Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân và phản ứng hạt nhân

• Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).

• Kết luận:

  • Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh.

  • Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (\(10^{-15}m\))

a. Độ hụt khối

• Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.

• Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu Δm

 \(\Delta m=Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}\)

• Trong đó:

  • \(m_p\) là khối lượng proton.

  • \(m_n\) là khối lượng notron.

  • \(m_X\) là khối lượng hạt nhân \(_{Z}^{A}\textrm{X}\)

b. Năng lượng liên kết

• Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số \(c^2\): 

\(W_{lk}=\Delta mc^2=[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}].c^2\)

• Năng lượng liên kết hạt nhân còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân

c. Năng lượng liên kết riêng

• Năng lượng liên kết riêng (Wlkr) là năng lượng kiên kết tính cho 1 nuclôn

\(\Rightarrow W_{lkr}=\frac{W_{lk}}{A}=\frac{[Zm_{p}+(A-Z)m_{n}-m_{X}]}{A}\)

• Để so sánh tính bền vững của hạt nhân ta dựa vào Năng Lượng liên kết riêng ⇒ Hạt nhân có Năng Lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững (các hạt nhân có 50 < A < 80 gọi là các hạt nhân trung bình ⇒ rất bền vững)

a. Định nghĩa và đặc tính

• Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.

• Phản ứng hạt nhân tự phát

  • Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.

• Phản ứng hạt nhân kích thích

  • Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. 

• Đặc tính:

  • Biến đổi các hạt nhân.

  • Biến đổi các nguyên tố.

  • Không bảo toàn khối lượng nghỉ.

b. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

• Bảo toàn điện tích.

• Boả toàn số nuclôn (bảo toàn số A).

• Bảo toàn năng lượng toàn phần.

• Bảo toàn động lượng.

c. Năng lượng phản ứng hạt nhân

• Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (mtrước - \(m_{_{sau}}\))\(.c^2\)

• Nếu Q > 0 → phản ứng toả năng lượng.

• Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng

Bài 1:

Cho m_He = 40015u, m_p = 1,0073u, m_n = 1,0087u. Tìm năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân \(_{2}^{4}\textrm{He}\)? Lấy \(1u=931,5 \ \frac{MeV}{c^2}\)

Hướng dẫn giải:

\(W_{lk}=[2.1,0073+2.1,0087-4,0015].uc^2\)

\(= (2.1,0073+2.1,0087-4,0015). 931,5\)

\(\Rightarrow W_{lk}=28,41 \ (MeV)\)

Bài 2: 

Cho năng lượng liên kết của \(_{2}^{4}\textrm{He}\) và \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) lần lượt là 28,41 MeV và 492 MeV. Hạt nhân nào bền hơn?

Hướng dẫn giải:

\(W_{lkr \ (He)}= \frac{28,41}{4}=7,1\) Mev/Nuclôn

\(W_{lkr \ (Fe)}= \frac{492}{56}= 8,8\) Mev/Nuclôn

⇒ Hạt nhân \(_{26}^{56}\textrm{Fe}\) bền hơn \(_{2}^{4}\textrm{He}\)

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Năng lượng liên kết của hạt nhân và Phản ứng hạt nhân cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

• Phát biểu được các khái niệm lực hạt nhân – độ hụt khối – năng lượng liên lết – năng lượng liên kết riêng

• Nêu được phản ứng hạt nhân tự phát – phản ứng hạt nhân kích thích

• Giải quyết 1 số bài tập đơn giản .

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 36 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Nguyên tử Plutoni  \(_{94}^{240}\textrm{Pu}\) có khối lượng 240,0538u. Biết khối lượng electron m_e = 5,486.10^-4u. Khối lượng của hạt nhân \(_{94}^{240}\textrm{Pu}\) bằng

  • A. 240,0533u. 
  • B. 239,9221u.  
  • C. 239,9737u
  • D. 240,0022u.

• Câu 2:

  Một nguyên tử có tổng số hạt là 137 trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 31. Hạt nhân nguyên tử đó là

  • A. \(_{42}^{95}\textrm{Mo}\)
  • B.  \(_{38}^{94}\textrm{Sr}\)    
  • C. \(_{54}^{140}\textrm{Xe}\)   
  • D. \(_{41}^{93}\textrm{Nb}\)

• Câu 3:

  Vât có khối lượng nghỉ m₀ đang chuyển động với vận tốc v = 0,6c. Tính động năng của vật

  • A. 0,25m₀.c² 
  • B. 0,6m₀.c²  
  • C. 0,5m₀.c²
  • D. 0,8m₀.c² 

• Câu 4:

  Nitơ tự nhiên có khối lượng nguyên tử m = 14,00670u và gồm hai đồng vị chính là \(_{7}^{14}\textrm{N}\) có khối lượng nguyên tử m₁ = 14,00307u và \(_{7}^{15}\textrm{N}\) có khối lượng nguyên tử m₂ = 15,00011u. Tỉ lệ phần trăm của hai đồng vị đó trong nitơ tự nhiên lần lượt là

  • A. 0,36% \(_{7}^{14}\textrm{N}\) và 99,64% \(_{7}^{15}\textrm{N}\)
  • B. 99,64% \(_{7}^{14}\textrm{N}\) và 0,36% \(_{7}^{15}\textrm{N}\).
  • C. 99,36% \(_{7}^{14}\textrm{N}\) và 0,64% \(_{7}^{15}\textrm{N}\)
  • D. 99,30% \(_{7}^{14}\textrm{N}\) và 0,70% \(_{7}^{15}\textrm{N}\).

• Câu 5:

  Biết vận tốc ánh sáng  trong chân không c = 3.10⁸m/s.Theo hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và  khối lượng thì vật có khối lượng 0,002 g có năng lượng  nghỉ bằng

  • A. 18.10¹⁰ J. 
  • B. 18.10⁹ J.   
  • C. 18.10⁸ J.
  • D. 18.10⁷ J.

Câu 6- Câu 15: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 36 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 36.13 trang 109 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.14 trang 109 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.15 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.16 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.17 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.18 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.19 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 36.20 trang 110 SBT Vật lý 12

Bài tập 1 trang 278 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 2 trang 278 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 3 trang 278 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 4 trang 278 SGK Vật lý 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!