Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân Vật Lí 12 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 12 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.

Mời các bạn đón xem:

Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân (Lý thuyết + 22 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

1. Lực hạt nhân

     - Khái niệm: các nuclôn trong hạt nhân hút nhau bằng một lực rất mạnh, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn tạo nên hạt nhân bền vững.

     - Tính chất:

         +) Không cùng bản chất với với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn .

         +) Là lực tương tác mạnh

         +) Chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi cỡ kích thước hạt nhân ≈ 10^-15 m

2. Năng lượng liên kết của hạt nhân.

     - Độ hụt khối: Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh lệch giữa 2 khối lượng đó gọi là độ hụt khối (∆m) của hạt nhân:

     ∆m = (Z.m_p + (A - Z) m_n ) - m_X

     - Năng lượng liên kết W_lk: là năng lượng cần để liên kết các nuclôn để tạo thành một hạt nhân, hay năng lượng tỏa ra khi mọt hạt nhân tách thành các nuclôn riêng biệt.

     W_lk = [Z.m_p + (A - Z) m_n - m_X ] c² = ∆m.c²

     - Năng lượng liên kết riêng W_lkr: là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, W_lkr càng lớn hạt nhân càng bền vững. Những hạt nhân bền vững ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn 50 < A < 80.

     W_lkr = W_lk/A

3. Phản ứng hạt nhân

     - Khái niệm: phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến biến đổi hạt nhân

     - Phân loại: gồm 2 loại

         +) Phản ứng hạt nhân tự phát: là quá trình một hạt nhân không bền vững tự phân rã thành các hạt nhân khác. VD: phóng xạ.

     A → B + C

         +) Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. VD: phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch.

     A + B → C + D

4. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:

     Với phản ứng hạt nhân:

     Có các định luận bảo toàn sau:

     - Định luật bảo toàn điện tích:

     Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

     - Định luật bảo toàn nuclôn (số khối A):

     A₁ + A₂ = A₃ + A₄

     Chú ý: số hạt nơtron (A-Z) không được bản toàn

     - Định luật bảo toàn động lượng:

     - Định luật bảo toàn năng lượng

     m_trước.c² = m_sau.c² + ∆E

     ↔ ∆E = (m_trước - m_sau) c² = (m_A + m_B - m_C - m_D)c²

     Với ∆E là năng lượng phản ứng

     ∆E > 0: phản ứng tỏa năng lượng |∆E|

     ∆E < 0: phản ứng thu năng lượng |∆E|

II. Bài tập Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân

Bài 1: Trong phản ứng hạt nhân  X là hạt nhân của nguyên tố:

A. nitơ       

B. nêon

C. cacbon       

D. ôxi

- Ta có phương trình phản ứng hạt nhân:

- Áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích ta được:

→ Hạt nhân X là hạt Ôxi.

Chọn đáp án D

Bài 2: Gọi m là khối lượng, Δm là độ hụt khối, A là số nuclôn của hạt nhân nguyên tử. Độ bền vững của hạt nhân được quyết định bởi đại lượng:

A. m       

B. Δm

C. m/A       

D. Δm/A

- Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại.

- Năng lượng liên kết riêng ε (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): ε = ΔE/A.

- Với: E = Δm.c² = (m₀ - m)c².

Chọn đáp án D

Bài 3: Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật

A. bảo toàn số proton       

B. bảo toàn số nơtron

C. bảo toàn số nuclôn       

D. bảo toàn khối lượng

- Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật:

   + Bảo toàn số nuclôn (số khối).

   + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số).

   + Bảo toàn động lượng.

   + Bảo toàn năng lượng toàn phần.

Chọn đáp án C

Bài 4: Trong phản ứng hạt nhân  X là hạt:

A. nơtron       

B. bêta trừ

C. bêta cộng       

D. đơteri

- Trong phản ứng hạt nhân  ta có:

   A = 40 – 40 = 0 và Z = 19 – 20 = -1, nên X là bêta trừ (e)

Chọn đáp án B

Bài 5: Chọn phát biểu đúng về phản ứng hạt nhân:

A. Phản ứng hạt nhân là sự va chạm giữa hai nguyên tử.

B. Phản ứng hạt nhân không làm thay đổi nguyên tử số của hạt nhân.

C. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi của chúng thành những hạt nhân khác.

D. Phóng xạ không phải là phản ứng hạt nhân.

- Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân, phản ứng hạt nhân chia thành hai loại:

+ Phản ứng hạt nhân tự phát (phóng xạ): Quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác: A → C + D. (Trong đó: A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (α, β, γ))

+ Phản ứng hạt nhân kích thích: Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau thành các hạt nhân khác.

   A + B → C + D

Chọn đáp án C

Bài 6: Biết khối lượng các hạt là: m_p = 1,00728 u, m_n = 1,00867 u, m_e = 0,000549 u. Độ hụt khối của hạt nhân  là:

A. 12,09 u       

B. 0,0159 u

C. 0,604 u       

D. 0,0957 u

- Khối lượng hạt nhân  là:

   m_c = 12 - 6m_e = 12 - 6.0,000549 = 11,9967u

- Nên có độ hụt khối:

   Δm_c = 6.1,00728u + 6.1,00867u - 11,9967u = 0,0957u

Chọn đáp án D

Bài 7: Cho khối lượng hạt nhân sắt  là 55,9207 u, khối lượng êlectron là m_e = 0,000549 u. Khối lượng của nguyên tử sắt  là:

A. 55,934974 u       

B. 55,951444 u

C. 56,163445 u       

D. 55,977962 u

- Ta có:

   m = 55,9207 + 25.0,000549 = 55,934974 u

Chọn đáp án A

Bài 8: Năng lượng liên kết của hạt nhân đơteri là 2,2 MeV và của  là 28 MeV. Nếu hai hạt nhân đơteri tổng hợp thành  thì năng lượng tỏa ra là:

A. 30,2 MeV       

B. 25,8 MeV

C. 23,6 MeV       

D. 19,2 MeV

- Ta có:

   Q = (28,0 – 2,2.2) = 23,6 MeV

Chọn đáp án C

Bài 9: Năng lượng liên kết của các hạt nhân  lần lượt là 28,3 MeV ; 2,2 MeV ; 1183 MeV và 1786 MeV. Hạt nhân bền vững nhất là

- Hạt nhân bền vững nhất là  vì nó năng lượng liên kết riêng lớn nhất.

Chọn đáp án A

Bài 10: Năng lượng liên kết riêng là:

A. năng lượng cần để giải phóng một nuclôn ra khỏi hạt nhân.

B. năng lượng cần để giải phóng một êlectron ra khỏi nguyên tử.

C. năng lượng liên kết tính trung bình cho một nuclôn trong hạt nhân.

D. là tỉ số giữa năng lượng liên kết và số hạt có trong nguyên tử.

* Năng lượng liên kết hạt nhân X là năng lượng tỏa ra khi các nuclon riêng rẽ liên kết thành hạt nhân hoặc là năng lượng tối thiểu cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ:

   ΔE = Δm.c² = (m₀ - m)c².

* Năng lượng liên kết riêng ε (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): ε = ΔE/A.

Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại. Thực tế các hạt nhân có số khối A trong khoảng 50u đến 90u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (ΔE₀ ≈ 8,8MeV/1nucleon) nên bền hơn các hạt nhân có số khối ngoài khoảng.

Chọn đáp án C

Bài 11: Năng lượng liên kết của một hạt nhân:

A. có thể có giá trị dương hoặc âm

B. càng lớn thì hạt nhân càng bền vững

C. có thể có giá trị bằng 0

D. tỉ lệ với khối lượng hạt nhân

* Năng lượng liên kết hạt nhân X là năng lượng tỏa ra khi các nuclon riêng rẽ liên kết thành hạt nhân hoặc là năng lượng tối thiểu cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ:

   ΔE = Δm.c² = (m₀ - m)c².

- Do vậy năng lượng liên kết của một hạt nhân ≥ 0.

* Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại.

Chọn đáp án C

Bài 12: Hạt nhân bền vững hơn nếu:

A. có năng lượng liên kết riêng lớn hơn

B. có năng luợng liên kết riêng nhỏ hơn

C. có nguyên tử số (A) lớn hơn

D. có độ hụt khối nhỏ hơn

- Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại.

Chọn đáp án A

Bài 13: Lực hạt nhân là:

A. lực từ

B. lực tương tác giữa các nuclôn

C. lực điện

D. lực điện từ

- Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn, nó là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân (lực tương tác mạnh). Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10^-15 m).

Chọn đáp án B

Bài 14: Khi bắn phá hạt nhân nitơ  bằng nơtron thì tạo ra đồng vị Bo  và một hạt:

A. nơtron       

B. proton

C. hạt α       

D. nơtrinô

- Ta có phương trình phản ứng hạt nhân:

- Áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích ta được:

→ Hạt nhân X là hạt α.

Chọn đáp án C

Bài 15: Phản ứng hạt nhân tuân theo những định luật bảo toàn nào sau đây?

   (I) Khối lượng      (II) Số khối      (III) Động năng

A. Chỉ (I).      

B. Cả (I), (II) và (III).

C. Chỉ (II).     

D. Chỉ (II) và (III).

- Có 4 định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân, gồm:

   + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A₁ + A₂ = A₃ + A₄

   + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

   + Bảo toàn động lượng và - Bảo toàn năng lượng toàn phần.

Chọn đáp án C

Bài 16: Trong các phản ứng sau, phản ứng nào là phản ứng hạt nhân nhân tạo đầu tiên?

- Phản ứng hạt nhân nhân tạo đầu tiên:

   do Rơ-dơ-pho thực hiện năm 1919.

Chọn đáp án A

Bài 17: Phản ứng hạt nhân nào sau đây không đúng?

- Phản ứng A sai vì .

Chọn đáp an A

Bài 18: Trong phản ứng hạt nhân:

- Thì X và Y lần lượt là :

A. proton và electron

B. electron và đơtơri

C. proton và đơrơti

D. triti và proton

- Áp dụng định luật bảo toàn số nuclon và bảo toàn điện tích trong phản ứng hạt nhân.

Chọn đáp án B

Bài 19: Đối với phản ứng hạt nhân thu năng lượng, phát biểu nào sau đây là sai?

A. Tổng động năng của các hạt trước phản ứng lớn hơn tổng động năng của các hạt sau phản ứng.

B. Tổng năng nghỉ trước phản ứng nhỏ hơn tổng năng lượng nghỉ sau phản ứng.

C. Các hạt nhân sinh ra bền vững hơn cá hạt nhân tham gia trước phản ứng.

D. Tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân sau phản ứng lớn hơn tổng khối lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng.

- A. Phát biểu đúng,vì theo định luật bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân

- B. Phát biểu đúng, vì năng lượng nghỉ của phản ứng:

- C. Phát biểu sai,vì các hạt nhân sinh ra chưa thể khẳng định là bền vững hơn các hạt nhân tham gia trước phản ứng.

- D. Phát biểu đúng , tương tự như câu B.

Chọn đáp án C

Bài 20: Trong phương trình phản ứng hạt nhân A + B → C + D; gọi m₀ = m_A + m_B , m = m_C + m_D là tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân tương tác và tổng khối lượng nghỉ của các hạt nhân sản phẩm. Phản ứng hạt nhân là tỏa năng lượng khi:

A. m > m₀      B. m < m₀

C. m = m₀      D. m = 2m₀

- Năng lượng của phản ứng hạt nhân ΔE là

   ΔE = (m₀ - m)c², ΔE > 0 toả năng lượng → m₀ > m

Chọn đáp án B

Bài 21: Trong phương trình phản ứng hạt nhân A + B → C + D; gọi m_A , m_B, m_C, m_D là khối lượng mỗi hạt nhân. K_A, K_B , K_C , K_D là động năng của mỗi hạt nhân.

W = Δm.c² = (m_trước – m_sau)c² = [(m_A + m_B) – (m_C + m_D)].c² là năng lượng của phản ứng. Tìm hệ thức đúng:

A. W = (K_C + K_B) – (K_A + K_D)

B. W = (K_C + K_A) – (K_B + K_D)

C. W = (K_C + K_D) – (K_A + K_B)

D. W = (K_A + K_B) – (K_C + K_D)

- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:

m_A.c² + K_A + m_B.c² + K_B = m_C.c² + K_C + m_D.c² + K_D

→ W =[(m_A + m_B) – (m_C + m_D)].c² = (K_C + K_D) – (K_A + K_B)

Chọn đáp án C

Bài 22: Năng lượng liên kết của các hạt nhân  lần lượt là 28,4 MeV ; 1178 MeV ; 783 MeV và 1786 MeV. Hạt nhân bền vững nhất trong số các hạt nhân này là:

- Năng lượng liên kết riêng của chúng lần lượt là 7,1; 8,3; 8,7; 7,6 (MeV/nuclôn) ta thấy  có năng lượng liên kết riêng lớn nhất nên bền vững nhất.

Chọn đáp án C