Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân<br />
<br />
A - PHẦN MỞ ĐẦU<br />
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.<br />
Hiện nay, khi mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan được áp dụng trong các<br />
kì thi tốt nghiệp và tuyển sinh đại học, cao đẳng thì yêu cầu về việc nhận dạng để<br />
giải nhanh và tối ưu các câu trắc nghiệm, đặc biệt là các câu trắc nghiệm định lượng<br />
là rất cần thiết để có thể đạt được kết quả cao trong kì thi. Trong đề thi tuyển sinh<br />
ĐH và CĐ các năm gần đây môn Vật Lý có những câu trắc nghiệm định lượng khá<br />
khó mà các đề thi trước đó chưa có, nếu chưa gặp và chưa giải qua lần nào thì thí<br />
sinh khó mà giải nhanh và chính xác các câu này.<br />
Để giúp các em học sinh nhận dạng được các câu trắc nghiệm định lượng từ đó<br />
có thể giải nhanh và chính xác từng câu, tôi xin tập hợp ra đây các bài tập điển hình<br />
trong sách giáo khoa và trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi tuyển sinh ĐH – CĐ<br />
trong những năm qua và phân các câu trắc nghiệm này thành những dạng cơ bản từ<br />
đó đưa ra phương pháp giải cho từng dạng. Trong các năm học trước tôi đã trình<br />
bày đề tài này ở các chương: Dao động cơ học – Sóng cơ, sóng âm – Dòng điện<br />
xoay chiều – Dao động và sóng điện từ - Sóng ánh sáng – Lượng tử ánh sáng trong<br />
chương trình Vật lý 12 – Ban cơ bản và đã may mắn được HĐKH Sở GD&ĐT Tỉnh<br />
Bình Thuận thẩm định, đánh giá đạt giải. Tài liệu cũng đã được đưa lên một số<br />
trang web chuyên ngành như: thuvienvatly.com, violet.vn, ..., được khá nhiều thành<br />
viên tải về sử dụng và có những nhận xét tích cực. Vì vậy tôi xin viết tiếp chương<br />
cuối của chương trình Vật Lí 12 – Ban cơ bản: Hạt nhân nguyên tử. Hy vọng rằng<br />
tập tài liệu này giúp ích được một chút gì đó cho các quí đồng nghiệp trong quá<br />
trình giảng dạy và các em học sinh trong quá trình kiểm tra, thi cử.<br />
<br />
Nguyenvanthien2k@gmail.com<br />
<br />
Page 1<br />
<br />
Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân<br />
<br />
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG<br />
1) Đối tượng sử dụng đề tài:<br />
+ Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 12 tham khảo để hướng dẫn học sinh giải bài<br />
tập, đặc biệt là các giải các câu trắc nghiệm định lượng.<br />
+ Học sinh học lớp 12 luyện tập để kiểm tra, thi môn Vật Lý.<br />
2) Phạm vi áp dụng:<br />
Phần Vật lí hạt nhân trong chương trình Vật Lý 12 – Ban Cơ bản.<br />
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
Xác định đối tượng áp dụng đề tài.<br />
Tập hợp các câu trắc nghiệm định lượng trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi<br />
tuyển sinh ĐH – CĐ trong những năm qua (từ khi thực hiện chương trình mới) và<br />
phân các câu trắc nghiệm này thành các dạng bài tập cơ bản.<br />
Hệ thống các công thức, kiến thức liên quan và phương pháp giải cho từng<br />
dạng.<br />
Có hướng dẫn giải chi tiết các câu trắc nghiệm để các em học sinh có thể kiểm<br />
tra so sánh với bài giải của mình.<br />
<br />
Nguyenvanthien2k@gmail.com<br />
<br />
Page 2<br />
<br />
Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân<br />
<br />
B - NỘI DUNG<br />
I. Khối lượng, năng lượng của các hạt vi mô – Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử<br />
* Công thức:<br />
+ Khối lượng tương đối tính: m =<br />
<br />
+ Năng lượng toàn phần: E = mc2 =<br />
<br />
m0<br />
v2<br />
1 2<br />
c<br />
m0<br />
1<br />
<br />
.<br />
<br />
2<br />
<br />
c2.<br />
<br />
v<br />
c2<br />
<br />
+ Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2.<br />
+ Động năng Wđ = E – E0 = mc2 – m0c2 =<br />
<br />
m0<br />
v2<br />
1 2<br />
c<br />
<br />
c2 – m0c2.<br />
<br />
A<br />
<br />
+ Hạt nhân Z X , có A nuclôn; Z prôtôn; N = (A – Z) nơtrôn.<br />
+ Đơn vị khối lượng nguyên tử: 1u = 1,66055.10-27 kg = 931,5 MeV/c2.<br />
+ Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023mol-1.<br />
+ Số hạt nhân trong m gam chất đơn nguyên tử: N =<br />
<br />
m<br />
NA .<br />
A<br />
<br />
* Phương pháp giải:<br />
Để tìm một số đại lượng liên quan đến khối lượng, năng lượng của các hạt vi mô,<br />
cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, ta viết biểu thức liên hệ giữa những đại lượng đã<br />
cho và đại lượng cần tìm, từ đó suy ra và tính đại lượng cần tìm.<br />
* Một số câu trắc nghiệm định lượng minh họa:<br />
1 (CĐ 2011). Một hạt đang chuyển động với tốc độ bằng 0,8 lần tốc độ ánh sáng trong<br />
chân không. Theo thuyết tương đối hẹp, động năng Wđ của hạt và năng lượng nghỉ E0 của<br />
nó liên hệ với nhau bởi hệ thức<br />
A. Wđ =<br />
<br />
3E0<br />
.<br />
2<br />
<br />
B. Wđ =<br />
<br />
8 E0<br />
.<br />
15<br />
<br />
C. Wđ =<br />
<br />
2 E0<br />
.<br />
3<br />
<br />
D. Wđ =<br />
<br />
15 E0<br />
.<br />
8<br />
<br />
2 (CĐ 2012). Biết động năng tương đối tính của một hạt bằng năng lượng nghỉ của nó.<br />
Tốc độ của hạt này (tính theo tốc độ ánh sáng trong chân không c) bằng<br />
A.<br />
<br />
1<br />
c.<br />
2<br />
<br />
B.<br />
<br />
2<br />
c.<br />
2<br />
<br />
C.<br />
<br />
3<br />
c.<br />
2<br />
<br />
D.<br />
<br />
3<br />
c.<br />
4<br />
<br />
3 (ĐH 2009). Một vật có khối lượng nghỉ 60 kg chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc<br />
độ của ánh sáng trong chân không) thì khối lượng tương đối tính của nó là<br />
A. 100 kg.<br />
B. 80 kg.<br />
C. 75 kg.<br />
D. 60 kg.<br />
4 (ĐH 2010). Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, động năng của<br />
hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là<br />
A. 1,25m0c2.<br />
B. 0,36m0c2.<br />
C. 0,25m0c2.<br />
D. 0,225m0c2.<br />
<br />
Nguyenvanthien2k@gmail.com<br />
<br />
Page 3<br />
<br />
Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân<br />
<br />
5 (ĐH 2011). Theo thuyết tương đối, một electron có động năng bằng một nữa năng<br />
lượng nghỉ của nó thì electron này chuyển động với tốc độ bằng<br />
A. 2,41.108 m/s. B. 1,67.108 m/s.<br />
C. 2,24.108 m/s.<br />
D. 2,75.108 m/s.<br />
-27<br />
8<br />
6. Cho 1u = 1,66055.10 kg; c = 3.10 m/s; 1 eV = 1,6.10-19 J. Hạt prôtôn có khối<br />
lượng mp = 1,007276 u, thì có năng lượng nghỉ là<br />
A. 940,86 MeV. B. 980,48 MeV.<br />
C. 9,804 MeV.<br />
D. 94,08 MeV.<br />
7. Một electron được gia tốc đến vận tốc v = 0,5c thì năng lượng sẽ tăng bao nhiêu %<br />
so với năng lượng nghỉ?<br />
A. 50%.<br />
B. 20%.<br />
C. 15,5%.<br />
D. 10%.<br />
8. Một hạt sơ cấp có động năng lớn gấp 3 lần năng lượng nghỉ của nó. Tốc độ của hạt<br />
đó là<br />
A.<br />
<br />
15<br />
c.<br />
4<br />
<br />
B.<br />
<br />
1<br />
c.<br />
3<br />
<br />
C.<br />
<br />
13<br />
c.<br />
4<br />
<br />
D.<br />
<br />
5<br />
c.<br />
3<br />
<br />
9 (CĐ 2009). Biết NA = 6,02.1023 mol-1. Trong 59,5 g 238 U có số nơtron xấp xỉ là<br />
92<br />
23<br />
25<br />
25<br />
A. 2,38.10 .<br />
B. 2,20.10 .<br />
C. 1,19.10 .<br />
D. 9,21.1024.<br />
10. Biết số Avôgađrô là NA = 6,02.1023 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số<br />
khối của nó. Số prôtôn trong 0,27 gam 27 Al là<br />
13<br />
22<br />
22<br />
A. 9,826.10 .<br />
B. 8,826.10 .<br />
C. 7,826.1022.<br />
D. 6,826.1022.<br />
11 (ĐH 2013). Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, khối lượng động<br />
(khối lượng tương đối tính) của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ<br />
ánh sáng trong chân không) là<br />
A. 1,75 m0.<br />
B. 1,25 m0.<br />
C. 0,36 m0.<br />
D. 0,25 m0.<br />
12 (ĐH 2013). Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200 MW. Cho rằng toàn bộ<br />
năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của 235U và đồng vị này<br />
chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi năm có 365 ngày; mỗi phân hạch sinh<br />
ra 200 MeV; số A-vô-ga-đrô NA = 6,02.1023 mol-1. Khối lượng 235U mà lò phản ứng<br />
tiêu thụ trong 3 năm là<br />
A. 461,6 g.<br />
B. 461,6 kg.<br />
C. 230,8 kg.<br />
D. 230,8 g.<br />
* Đáp án: 1C. 2C. 3C. 4C. 5C. 6A. 7C. 8A. 9B. 10C. 11B. 12C.<br />
* Giải chi tiết:<br />
1. Ta có: Wđ =<br />
<br />
m0<br />
1<br />
<br />
2. Ta có: Wđ =<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
m0<br />
1<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
c2 - m0c2 = m0c2(<br />
<br />
2<br />
2<br />
1<br />
- 1) = m0c2 = E0. Đáp án C.<br />
3<br />
3<br />
0, 6<br />
<br />
c2 - m0c2 = m0c2 <br />
<br />
1<br />
1<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
=21-<br />
<br />
1<br />
3<br />
v2<br />
= v=<br />
c.<br />
2<br />
4<br />
2<br />
c<br />
<br />
Đáp án C.<br />
3. Ta có: m =<br />
<br />
m0<br />
v2<br />
1 2<br />
c<br />
<br />
=<br />
<br />
60<br />
<br />
0, 6c <br />
1<br />
<br />
2<br />
<br />
= 75 (kg). Đáp án C.<br />
<br />
c2<br />
<br />
Nguyenvanthien2k@gmail.com<br />
<br />
Page 4<br />
<br />
Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân<br />
<br />
4. Wđ =<br />
<br />
m0<br />
1<br />
<br />
2<br />
<br />
m0<br />
<br />
c2 - m0c2 =<br />
<br />
v<br />
c2<br />
<br />
1<br />
<br />
0, 6c <br />
<br />
2<br />
<br />
c2 - m0c2 = 0,25m0c2. Đáp án C.<br />
<br />
c2<br />
1<br />
m0<br />
5. Ta có: Wđ =<br />
c2 - m0c2 = m0c2 <br />
2<br />
v2<br />
1 2<br />
c<br />
<br />
v=<br />
<br />
1<br />
1<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
=<br />
<br />
3<br />
4<br />
v2<br />
1- 2 =<br />
9<br />
2<br />
c<br />
<br />
5<br />
c = 2,24.108 m/s. Đáp án C.<br />
3<br />
<br />
6. Ta có: E0 = m0c2 = 15,05369.10-11 J = 940,86 MeV. Đáp án A.<br />
m0<br />
<br />
7. Ta có: E = mc2 =<br />
<br />
1<br />
<br />
8. Ta có: Wđ =<br />
<br />
m0<br />
1<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
2<br />
<br />
m0<br />
<br />
c2 =<br />
<br />
v<br />
c2<br />
<br />
1<br />
<br />
(0,5c)<br />
c2<br />
<br />
2<br />
<br />
c2 - m0c2 = 3m0c2 <br />
<br />
c2 = 1,1547m0c2. Đáp án C.<br />
<br />
1<br />
1<br />
<br />
v2<br />
c2<br />
<br />
=41-<br />
<br />
1<br />
v2<br />
=<br />
v=<br />
2<br />
16<br />
c<br />
<br />
15<br />
c.<br />
4<br />
<br />
Đáp án A.<br />
m<br />
.NA.(A – Z) = 220.1023. Đáp án B.<br />
A<br />
m<br />
10. Ta có: Np = .NA.Z = 0,7826.1023. Đáp án C.<br />
A<br />
m0<br />
m<br />
11. Ta có: m =<br />
= 0 = 1,25 m0. Đáp án B.<br />
2<br />
0,8<br />
v<br />
1 2<br />
c<br />
P.t 200.106.3.365.86400<br />
<br />
12. Ta có: N =<br />
= 5913.1023;<br />
E<br />
200.1,6.1013<br />
<br />
9. Ta có: Nn =<br />
<br />
m=<br />
<br />
N . A 5913.1023.235<br />
<br />
= 230823 (g). Đáp án C.<br />
NA<br />
6, 02.1023<br />
<br />
II. Năng lượng hạt nhân<br />
* Công thức:<br />
+ Liên hệ giữa năng lượng và khối lượng: E = mc2.<br />
+ Độ hụt khối của hạt nhân: m = Zmp + (A – Z)mn – mhn.<br />
+ Năng lượng liên kết: Wlk = mc2.<br />
+ Năng lượng liên kết riêng: =<br />
<br />
Wlk<br />
. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn<br />
A<br />
<br />
thì càng bền vững (các hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn ứng với:<br />
50 < A < 80 có năng lượng liên kết riêng cở 8,8 MeV là bền vững hơn cả).<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
+ Năng lượng tỏa ra hoặc thu vào trong phản ứng: Z 1 X1 + Z 1 X2 Z 1 X3 + Z 1 X4.<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
- Khi mtrước = m1 + m2 > msau = m3 + m4: phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.<br />
- Khi mtrước = m1 + m2 < msau = m3 + m4: phản ứng hạt nhân thu năng lượng.<br />
+ Năng lượng tỏa ra hoặc thu vào trong phản ứng hạt nhân:<br />
<br />
Nguyenvanthien2k@gmail.com<br />
<br />
Page 5<br />
<br />