Bài 2. Năng lượng hạt nhân trang 94, 95, 96 Vật Lí 12 Cánh diềuCác proton mang điện tích dương nên đẩy nhau theo định luật Coulomb. Nguyên nhân nào khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân? Quảng cáo
Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn
Câu hỏi tr 94 CHMĐ Trả lời câu hỏi mở đầu trang 94 SGK Vật lí 12 Cánh diều Các proton mang điện tích dương nên đẩy nhau theo định luật Coulomb. Nguyên nhân nào khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân? Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức về các loại lực Lời giải chi tiết: Nguyên nhân khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân - Lực hạt nhân là lực chính giữ cho các proton và neutron liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân. - Năng lượng liên kết, số hiệu nguyên tử và số neutron cũng đóng vai trò quan trọng trong sự liên kết của hạt nhân. Câu hỏi tr 95 LT 1 Trả lời câu hỏi luyện tập 1 trang 95 SGK Vật lí 12 Cánh diều Cho biết khối lượng của hạt nhân \({}_6^{12}C\) là 11,99993 u. Sử dụng số liệu trong bảng 1.1 trang 92, tính độ hụt khối của hạt nhân \({}_6^{12}C\). Phương pháp giải: Vận dụng công thức tính độ hụt khối Lời giải chi tiết: Độ chênh lệch giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu là ∆m độ hụt khối = tổng khối lượng các nucleon – khối lượng hạt nhân \(\Delta m = Z.{m_p} + (A - Z).{m_n} - {m_X} = 6.1,00728 + (12 - 6).1,00866 - 11,99993 = 0,09571amu\) Câu hỏi tr 95 CH Trả lời câu hỏi trang 95 SGK Vật lí 12 Cánh diều Tính 1 MeV/c2 ra đơn vị kilôgam. Phương pháp giải: Sử dụng quan hệ khối lượng năng lượng trong định luật tương đối của Albert Einstein Lời giải chi tiết: \(m = \frac{E}{{{c^2}}} = \frac{{1MeV}}{{{c^2}}} = \frac{{{{10}^6}eV}}{{{c^2}}} = \frac{{{{10}^6}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{{{({{3.10}^8})}^2}}} = 1,{78.10^{ - 30}}kg\) Câu hỏi tr 95 LT 2 Trả lời câu hỏi luyện tập 2 trang 95 SGK Vật lí 12 Cánh diều Tính năng lượng liên kết của hạt nhân \({}_6^{12}C\) ra đơn vị MeV và đơn vị J Phương pháp giải: Vận dụng công thức tính năng lượng liên kết Lời giải chi tiết: Năng lượng liên kết của hạt nhân \({}_6^{12}C\) được tính theo công thức: \(\begin{array}{l}{W_{lk}} = \Delta m.{c^2}\\ = \left( {Z.{m_p} + (A - Z).{m_n} - {m_X}} \right){c^2}\\ = \left( {6.1,00728 + (12 - 6).1,00866 - 11,99993} \right).{\left( {{{3.10}^8}} \right)^2}.1,{6605.10^{ - 27}}\\ = 1,{43.10^{ - 11}}J\end{array}\) Câu hỏi tr 96 LT 1 Trả lời câu hỏi luyện tập 1 trang 96 SGK Vật lí 12 Cánh diều Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân \({}_6^{12}C\). Phương pháp giải: Vận dụng công thức tính năng lượng liên kết riêng Lời giải chi tiết: \({W_{lkr}} = \frac{{{W_{lk}}}}{A} = \frac{{0,9571.931,5}}{{12}} = 7,4295MeV/nucleon\) Câu hỏi tr 96 CH Trả lời câu hỏi trang 96 SGK Vật lí 12 Cánh diều Dựa vào Hình 2.3, sắp xếp các hạt nhân sau theo thứ tự độ bền vững tăng dần: \({}_3^6Li,{}_6^{12}C,{}_7^{14}N,{}_{10}^{20}Ne\) Phương pháp giải: Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho một nucleon. Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Lời giải chi tiết: Dựa vào hình 2.3 ta có thể sắp xếp được độ bền vững của các hạt nhân trên theo thứ tự tăng dần như sau: \({}_3^6Li,{}_7^{14}N,{}_6^{12}C,{}_{10}^{20}Ne\) Câu hỏi tr 96 LT 2 Trả lời câu hỏi luyện tập 2 trang 96 SGK Vật lí 12 Cánh diều Hạt nhân \({}_{26}^{56}Fe\) có năng lượng liên kết riêng bằng 8,8 MeV/nucleon là một trong những hạt nhân bền vững nhất trong tự nhiên. Tính độ hụt khối của hạt nhân này. Phương pháp giải: Vận dụng công thức tính độ hụt khối thông qua công thức tính năng lượng liên kết Lời giải chi tiết: \(\begin{array}{l}{W_{lk}} = 8,8A = 8,8.56 = 492,8MeV\\ \Rightarrow {W_{lk}} = \Delta m{c^2} = 492,8 \Rightarrow \Delta m = \frac{{{W_{lk}}}}{{{c^2}}} = 492,8MeV/{c^2}\end{array}\) Câu hỏi tr 97 THT Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 97 SGK Vật lí 12 Cánh diều Ta có thể áp dụng hệ thức Einstein (2.2) để tính năng lượng tỏả ra của phản ứng phân hạch hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) trong Hình 2.4. Trước phản ứng, tổng khối lượng các hạt là mtrước = mn + mU Sau phản ứng, tổng khối lượng các hạt là msau = mKr + mBa + 3mn Thông qua phản ứng, khối lượng của hệ đã giảm đi một lượng là: mtrước - msau Như vậy, phản ứng đã tỏả ra một năng lượng là Etỏa = (mtrước - msau)c2 Cho biết khối lượng nguyên tử của các hạt trong phản ứng phân hạch Hình 2.4 như trong bảng dưới đây:
Tính năng lượng toả ra của phản ứng đó ra đơn vị MeV. Phương pháp giải: Vận dụng hệ thức Einstein Lời giải chi tiết: Trước phản ứng, tổng khối lượng các hạt là mtrước = mn + mU = 1,0087 + 235,0439 = 236,0526 u Sau phản ứng, tổng khối lượng các hạt là msau = mKr + mBa + 3mn = 91,9262 + 140,9144 + 3.1,0087 = 235,8667 u Như vậy, phản ứng đã tỏả ra một năng lượng là Etỏa = (mtrước - msau)c2 = (236,0526 - 235,8667) c2 = 173,166 MeV Câu hỏi tr 97 VD Trả lời câu hỏi vận dụng trang 97 SGK Vật lí 12 Cánh diều Năng lượng tỏả ra khi 1,000 kg \({}_{92}^{235}U\) bị phân hạch hoàn toàn theo phản ứng trong Hình 2.4 tương đương với năng lượng toả ra khi đốt cháy bao nhiêu tấn than đá? Cho biết: khối lượng mol nguyên tử của uranium là 235,0439 g/mol; số Avogadro NA = 6,02.1023 nguyên tử/mol. Mỗi kg than đá khi đốt cháy hoàn toàn toả ra 27.106 J năng lượng nhiệt. Phương pháp giải: Vận dụng lí thuyết phân hạch Lời giải chi tiết: Phản ứng phân hạch của hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) như trong Hình 2.4 tỏa ra năng lượng xấp xỉ bằng 173 MeV. Năng lượng này được gọi là năng lượng phân hạch, do đó để tính năng lượng tỏa ra khi 1000kg \({}_{92}^{235}U\) bị phân hạch hoàn toàn ta cần biết có bao nhiêu hạt nhân \({}_{92}^{235}U\) đã bị phân hạch. Ta có: \(n = \frac{m}{M} = \frac{{{{10}^6}}}{{235,0439}} = 4254,52mol\) \(N = n.{N_A} = 4254,52.6,{02.10^{23}} = 2,{56.10^{27}}\)hạt \(A = 2,{56.10^{27}}.173.1,{602.10^{ - 13}} = 7,{1.10^{16}}J\) Mà mỗi kg than đá khi đốt cháy hoàn toàn toả ra 27.106 J năng lượng nhiệt, số kg than đá cần thiết để sinh ra lượng nhiệt tương ứng như trên là: \(\frac{{7,{{1.10}^{16}}}}{{{{27.10}^6}}} = 2,{6.10^9}kg\) Câu hỏi tr 99 LT Trả lời câu hỏi luyện tập trang 99 SGK Vật lí 12 Cánh diều Arktika là tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân của Nga. Với chiều dài 173 m, cao 15 m, tàu được trang bị hai lò phản ứng hạt nhân, mỗi lò có công suất 175 MW, giúp tàu phá lớp băng dày đến 3 m. Nếu lò phản ứng này sử dụng năng lượng từ sự phân hạch của \({}_{92}^{235}U\), mỗi phân hạch sinh ra trung bình 203 MeV; tính khối lượng \({}_{92}^{235}U\) mà lò phản ứng tiêu thụ trong 1 ngày. Cho số Avogadro NA = 6,02.1023 nguyên tử/mol và khối lượng mol nguyên tử của \({}_{92}^{235}U\) là 235 g/mol.
Phương pháp giải: Vận dụng công thức tính công, khối lượng Lời giải chi tiết: Công mà mỗi lò phản ứng hạt nhân của tàu đó tạo ra trong một ngày: \(N = \frac{{1,{{512.10}^{13}}}}{{3,{{25206.10}^{ - 11}}}} = 4,{65.10^{23}}\) hạt \(n = \frac{N}{{{N_A}}} = \frac{{4,{{65.10}^{23}}.2}}{{6,{{02.10}^{23}}}} = 1,545mol\) Do đó khối lượng \({}_{92}^{235}U\) cần thiết cho cả 2 lò để tàu hoạt động trong một ngày là: \(m = n.M = 1,545.235 = 363,075g\) Câu hỏi tr 101 VD Trả lời câu hỏi vận dụng trang 101 SGK Vật lí 12 Cánh diều Tìm tài liệu như hình ảnh, bài báo,… và dựa vào các tài liệu đó thảo luận với bạn bè về vai trò của một số ngành công nghiệp hạt nhân trong khoa học và đời sống Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức đời sống Lời giải chi tiết: Ngày nay, công nghệ hạt nhân không chỉ là một phần quan trọng của ngành công nghiệp, mà còn đóng vai trò không thể phủ nhận trong việc cải thiện đời sống và tiến bộ khoa học. Dưới đây là những ứng dụng và vai trò của ngành công nghiệp hạt nhân trong cuộc sống hàng ngày và trong lĩnh vực khoa học: Y tế: Chẩn đoán và điều trị ung thư Năng lượng: + Phát điện hạt nhân. + Nghiên cứu và phát triển năng lượng hạt nhân mới. Khoa học: + Nghiên cứu vật lý hạt nhân. + Ứng dụng trong nghiên cứu vật lý khác. Môi trường và bảo vệ: + Xử lý chất thải hạt nhân. + Giảm lượng khí thải carbon. Những ứng dụng và vai trò của ngành công nghiệp hạt nhân đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện đời sống của con người, từ cung cấp năng lượng sạch đến cải thiện phương pháp chẩn đoán và điều trị bệnh tật. Tuy nhiên, cần phải chú ý đến các vấn đề liên quan đến an toàn, bảo vệ môi trường và quản lý chất thải hạt nhân để đảm bảo rằng các ứng dụng này được sử dụng một cách an toàn và bền vững.
Bài đọc
>> Xem chi tiết: Lý thuyết Năng lượng hạt nhân - Vật lí 12 Cánh diều
+
Bài 2. Năng lượng hạt nhân I. Năng lượng liên kết hạt nhân - Lực tương tác giữa các nucleon trong hạt nhân là lực hút, gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nucleon với nhau. - Tương tác hạt nhân chỉ đáng kể khi các hạt nucleon nằm cách nhau một khoảng rất ngắn, bằng hoặc nhỏ hơn kích thước của hạt nhân. Nói một cách khác, bán kính tác dụng của lực hạt nhân cỡ 10-15 m. Muốn tách nucleon ra khỏi hạt nhân, cần phải tốn năng lượng để thắng lực hạt nhân. 1. Độ hụt khối Độ chênh lệch giữa tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân và khối lượng m, của hạt nhân gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu là Δm: \(\Delta m = Z{m_{\rm{p}}} + \left( {A - Z} \right){m_{\rm{n}}} - {m_{\rm{x}}}\) Trong đó: mp là khối lượng hạt proton; mn là khối lượng hạt neutron; mX là khối lượng hạt nhân \(_Z^AX\) 2. Năng lượng liên kết hạt nhân
- Năng lượng liên kết hạt nhân bằng năng lượng tối thiểu cần cung cấp để tách hạt nhân đó thành các nucleon riêng lẻ: \({E_{{\rm{lk}}}} = \Delta m \cdot {c^2} = \left( {Z{m_{\rm{p}}} + \left( {A - Z} \right){m_{\rm{n}}} - {m_{\rm{x}}}} \right){c^2}\) 3. Năng lượng liên kết riêng - Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính cho một nucleon. Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. \({E_{{\rm{lkr}}}} = \frac{{{E_{{\rm{lk}}}}}}{A}\)
II. Sự phân hạch và sự tổng hợp hạt nhân 1. Sự phân hạch Phân hạch là quá trình trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hay nhiều hạt nhẹ hơn. Các hạt này được gọi là sản phẩm phân hạch. Sự phân hạch còn được gọi là phản ứng phân hạch. Phản ứng phân hạch tự phát có thể xảy ra nhưng với xác suất rất nhỏ. Sau đây, ta xét các phản ứng phân hạch kích thích.
Phản ứng phân hạch là phản ứng toả năng lượng. 2. Sự tổng hợp hạt nhân Tổng hợp hạt nhân là quá trình trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ kết hợp lại thành hạt nhân nặng hơn. Quá trình này còn được gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch, phản ứng này toả năng lượng. Điều kiện để xảy ra phản ứng là ở nhiệt độ rất cao cỡ 107 đến 108 K, mật độ đủ lớn, thời gian phản ứng đủ dài. III. Công nghiệp hạt nhân Các ngành công nghiệp hạt nhân như công nghiệp năng lượng hạt nhân, sản xuất vật liệu phóng xạ có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, y học, sản xuất và đời sống. Ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân khai thác và sử ụng năng lượng hạt nhân giải phóng thông qua các phản ứng phân hạch với nhiều mục đích khác nhau như sản xuất điện, tạo lực đẩy cho các phương tiện có công suất lớn (tên lửa, tàu ngầm, tàu phá băng, ... ) di chuyển.
Tuy có những ưu điểm, ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân cũng đặt ra những thách thức về nguy cơ mất an toàn. Chất thải của lò phản ứng hạt nhân đòi hỏi phải có công nghệ xử lí tốt. Sơ đồ tư duy về “Năng lượng hạt nhân”
- Thu gọn
 Chia sẻ Bình luận
Group ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí
|
Danh sách bình luận