Câu hỏi trang 94 Câu hỏiMở đầu (MĐ)
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?
Vận dụng kiến thức về các loại lực
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 trang 95 Luyện tập (LT) 1
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 \({}_6^{12}C\).
Vận dụng công thức tính độ hụt khối
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 trang 95 Câu hỏi
Tính 1 MeV/c2 ra đơn vị kilôgam.
Sử dụng quan hệ khối lượng năng lượng trong định luật tương đối của Albert Einstein
\(m = \frac{E}{{{c^2}}} = \frac{{1MeV}}{{{c^2}}} = \frac{{{{10}^6}eV}}{{{c^2}}} = \frac{{{{10}^6}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{{{({{3.10}^8})}^2}}} = 1,{78.10^{ - 30}}kg\)
Câu hỏi trang 95 Luyện tập (LT) 2
Tính năng lượng liên kết của hạt nhân \({}_6^{12}C\) ra đơn vị MeV và đơn vị J
Vận dụng công thức tính năng lượng liên kết
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 trang 96 Luyện tập (LT) 1
Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân \({}_6^{12}C\).
Vận dụng công thức tính năng lượng liên kết riêng
\({W_{lkr}} = \frac{{{W_{lk}}}}{A} = \frac{{0,9571.931,5}}{{12}} = 7,4295MeV/nucleon\)
Câu hỏi trang 96 Câu hỏi
Dựa vào Hình 2.3, sắp xếp các hạt nhân sau theo thứ tự độ bền vững tăng dần:
\({}_3^6Li,{}_6^{12}C,{}_7^{14}N,{}_{10}^{20}Ne\)
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.
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 trang 96 Luyện tập (LT) 2
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.
Vận dụng công thức tính độ hụt khối thông qua công thức tính năng lượng liên kết
\(\begin{array}{l}{W_{lk}} = 8,8A = 8,8.56 = 492,8MeV\\ \Rightarrow {W_{lk}} = \Delta m{c^2} = 492,8 \Rightarrow \Delta m = \frac{{{W_{lk}}}}{{{c^2}}} = 492,8MeV/{c^2}\end{array}\)
Câu hỏi trang 97 Thực hành (TH)T
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
Advertisements (Quảng cáo)
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.
Vận dụng hệ thức Einstein
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 trang 97 Vận dụng (VD)
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.
Vận dụng lý thuyết phân hạch
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 trang 99 Luyện tập (LT)
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.
Vận dụng công thức tính công, khối lượng
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 trang 101 Vận dụng (VD)
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
Vận dụng kiến thức đời sống
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.