Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị ảnh hưởng, nhưng một số ít bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược lại.

- Thí nghiệm Rutherford (1911): Thí nghiệm: Sử dụng thí nghiệm Geiger-Marsden và phân tích quỹ đạo của các hạt alpha bị lệch hướng. Kết quả: Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ và tập trung tại trung tâm nguyên tử.

I. THÍ NGHIỆM TÁN XẠ HẠT ALPHA

Hoạt động 1: Dựa vào kết quả thí nghiệm tán xạ hạt để trả lời các câu hỏi sau:

a) Tần suất đốm sáng xuất hiện khi kính hiển vi ở vị trí (1) (vị trí đối diện với nguồn phát tia – Hình 21.2 b) là lớn nhất chứng tỏ điều gì.

b) Tại sao có một số hạt đổi hướng chuyển động khi đi qua lá vàng?

c) Số hạt không đi qua lá vàng mà bật lại tới vị trí (2) với tần suất chỉ bằng 

10^-4 lần tần suất hạt đi qua lá vàng tới vị trí (1) chứng tỏ điều gì?

Giải chi tiết:

a) Tần suất đốm sáng xuất hiện tại vị trí (1) lớn nhất chứng tỏ: hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng, chứng tỏ phần lớn nguyên tử là rỗng. 

Bởivì: phần lớn nguyên tử là không gian trống, do đó các hạt alpha có thể đi qua lá vàng mà không gặp bất kì trở ngại nào.

b) Một số hạt đổi hướng chuyển động khi đi qua lá vàng vì va chạm với hạt nhân nguyên tử. 

+ Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử, nhưng lại tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử. 

+ Khi hạt alpha va chạm với hạt nhân, do tương tác điện tích dương, hạt alpha có thể bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược.

+ Lực tương tác điện từ giữa hạt alpha và hạt nhân khiến một số hạt alpha bị lệch hướng.

c) Số hạt không đi qua lá vàng mà bật lại tới vị trí (2) với tần suất chỉ bằng 

10^-4 lần tần suất hạt đi qua lá vàng tới vị trí (1) chứng tỏ: 

+ Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ. 

+ Khi hạt alpha va chạm với hạt nhân, do tương tác điện tích dương, một số ít hạt alpha có thể bị phản xạ ngược lại.

Hoạt động 2: Dựa trên thí nghiệm tán xạ hạt , Rutherford đề xuất một mô hình hành tinh nguyên tử (Hình 21.5 a).

a) Mô tả mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford.

b) Giải thích mô hình cấu tạo nguyên tử của Rutherford dựa vào các câu trả lời ở ý 1.

Giải chi tiết:

a) Mô tả mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford:

- Electron: chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo tròn, giống như các hành tinh quay quanh mặt trời.

- Hạt nhân: nằm ở trung tâm nguyên tử, mang điện tích dương và tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử.

- Lực hút: Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân mang điện tích dương và electron mang điện tích âm giữ cho nguyên tử bền vững.

- Kích thước: hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử.

- Giữa hạt nhân và electron có khoảng cách rất lớn so với kích thước hạt nhân.

b) Giải thích dựa vào kết quả thí nghiệm tán xạ hạt :

- Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng. Bởi vì: Phần lớn nguyên tử là không gian trống, do đó các hạt alpha có thể đi qua lá vàng mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.

- Một số ít hạt alpha bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược lại.Bởi vì: hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử, nhưng lại tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử. Khi hạt alpha va chạm với hạt nhân, do tương tác điện tích dương, hạt alpha có thể bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược lại.

II. NUCLEON VÀ KÍ HIỆU HẠT NHÂN

1. Nucleon

Câu hỏi 1: Xác định khối lượng của proton và neutron theo đơn vị amu.

Giải chi tiết:

Khối lượng của proton là:  

Khối lượn của neutron là:

Câu hỏi 2: Công thức 21.1 cho kết quả tốt hơn với A>12. Nghiệm lại sự chính xác của công thức này cho các hạt nhân trong Bảng 21.1

Giải chi tiết:

Công thức (21.1):

2. Kí hiệu hạt nhân

Câu hỏi 1: Trong kí hiệu hạt nhân, đại lượng N= A – Z cho biết số lượng của loại hạt nào trong hạt nhân? Vì sao?

Giải chi tiết: