Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 22: Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

BÀI 22.  PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

KHỞI ĐỘNG

Chiếc tem thư phát hành năm 1971 có in hình Rutherford và phương trình phản ứng hạt nhân được thực hiện lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1909. Người ta đã thực hiện thí nghiệm phát hiện phản ứng hạt nhân như thế nào? Các hạt nhân có thể biến đổi thành các hạt nhân khác không?

Hướng dẫn chi tiết:

* Mục đích: chứng minh sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử và khám phá khả năng biến đổi của các hạt nhân.

* Cách thực hiện:  Bắn phá lá vàng mỏng bằng hạt alpha là hạt nhân Heli có năng lượng cao và quan sát hướng di chuyển của các hạt alpha sau khi đi qua lá vàng.

* Kết quả: Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng. Một số ít hạt alpha bị lệch hướng mạnh, thậm chí quay ngược lại.

* Giải thích: 

- Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng vì hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử.

- Một số ít hạt alpha bị lệch hướng mạnh hoặc quay ngược lại khi đi qua gần hạt nhân, chứng tỏ hạt nhân có điện tích dương tập trung rất mạnh và có khả năng đẩy lùi hạt alpha.

Các hạt nhân có thể biến đổi thành các hạt nhân khác,

Ví dụ: Trong một số trường hợp, hạt bắn phá vào hạt nhân đã tạo ra hai hạt nhân mới đó là và

I. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Hoạt động: So sánh tổng số điện tích, tổng số nucleon của các hạt nhân trước và sau khi tương tác trong thí nghiệm như mô tả ở Hình 22.2

Hướng dẫn chi tiết:

* Trước khi tương tác:

- Tổng số điện tích:

+ Hạt nhân Nitơ (N) có tổng điện tích bằng 0; Hạt nhân Helium (He) có tổng điện tích bằng +2.

+ Tổng số điện tích của hệ thống là 0 + 2 = +2.

- Tổng số nucleon: 

+Hạt nhân N có 14 nucleon; Hạt nhân He có 4 nucleon. 

+Tổng số nucleon của hệ thống là 14 + 4 = 18.

* Sau khi tương tác: 

- Tổng số điện tích:

+ Hạt nhân Oxy (O) có tổng điện tích bằng 0; Hạt nhân Hydro (H) có tổng điện tích bằng 0.

+ Tổng số điện tích của hệ thống là 0 + 0 = 0.

- Tổng số nucleon:

+ Hạt nhân O có 16 nucleon; Hạt nhân H có 2 nucleon.

+ Tổng số nucleon của hệ thống là 16 + 2 = 18.

Câu hỏi: Hãy trình bày sự khác nhau giữa phản ứng hạt nhân và phản ứng hoá học.

Hướng dẫn chi tiết:

Hoạt động 1: Hãy viết biểu thức liên hệ giữa các số khối và biểu thức liên hệ giữa các điện tích của các hạt nhân trong phản ứng hạt nhân:

Giải chi tiết

Biểu thức áp dụng định luật bảo toàn số khối:

Biểu thức định luật bảo toàn điện tích: 

Hoạt động 2: Khi bắn phá bằng neutron người ta thấy chúng hợp nhất thành hạt nhân X, ngay sau đó hạt nhân X phân rã thành , ba hạt neutron và một hạt nhân Y.

a) Viết các phương trình phản ứng hạt nhân mô tả trong quá trình trên.

b) Sử dụng bảng hệ thống tuần hoàn hãy xác định tên gọi và kí hiệu các hạt nhân X và Y.

Hướng dẫn chi tiết:

a) Phương trình phản ứng hạt nhân mô tả quá trình trên là:

b) Bảo toàn số khối của phương trình 1: 235+1 = A_X

Bảo toàn điện tích của phương trình 1: 92+0= Z_X

X là đồng vị của uranium

Bảo toàn số khối của phương trình 2: 236 = 99+3.1 + A_Y

Bảo toàn điện tích của phương trình 2: 92 = 42 + 0 + Z_Y

Vậy X là uranium. Kí hiệu ; Y là Sn. Kí hiệu

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Câu hỏi 1: Vì sao để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân cần một năng lượng lớn?

Hướng dẫn chi tiết:

Để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân cần một năng lượng lớn vì:

+ Các nucleon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân mạnh. 

+ Lực hạt nhân mạnh là một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên, và nó là lực mạnh nhất giữ cho các hạt nhân nguyên tử liên kết với nhau.

+ Để tách được các nucleon ra khỏi hạt nhân, cần phải cung cấp đủ năng lượng để thắng được lực hạt nhân mạnh.

+ Năng lượng này được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. 

+ Năng lượng liên kết hạt nhân càng lớn thì càng khó tách các nucleon ra khỏi hạt nhân.

Hoạt động 1: Nêu mối liên hệ giữa độ bền vững của hạt nhân và năng lượng liên kết riêng.

Hướng dẫn chi tiết:

Mối liên hệ giữa độ bền vững của hạt nhân và năng lượng liên kết riêng: phụ thuộc vào năng lượng liên kết riêng.

Năng lượng này được tính theo công thức:

 . 

Hạt nhân có càng lớn thì càng bền vững và ngược lại.

Hoạt động 2: Giá trị năng lượng liên kết riêng của nhiều hạt nhân được biểu diễn trên đồ thị Hình 22.3. Em hãy:

a) Chỉ ra hai hạt nhân bền vững nhất, ước lượng của chúng.

b) Xác định năm hạt nhân nhẹ (A 30) và bốn hạt nhân nặng (A160) có 

< 8,2 MeV.

Hướng dẫn chi tiết:

a) Hai hạt nhân bền vững nhất là : .

MeV, MeV

b) Năm hạt nhân nhẹ (A 30) là:

Bốn hạt nhân nặng (A160) là:

Câu hỏi 2: Hãy tính độ hụt khối của hạt nhân oxygen , biết khối lượng hạt nhân oxygen là amu.

Hướng dẫn chi tiết: