TIẾT 87: ĐỘ HỤT KHỐI - NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN
I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:
Vận dụng hệ thức Einstein để giải thích nguồn gốc năng lượng hạt nhân.
Học sinh cần hiểu độ hụt khối là gì, điều kiện để một phản ứng hạt nhân tỏa năng
lượng
Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở.
II. CHUẨN BỊ: HS xem Sgk.
III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP:
A. Ổn định:
B. Kiểm tra: Phát biểu hệ thức Einstein giữa năng lượng và khối lượng?
Chứng tỏ rằng các đại lượng trong hai vế của hệ thức được đo bằng cùng một đơn
vị.
C. Bài mới:
PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG
I/
1. Giả sử có Z hạt p và N hạt n
riêng rẽ => khối lượng của chúng:
m0 = ?
I. ĐỘ HỤT KHỐI VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT:
1. Độ hụt khối:
Giả sử có Z proton và N nơtron lúc đầu chưa liên kết với
nhau và đứng yên, thì tổng khối lượng của chúng là:
- Điều đặc biệt trong hạt nhân, sau
khi liên kết chúng lại khối
lượng của hạt nhân m<m0 . Vậy sự
chênh lệch khối lượng m trước
và sau khi liên kết m =?
m0 = Z.mp + N.mn
Nhưng khi chúng liên kết lại với nhau tạo thành một hạt
nhân có khối lượng m, thì m < m0
Vậy, hiệu số
m = mo – m gọi là độ hụt khối của hạt nhân
đó.
2. Áp dụng hệ thức Einstein, năng
lượng của chúng trước liên kết E0
= ? sau liên kết E = ?
Nhận xét gì giữa E và E0 ?
=> E = ?
Học sinh có thể cho biết năng
lượng E có thể được giải phóng
như thế nào?
Theo định luật bảo toàn năng
lượng, muốn phá vỡ hạt nhân
thành các nuclon riêng lẽ thì ta
phải làm gì?
2. Năng lượng liên kết:
Theo hệ thức Einstein, khi các nuclon tồn tại riêng rẽ, thì
tổng năng lượng của chúng là:Eo = moc2
Và, hạt nhân tạo thành có năng lượng là:E = mc2
Vì: m < m0 => E < Eo
Theo định luật bảo toàn năng lượng, thì trước và sau khi
liên kết có một năng lượng được tỏa ra là:
E = Eo – E = (mo – m)c2
E được gọi là năng lượng liên kết
3. Học sinh đã biết E là năng 3. Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng tính cho 1
lượng liên kết của Z proton và N
nơtron.
Mà Z + N = ? (= A: số nuclon)
Vậy nếu chỉ xét 1 nuclon, thì năng
lượng tính cho 1 nuclon: Er = ?
Từ biểu thức: Er =
A
E
, nếu Er lớn
thì năng lượng liên kết như thế
nào? hạt nhân đó như thế nào?
(E hạt nhân bền vững)
nuclon.
Với hạt nhân có số nuclon là A (số khối), thì năng lượng
liên kết riêng là: Er =
A
E
Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì càng
bền vững.
II/ Từ phương trình phản ứng:
A + B = C + D
Tính khối lượng của các hạt nhân:
+ Trước phản ứng: M0 = ?
+ Sau phản ứng: M = ?
Nếu:
+ M0 > M=>năng lượng E0 ? E =>
E?
nhận xét gì về phản ứng này?
II. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG
VÀ THU NĂNG LƯỢNG:
Xét phản ứng hạt nhân sau: A + B = C + D
Gọi M0 = mA + mB: là tổng khối lượng hạt nhân ban đầu.
M = mC + mD: là tổng khối lượng hạt nhân sau
phản ứng.
+ Khi M0 > M => E0 > E =>
E = E0 – E > 0 ta có
phản ứng tỏa năng lượng => một phản ứng trong đó các
hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt ban đầu,
+ M0 < M=>năng lượng E0 ? E =>
E?
=> Nhận xét gì về phản ứng này?
nghãi là bền vững hơn, là phản ứng tỏa năng lượng.
+ Ngược lại, M > M0 => E > E0 =>
E = E0 – E < 0
ta có phản ứng thu năng lượng => một phản ứng trong đó
các hạt sinh ra có khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu
(kém bền vững) là phản ứng thu năng lượng.
Phản ứng thu năng lượng không tự nó sinh ra, mà phải
cung cấp cho A hoặc B một năng lượng dưới dạng động
năng đủ lớn Wđ. Vậy năng lượng của hạt nhân được cung
cấp là:
W =
E + Wđ
III/ Trong phản ứng tỏa nhiệt có 2
loại phản ứng là:
- Phản ứng phân hạch
- Phản ứng nhiệt hạch
Học sinh nắm trước định nghĩa, sẽ
xét cụ thể từng loại ở các bài sau.
III. HAI LOẠI PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG
LƯỢNG:
1. Phản ứng phân hạch:
Phản ứng phân hạch là khi một hạt nhân nặng hấp thụ một
nuclon, thì nó nở ra thành 2 hạt nhân có số khối trung
bình và trong phản ứng tỏa ra một năng lượng xác định.
2. Phản ứng nhiệt hạch:
Phản ứng nhiệt hạch là khi hai hạt nhân hợp với nhau để
tạo thành một hạt nhân nặng hơn và trong phản ứng này
cũng tỏa ra một năng lượng xác định.
D. Củng cố: Nhắc lại: - Độ hụt khối, năng lượng liên kết
- Thế nào là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, thu năng lượng?
- Phản ứng phân hạch, nhiệt hạch (định nghĩa)
E. Dặn dò: BTVN: 4, 5,6 Sgk trang 227, 228
Xem bài: “Sự phân hạch”