Kiến thức về hạt nhân Nguyên Tử – Vật Lý 12

714
Kiến thức nguyên tử Vật Lý 12
4.6/5 - (11 bình chọn)

Hạt nhân nguyên tử là chuyên đề tương đối quan trọng và thường xuyên xuất hiện trong cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lý những năm gần đây và các câu hỏi thuộc chuyên đề này nằm trong 3 mức độ: Nhận biết (2 câu), thông hiểu (2 câu) và vận dụng (1 câu). Chính vì tầm quan trọng của chuyên đề này nên luyenthidgnl sẽ tổng hợp và chia sẻ toàn bộ kiến thức của chuyên đề này hỗ trợ ác bạn trong quá trình ôn thi môn Vật Lý tốt nghiệp THPT một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất.

A. LÝ THUYẾT VỀ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ VẬT LÝ 12

I. Tính chất và cấu tạo của hạt nhân nguyên tử

1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử

a. Cấu tạo hạt nhân:

Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nuclon bao gồm các thành phần chính sau:

+ proton (kí hiệu là p). Proton có khối lượng là mp = 1,67262.10-27 kg và các hạt proton có điện tích: +e (điện tích dương)

+ notron (ký hiệu là n). Notron có khối lượng là mn = 1,67493.10-27 kg và các hạt notrong không mang điện tích.

b. Ký hiệu của hạt nhân:

Hạt nhân nguyên tử có ký hiệu được viết là

AZX

Trong đó:

+ X: kí hiệu hóa học của nguyên tốt

+ Z: là số hạt proton hay còn được gọi là là số hiệu nguyên tử. Số hiệu nguyên tử Z cũng chính là số thứ tự của nguyên tử trong bảng HTTH.

+ A: là số khối, là số hạt nuclon trong hạt nhân (là tổng số và proton và notron trong hạt nhân).

→ Như vậy ta có thể thấy số lượng hạt notron N = A – Z

c. Kích thước của hạt nhân:

Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất rất nhỏ mà mắt người bình thường không thể nhìn thấy. Kích thước của hạt nhân còn nhỏ hơn kích thước nguyên tử từ 104 tới 10lần.

Nếu ta coi hạt nhân nguyên tử là một khối hình cầu có bán kính là R thì ta sẽ có mối quan hệ giữa R và A theo công thức sau

Mối quan hệ giữa R và A

d. Đồng vị nguyên tố

Đồng vị là những hạt nhân có cùng số lượng Proton (Z) nhưng có số Notron (N) khác nhau. Chính vị mặc dù là nguyên tố giống nhau nhưng do có số lượng notron khác nhau dẫn đến A khác nhau

Ví dụ: Nguyên tốt Hidro có 3 đồng vị: 11H; 21H (Đơtêri: 21D); 31H (Triti: 31T).

2. Khối lượng của hạt nhân

a. Đơn vị khối lượng của hạt nhân

– Nếu so với khối lượng của electron thì khối lượng của hạt nhân rất lớn. Chính vì vậy, khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu và gần như toàn bộ tại hạt nhân.

– Trong chuyên đề vật lí hạt nhân nguyên tử người ta thường sử dụng đơn vị đo khối lượng  chính là đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u.

Đơn vị u được quy ước có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị 126C.

Từ đó, ta có: 1u = 1,66055.10-27kg

  • Khối lượng của electrong: me = 5,486.10-4u;
  • Khối lượng của proton: mp = 1,00728u;
  • Khối lượng của notron mn = 1,00866u;

b. Năng lượng và khối lượng của hạt nhân

– Theo như hệ thức Anhxtanh:

E = mc2

Trong đó:

  • m: là khối lượng của vật.
  • c là tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không. c = 3.108 m/s

Năng lượng của nguyên tử có khối lượng tương ứng 1u (Đơn vị tính là eV – Electron Volt):

E = uc2 ≈ 931,5 MeV

  • Vậy năng lượng tương ứng với khối lượng tương đương 1u ≈ 931,5 MeV/c2
  • MeV/c2 cũng được xem như là đơn vị đo khối lượng hạt nhân.

– Theo lý thuyết của Anhxtanh: một vật có khối lượng m0 kho ở trạng thái nghỉ, thì vật đó sẽ tăng lên m khi di chuyển với vận tốc v. Công thức tính khối lượng m của khi di chuyển được tính như sau:

Trong đó:

  • m0 là khối lượng nghỉ;
  • m: là khối lượng của vật khi chuyển động
  • v: vận tốc chuyển động của vật

Khi đó, năng lượng của vật khi chuyển động được tính bằng công thức:

Vật lý hạt nhân

Năng lượng này được gọi là năng lượng toàn phần.

=> Ta có: E – E0 = (m – m0)c2 là công thức tính động năng của vật

 

II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN – PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

1. Lực hạt nhân

Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân (lực này là lực hút). Lực hạt nhân có tác dụng giúp liên kết các nuclon với nhau.

Về bản chất, lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện và không phụ thuộc vào điện tích của nuclon. So với lực hấp dẫn và lực tĩnh điện, lực hạt nhân có cường độ lớn hơn rất nhiều (lực tương tác mạnh) và lực này chỉ tác dụng khi hai nuclon có khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng kích thước hạt nhân (tương đương 10-15 m).

2. Độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân

a. Độ hụt khối

Khái nhiệm: Độ hụt khối của một hạt nhân được tính là hiệu số giữa tổng khối lượng của các nuclon của hạt nhân và khối lượng của hạt nhân đó, kí hiệu là Δm. Đô hụt khối được tính theo công thức:

Công thức tính độ hụt khối

b. Năng lượng liên kết của hạt nhân

Năng lượng liên kết của một hạt nhân là lượng năng lượng tối thiểu cần phải cung cấp để tách các nuclon. Năng lượng liên kết của hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối với thừa số c2

Công thức tính năng lượng liên kết

c. Năng lượng liên kết riêng

Năng lượng liên kết riêng được tính theo công thức

Wlk/A

Trong đó:

  • Wlk là năng lượng liên kết
  • A: là số khối

Năng lượng liên kết riêng cho ta thấy được mức độ bền vững của nguyên tử và thường là những hạt nhân có số khối A nằm trong khoảng từ 50 đến 95 nằm trong bảng tuần hoàn.

3. Phản ứng hạt nhân

– Phản ứng hạt nhân là phản ứng mà trong quá trình diễn ra các hạt nhân tương tác với nhau và chuyển biến thành hạt nhân khác.

Ví dụ về phản ứng hạt nhân:

Ví dụ về phản ứng hạt nhân

Phản ứng hạt nhân được chia làm 2 loại: Phản ứng hạt nhân kích thích và phản ứng hạt nhân tự phát.

+ Phản ứng hạt nhân tự phát: là trong quá trình một hạt nhân tự phân rã do không bề vững và tạo thành những hạt nhân mới

Ví dụ: quá trình phóng xạ.

+ Phản ứng hạt nhân kích thích: là phản ứng mà các hạt nhân phản ứng với nhau để tạo thành phản ứng mới.

Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch.

a. Định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

+ Định luật bảo toàn nguyên tử số Z (hay bảo toàn điện tích):

Tổng điện tích của các hạt không đổi trước và sau phản ứng

Ví dụ: Dựa vào ví dụ về phản ứng hạt nhân, theo định luật bảo toàn điện tích ta có:

Z1 + Z2 = Z3 + Z4

+ Định luật bảo toàn nuclon (bảo toàn số khối A)

Tổng số nuclôn của các hạt không đổi trước và sau phản ứng

Ví dụ: Dựa vào ví dụ về phản ứng hạt nhân, theo định luật bảo toàn nuclon, ta có:

A1 + A2 = A3 + A4

+ Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:

Năng lượng toàn phần gồm năng lượng ở dạng thông thường (như động năng hay lượng tử năng lượng) và cả bao gồm năng lượng nghỉ.

Tổng năng lượng toàn phần của các hạt không đổi trước phản ứng và sau phản ứng.

+ Định luật bảo toàn động lượng p1 = mv1

Tổng các véctơ động lượng của các hạt trước phản ứng bằng tổng các véctơ động lượng của các hạt sau phản ứng.

*Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn bảo toàn năng lượng nghỉ.

b. Năng lượng phản ứng hạt nhân

mt = mA + mB: là tổng khối lượng của các hạt trước khi phản ứng hạt nhân

ms = mC + mD: là tổng khối lượng của các hạt sau khi phản ứng hạt nhân

 

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (CÓ LỜI GIẢI)

I. Cách viết phương trình phản ứng hạt nhânCác dạng bài tập phản ứng hạt nhânCác dạng bài tập phản ứng hạt nhânII. Dạng bài tính năng lượng phản ứng hạt nhânCác dạng bài tập phản ứng hạt nhân Các dạng bài tập phản ứng hạt nhân Các dạng bài tập phản ứng hạt nhân Các dạng bài tập phản ứng hạt nhânIII. Dạng bài tính động năng, động lượng trong phản ứng hạt nhânBài tập tính động năng và động lượng phản ứng hạt nhân Bài tập tính động năng và động lượng phản ứng hạt nhân Bài tập tính động năng và động lượng phản ứng hạt nhân Bài tập tính động năng và động lượng phản ứng hạt nhân Bài tập tính động năng và động lượng phản ứng hạt nhân

 

C. SƠ ĐỒ TƯ DUY HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

 

D. TỔNG HỢP KIẾN THỨC NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN

Trên đây là toàn bộ kiến thức về nguyên tử hạt nhân Vật Lý 12 dành cho các bạn đang trong quá trình ôn thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lý. Hy vọng thông qua bài viết sẽ giúp các bạn nắm được những lý thuyết và các dạng bài tập thường gặp. Chúc các bạn đạt được kết quả thật tốt trong kỳ thi sắp tới.

Các bạn có thể tham khảo thêm một số bài viết liên quan:

Kiến thức về sóng điện từ

Kiến thức về Sóng ánh sáng

Kiến thức về Lượng tử ánh sáng