Kế hoạch dạy học Môn Vật Lí 12 - Chương IX: Hạt nhân Nguyên tử

Nội dung tài liệu: Kế hoạch dạy học Môn Vật Lí 12 - Chương IX: Hạt nhân Nguyên tử

1. - 0 + 0 Có 2 loại:  là êlectron 1 e ,  pôziton 1 e . + Tia : là sóng điện từ có  < 10-11m. Có năng lượng lớn, đâm xuyên mạnh. Trong phân rã , , hạt nhân con có thể ở trạng thái kích thích và phóng xạ tia  để trở về trạng thái cơ bản 3. Định luật phóng xạ Sau một khoảng thời gian xác định T thì một nửa số hạt nhân hiện có bị phân rã, biến đổi thành hạt -t nhân khác; T được gọi là chu kì bán rã của chất phóng xạ. N(t) = Noe 0,693 Đại lượng  = gọi là hằng số phóng xạ T Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ với số -t mũ âm. m(t) = moe III. Bài tập Câu 1: Ban đầu một mẫu chất phóng xạ nguyên chất có khối lượng m 0 , chu kì bán rã của chất này là 3,8 ngày. Sau 15,2 ngày khối lượng của chất phóng xạ đó còn lại là 2,24 g. Khối lượng m0 là A. 5,60 g. B. 35,84 g. C. 17,92 g. D. 8,96 g. Câu 2: Phóng xạ β- là A. phản ứng hạt nhân thu năng lượng. B. phản ứng hạt nhân không thu và không toả năng lượng. C. sự giải phóng êlectrôn (êlectron) từ lớp êlectrôn ngoài cùng của nguyên tử. D. phản ứng hạt nhân toả năng lượng. Câu 3: Giả sử sau 3 giờ phóng xạ (kể từ thời điểm ban đầu) số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ còn lại bằng 25% số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của đồng vị phóng xạ đó bằng A. 2 giờ. B. 1,5 giờ. C. 0,5 giờ. D. 1 giờ. Câu 4: Phát biểu nào là sai? A. Các đồng vị phóng xạ đều không bền. B. Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn nhưng có số nơtrôn (nơtron) khác nhau gọi là đồng vị. C. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có số nơtrôn khác nhau nên tính chất hóa học khác nhau. D. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn. Câu5: Ban đầu có 20 gam chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Khối lượng của chất X còn lại sau khoảng thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu bằng A. 3,2 gam. B. 2,5 gam. C. 4,5 gam. D. 1,5 gam. Câu 6: Khi nói về sự phóng xạ, phát biểu nào dưới đây là đúng? A. Sự phóng xạ phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên bề mặt của khối chất phóng xạ. B. Chu kì phóng xạ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của chất đó. C. Phóng xạ là phản ứng hạt nhân toả năng lượng. D. Sự phóng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất phóng xạ. Câu 7: Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4 ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lượng chất phóng xạ còn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ ban đầu? A. 25%. B. 75%.C. 12,5%. D. 87,5%. Câu 8: Phát biểu nào sao đây là sai khi nói về độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)? A. Độ phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ. B. Đơn vị đo độ phóng xạ là becơren. C. Với mỗi lượng chất phóng xạ xác định thì độ phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử của lượng chất đó. D. Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ phụ thuộc nhiệt độ của lượng chất đó. A A Câu 9: Hạt nhân 1 X phóng xạ và biến thành một hạt nhân 2 Y bền. Coi khối lượng của hạt nhân X, Y Z1 Z2 A bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u. Biết chất phóng xạ 1 X có chu kì bán rã là T. Ban đầu có một Z1 A khối lượng chất 1 X, sau 2 chu kì bán rã thì tỉ số giữa khối lượng của chất Y và khối lượng của chất X là Z1 A A A A A. 4 1 B. 4 2 C. 3 2 D. 3 1 A2 A1 A1 A2
2. Câu 10: Gọi  là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2 số hạt nhân còn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu? A. 25,25%. B. 93,75%. C. 6,25%. D. 13,5%. IV. Hướng dẫn tự học 1. Các loại tia phóng xạ - Có hai loại tia  - 0 + Tia  . Đó chính là các êlectron (kí hiệu 1e ) + 0 + Tia  . Đó chính là các pôzitrôn, hay êlectron dương (kí hiệu 1e ) - Tia  là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. Vì vậy tia  có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia và  - Số hạt nhân còn lại sau khoảng thời gian T, 2T, 3T, kT (k số nguyên dương) là: N0/2; N0/4; N0/8; k N0/2 t/T + N(t) = N02 t + m = moe 2. Đồng vị phóng xạ và các ứng dụng a. Đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hóa học có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. b. Các ứng dụng của đồng vị phóng xạ 60 - Đồng vị 27 Co phát ra tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn được dùng để tìm khuyết tật trong chi tiết máy. 32 - Đồng vị 15 P phát ra tia  được dùng để làm nguyên tử đánh dấu trong khoa học. 3. Làm các bài tập 1,2,3,4,5/273 SGK ----------------------------- BÀI: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (1 tiết) I. Mục đích, yêu cầu - Nêu được phản ứng hạt nhân là gì? - Phát biểu được định luật bảo toàn số khối, bảo toàn điện tích và bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân. - Viết được phương trình phản ứng hạt nhân và tính được năng lượng toả ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân. II. Nội Dung 1. Phản ứng hạt nhân a. Khái niệm: Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân Có hai loại phản ứng hạt nhân: - Sự tự phân rã của hạt nhân không bền dẫn đến hạt nhân khác - Các hạt nhân tương tác với nhau dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác Tổng quát ta có thể viết: A + B C + D (1) A, B: Hạt nhân tương tác ; C, D: Hạt nhân sản phẩm Trong trường hợp phóng xạ: A B + C (2) A: hạt nhân mẹ, B: hạt nhân con ; C: có thể là hạt hoặc 27 30 1 b. Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phản xạ nhân tạo : + 13 Al 15 P + 0 n Ngày nay người ta có thể tạo ra đồng vị nhiều phóng xạ nhân tạo. 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân a. Định luật l bảo toàn số nuclon (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của hạt tương tác bằng tổng số nuclon của hạt sản phẩm. A1+ A2 = A3 + A4 b. Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. Z1 + Z2 = Z3 + Z4
3. c. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (bao gồm động năng và năng lượng nghỉ) Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. d. Định luật bảo toàn động lượng 3. Quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ A 4 A' a. Phân rã : Z X 2 He Z 'Y Trong phân rã , so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con “lùi” hai ô trong Bảng tuần hoàn - A 0 A' b. Phân ra  Z X 1e Z 'Y Trong phân rã -, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con tiến một ô trong Bảng tuần hoàn. + A 0 A' c. Phân rã  Z X 1e Z 'Y Vậy quy tắc dịch chuyển của phân rã  + là : Trong phân rã +, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con lùi một ô trong Bảng tuần hoàn. d. Phân rã  Trong các phân rã và . Nếu hạt nhân con sinh ra ở trong trạng thái kích thích, thì nó chuyển từ mức kích thích E2 xuống mức thấp hơn E1, đồng thời phóng ra một phôtôn có tần số f xác định bởi hệ thức E2 – E1 = hf. Hiệu E2 – E1 có trị số lớn, nên phôtôn  phát ra có tần số rất lớn và bước sóng rất nhỏ ( < 10-11m) 5. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân A + B C + D Đặt m0 = mA + mB ; m = mC + mD 2 a. Nếu m < m0 Phản ứng tỏa một lượng năng lượng: W = (m0 – m)c (3) Năng lượng này tồn tại dưới dạng động năng của các hạt C, D hoặc năng lượng của photon gọi là năng lượng hạt nhân b. Nếu m>m0 Để phản ứng này xảy ra ta phải cung cấp cho các hạt A, B một động năng ban đầu. 2 Vậy năng lượng thỏa điều kiện : W = (m0 – m)c + Wđ (4) III. Bài tập Câu 1: Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật bảo toàn A. số nuclôn. B. số nơtrôn (nơtron). C. khối lượng. D. số prôtôn. 2 2 3 1 2 Câu 2: Xét một phản ứng hạt nhân: H1 + H1 → He2 + n0 . Biết khối lượng của các hạt nhân H1 mH = 2 2,0135u ; mHe = 3,0149u ; mn = 1,0087u ; 1 u = 931 MeV/c . Năng lượng phản ứng trên toả ra là A. 7,4990 MeV. B. 2,7390 MeV. C. 1,8820 MeV. D. 3,1654 MeV. 23 1 4 20 23 20 4 Câu 3: Cho phản ứng hạt nhân: 11 Na 1 H 2 He 10 Ne . Lấy khối lượng các hạt nhân 11 Na ; 10 Ne ; 2 He ; 1 2 1 H lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5 MeV/c . Trong phản ứng này, năng lượng A. thu vào là 3,4524 MeV. B. thu vào là 2,4219 MeV. C. tỏa ra là 2,4219 MeV. D. tỏa ra là 3,4524 MeV. 3 2 4 1 Câu 4: Cho phản ứng hạt nhân 1 H 1 H 2 He 0 n 17,6MeV . Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 1 g khí heli xấp xỉ bằngA. 4,24.10 8J.B. 4,24.10 5J. C. 5,03.10 11J. D. 4,24.10 11J. 210 Câu 5: Pôlôni 84 Po phóng xạ và biến đổi thành chì Pb. Biết khối lượng các hạt nhân Po; ; Pb lần lượt là: MeV 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u và 1 u =931,5 . Năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân pôlôni c2 phân rã xấp xỉ bằngA. 5,92 MeV.B. 2,96 MeV.C. 29,60 MeV. D. 59,20 MeV. Câu 6: Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ và biến thành hạt nhân Y. Gọi m 1 và m2, v1 và v2, K1 và K2 tương ứng là khối lượng, tốc độ, động năng của hạt và hạt nhân Y. Hệ thức nào sau đây là đúng ? v m K v m K v m K v m K A. 1 1 1 B. 2 2 2 C. 1 2 1 D. 1 2 2 v2 m2 K2 v1 m1 K1 v2 m1 K2 v2 m1 K1 Câu 7: Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là 0,02 u. Phản ứng hạt nhân này A. thu năng lượng 18,63 MeV. B. thu năng lượng 1,863 MeV. C. tỏa năng lượng 1,863 MeV. D. tỏa năng lượng 18,63 MeV. 4 1 7 4 Câu 8: Tổng hợp hạt nhân heli 2 He từ phản ứng hạt nhân 1 H 3 Li 2 He X . Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5 mol heli là
4. A. 1,3.1024 MeV. B. 2,6.1024 MeV. C. 5,2.1024 MeV. D. 2,4.1024 MeV. Câu 9: Một hạt nhân của chất phóng xạ A đang đứng yên thì phân rã tạo ra hai hạt B và C. Gọi m A, mB, mC lần lượt là khối lượng nghỉ của các hạt A, B, C và c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Quá trình phóng xạ này tỏa ra năng lượng Q. Biểu thức nào sau đây đúng? Q Q A. mA = mB + mC. B. mA = - mB – mC. C. mA = mB + mC + . D. mA = mB + m- c2 c2 Q C - . c2 Câu 10: Dùng hạt α bắn phá hạt nhân nitơ đang đứng yên thì thu được một hạt prôtôn và hạt nhân ôxi theo 4 14 17 1 phản ứng : 2 7 N 8 O 1 p . Biết khối lượng các hạt trong phản ứng trên là: mα = 4,0015 u; mN = 13,9992 u; mO = 16,9947 u; mP = 1,0073 u. Nếu bỏ qua động năng của các hạt sinh ra thì động năng tối thiểu của hạt α là A. 3,007 MeV. B. 1,211 MeV. C. 29,069 MeV. D. 1,503 MeV. IV. Hướng dẫn tự học 1. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng - Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng xảy ra khi các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt tương tác ban đầu. - Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng + Hai hạt nhân rất nhẹ kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng hơn. Phản ứng tổng hợp hạt nhân. + Một hạt nhân rất nặng hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai hạt nhân có số khối A vào loại trung bình. Sự phân hạch. 2. Giải các bài tập 1,2,3,4 trang 278 SGK --------------------------------- BÀI TẬP (1tiết) I. Mục đích, yêu cầu: Giải được bài tập cơ bản chương hạt nhân nguyên tử. II. Nội Dung: Nắm và vận dụng được các công thức m - Khối lượng tương đối tính: m 0 v2 1 2 c m c2 E mc2 0 v2 1 2 - Năng lượng toàn phần: c -t -t - Số hạt hạt và khối lượng hạt nhân còn lại sau thời gia t. N(t) = Noe ; m(t) = moe 2 2 2 - Năng lượng của phản ứng hạt nhân: W = ΔM . c = (M0 – M)c = (ma + mb – mc – md) c + Nếu M0 > M thì ΔM > 0 W > 0 Phản ứng tỏa năng lượng. + Nếu M0 < M thì ΔM < 0 W < 0 Phản ứng thu năng lượng. III. Bài tập Câu 1: Giả thiết một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ là  = 5.10 -8s-1. Thời gian để số hạt nhân chất phóng xạ đó giảm đi e lần (với lne = 1) là A. 5.108s. B. 5.107s. C. 2.108s. D. 2.107s. 4 7 56 235 Câu 2: Trong các hạt nhân: 2 He , 3 Li , 26 Fe và 92 U , hạt nhân bền vững nhất là 235 56 7 4 A. 92 U B. 26 Fe . C. 3 Li D. 2 He . 2 2 3 1 2 3 1 Câu 3: Cho phản ứng hạt nhân : 1 D 1 D 2 He 0 n . Biết khối lượng của 1 D,2 He,0 n lần lượt là mD=2,0135u; mHe = 3,0149 u; mn = 1,0087u. Năng lượng tỏa ra của phản ứng trên bằng A. 1,8821 MeV. B. 2,7391 MeV. C. 7,4991 MeV. D. 3,1671 MeV. 19 4 16 Câu 4: Cho phản ứng hạt nhân: X + 9 F 2 He 8 O . Hạt X là A. anpha. B. nơtron. C. đơteri. D. prôtôn. 3 3 Câu 5: Hai hạt nhân 1 T và 2 He có cùng
5. A. số nơtron. B. số nuclôn. C. điện tích. D. số prôtôn. Câu 6: Chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Ban đầu (t=0), một mẫu chất phóng xạ X có số hạt là N0. Sau khoảng thời gian t=3T (kể từ t=0), số hạt nhân X đã bị phân rã là A. 0,25N0.B. 0,875N 0.C. 0,75N 0.D. 0,125N 0 Câu 7: Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì có A. năng lượng liên kết càng nhỏ . B. năng lượng liên kết càng lớn. C. năng lượng liên kết riêng càng lớn. D. năng lượng liên kết riêng càng nhỏ Câu 8: Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200 MW. Cho rằng toàn bộ năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của 235U và đồng vị này chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi năm có 23 -1 235 365 ngày; mỗi phân hạch sinh ra 200 MeV; số A-vô-ga-đrô N A=6,02.10 mol . Khối lượng U mà lò phản ứng tiêu thụ trong 3 năm là A. 461,6 kg. B. 461,6 g. C. 230,8 kg. D. 230,8 g. 14 Câu 9: Dùng một hạt có động năng 7,7 MeV bắn vào hạt nhân 7 N đang đứng yên gây ra phản ứng 14 1 17 7 N 1 p 8 O . Hạt prôtôn bay ra theo phương vuông góc với phương bay tới của hạt . Cho khối 2 lượng các hạt nhân: m = 4,0015u; mP = 1,0073u; mN14 = 13,9992u; mO17=16,9947u. Biết 1u = 931,5 MeV/c . 17 Động năng của hạt nhân 8 O là A. 2,075 MeV. B. 2,214 MeV. C. 6,145 MeV. D. 1,345 MeV. Câu 10: Tia nào sau đây không phải là tia phóng xạ? A. Tia . B. Tia +. C. Tia . D. Tia X Câu 11: Hiện nay urani tự nhiên chứa hai đồng vị phóng xạ 235 U và 238 U , với tỷ lệ số hạt 235 U và số hạt 7 238 U là . Biết chu kì bán rã của 235 U và 238 U lần lượt là 7,00.10 8 năm và 4,50.109 năm. Cách đây bao 1000 3 nhiêu năm, urani tự nhiên có tỷ lệ số hạt 235 U và số hạt 238 U là ? 100 A. 2,74 tỉ năm. B. 2,22 tỉ năm. C. 1,74 tỉ năm. D. 3,15 tỉ năm. IV. Hướng dẫn tự học 60 Bài 1: Hạt nhân 27 Co có khối lượng là 55,940u. Biết khối lượng của prôton là 1,0073u và khối lượng của nơtron là 1,0087u. 60 a) Cấu tạo hạt nhân 27 Co 60 b) Độ hụt khối của hạt nhân 27 Co ? 60 c) Năng lượng liên kết của hạt nhân 27 Co ? 60 d) Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 27 Co ? A 60 a) Z X = 27 Co ; Z = 27 prôtôn và số nơtrôn là N = A-Z = 60-27 = 33 b) m = m0 – m = [Zmp + (A – Z)mn] – m = 4,5442u 2 c) E = m c = 4,5442.931 4230 MeV E 4230 d) = =79,5MeV/nuclon A 60 210 Bài 2: Pôlôni 84 Po là nguyên tố phóng xạ nó phóng ra một tia và biến đổi thành hạt nhân con X. Chu kỳ bán rã của Pôlôni là T = 138 ngày. a) Viết phương trình phản ứng. Xác định cấu tạo, tên gọi của hạt nhân X. b) Một mẫu Pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu 0,01g. Tính độ phóng xạ của mẫu trên sau 3 chu kỳ 23 phân rã. Cho biết số Avôgađrô NA = 6,023.10 nguyên tử/mol. c) Tính tỉ số giữa khối lượng pôlôni và khối lượng hạt nhân X trong mẫu trên sau 4 chu kỳ phân rã. a) Viết phương trình phản ứng 210 4 A 84 Po 2 He + Z X Theo định luật bảo toàn số khối: 210 = 4 + A A = 206 Theo định luật bảo toàn điện tích:84 = 2 + Z Z = 82. A 206 Vậy Z X = 82 Pb có 82 prôtôn và số nơtrôn là N = 206-82 = 124 b) Độ phóng xạ H
6. mo + Số hạt nhân Pôlôni lúc đầu: N0 = NA, với m0 = 0,168g, A 23 A = 210, NA = 6,022.10 g/mol -t/T -3 + Số hạt nhân Pôlôni còn lại sau t=3T: N = No 2. = No.2 = No/8 0,693 0,693.N m + Độ phóng xạ :H =  N = N = A o 2,084.1011Bq T 8AT -t/T -4 c) + Số hạt nhân Pôlôni còn lại sau t=4T: N = No 2. = No.2 = No/16 - t/T 15No + Số hạt nhân bị phân rã là: N = N0–N = N0(1 – 2 ) = 16 Số hạt nhân chì tạo thành bằng số hạt nhân Pôlôni phân rã trong cùng thời gian trên. Vì vậy thời gian trên AX 15No AX khối lượng chì là: mX = N. = NA 16NA A No A mPo A 210 Khối lượng Polôni còn lại: mPo = N. = ; = = 0,068 NA 16NA mX 15AX 15.206 Giải các bài tập,2,3, trang 280,281 SGK DUYỆT CỦA LÃNH ĐẠO TỔ TRƯỞNG Phạm Văn Phi