Ôn luyện vật lý 12 Hạt nhân nguyên tử là tài liệu môn Vật Lý trong chương trình Lớp 12 được cungthi.vn tổng hợp và biên soạn. Tạo nguồn tài liệu giúp các bạn trong việc ôn tập
Những địa chỉ uy tín để bạn mua sách
Nội dung tóm tắt
HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
Chủ đề 5
TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN. PHÓNG XẠ
I. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CẦN NHỚ
1. Cấu tạo hạt nhân
a) Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi các nuclôn. Có hai loại nuclôn là prôtôn, kí hiệu p, mang điện tích nguyên tố dương, và nơtron kí hiệu n, không mang điện.
b) Số prôtôn trong hạt nhân bằng nguyên tử số Z trong Bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ép. Z được gọi là nguyên tử số. Tổng các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Số nơtron trong hạt nhân là N = A - Z. Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn Z, nhưng có số nơtron N khác nhau, gọi là các đồng vị.
2. Kí hiệu hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử của nguyên tố có kí hiệu hoá học X được kí hiệu là .
3. Kích thước hạt nhân
Có thể coi hạt nhân nguyên tử như một quả cầu có bán kính R phụ thuộc vào số khối A theo công thức gần đúng: với R0 = 1,2.10-15m.
4. Đồng vị
Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z nhưng có số nơtron N khác nhau.
5. Đơn vị khối lượng nguyên tử
Đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u, có trị số bằng khối lượng của đồng vị . Khi đổi đơn vị, cần chú ý:
1kg = 0,561.1030MeV/c2; MeV/c2 = 1,78.10-30kg
6. Độ hụt khối. Năng lượng liên kết
a) Lực hạt nhân là lực hút giữa các nuclôn với nhau. Đó là lực rất mạnh, có tác dụng liên kết giữa các nuclôn, không phụ thuộc vào điện tích và có bán kính tác dụng khoảng 10 - 15m.
b) Độ hụt khối của hạt nhân
Khối lượng m của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân một lượng m. Đại lượng này gọi là độ hụt khối của hạt nhân:
m = [Zmp + (A - Z)mn] - m
c) Năng lượng liên kết hạt nhân
Năng lượng liên kết hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c2: Wlk = mc2 = 931,5.m (MeV). Đó là năng lượng toả ra khi các nuclôn kết hợp thành hạt nhân.
Đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân là năng lượng liên kết riêng. Đó là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn: , đơn vị thường dùng là . Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
7. Hiện tượng phóng xạ
Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ. Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.
8. Các loại tia phóng xạ
a) Tia anpha () là các hạt nhân của nguyên tố heli , mang điện tích +2e, được phóng ra từ hạt nhân với tốc độ khoảng 2.107m/s. Tia làm ion hoá mạnh các nguyên tử trên đường đi của nó nên năng lượng giảm nhanh. Trong không khí, tia đi được vài cm, không xuyên qua được tấm bìa dày 1mm.
b) Tia bêta () là các hạt phóng ra với tốc độ lớn, có thể xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng. Tia cũng làm ion hoá môi trường nhưng yếu hơn tia , trong không khí nó có thể đi được vài trăm mét và có thể xuyên qua tấm nhôm dày cỡ mm. Tia có hai loại:
Loại phổ biến là tia : Đó là chùm êlectron kí hiệu hay e-.
Loại hiếm hơn là tia + : Đó là chùm các pôZitron (kí hiệu hay e+), có cùng khối lượng với electron nhưng mang điện tích nguyên tố dương.
Trong phóng xạ , ngoài electron pozitron còn tó hại nơtrinô (kí hiệu v) và phản nơtrinô (kí hiệu ) là các hạt không mang điện, có khối lượng nghỉ bằng 0, chuyển động với tốc độ xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng.
c) Tia là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (nhỏ hơn 10-11m). Đó là dòng các hạt phôtôn có năng lượng cao. Tia có khả năng đâm xuyên mạnh hơn nhiều so với tia , .
9. Định luật phóng xạ
- Một đại lượng đặc trưng của chất phóng xạ là chu kì bán rã. Đó là khoảng thời gian T mà sau đó một nửa số hạt nhân ban đầu của một lượng chất phóng xạ bị phân rã, biến đổi thành các hạt nhân khác.
- Hằng số phóng xạ là đại lượng được xác định bằng biểu thức:
, trong đó T là chu kì bán rã.
- Số hạt nhân và khối lượng của chất phóng xạ giảm dần theo hàm số mũ:
hoặc
- Độ phóng xạ đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, được xác định bằng số hạt nhân phân rã trong 1 giây, kí hiệu là H.
Độ phóng xạ cũng giảm dần theo hàm số mũ: H(t) =
với H0 = N0 là độ phóng xạ ban đầu.
Đơn vị độ phóng xạ là Bq và Ci: 1 Ci = 3,7.1010Bq.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN CƠ BẢN (tự luận và trắc nghiệm)
Dạng 1. BÀI TẬP VỀ CẤU TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA HẠT NHÂN
A. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
1. Để xác định số lượng prôtôn và nơtron trong hạt nhân, ta căn cứ vào kí hiệu hạt nhân , trong đó Z là số prôtôn còn N = A - Z là số nơtron.
2. Các đặc trưng khác của hạt nhân được xác định như sau:
- Điện tích hạt nhân là Ze (e = 1,6.10 -19).
- Khối lượng hạt nhân. Nếu đề bài không cho số liệu cụ thể, có thể tính gần đúng
m = Au (với A là số khối, u là đơn vị khối lượng nguyên tử).
Cần chú ý:
- Bán kính hạt nhân có thể tính gần đúng là R = 1,2.10-15A. Thể tích hạt nhân là thể tích quả cầu bán kính R: V = R3.
B. BÀI TẬP VÍ DỤ
Ví dụ 1. Cho hạt nhân nguyên tử .
a) Xác định số prôtôn và số nơtron của hạt nhân .
b) Một hạt nhân khác so với hạt nhân có ít hơn 3 nuclôn nhưng có hiệu số nơtron và prôtôn là 2. Đó là hạt nhân nào?
Hướng dẫn giải
Đối c
