CHUYÊN ĐỀ ÔN THI THPT QG MÔN VẬT LÝ
vectorstock.com/28062405
Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN EBOOK PHÁT TRIỂN NỘI DUNG
TÀI LIỆU BÀI GIẢNG BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPTQG VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 6,7 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG - VẬT LÝ HẠT NHÂN WORD VERSION | 2020 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI, THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI 1) Thí nghiệm Hertz về hiện tượng quang điện a) Thí nghiệm ▪ Chiếu chùm ánh sáng tử ngoại phát ra từ hồ quang vào tấm kẽm tích điện âm (tấm kẽm đang thừa electron) gắn trên diện nghiệm ta thấy hai lá của điện nghiệm cụp lại, tấm kẽm mất điện tích âm. ▪ Chắn chùm tia từ ngoại từ hồ quang bằng một tấm kính thì hiện tượng không xảy ra. ▪ Thay tấm kẽm tích điện âm bằng tấm kẽm tích điện dương, hiện tượng cũng không xảy ra. Thay tấm kẽm bằng các kim loại khác tích điện âm hiện tượng xảy ra bình thường. Kết luận: Khi chiếu chùm ánh sáng thích hợp có bước sóng ngắn vào bề mặt một tấm kim loại thì nó làm cho các electron ở bề mặt tấm kim loai bị bật ra. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện. Các e bị bật ra gọi là các e quang điện. b) Khái niệm hiện tượng quang điện ngoài Hiện tượng electron bị bật ra khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào một tấm kim loại được gọi là hiện tượng quang điện ngoài, hay gọi tắt là hiện tượng quang điện. 2) Thí nghiệm với tế bào quang điện a) Khái niệm về tế bào quang điện Tế bào quang điện là một bình chân không (đã được hút hết không khí bên trong), gồm có hai điện cực: ▪ Anot là một vòng dây kim loại. ▪ Catot có dạng chỏm cầu bằng kim loại. ▪ Khi chiếu vào catốt của tế bào quang điện ánh sáng đơn sắc có bước sóng thích hợp thì trong mạch xuất hiện một dòng điện gọi là dòng quang điện. b) Kết quả thí nghiệm ▪ Với mỗi kim loại dùng làm catot, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ nhỏ hơn một giới hạn λ0 nào đó thì hiện tượng mới xảy ra. ▪ Cường độ dòng quang điện phụ thuộc vào UAK theo đồ thị sau: + UAK > 0: Khi UAK tăng thì I tăng, đến giá trị nào đó, I đạt đến giá trị bão hòa. Lúc đó UAK tăng thì I vẫn không tăng. + UAK < 0: I không triệt tiêu ngay mà phải đến giá trị UAK = Uh < 0 nào đó. ♥ Chú ý: ▪ Muốn cho dòng quang điện triệt tiêu thì phải đặt giữa AK một hiệu điện thế hãm Uh < 0, trị số của Uh phụ thuộc vào bước sóng λ của chùm sáng kích thích. ▪ Dòng quang điện bão hòa khi tất cả các electron bứt ra khỏi Catot đều đến được Anot. ▪ Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích mà không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. mv 2 ▪ Độ lớn của Uh được tính từ biểu thức của định lý động năng: 0 max = eU h , trong đó e = –1,6.10–19 C 2 –31 là điện tích của electron, m = 9,1.10 kg là khối lượng của electron. II. CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 1) Định luật I : (Định luật về giới hạn quang điện) a) Phát biểu Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện λ0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện. Biểu thức: λ ≤ λ0 b) Đặc điểm Giới hạn quang điện của mỗi kim loại (kí hiệu λ0) là đặc trưng riêng cho kim loại đó. Giới hạn kim loại của một số kim loại hình: Tên kim loại Giới hạn quang điện (λ0) Bạc (Ag) 0,26 µm BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 1
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Đồng (Cu) 0,3 µm Kẽm (Zn) 0,35 µm Nhôm (Al) 0,36µm Canxi (Ca) 0,43 µm Natri (Na) 0,5 µm Kali (K) 0,55 µm Xesi (Cs) 0,58 µm
♥ Chú ý: Quan sát bảng giá trị giới hạn quang điện của các kim loại điển hình hay dùng ta thấy rằng các kim loại kiềm có giới hạn quang điện khá lớn nên khi chiếu ánh sáng vào hiện tượng quang điện có thể dễ xảy ra hơn với các kim loại Kẽm hay Đồng hơn là các kim loại kiềm. 2) Định luật II : (Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa) Với ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp (λ ≤ λ0) thì cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ với cường độ của chùm sáng kích thích. 3) Định luật III : (Định luật về động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện) Động năng ban đầu cực đại của các electrong quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kich thích và bản chất kim loại dùng làm catốt. ♥ Chú ý: ▪ Kí hiệu động năng ban đầu cực đại là Wđmax thì theo định luật quang điện III ta thấy Wđmax chỉ phụ thuộc vào λ và bản chất kim loại dùng làm Catot, do mỗi kim loại có một giới hạn quang điện nhất định nên nói một cách khác, động năng ban đầu cực đại phụ thuộc vào λ và λ0. ▪ Trong nội dung của chương trình Chuẩn thì chỉ dừng lại ở Định luật quang điện I, các định luật II và III chỉ mang tính tham khảo. III. THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1) Giả thuyết về lượng tử năng lượng Planck Theo nhà bác học người Đức, Planck, Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, được ký hiệu là ε và có biểu thức ε = h.f Trong đó: f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra h là một hằng số, được gọi là hằng số Plack có giá trị h = 6,625.10–34 J.s 2) Sự bất lực của thuyết sóng ánh sáng Theo thuyết sóng ánh thì ánh sáng là một chùm sóng điện từ. Khi đạp vào bề mặt kim loại sẽ làm cho các e ở bề mặt kim loại dao động, cường độ chùm sáng càng lớn thì các e dao động càng mạnh và bật ra ngoài tạo thành dòng quang điện. Do đó bất kì chùm sáng nào có cường độ đủ mạnh cũng gây ra hiện tượng quang điện (trái với định luật I) và động năng ban đầu cực đại của các e chỉ phụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích (trái với định luật III). 3) Thuyết lượng tử ánh sáng Nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng do nhà bác học Anhxtanh nêu lên có 3 nội dung chính: ε ▪ Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn, mỗi phôtôn còn gọi là các lượng tử có năng lượng xác định ε = h.f, cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây. ▪ Phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo các tia sáng. ▪ Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ phôtôn. ♥ Chú ý: ▪ Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt đứt quãng, mỗi phần đó mang một năng lượng hoàn toàn xác định - Chùm sáng là một chùm hạt mỗi hạt là một phôtôn mang một năng lượng xác định. ▪ Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử năng lượng không bị thay đổi, không phụ thuộc cách nguồn sáng xa hay gần. IV. GIẢI THÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 1) Hệ thức Anhxtanh ▪ Anhxtanh coi chùm sáng là chùm hạt, mỗi hạt là một phôtôn mang một năng lượng xác định ε = h.f. ▪ Trong hiện tượng quang điện có sự hấp thụ hoàn toàn phô tôn chiếu tới. Mỗi phôtôn bị hấp thụ sẽ BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 2
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron. Đối với các electron trên bề mặt năng lượng ε này dùng làm hai việc: - Cung cấp cho electron một công thoát A để thắng lực liên kết trong tinh thể và thoát ra ngoài. - Cung cấp cho electron một động năng ban đầu cực đại để electron bay đến Anot. mv02max Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có ε = hf = A + Wđ max = A + 2 Công thức trên được gọi là hệ thức Anhxtanh. ♥ Chú ý: Thay công thức tính tần số f = c/λ hoặc động năng theo Uh ta được các hệ quả của hệ thức Anhxtanh mv 2 mv 2 hc = A + 0 max = A + eU h ε = hf = A + Wđ max = A + 0 max = A + eU h ⇔ 2 2 λ Các hằng số : h = 6,625.10–34J.s, c = 3.108 m/s, m = 9,1.10–31kg, e = –1,6.10–19 C. 2) Giải thích các định luật quang điện a) Giải thích Định luật I Để xảy ra hiện tượng quang điện, năng lượng một phôtôn phải lớn hơn công thoát A (là năng lượng để giữ các electron ở lại tấm kim loại). c hc Khi đó ta có ε ≥ A ⇔ hf ≥ A ⇔ h ≥ A → λ ≤ (1) λ A hc Đặt λ0 = , được gọi là giới hạn quang điện. A Khi đó (1) được viết lại là λ ≤ λ0 b) Giải thích Định luật II Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ với số electron quang điện. Số electron quang điện tỉ lệ với số phô tôn đến đập vào Catot trong một đơn vị thời gian. Số phôton đến đập vào Catot trong một đơn vị thời gian tỉ lệ với cường độ chùm sáng. Vậy cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ với cường độ chùm sáng. c) Giải thích Định luật III mv 2 mv 2 hc Từ hệ thức Anhxtanh ta có hf = A + Wđ max = A + 0 max ⇔ = A + 0 max 2 2 λ Ta thấy động năng ban đầu cực đại (Wđmax) chỉ phụ thuộc vào λ và A, tức là bước sóng của chùm sáng chiếu vào kim loại và bản chất kim loại làm Catot. ♥ Chú ý: hc hc ▪ Từ công thức tính giới hạn quang điện λ0 = → A= , thay vào hệ thức Anhxtanh ta được 0 A λ0 mv02max mv 2 hc hc hc mv02max ⇔ = A + 0 max ⇔ = + 2 λ 2 λ λ0 2 ▪ Trong các công thức tính toán thì tích số h.c thường được lặp lại nhiều lần trong các bước tính, để thuận tiện ta lưu giá trị của hằng số này hc = 19,875.10–26 ▪ Giá trị của v0max dao động trong khoảng từ 105 (m/s) đến 107 (m/s). 5) Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng Hiện tượng giao thoa chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng, hiện tượng quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt. Vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt. IV. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1. Tính năng lượng phôtôn ứng với ánh sáng có bước sóng λ1 = 0,768 µm; λ2 = 0,589 µm; λ3 = 0,444 µm. Hướng dẫn giải: hf = A +
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 3
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG hc 6,625.10 −34.3.10 8 ε = = = 25,87.10 − 20 ( J ) 1 −6 λ 0 , 768 . 10 1 hc 6,625.10 −34.3.10 8 Áp dụng công thức tính lượng tử năng lượng ta có = = 33,74.10 −20 ( J ) ε 2 = −6 λ2 0,589.10 hc 6,625.10 −34.3.108 ε 3 = = = 44,76.10 − 20 ( J ) −6 λ3 0,444.10
Ví dụ 2. Tính bước sóng và tần số của ánh sáng có năng lượng phôtôn là 2,8.10–19 (J). Hướng dẫn giải: −19 ε 2,8.10 = 4,226.1014 Hz f = = −34 h 6 , 625 . 10 hc Ta có ε = hf = → −16 λ λ = hc = 19,875.10 = 0,7( µm) − 19 2,8.10 ε Ví dụ 3. Tìm giới hạn quang điện của kim loại. Biết rằng năng lượng dùng để tách một electron ra khỏi kim loại được dùng làm catốt của một tế bào quang điện là 3,31.10–19 (J). Hướng dẫn giải: Năng lượng để tách electron ra khỏi kim loại là công thoát A của kim loại đó, vậy A = 3,31.10–19 (J). hc 19,975.10 −26 Theo công thức tính giới hạn quang điện ta có λ0 = = = 0,6( µm) A 3,31.10 −19 Ví dụ 4. Một tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ0 = 600 nm được chiếu bởi một tia sáng đơn sắc có bước sóng λ = 400 nm. Tính a) công thoát A của kim loại. b) vận tốc cực đại của electron bứt ra. Hướng dẫn giải: hc hc 19,975.10 −26 a) Theo công thức tính giới hạn quang điện λ0 = ⇒ A = = = 3,3125.10 −19 J −9 A 0 600.10 λ0 b) Theo hệ quả từ hệ thức Anhxtanh ta có : hc hc mv 02 max = + λ λ0 2 hc hc 1 1 1 1 2 − 2hc − 2.19,875.10 −26 − −9 −9 λ λ λ λ 400 . 10 600 . 10 0 0 = 6.10 5 (m / s) → v 02 max = = = m m 9,1.10 −31 Vậy v0max = 6.105 (m/s). Ví dụ 5. Công thoát electron ra khỏi kim loại A = 6,625.10–19 J, hằng số Plăng h = 6,625.10–34 J.s, vận tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s. Tính giới hạn quang điện của kim loại đó. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số : λ0 = 0,300 µm. Ví dụ 6. Chiếu bức xạ tử ngoại có λ = 0,25 µm vào một tấm kim loại có công thoát 3,45 eV. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là bao nhiêu? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số : v0max = 7,3.105 m/s. Ví dụ 7. Catốt của một tế bào quang điện làm bằng Cesi có giới hạn quang điện là 0,66 µm. Chiếu vào catốt ánh sáng tử ngoại có bước sóng 0,33 µm. Động năng ban đầu cực đại của quang electron có giá trị bao nhiêu? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 4
–19
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Đáp số: Wd.max = 3,01.10 J. Ví dụ 8. Giới hạn quang điện của kẽm là 0,36 µm, công thoát e của kẽm lớn hơn natri 1,4 lần. Giới hạn quang điện của natri có giá trị là bao nhiêu ? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số : λ0 = 0,504 µm. Ví dụ 9. Chiếu bức xạ có bước sóng λ1 = 0,405 µm vào catôt của 1 tế bào quang điện thì vận tốc ban đầu cực đại của electrôn là v1, thay bức xạ khác có tần số f2 = 16.1014 Hz thì vận tốc ban đầu cực đại của electrôn là v2 = 2v1. Công thoát của electrôn ra khỏi catôt là ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số : A = 3.10–19 J. Ví dụ 10. Catốt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ = 322 nm. Tính a) công thoát của electron. b) vận tốc ban đầu cực đại của electron bắn ra từ catốt khi chiếu vào nó chùm sáng đơn sắc có bước sóng 250 nm. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số: a) A = 3,74.10–3 eV. b) v0max = 1,31.106 m/s. Ví dụ 11. Một lá Niken có công thoát là 5 eV, được chiếu bằng ánh sáng tử ngoại có bước sóng λ = 0,2 µm. Xác định vận tốc ban đầu cực đại của các electron bắn ra từ catôt. Đáp số: v0max = 6,65.106 m/s. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 12. (TN-2008): Giới hạn quang điện của đồng (Cu) là λ0 = 0,30 µm. Biết hằng số h = 6,625.10-34 J.s và vận tốc truyền ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s. Công thoát của êlectrôn khỏi bề mặt của đồng là A. 6,625.10–19 J. B. 6,265.10–19 J. C. 8,526.10–19 J. D. 8,625.10–19 J. Hướng dẫn giải: −34 8 hc 6,625.10 .3.10 Công thoát: A = = = 6,625.10 −19 J . Đáp án A −6 λ0 0,3.10 Ví dụ 13. Giới hạn quang điện của Ge là λ0 = 1,88 µm. Tính năng lượng kích họat (năng lượng cần thiết để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn) của Ge? Hướng dẫn giải: hc hc 6,625.10 −34.3.10 8 Từ công thức λ0 = ⇒ A = = = 1,057.10 −19 J = 0,66eV A λ0 1,88.10 −6 Ví dụ 14. Một kim loại có công thoát là 2,5eV. Tính giới hạn quang điện của kim loại đó : A. 0,4969 µm B. 0,649 µm C. 0,325 µm D. 0,229 µm Hướng dẫn giải: hc 6,625.10 −34.3.108 Giới hạn quang điện λ0 = = = 4,96875.10 −7 m = 0,4969 µm . Đáp án A A 2.5.1,6.10 −19 Ví dụ 15. Catốt của một tế bào quang điện có công thoát bằng 3,5eV. a) Tìm tần số giới hạn và giới hạn quang điện của kim loại ấy. b) Khi chiếu vào catốt một bức xạ có bước sóng 250 nm - Tìm hiệu điện thế giữa A và K để dòng quang điện bằng 0. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 5
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG - Tìm động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện. - Tìm vận tốc của các êlectron quang điện khi bật ra khỏi K. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI, THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Câu 1. Hiện tượng bứt electron ra khỏi kim loại, khi chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp lên kim loại được gọi là A. hiện tượng bức xạ. B. hiện tượng phóng xạ. C. hiện tượng quang dẫn. D. hiện tượng quang điện. Câu 2. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bứt ra khỏi bề mặt của tâm kim loại khi A. có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó. B. tấm kim loại bị nung nóng. C. tấm kim loại bị nhiễm điện do tiếp xúc với vật nhiễm điện khác. D. tấm kim loại được đặt trong điện trường đều. Câu 3. Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì A. tấm kẽm mất dần điện tích dương. B. tấm kẽm mất dần điện tích âm. D. điện tích âm của tấm kẽm không đổi. C. tấm kẽm trở nên trung hoà về điện. Câu 4. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là A. bước sóng của ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại. B. công thoát của các electron ở bề mặt kim loại đó. C. bước sóng giới hạn của ánh sáng kích thích để gây ra hiện tượng quang điện kim loại đó. D. hiệu điện thế hãm. Câu 5. Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là A. bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó để gây ra được hiện tượng quang điện B. bước sóng ngắn nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó để gây ra được hiện tượng quang điện C. công nhỏ nhất dùng để bứt electron ra khỏi kim loại đó D. công lớn nhất dùng để bứt electron ra khỏi kim loại đó Câu 6. Giới hạn quang điện tuỳ thuộc vào A. bản chất của kim loại. B. điện áp giữa anôt cà catôt của tế bào quang điện. C. bước sóng của anh sáng chiếu vào catôt. D. điện trường giữa anôt và catôt. Câu 7. Để gây được hiệu ứng quang điện, bức xạ dọi vào kim loại được thoả mãn điều kiện là A. tần số lớn hơn giới hạn quang điện. B. tần số nhỏ hơn giới hạn quang điện. C. bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện. D. bước sóng lớn hơn giới hạn quang điện. Câu 8. Khi chiếu sóng điện từ xuống bề mặt tấm kim loại, hiện tượng quang điện xảy ra nếu A. sóng điện từ có nhiệt độ đủ cao. B. sóng điện từ có bước sóng thích hợp. C. sóng điện từ có cường độ đủ lớn. D. sóng điện từ phải là ánh sáng nhìn thấy được. Câu 9. Trong trường hợp nào dưới đây có thể xảy ra hiện tượng quang điện? Ánh sáng Mặt Trời chiếu vào A. mặt nước biển. B. lá cây. C. mái ngói. D. tấm kim loại không sơn. Câu 10. Giới hạn quang điện của các kim loại như bạc, đồng, kẽm, nhôm nằm trong vùng A. ánh sáng tử ngoại. B. ánh sáng nhìn thấy được. C. ánh sáng hồng ngoại. D. cả ba vùng ánh sáng nêu trên. Câu 11. Giới hạn quang điện của các kim loại kiềm như canxi, natri, kali, xesi nằm trong vùng A. ánh sáng tử ngoại. B. ánh sáng nhìn thấy được. C. ánh sáng hồng ngoại. D. cả ba vùng ánh sáng nêu trên. Câu 12. Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,5 µm lần lượt vào bốn tấm nhỏ có phủ canxi, natri, kali và xesi. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra ở B. hai tấm. C. ba tấm. D. cả bốn tấm. A. một tấm. Câu 13. Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc vào một tấm kẽm. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng A. 0,1 µm. B. 0,2 µm. C. 0,3 µm. D. 0,4 µm. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 6
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Câu 14. Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,75 µm và λ2 = 0,25 µm vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện λ0 = 0,35 µm. Bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện? A. Cả hai bức xạ. B. Chỉ có bức xạ λ2. C. Chỉ có bức xạ λ1. D. Không có bức xạ nào trong 2 bức xạ đó. Câu 15. Electron quang điện bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu ánh sáng nếu A. cường độ của chùm sáng rất lớn. B. bước sóng của ánh sáng lớn. C. tần số ánh sáng nhỏ. D. bước sóng nhỏ hơn hay bằng một giới hạn xác định. Câu 16. Với một bức xạ có bước sóng thích hợp thì cường độ dòng quang điện bão hoà A. triệt tiêu, khi cường độ chùm sáng kích thích nhỏ hơn một giá trị giới hạn. B. tỉ lệ với bình phương cường độ chùm sáng. C. tỉ lệ với căn bậc hai của cường độ chùm sáng. D. tỉ lệ với cường độ chùm sáng. Câu 17. Điều nào dưới đây sai, khi nói về những kết quả rút ra từ thí nghiệm với tế bào quang điện? A. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của tế bào quang điện luôn có giá trị âm khi dòng quang điện triệt tiêu. B. Dòng quang điện vẫn còn tồn tại ngay cả khi hiệu điện thế giữa anốt và catôt của tế bào quang điện bằng không. C. Cường độ dòng quang điện bão hoà không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích. D. Giá trị của hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. Câu 18. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về động năng ban đầu cực đại của các êlectron quang điện. A. Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích. B. Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. C. Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện không phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catôt. D. Động năng ban đầu cực đại của các electron quang điện phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm catôt. Câu 19. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi chiếu vào kim loại ánh sáng thích hợp. B. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi nó bị nung nóng. C. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi đặt tấm kim loại vào trong một điện trường mạnh. D. Hiện tượng quang điện là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi kim loại khi nhúng tấm kim loại vào trong một dung dịch. Câu 20. Dòng quang điện đạt đến giá trị bão hòa khi A. tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều đi về được anôt. B. tất cả các electron bật ra từ catôt khi catôt được chiếu sáng đều quay trở về được catôt. C. có sự cân bằng giữa số electron bật ra từ catôt và số electron bị hút quay trở lại catôt. D. số electron đi về được catôt không đổi theo thời gian. Câu 21. Theo giả thuyết lượng tử của Planck thì một lượng tử năng lượng là năng lượng A. của mọi electron. B. của một nguyên tử C. của một phân tử. D. của một phôtôn. Câu 22. Theo thuyết phôtôn của Anh-xtanh, năng lượng A. của mọi phôtôn đều bằng nhau. B. của một phôtôn bằng một lượng tử năng lượng. C. giảm dần khi phôtôn ra xa dần nguồn sáng. D. của phôton không phụ thuộc vào bước sóng. Câu 23. Phát biểu mào sau đây là sai khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng ? A. Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng. B. Chùm sáng là dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn. C. Năng lượng của các phôtôn ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. D. Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 7
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
nguồn sáng. Câu 24. Trong các công thức nêu dưới đây, công thức nào là công thức của Anh-xtanh mv 2 mv 2 mv 2 mv 2 A. hf = A + 0 max B. hf = A + 0 max C. hf = A − 0 max D. hf = 2 A + 0 max 2 4 2 2 Câu 25. Theo các quy ước thông thường, công thức nào sau đây đúng cho trường hợp dòng quang điện triệt tiêu? mv 2 mv 2 mv 2 1 A. eU h = A + 0 max B. eU h = A + 0 max C. eU h = 0 max D. eU h = mv02max 2 4 2 2 Câu 26. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho hiện tượng quang điện là cơ sở để thiết lập định luật nào của hiện tượng này? A. định luật I. B. Định luật II. C. định luật III. D. Không định luật nào. Câu 27. Catốt của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có giới hạn quang điện λ0 = 0,5 µm. Muốn có dòng quang điện trong mạch thì ánh sáng kích thích phải có tần số A. f = 2.1014 Hz. B. f = 4,5.1014 Hz. C. f = 5.1014 Hz. D. f = 6.1014 Hz. Câu 28. Chiếu một chùm sáng đơn sắc vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện λ0 = 0,36 µm. Hiện tượng quang điện sẽ không có nếu ánh sáng có bước sóng A. λ = 0,1 µm. B. λ = 0,2 µm. C. λ = 0,6 µm. D. λ = 0,3 µm. Câu 29. Biết công cần thiết để bức electron ra khỏi tế bào quang điện là A = 4,14 eV. Hỏi giới hạn quang điện của tế bào? A. λ0 = 0,3 µm. B. λ0 = 0,4 µm. C. λ0 = 0,5 µm. D. λ0 = 0,6 µm. Câu 30. Công thoát electron của một kim loại là A = 4 eV. Giới hạn quang điện của kim loại này là A. 0,28 µm. B. 0,31 µm. C. 0,35 µm. D. 0,25 µm. Câu 31. Công thoát electron của một kim loại là A0, giới hạn quang điện là λ0. Khi chiếu vào bề mặt kim loại đó chùm bức xạ có bước sóng λ = 0,5λ0 thì động năng ban đầu cưc đại của electron quang điện bằng A. A0. B. 2A0. C. 0,75A0. D. 0,5A0. Câu 32. Năng lượng của một phôtôn được xác định theo biểu thức A. ε = hλ. B. ε = hc/λ C. ε = cλ/h D. ε = hλ/c Câu 33. Một tia X mềm có bước sóng 125 pm. Năng lượng của phôtôn tương ứng có giá trị nào sau đây? A. 104 eV. B. 103 eV. C. 102 eV. D. 2.104 eV. Câu 34. Giới hạn quang điện của chì sunfua là 0,46 eV. Để quang trở bằng chì sunfua hoạt động được, phải dùng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn giá trị nào sau đây? A. 2,7 µm. B. 0,27 µm. C. 1,35 µm. D. 5,4 µm. Câu 35. Cường độ dòng quang điện bão hoà A. tỉ lệ nghịch với cường độ chùm ánh sáng lích thích. B. tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng lích thích. C. không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng lích thích. D. tỉ lệ thuận với bình phương cường độ chùm ánh sáng kích thích. Câu 36. Điều nào sau đây là sai khi nói đến những kết quả rút ra từ thí nghiệm với tế bào quang điện ? A. Cường độ dòng quang điện bão hòa không phụ thuộc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích. B. Giá trị của hiệu điện thế hãm phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. C. Dòng quang điện vẫn tồn tại ngay cả khi hiệu điện thế giữa anốt và catốt bằng không. D. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt luôn có giá trị âm khi dòng quang điện triệt tiêu. Câu 37. Chọn phát biểu sai ? A. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng λ của ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện. B. Cường độ dòng quang điện bảo hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích C. Cường độ chùm ánh sáng càng mạnh thì vận tốc ban đầu cực đại của êlectron càng lớn D. Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bức ra khỏi bề mặt kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Câu 38. Phát biểu nào dưới đây về lưỡng tính sóng hạt là sai ? A. Hiệu tượng giao thoa ánh sáng thể hiện tính chất sóng. B. Hiện tượng quang điện ánh sáng thể hiện tính chất hạt. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 8
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG C. Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn càng thể hiện rõ tính chất sóng. D. Các sóng điện từ có bước sóng càng dài thì tính chất sóng càng thể hiện rõ hơn tính chất hạt. Câu 39. Chọn câu đúng ? A. Khi tăng cường độ của chùm ánh sáng kích thích kên hai lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên hai lần. B. Khi tăng bước sóng của chùm ánh sáng kích thích lên hai lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên hai lần. C. Khi giảm bước sóng của chùm ánh sáng kích thích xuống hai lần thì cường độ dòng quang điện tăng lên hai lần. D. Khi ánh sáng kích thích gây ra được hiện tượng quang điện. Nếu giảm bước sóng của chùm bức xạ thì động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện tăng lên. Câu 40. Theo quan điểm của thuyết lượng tử phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Chùm ánh sáng là một dòng hạt, mỗi hạt là một phôtôn mang năng lượng. B. Cường độ chùm sáng tỉ lệ thuận với số phôtôn trong chùm. C. Khi ánh sáng truyền đi các phôtôn ánh sáng không đổi, không phụ thuộc khoảng cách đến nguồn sáng. D. Các phôtôn có năng lượng bằng nhau vì chúng lan truyền với vận tốc bằng nhau. Câu 41. Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích. B. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện phụ thuộc vào bản chất kim loại dùng làm catôt. C. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện không phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích. D. Động năng ban đầu cực đại của êlectron quang điện phụ thuộc vào bước sóng của chùm ánh sáng kích thích. Câu 42. Chọn câu đúng ? A. Hiện tượng giao thoa dễ quan sát đối với ánh sáng có bước sóng ngắn. B. Hiện tượng quang điện chứng tỏ tính chất sóng của ánh sáng. C. Những sóng điện từ có tần số càng lớn thì tính chất sóng thể hiện càng rõ. D. Sóng điện từ có bước sóng lớn thì năng lượng phôtôn nhỏ. Câu 43. Trong các ánh sáng đơn sắc sau đây. Ánh sáng nào có khả năng gây ra hiện tượng quang điện mạnh nhất? A. Ánh sáng tím. B. Ánh sáng lam. C. Ánh sáng đỏ. D. Ánh sáng lục. Câu 44. Chọn câu phát biểu đúng ? A. Hiện tượng giao thoa dễ quan sát đối với ánh sáng có bước sóng ngắn. B. Hiện tượng quang điện chứng tỏ tính chất hạt của ánh ánh sáng. C. Những sóng điện từ có tần số càng lớn thì tính chất sóng thể hiện càng rõ. D. Sóng điện từ có bước sóng lớn thì năng lượng phô tôn càng lớn. Câu 45. Electron quang điện có động năng ban đầu cực đại khi A. phôtôn ánh sáng tới có năng lượng lớn nhất. B. công thoát electron có năng lượng nhỏ nhất. C. năng lượng mà electron thu được lớn nhất. D. năng lượng mà electron bị mất đi là nhỏ nhất. Câu 46. Người ta không thấy có electron bật ra khỏi mặt kim loại khi chiếu chùm sáng đơn sắc bước sóng vào nó. Đó là vì A. chùm sáng có cường độ quá nhỏ. B. kim loại hấp thụ quá ít ánh sáng đó. C. công thoát e nhỏ so với năng lượng của phôtôn. D. bước sóng của bức xạ lớn hơn giới hạn quang điện. Câu 47. Khi nói về phôtôn, phát biểu nào dưới đây là sai? A. Mỗi phôtôn có một năng lượng xác định. B. Phôtôn luôn chuyển động với tốc độ rất lớn trong không khí. C. Tốc độ của các phôtôn trong chân không là không đổi. D. Động lượng của phôtôn luôn bằng không. Câu 48. Một tấm kẽm tích điện âm nếu chiếu vào một chùm tia hồng ngoại sẽ có hiện tượng gì xảy ra ? A. Tấm kẽm mất điện tích âm. B. Tấm kẽm mất bớt electron. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 9
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG C. Tấm kẽm mất bớt điện tích dương. D. Không có hiện tượng gì xảy ra. Câu 49. Kim loại Kali có giới hạn quang điện là 0,55 µm. Hiện tượng quang điện không xảy ra khi chiếu vào kim loại đó bức xạ nằm trong vùng D. tử ngoại. A. ánh sáng màu tím. B. ánh sáng màu lam. C. hồng ngoại. Câu 50. Khi hiện tượng quang điện xẩy ra thì A. dòng quang điện bằng không khi hiệu điện thế giữa Anot và Catot bằng không. B. động năng ban đầu của electron quang điện càng lớn khi cường độ chùm sáng càng lớn. C. bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ hơn giới hạn quang điện. D. dòng quang điện bão hòa luôn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa Anot và Catot. Câu 51. Ánh sáng đỏ và ánh sáng vàng có bước sóng lần lượt là λđ = 0,768 µm và λv = 0,589 µm.Năng lượng photon tương ứng của hai ánh sáng trên là A. εđ = 2,588.10–19 J; εv = 3,374.10–19 J B. εđ = 1,986.10–19 J; εv = 2,318.10–19 J –19 –19 C. εđ = 2,001.10 J; εv = 2,918.10 J D. εđ = 2,855.10–19 J; εv = 3,374.10–19 J Câu 52. Cho h = 6,625.10-34 Js, c = 3.108 m/s. Tính năng lượng của phôtôn có bước sóng 500 nm? A. 4.10-16 J B. 3,9.10-17 J C. 2,5eV D. 24,8 eV -34 Câu 53. Một kim loại có giới hạn quang điện là 0,3 µm. Biết h = 6,625.10 Js ; c = 3.108 m/s . Công thoát của êlectron ra khỏi kim loại đó là . –19 -25 A. 6,625.10 J B. 6,625.10 J C. 6,625.10-49J D. 5,9625.10-32J Câu 54. Biết công cần thiết để bứt electrôn ra khỏi tế bào quang điện là A = 4,14eV. Giới hạn quang điện của tế bào là: A. λ0 = 0,3µm B. λ0 = 0,4µm C. λ0 = 0,5µm D. λ0 = 0,6µm Câu 55. Công thoát electrôn của một kim loại là 2,36eV. Cho h = 6,625.10 -34 Js ; c = 3.108m/s ;1eV = 1,6.10 –19J . Giới hạn quang điện của kim loại trên là : B. 8,42 .10– 26 m C. 2,93 µm D. 1,24 µm A. 0,53 µm Câu 56. Trong hiện tượng quang điện, biết công thoát của các electrôn quang điện của kim loại là A = 2 eV. Cho h = 6,625.10-34 Js , c = 3.108 m/s. Bước sóng giới hạn của kim loại có giá trị nào sau đây ? A. 0,621µm B. 0,525 µm C. 0,675 µm D. 0,585 µm Câu 57. Một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,2.10-6m. Tính lượng tử (năng lượng phôtôn) của bức xạ đó. A. ε = 99,375.10-20 J B. ε = 99,375.10–19 J C. ε = 9,9375.10-20 J D. ε = 9,9375.10–19 J –19 Câu 58. Năng lượng của phôtôn là 2,8.10 J. Cho hằng số Planck h = 6,625.10-34J.s ; vận tốc của ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. Bước sóng của ánh sáng này là A. 0,45 µm B. 0,58 µm C. 0,66 µm D. 0,71 µm Câu 59. Một kim loại làm catốt của tế bào quang điện có công thoát là A = 3,5 eV. Chiếu vào catôt bức xạ có bước sóng nào sau đây thì gây ra hiện tượng quang điện. Cho h = 6,625.10-34Js ; c = 3.108m/s A. λ = 3,35 µm B. λ = 0,355.10- 7 m C. λ = 35,5 µm D. λ = 0,355 µm Câu 60. Kim loại làm catốt của tế bào quang điện có công thoát A = 3,45eV. Khi chiếu vào 4 bức xạ điện từ có λ1= 0,25 µm, λ2= 0,4 µm, λ3= 0,56 µm, λ4= 0,2 µm thì bức xạ nào xảy ra hiện tượng quang điện A. λ3, λ2 B. λ1, λ4 C. λ1, λ2, λ4 D. cả 4 bức xạ trên. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. D 02. A 03. D 04. C 05. A 06. A 07. C 08. B 09. D 10. A 11. B 12. C 13. D 14. B 15. D 16. D 17. C 18. C 19. A 20. A 21. D 22. B 23. C 24. A 25. C 26. C 27. D 28. C 29. A 30. B 31. A 32. A 33. B 34. A 35. B 36. A 37. C 38. C 39. D 40. D 41. C 42. D 43. A 44. B 45. D 46. D 47. D 48. D 49. C 50. C 51. A 52. C 53. A 54. A 55. A 56. A 57. A 58. D 59. B 60. B
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 10
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – PHẦN 1 DẠNG 1. TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN TRONG HỆ THỨC ANHXTANH
Cách giải: Từ phương trình Anhxtanh: ε = A + Wdmax ; hf = A +
2 2 mv0max mv2 hc hc hc mv0 max ⇔ = A + 0 max ⇔ = + λ λ λ0 2 2 2
▪ Tính λ0: Có thể tính từ hệ thức Anhxtanh hoặc công thức λ0 =
hc A
▪ Tính v0max: Có thể tính từ hệ thức hoặc tính theo phương trình
2 eU h mv02max = eU h → vo max = 2 m
mv02max mv02max = eU h → U h = 2 2e ♥ Chú ý 1: UAK = –Uh thì cường độ dòng quang điện triệt tiêu (I = 0). hc hc c ε= = h. f → λ = = λ ε f ▪ Tính λ: 2hcλ0 hc hc mv02max = + →λ = λ λ0 2 2hc + λ0 mv02max
▪ Tính |Uh|: Tính theo phương trình
ε = h. f = ▪ Tính năng lượng ε:
hc
λ
ε = A + eU h =
hc
λ0
+
mv02max 2
♥ Chú ý 2: 1. Ta biết rằng công của lực điện trường A = q.U, nên đơn vị của công ngoài đơn vị J còn có thể tính 1 theo đơn vị eV: 1eV = 1,6.10–19J và 1J = ( eV ). 1,6.10 −19 2. Tích bằng: hc = 19,875.10 −26 ; Giá trị của vận tốc: vmax ∈ (105 − 10 7 )m / s Ví dụ 1. Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 (µm) vào một tấm kim loại dùng làm Catot của tế bào quang điện có công thoát A = 2,27 (eV). a) Hiện tượng quang điện có xảy ra không? b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của electrong quang điện. c) Tính hiệu điện thế hãm cần đặt vào để làm dòng quang điện bị triệt tiêu. Hướng dẫn giải: a) Để kiểm tra hiện tượng quang điện có xảy ra hay không ta kiểm tra điều kiện λ ≤ λ0 hc 19,875.10 −26 Ta có λ0 = = = 0,547( µm) → λ < λ0 A 2,27.1,6.10 −19 Vậy hiện tượng quang điện có xảy ra. hc 2 − A mv02max hc λ =1,94.105 (m/s) b) Theo hệ thức Anhxtanh: = A+ → v0 max = 2 m λ hc − A hc λ = 0,463 (V) c) Từ hệ thức Anhxtanh: = A + eU h → U h = e λ
Ví dụ 2. Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,56 (µm) vào catôt của một tế bào quang điện, electron thoát ra từ catôt có động năng ban đầu thay đổi từ 0 đến 5,38.10–20 (J). a) Nếu thay bức xạ khác có bước sóng λ1 = 0,75 (µm) thì có xảy ra hiện tượng quang điện không ? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 11
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG b) Nếu dùng bức xạ có bước sóng λ2 = 0,405 (µm) thì hiệu điện thế hãm làm triệt tiêu dòng quang điện bằng bao nhiêu ? Hướng dẫn giải: a) Từ giả thiết ta có Wđ.max = 5,38.10–20 (J). Theo hệ thức Anhxtanh: −26 hc hc hc 19,875.10 = + Wd . max → λ0 = = 6,6.10 −7 = 0,66( µm) hc λ λ0 19,875.10 − 26 − Wd . max − 5,38.10 −20 λ 0,56.10 −6 Khi thay bằng bức xạ có λ1 = 0,75 (µm) thì hiện tượng quang điện không xảy ra do λ1 > λ0 b) Khi dùng bức xạ có λ2 = 0,405 (µm) thì có dòng quang điện. Để triệt tiêu dòng quang điện thì cần đặt hc hc − λ λ0 hc hc vào Anot và Catot hiệu điện thế hãm có độ lớn thỏa mãn = + eU h → U h = = 1,18(V ) λ λ0 e
Vậy |Uh| = 1,18 (V). Ví dụ 3. Một kim loại có giới hạn quang điện λ0 = 0,6 (µm), nhận một chùm sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,4 (µm). a) Hỏi có xảy ra hiện tượng quang điện hay không? b) Tính công thoát của electron khỏi bề mặt kim loại ra Jun và eV. c) Tính vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. Hướng dẫn giải: a) Do λ < λ0 nên có hiện tượng quang điện xảy ra. hc 19,875.10 −26 3,3125.10 −19 −19 b) Công thoát A thỏa mãn hệ thức A = = = 3 , 3125 . 10 ( J ) = = 2,07(eV ) 0,6.10 −6 1,6.10 −19 λ0 hc 2 − A mv hc λ =6,06.105 (m/s) c) Vận tốc ban đầu cực đại của electron: = A+ → v0 max = λ 2 m Ví dụ 4. Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,4 (µm) chiếu vào catôt của một tế bào quang điện. Khi đặt vào anôt và catôt của tế bào quang điện này một hiệu điện thế hãm Uh1 = 2 (V) thì dòng quang điện triệt tiêu. Hỏi dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ2 = 0,2 (µm) thì hiệu điện thế hãm Uh2 có giá trị bằng bao nhiêu? Tính tỉ số vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện trên hai trường hợp trên. Hướng dẫn giải: hc hc hc − + eU h1 λ = A + eU h1 λ2 λ1 hc hc 1 Từ hệ thức Anhxtanh: → − = eU h 2 − eU h1 ⇔ U h 2 = = 5,1(V ) e λ2 λ1 hc = A + eU h2 λ2 2 0 max
Lại có
hc
λ
= A + eU h1 → A =
hc
λ1
− eU h1 = 1,768.10 −19 J
hc mv12 hc mv12 hc = A + = −A −A 2 2 λ1 v1 λ1 v λ1 2 Theo hệ thức Anhxtanh → 2 → = = 0,367 ⇔ 1 = 0,6 2 hc v2 hc = A + mv2 mv2 = hc − A v2 −A λ2 λ2 2 2 λ2 Ví dụ 5. Cho giới hạn quang điện của nhôm là 0,36 (µm). Chiếu tới tấm nhôm một bức xạ có bước sóng là 0,3 (µm). Tìm công thoát ra đơn vị eV, hiệu điện thế hãm, vận tốc ban đầu cực đại của quang electron bức ra khỏi catốt. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 12
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 6. Một tấm kim loại được chiếu sáng bằng 1 bức xạ có bước sóng λ thì hiệu điện thế hãm là 4 V, khi chiếu bằng bức xạ có bước 2λ thì hiệu điện thế hãm là 0,855 (V). a) Tính λ? b) Tính công thoát và giới hạn quang điện ? c) Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron khi chiếu bằng bức xạ λ. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 7. Tế bào quang điện có catốt làm bằng Kali có công thoát là 2,2 (eV), được chiếu bằng nguồn phát các bức xạ λ1 = 0,75 (µm), λ2 = 0,6 (µm); λ3 = 0,5 (µm). a) Tìm giới hạn quang điện . b) Bức xạ nào trong nguồn có hiện tượng quang điện xảy ra. c) Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron và hiệu điện thế hãm là triệt tiêu dòng quang điện. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 8. Một tế bào quang điện có Catot làm bằng Xêsi công thoát của electron là A = 1,93 (eV). a) Tính giới hạn quang điện của Xêsi. b) Chiếu vào tế bào quang điện một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,489 (µm). Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời khỏi mặt Catot. c) Phải đặt vào giữa Anot và Catot một hiệu điện thế như thế nào để làm triệt tiêu dòng quang điện. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 9. Chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng λ = 0,489 (µm) vào một tấm kim loại Kali dùng làm catốt của một tế bào quang điện. Biết công thoát của electron của Kali là 2,15 (eV). a) Tính giới hạn quang điện. b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron bắn ra từ catốt. c) Tính hiệu điện thế hãm để dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đ/S: a) λ = 0,578 (µm). b) vmax = 3,7.105 (m/s). c) Uh = –0,39 (V).
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 13
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG DẠNG 2. HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Phương pháp: q n. e = , t t Với: n là số electron bật ra khỏi Catot để đến Anot t là thời gian mà số electron di chuyển.( Khi t = 1 (s) thì ta có Ibh = n.|e|) I I bh ▪ Từ đó ta tính được số electron bứt ra sau khoảng thời gian t là n = bh = e 1,6.10 −19
▪ Cường độ dòng quang điện bão hòa I bh =
▪ Năng lượng của 1 photon là: ε ; Năng lượng của N photon là: W = N ε hc N W Nε N .hc ▪ Công suất phát xạ P của chùm sáng là P = = , = λ = t t t t.λ - Với: N là số phôtôn đập vào Catot trong thời gian t W là năng lượng của chùm photon chiếu vào Catot. P.λ.t P.λ ▪ Từ đó ta tính được số phôtôn đập vào Catot trong thời gian t là N = ;(Khi t = 1 (s), thì N = ) hc hc ▪ Hiệu suất lượng tử: Là tỉ số giữa số electron bứt ra và số phô tôn đập vào Catot trong khoảng thời gian t. I bh e I .hc n Ta có công thức tính toán hiệu suất: H = = = bh N Pλ P.λ . e hc Chú ý: q n '. e 1. Cường độ dòng quang điện chưa bão hòa I ' = = ; n’ số electron đến được Anot t t n' 2. Phần trăm số electron đến được Anot: .100% n Ví dụ 1. Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 µm sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 30(s) nếu công suất phát xạ của đèn là 10 (W)? Hướng dẫn giải: hc N. −6 W N .ε λ = N .hc → N = P.t.λ = 10.30.0,6.10 = 9.10 20 (photon) Theo bài ta có P = = = t t t t.λ hc 19,875.10 − 26 Ví dụ 2. Chùm sáng chiếu đến catốt của tế bào quang điện có công suất 1 (W) và bước sóng 0,4 (µm). a) Tính năng lượng của một phôtôn ra đơn vị eV? b) Tìm số phôtôn đập vào catốt trong một giây . c) Tìm cường độ dòng quang điện bão hoà, biết hiệu suất lượng tử là 10%. Hướng dẫn giải: hc a) Năng lượng của một phôtôn: ε = = 4,97.1010-19 (J) = 3,1 (eV). λ b) Từ công thức tính công suất phát xạ (công suất chiếu sáng) ta có P 1 P = N .ε → N = = = 2.1018 (phôtôn) −19 ε 4,97.10 n c) Hiệu suất lượng tử là 10% nên H = = 0,1 → n = 0,1.N = 0,1.2.1018 = 2.1017 (electron). N Khi đó cường độ dòng quang điện bão hòa Ibh = n.|e| = 2.1017.1,6.10–19 = 0,032 (A). Ví dụ 3. Khi chiếu chùm ánh sáng có công suất 1,5 (W) vào Catot của tế bào quang điện có hiện tượng quang điện xảy ra, cường độ dòng quang điên bão hoà là 80 (mA). Cho hiệu suất lượng tử BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 14
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG là 2%. a) Tính số electron bức ra khỏi catốt va số phôtôn tới catốt trong một giây . b) Tính bước sóng chùm ánh sáng. Hướng dẫn giải: I 80.10 −3 a) Số electron bứt ra khỏi Catot tính từ biểu thức: I bh = n. e → n = bh = = 5.1017 (electron). e 1,6.10 −19
Hiệu suất lượng tử là 20% nên có H =
n n 5.1017 = 0,02 → N = = = 2,5.1019 (phôtôn) N 0,02 0,02
N .hc 2,5.1019.19,875.10 −26 = = 0,33125 (µm). P 1,5 λ Ví dụ 4. Chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng 0,489 (µm) vào kim loại K dùng làm catôt của một tế bào quang điện. Biết công thoát của electron là 2,15 (eV). a) Tính giới hạn quang điện. b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron. c) Tính hiệu điện thế hãm. d) Biết cường độ dòng quang điện bão hoà là 5 (mA) và công suất của chùm ánh sáng chiếu vào catôt là P = 1,25 (W). Tính hiệu suất lượng tử. Hướng dẫn giải: −26 hc 19,875.10 a) Giới hạn quang điện λ0 = = = 0,578 (µm). A 2,15.10 −16 b) Vận tốc electron cực đại được tính từ phương trình Anhxtanh:
b) Từ công suất phát xạ: P = N .ε =
hc
λ
= A+
mv02max → v0 max = 2
2(
hc
λ
N .hc
− A)
m
=
→λ =
19,875.10 −26 2 − 2,15010 −16 −6 0,489.10 =3,7.105 (m/s) 9,1.10 −31
mv02max mv02max 9,1.10 −31.(3,7.10 5 ) 2 → Uh = = = 0,39 (V). → U h = −0,39(V ) 2 2e 2.1,6.10 −19 d) Hiệu suất lượng tử được tính bởi công − 26 I bh hc 5.10 −3.19,875.10 I . bh e I .ε n 0,489.10 −6 λ = H= = = bh = = 0,01 = 1% P N P. e P. e 1,25.1,6.10 −19
c) Ta có eU h =
thức
ε Vậy H = 1%. Ví dụ 5. Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm Catot của tế bào quang điện là λ0 = 0,35 (µm). a) Tính công thoát của electron của kim loại ra đơn vị eV. b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của electron khi chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,3 (µm). c) Biết công suất của nguồn sáng là P = 1 (W) và giả thiết cứ 100 phôtôn đập vào Catot thì có 1 electron đến được Anot. Tính cường độ dòng điện bão hoà ? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 6. Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,405 (µm) vào bề mặt Catot của một tế bào quang điện, tạo ra một dòng điện bão hoà có cường độ. Biết giới hạn quang điện của kim loại làm catốt là λ0 = 0,686 (µm). a) Tìm công thoát A của kim loại. b) Tính vận tốc ban đầu cực đại của quang electron. c) Giả sử rằng trong trường hợp lí tưởng cứ mỗi phôtôn đập vào mặt Catot làm bứt ra 1 electron. Tìm giá trị của cường độ dòng điên bão hoà I, biết công suất của bức xạ trên là 1,5 (W). ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 15
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 7. Công tối thiểu để bức một electron ra khỏi bề mặt của kim loại là 1,88 (eV). Dùng lá kim loại đó làm catốt trong một tế bào quang điện. Hãy xác định a) giới hạn quang điện của kim loại đã cho. b) vận tốc cực đại của electron bắn ra khỏi mặt kim loại khi chiếu vào đó ánh sáng có bước sóng λ = 0,489 (µm). c) số electron tách ra khỏi mặt kim loại trong 1 phút với giả thiết rằng tất cả các electron tách ra đều bị hút về Anot và cường độ dòng quang điện đo được là I = 0,26 (mA). d) hiệu điện thế giữa Anot và Catot của tế bào quang điện sao cho dòng quang điện triệt tiêu. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 8. Chiếu bức xạ có bước sóng λ = 0,405 (µm) vào bề mặt cuả catốt của một tế bào quang điện, ta được dòng quang điện bão hoà có cường độ Ibh. Có thể triệt tiêu dòng quang điện bão hoà này bằng hiệu điện thế hãm Uh = 1,26 V. a) Tìm vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện. b) Tìm công thoát của electron đối với kim loại làm catốt. c) Giả sử mỗi phôtôn đập vào catốt làm bứt ra một electron. Ta đo được dòng quang điện Ibh = 49 (mA). Tính số phôtôn đập vào catốt sau mỗi giây. Suy ra công suất bức xạ của chùm sáng. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 9. Lần lượt chiếu vào Catot của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện λ0 các bức xạ λ1 = 0,4 (µm) và λ2 = 0,8 (µm) thì vận tốc ban đầu cực đại của electron khi thoát ra khỏi catốt là v1 và v2 hơn kém nhau hai lần. a) Tìm λ0, v1 và v2. b) Chiếu vào Catot của tế bào quang điện trên một bức xạ điện từ có λ = 1 (µm) với công suất bằng 2,4(W). c) Hỏi hiệu điện thế giữa Anot và Catot phải thoả mãn điều kiện gì để triệt tiêu hoàn toàn dòng quang điện? d) Tính cường độ dòng quan điện bão hoà, biết hiệu suất lượng tử H = 0,5%. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – PHẦN 1 Câu 1. Năng lượng của phôtôn ứng với bức xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,32 µm là A. 6,21.10–19 J. B. 3,88 MeV. C. 6,21.10–25 J. D. 33,8 eV. Câu 2. Lần lượt chiếu hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,75 µm và λ2 = 0,25 µm vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện λ0 = 0,35 µm. Bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện? A. Không có bức xạ nào trong hai bức xạ trên. B. Chỉ có bức xạ λ2. C. Chỉ có bức xạ λ1. D. Cả hai bức xạ. Câu 3. Gọi bước sóng λ0 là giới hạn quang điện của một kim loại, λ là bước sóng ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại đó, để hiện tượng quang điện xảy ra thì BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 16
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
A. chỉ cần điều kiện λ > λ0. B. phải có cả hai điều kiện λ = λ0 và cường độ ánh sáng kích thích phải lớn. C. phải có cả hai điều kiện λ > λ0 và cường độ ánh sáng kích thích phải lớn. D. chỉ cần điều kiện λ ≤ λ0. Câu 4. Công thoát electrôn của một kim loại là 2,36 eV. Cho h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108 m/s ; 1 eV = 1,6.10–19 J. Giới hạn quang điện của kim loại trên là A. 0,53 µm. B. 8,42.10–26 m. C. 2,93 µm. D. 1,24 µm. Câu 5. Công thoát electron ra khỏi một kim loại là A = 1,88 eV. Giới hạn quang điện của kim loại đó là A. 0,33 µm. B. 0,22 µm. C. 0,45 µm. D. 0,66 µm. Câu 6. Cho công thoát êlectron của kim loại là A = 2 eV. Bước sóng giới hạn quang điện của kim loại là A. 0,625 µm. B. 0,525 µm. C. 0,675 µm. D. 0,585 µm. Câu 7. Với ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,4 µm thì các electron quang điện bị hãm lại hoàn toàn khi đặt vào anốt và catốt một hiệu điện thế –1,19 V. Kim loại làm catốt của tế bào quang điện nói trên có giới hạn quang điện là A. 0,65 µm. B. 0,72 µm. C. 0,54 µm. D. 6,4 µm. Câu 8. Bước sóng dài nhất để bứt được electrôn ra khỏi 2 kim loại X và Y lần lượt là 3 nm và 4,5 nm. Công thoát tương ứng là A1 và A2 sẽ là A. A2 = 2A1. B. A1 = 1,5A2. C. A2 = 1,5A1. D. A1 = 2A2 –19 Câu 9. Năng lượng của phôtôn là 2,8.10 J. Cho hằng số Planck h = 6,625.10–34 J.s ; vận tốc của ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. Bước sóng của ánh sáng này là A. 0,45 µm. B. 0,58 µm. C. 0,66 µm. D. 0,71 µm. Câu 10. Giới hạn quang điện của natri là 0,5 µm. Công thoát của kẽm lớn hơn của natri là 1,4 lần. Giới hạn quang điện của kẽm là A. λ0 = 0,36 µm. B. λ0 = 0,33 µm. C. λ0 = 0,9 µm. D. λ0 = 0,7 µm. Câu 11. Chiếu vào catốt của một tế bào quang điện một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,330 µm. Để triệt tiêu dòng quang điện cần một hiệu điện thế hãm có giá trị tuyệt đối là 1,38 V. Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt là A. λ0 = 0,521 µm B. λ0 = 0,442 µm. C. λ0 = 0,440 µm. D. λ0 = 0,385 µm. Câu 12. Kim loại làm catốt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là λ0. Chiếu lần lượt tới bề mặt catốt hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,4 µm và λ2 = 0,5 µm thì vận tốc ban đầu cực đại của các electron bắn ra khác nhau 1,5 lần. Bước sóng λ0 là A. λ0 = 0,775 µm B. λ0 = 0,6 µm C. λ0 = 0,25 µm D. λ0 = 0,625 µm Câu 13. Công thoát của kim loại làm Catốt của một tế bào quang điện là 2,5 eV. Khi chiếu bức xạ có bước sóng λ vào catốt thì các electron quang điện bật ra có động năng cực đại là 1,5 eV. Bước sóng của bức xạ nói trên là A. 0,31 µm. B. 3,2 µm. C. 0,49 µm. D. 4,9 µm. Câu 14. Kim loại dùng làm catôt của một tế bào quang điện có công thoát là 2,2 eV. Chiếu vào catôt bức xạ điện từ có bước sóng λ. Để triệt tiêu dòng quang điện cần đặt một hiệu điện thế hãm Uh = UKA = 0,4 V. Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catôt là A. 0,4342.10–6 m. B. 0,4824.10–6 m. C. 0,5236.10–6 m. D. 0,5646.10–6 m. Câu 15. Khi chiếu một chùm ánh sáng có tần số f vào một kim loại, có hiện tượng quang điện xảy ra. Nếu dùng một điện thế hãm bằng 2,5 V thì tất cả các quang electron bắn ra khỏi kim loại bị giữ lại không bay sang anốt được. Cho biết tần số giới hạn đỏ của kim loại đó là 5.1014 Hz. Tính tần số của chùm ánh sáng tới. A. 13,2.1014 Hz. B. 12,6.1014 Hz. C. 12,3.1014 Hz. D. 11,04.1014 Hz. Câu 16. Kim loại dùng làm catôt của một tế bào quang điện có công thoát là 2,2 eV. Chiếu vào catôt bức xạ điện từ có bước sóng λ. Để triệt tiêu dòng quang điện cần đặt một hệu điện thế hãm Uh = UKA = 0,4 V. Tần số của bức xạ điện từ là A. 3,75.1014 Hz. B. 4,58.1014 Hz. C. 5,83.1014 Hz. D. 6,28.1014 Hz. Câu 17. Kim loại làm catốt của tế bào quang điện có công thoát A = 3,45 eV. Khi chiếu vào 4 bức xạ điện từ có λ1 = 0,25 µm, λ2 = 0,4 µm, λ3 = 0,56 µm, λ4 = 0,2 µm thì bức xạ nào xảy ra hiện tượng quang điện A. λ3, λ2. B. λ1, λ4. C. λ1, λ2, λ4. D. λ1, λ3, λ4. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 17
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Câu 18. Giới hạn quang điện của Cs là 6600 Å. Cho hằng số Planck h = 6,625.10–34 J.s, vận tốc của ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s. Công thoát của Cs là bao nhiêu ? A. 1,88 eV. B. 1,52 eV. C. 2,14 eV. D. 3,74 eV. Câu 19. Công thoát electron của một kim loại là A0, giới hạn quang điện là λ0. Khi chiếu vào bề mặt kim loại đó chùm bức xạ có bước sóng λ = λ0/3 thì động năng ban đầu cực đại của electron quang điện bằng: A. 2A0 B. A0 C. 3A0 D. A0/3 Câu 20. Chiếu vào catốt của một tế bào quang điện một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,330 µm. Để triệt tiêu dòng quang điện cần một hiệu điện thế hãm có giá trị tuyệt đối là 1,38 V. Công thoát của kim loại dùng làm catôt là A. 1,16 eV. B. 1,94 eV. C. 2,38 eV. D. 2,72 eV. Câu 21. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,276 µm vào catôt của một tế bào quang điện thì hiệu điện hãm có giá trị tuyệt đối bằng 2 V. Công thoát của kim loại dùng làm catôt là A. 2,5 eV. B. 2,0 eV. C. 1,5 eV. D. 0,5 eV. Câu 22. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,5 µm vào catôt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là 0,66 µm. Vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện là A. 2,5.105 m/s. B. 3,7.105 m/s. C. 4,6.105 m/s. D. 5,2.105 m/s. Câu 23. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vào catôt của tế bào quang điện để triệt tiêu dòng quang điện thì hiệu điện thế hãm có giá trị tuyệt đối là 1,9 V. Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là bao nhiêu? A. 5,2.105 m/s. B. 6,2.105 m/s. C. 7,2.105 m/s. D. 8,2.105 m/s. Câu 24. Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng 400 nm vào catôt của một tế bào quang điện, được làm bằng Na. Giới hạn quang điện của Na là 0,50 µm. Vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện là A. 3,28.105 m/s. B. 4,67.105 m/s. C. 5,45.105 m/s. D. 6,33.105 m/s. Câu 25. Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36 µm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Na. Vận tốc ban đầu cực đại của êlectron quang điện là A. 5,84.105 m/s. B. 6,24.105 m/s. C. 5,84.106 m/s. D. 6,24.106 m/s. Câu 26. Trong hiện tượng quang điện hiệu điện thế hãm bằng 1,8 V. Vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện là A. 6,33.1011 m/s. B. 795,59.103 m/s. C. 3,165.1011 m/s. D. 3,165.103 m/s. Câu 27. Giới hạn quang điện của kim loại là λ0. Chiếu vào catôt của tế bào quang điện lần lượt hai bức xạ có bước sóng λ1 = λ0/2 và λ2 = λ0/3. Gọi U1 và U2 là điện áp hãm tương ứng để triệt tiêu dòng quang điện thì A. U1 = 1,5U2 B. U2 = 1,5U1 C. U1 = 0,5U2 D. U1 = 2U2 Câu 28. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,5 µm vào catôt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện là 0,66 µm. Hiệu điện thế cần đặt giữa anôt và catôt để triệt tiêu dòng quang điện là A. 0,2 V. B. –0,2 V. C. 0,6 V. D. –0,6 V. Câu 29. Công cần thiết để tách một electron ra khỏi một kim loại làm catốt của một tế bào quang điện là 2,76 eV. Nếu chiếu lên bề mặt catốt này một bức xạ mà phô tôn có năng lượng là 4,14 eV thì dòng quang điện triệt tiêu khi đặt vào giữa anốt và catốt của tế bào quang điện một hiệu điện thế là A. –1,38 V. B. –1,83 V. C. –2,42 V. D. –2,24 V. Câu 30. Catốt của một tế bào quang điện có giới hạn quang điện bằng 6000 Å. Người ta chiếu đến tế bào ánh sáng có bước sóng λ = 4000 Å. Tìm độ lớn của hiệu điện thế hãm để không có electron về anốt. A. 0,912 V. B. 0,98 V. C. 1,025 V. D. 1,035 V. Câu 31. Biết vận tốc ban đầu cực đại của các electron bức ra khỏi catốt là v0 = 5.106 m/s. Hỏi phải đặt vào giữa anốt và catốt của tế bào quang điện một hiệu điện thế hãm có độ lớn bằng bao nhiêu để triệt tiêu dòng quang điện. Cho me = 9,1.10–31 kg, e =1,6.10–19 C. A. Uh = 71 V. B. Uh = 72 V. C. Uh = 73 V. D. Uh = 70 V. Câu 32. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng λ = 1800 Å vào một tấm kim loại. Các electron bắn ra có động năng cực đại bằng 6 eV. Tính công thoát tương ứng với kim loại đã dùng. B. 20.10–20 J. C. 18.10–20 J. D. 14.10–20 J. A. 24.10–20 J. Câu 33. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng λ = 1800 Å vào một tấm kim loại. Các electron bắn ra có động năng cực đại bằng 6 eV. Khi chiếu vào tấm kim loại đó bức xạ có bước sóng λ = 5000 Å thì có BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 18
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG hiện tượng quang điện xảy ra. Tính động năng cực đại của các electron bắn ra. A. 25,6.10–20 J. B. 51,2.10–20 J. C. 76,8.10–20 J. D. 14.10–20 J. Câu 34. Khi chiếu ánh sáng kích thích thích hợp vào bề mặt của một kim loại, hiện tượng quang điện xãy ra,vận tốc ban đầu cực đại của electron quang điện v0max = 6.106 m/s, khối lượng của eclectron m = 9,1.10–31 kg. Động năng ban đầu cực đại của electron quang điện là A. 1,638.10–17 J. B. 1,738.10–17 J. C. 2,73.10–24 J. D. 3,276.10–17 J. Câu 35. Với ε1, ε2, ε3 lần lượt là năng lượng của phôtôn ứng với các bức xạ màu vàng, bức xạ tử ngoại và bức xạ hồng ngoại thì A. ε3 > ε1 > ε2 B. ε2 > ε1 > ε3 C. ε1 > ε2 > ε3 D. ε2 > ε3 > ε1 Câu 36. Chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng λ1 và λ2 với λ2 = 2λ1 vào một tấm kim loại thì tỉ số động năng ban đầu cực đại của quang electron bứt ra khỏi kim loại là 9. Giới hạn quang điện của kim loại là λ0. Tỉ số λ0/λ1 bằng A. 16/9. B. 2. C. 16/7. D. 8/7. Câu 37. Chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 và λ2 vào một tấm kim loại. Các electron bật ra với vận tốc ban đầu cực đại lần lượt là v1 và v2 với v1 = 2v2 . Tỉ số các hiệu điện thế hãm Uh1 /Uh2 để dòng quang điện triệt tiêu là A. 2. B. 3. C. 4. D. 5. Câu 38. Gọi cường độ dòng quang điện bão hoà là I0, công suất của chùm sáng kích thích là P thì B. I0 tỉ lệ thuận với P. A. I0 tỉ lệ nghịch với P. C. I0 không phụ thuộc vào P. D. I0 giảm khi tăng P. Câu 39. Cường độ dòng quang điện bên trong một tế bào quang điện là I = 8 µA. Số electron quang điện đến được anôt trong 1 (s) là A. 4,5.1013 B. 6,0.1014 C. 5,5.1012 D. 5,0.1013 Câu 40. Cường độ dòng điện bão hòa bằng 40 µA thì số electron bị bứt ra khỏi catốt tế bào quang điện trong 1 giây là A. 25.1013 B. 25.1014 C. 50.1012 D. 5.1012 Câu 41. Trong 10 (s), số electron đến được anôt của tế bào quang điện là 3.1016. Cường độ dòng quang điện lúc đó là A. 0,48 A. B. 4,8 A. C. 0,48 mA. D. 4,8 mA. Câu 42.Một ngọn đèn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm sẽ phát ra bao nhiêu phôtôn trong 1 (s), nếu công suất phát xạ của đèn là 10 W ? A. 1,2.1019 hạt/s. B. 6.1019 hạt/s. C. 4,5.1019 hạt/s. D. 3.1019 hạt/s. Câu 43. Biết cường độ dòng quang điện bão hoà Ibh = 2 µA và hiệu suất quang điện H = 0,5%. Số phôtôn đập vào catốt trong mỗi giây là A. 25.1015 B. 2,5.1015 C. 0,25.1015 D. 2,5.1013 Câu 44. Khi chiếu vào kim loại một chùm ánh sáng mà không thấy các e- thoát ra vì A. chùm ánh sáng có cường độ quá nhỏ. B. công thoát e nhỏ hơn năng lượng phôtôn. C. bước sóng ánh sáng lớn hơn giới hạn quang điện. D. kim loại hấp thụ quá ít ánh sáng đó. Câu 45. Hiện tượng nào sau đây là hiện tượng quang điện ? A. Electron bức ra khỏi kim loại bị nung nóng B. Electron bật ra khỏi kim loại khi ion đập vào C. Electron bị bật ra khỏi kim loại khi kim loại có hiệu điện thế lớn D. Electron bật ra khỏi mặt kim loại khi chiếu tia tử ngoại vào kim loại
01. A 11. A 21. A 31. A 41. C
02. B 12. D 22. C 32. D 42. D
03. D 13. A 23. D 33. A 43. B
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 04. A 05. D 06. A 07. A 14. D 15. D 16. D 17. B 24. B 25. A 26. B 27. C 34. A 35. B 36. C 37. C 44. C 45. D
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
08. B 18. A 28. D 38. B
09. D 19. A 29. A 39. D
10. A 20. C 30. D 40. A Trang - 19
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – PHẦN 2 DẠNG 3: TÍNH ĐIỆN THẾ CỰC ĐẠI CỦA VẬT DẪN CÔ LẬP VỀ ĐIỆN
Phương pháp : Khi chiếu ánh sáng vào một vật dẫn cô lập về điện, thì sau một khoảng thời gian các electron bị bứt ra và vật tích điện dương (đạt được một điện thế). Số electron bị bật ra càng nhiều thì điện thế của vật càng tăng lên và khi vật đạt điện thế cực đại Vmax thì số electron bị bứt ra lại bị hút trở lại. Điện thế của vật không tăng nữa, khi đó giá trị điện thế cực đại chính là độ lớn hiệu điện thế hãm trong tế bào quang điện. Ta có eVmax = eUh mv 2 Theo định lý động năng eVmax = e U h = 0 max 2 ♥ Chú ý: ▪ Khi chiếu đồng thời các bức xạ có bước sóng λ1, λ2, λ3… vào tấm kim loại và đều có hiện tượng quang điện xảy ra, với mỗi bức xạ sẽ cho một giá trị điện thế cực đại V1max, V2max, V3max…. Khi đó điện thế cực đại của tấm kim loại là Vmax = max {V1max ,V2 max ,V3 max ... } hay một cách dễ nhớ hơn là điện thế Vmax sẽ ứng với bức xạ có bước sóng nhỏ nhất trong các bức xạ. ▪ Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại Vmax và khoảng cách cực đại dmax mà electron chuyển 1 động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức e Vmax = mv02max = e Ed max 2 Ví dụ 1. Một tấm kim loại có công thoát electron là A = 7,23.1019 (J). a) Xác định giới hạn quang điện của kim loại. b) Dùng tấm kim loại đó đặt cô lập, được rọi sáng đồng thời bởi hai bức xạ, bức xạ thứ nhất có tần số f1 = 1,5.1015 (Hz) và bức xạ thứ hai có bước sóng λ2 = 0,18 (µm). Tính điện thế cực đại trên tấm kim loại. c) Khi rọi bức xạ có tần số f1 vào tế bào quang điện có catốt được làm bằng kim loại kể trên, để không một electron nào về được anốt thì hiệu điện thế UAK bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải: hc a) Giới hạn quang điện của tấm kim loại h0 = = 0, 275(µm). λ 8 c 3.10 b) Ta có f1 = 1, 5.1015 Hz → λ1 = = = 0,2(µm). f1 1,5.1015 Như vậy khi chiếu cả hai bức xạ vào tấm kim loại thì đều có hiện tượng quang điện xảy ra. hf1 − A hf1 = A + e V1max → V1max = e = 1,71(V ) Điện thế cực đại tương ứng của các bức xạ là hc −A hc λ2 = A + e V2 max → V2 max → V2 max = = 2,38(V ) e λ2 Khi đó điện thế cực đại của tấm kim loại là Vmax = V2max = 2,38 (V). c) Khi chiếu sáng bằng bức xạ có tần số f1 để không có electron nào đến được Anot thi cần đặt giữa Anot và Katot hiệu điện thế UAK = Uh < 0. hf − A Theo hệ thức Anhxtanh ta có hf = A + eU h ⇔ U h = 1 = 1,71(V ) → U AK = −1,71(V ) e Vậy cần đặt UAK = –1,71 (V).
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 20
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG DẠNG 4: ELECTRON BAY RA KHỎI KATOT CHO VÀO TỪ TRƯỜNG, ĐIỆN TRƯỜNG Phương pháp : * Khi các electron bay ra khỏi Katot và cho hướng vào miền có từ trường đều thì nó chịu tác dụng của lực Lorenxo có biểu thức FL = B.e.v.sinα * Nếu phương chuyển động của các electron vuông góc với các đường cảm ứng từ B thì quỹ đạo chuyển động là đường tròn và lực Lorenxo đóng vai trò là lực hướng tâm. Ta có FL = Fht ⇔ B.e.v = mv 2 mv →r= r eB * Với electron có vận tốc ban đầu cực đại v0max thì bán kính quỹ đạo là cực đại rmax = R. mv0 max Từ đó ta được R = , với e = 1,6.10–19 (C) là độ lớn điện tích electron. eB ♥ Chú ý: Tương tự, khi cho electron bay vào miền có điện trường đều, có cường độ điện trường là E (V/m) thì ta có thể tính được tốc độ của electron tại một điểm trong điện trường cách điểm ban đầu một khoảng d
e .E.d 1 1 2A dựa trên định lý động năng: mv 2 − mv02 = A = e .U = e .E.d → v = v02 + = v02 + 2 2 m m Ví dụ 1. Catốt của một tế bào quang điện được phủ một lớp xêsi (Cs) có công thoát của electron là A = 1,9 (eV). Catốt được chiếu sáng bởi một chùm sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,56 (µm). a) Xác định giới hạn quang điện của Cs. b) Dùng màn chắn tách một tia hẹp các electron quang điện và hướng nó vào một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ B = 6,1.10-5 (T) và B vuông góc với vận tốc ban đầu của electron. Xác định bán kính cực đại cuả quỹ đạo electron trong từ trường. Hướng dẫn giải: hc a) Giới hạn quang điện của Cs: λ0 = = 0,653 (µm). A hc 2 − A 2 mv hc λ = 3,34.105 (m/s). = A + 0 max → v0 max = b) Theo hệ thức Anhxtanh: λ 2 m mv0 max 9,1.10 −31.3,34.10 5 = = 3,11.102 (m) = 3,11 (cm). Bán kính quỹ đạo cực đại của electron là R = −19 −5 eB 1,6.10 .6,1.10 Ví dụ 2. Chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,5 (µm) lên catốt của tế bào quang điện. Biết công thoát của kim loại là A = 1,89 (eV). a) Tính giới hạn quang điện của kim loại làm catốt và cho biết đó là kim loại gì? b) Tìm động năng ban đầu cực đại của electron khi thoát khỏi catốt. c) Dùng màn chắn tách một tia hẹp các electron quang điện và hướng nó vào một từ trường đều có cảm ứng từ B và B vuông góc với vận tốc ban đầu của electron. Bán kính cực đại cuả quỹ đạo electron trong từ trường là 2 (cm). Tính cảm ứng từ B của từ trường. Hướng dẫn giải: hc a) Giới hạn quang điện của kim loại: λ0 = = 0,63 (µm), kim loại này là Cs. A hc hc b) Theo công thức Anhxtanh: = A + Wđ . max → Wđ . max = − A = 9,51.10-20 (J). λ λ mv mv c) Bán kính cực đại của electron cho bởi công thức R = 0 max → B = 0 max ,(1) eB eR 2 mv 2Wđ . max mà Wđ . max = 0 max → v0 max = = 4,57.105 (m/s) 2 m Thay vào biểu thức (1) ta được B = 1,299.10–4 (T). Ví dụ 3. Một điện cực phẳng bằng nhôm được rọi bằng bức xạ tử ngoại có bước sóng λ = 83 (nm). Electron quang điện có thể rời xa bề mặt điện cực một đoạn tối đa bằng bao nhiêu nếu điện BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 21
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG trường đều cản lại chuyển động của e có độ lớn E = 7,5 (V/cm)? Cho giới hạn quang điện của nhôm là 332 (nm). Hướng dẫn giải: 2 mv 2 hc hc mv 0 max hc hc Áp dụng hệ thức Anhxtanh ta có = + → 0 max = − λ λ0 2 2 λ λ0 Khi electron chuyển động trong điện trường có cường độ điện trường E thì nó chịu tác dụng của lực điện trường F =|e|.E, công do lực điện trường này cản electron là Ac = F.s, với s là quãng đường mà electron đi được. Quãng đường tối đa mà electron có thể đi được đến khi dừng lại (v = 0) được tính theo định lý động năng: hc hc 1 mv 2 mv 2 1 2 1 2 1 mv − mv0 max = Ac = − F .s = − e .E.s → s = 0 max = 0 max . = − , (do v = 0) 2 2 2 e .E 2 e .E λ λ0 e .E Thay số ta tính được s = 0,015 (m) = 1,5 (cm). Ví dụ 4. Một điện cực phẳng bằng nhôm được rọi bằng bức xạ có bước sóng λ. Bên ngoài điện cực có điện trường cản E = 10 V/cm thì quang electron có thể rời xa bề mặt điện cực một đoạn tối đa bằng 2 cm. Tìm giá trị của bước sóng λ biết giới hạn quang điện của nhôm là 332 nm. Hướng dẫn giải: hc hc Áp dụng kết quả trên ta tính được − = −e.E.s ⇒ λ = 0,05 µm.
λ0 λ Ví dụ 5. Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc chiếu vào bề mặt kim loại khi cho electron quang điện có vận tốc lớn nhất vào trong vùng không gian có cả điện trường đều và từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ B và véc tơ cường độ điện trường E vuông góc với nhau thì thấy electron không bị lệch hướng. Cho E = 106 V/m và B = 0,2 T, công thoát A = 3 eV và véc tơ vận tốc của electron vuông góc với B. Hướng dẫn giải: + Do e không bị lệch hướng nên e.E = B.ev ⇒ v = 5.106 m/s. hc mv 2 2hc + Từ đó ta tính được = 0, 0168 µm = A+ ⇒λ = λ 2 2 A + mv 2 DẠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỨC ANHXTANH TÍNH CÁC HẮNG SỐ VẬT LÝ Phương pháp: ▪ Xác đinh hằng số Plăng khi biết U1, U2, λ1, λ2 hc λ = A + eU 1 λ λ e (U 1 − U 2 ) 1 1 hc(λ2 − λ1 ) 1 → hc − = e (U 1 − U 2 ) ⇔ = e (U 1 − U 2 ) → h = 1 2 (λ2 − λ1 )c λ1λ2 λ1 λ2 hc = A + eU 2 λ2 ▪ Xác đinh khối lượng electron khi biết λ1 ,λ2, vmax1, vmax2 hc hc 1 2 λ = λ + 2 mv1 hc(λ2 − λ1 ) 1 2hc(λ2 − λ1 ) hc hc 1 1 0 → − = m(v12 − v22 ) ⇔ = m(v12 − v22 ) → m = λ1 λ2 2 λ1λ2 2 λ1λ2 (v12 − v22 ) hc = hc + 1 mv 2 λ2 λ0 2 2
♥ Chú ý: Thực chất với các hằng số cần tìm này thì chúng ta đều biết giá trị của chúng, tuy nhiên những giá trị như h =6,625.10-34(J.s) là những giá trị gần đúng nhất được tìm thấy qua rất nhiều thí nghiệm. Còn các giá trị mà chúng ta cần xác định là giá trị gần đúng trong lân cận giá trị đúng nhất. Ví dụ. Chiếu lần lượt các bức xạ f1 = 2,2.1015 Hz và f2 = 2,538.1015 Hz vào Katot của tế bào quang điện thì các quang electron bắn ra đều bị giữ lại bởi hiệu điện thế hãm có độ lớn tương ứng U1 = 6,6 (V) và U2 = 8 (V). BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 22
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
a) Tính hằng số Plăng. b) Tính giới hạn quang điện của kim loại Hướng dẫn giải: a) Theo hệ thức Anhxtanh ta có: hf1 = A + eU 1 e (U 1 − U 2 ) hc(λ2 − λ1 ) → h ( f 1 − f 2 ) = e (U 1 − U 2 ) ⇔ = e (U 1 − U 2 ) → h = λ1λ2 f1 − f 2 hf 2 = A + eU 2 1,6.10 −19.(6,6 − 8) Thay số ta được h = = 6,627.10 −34 ( J .s ) 15 15 2,2.10 − 2,538.10 b) Với giá trị h tìm được thì ta tính được công thoát A của kim loại: hf1 = A + eU 1 → A = hf1 − eU 1 = 6,627.10 −34.2,2.1015 − 1,6.10 −19.6,6 = 4,02.10 −19 ( J ) = 4.02.10
(J).
hc 6,627.10 −34.3.10 8 = = 0,495 (µm). A 4,02.10 −19 Dạng 6. Tính động năng của electron khi đến anot Cách giải : Ta biết rằng các photon khi đập vào Katot thì làm các electron bứt ra và bay đến Anot. Giá trị động năng ban đầu cực đại Wd.max mà chúng ta vẫn hay sử dụng trong những dạng toán trước là giá trị động năng của electron tại Katot. Bài toán đặt ra là xác định vận tốc cực đại của electron khi đến Anot hoặc tính động năng của electron tại Anot Áp dụng định lý động năng ta dễ dàng tính được động năng của electron tại Anot cũng như vận tốc cực đại tại Anot. Ký hiệu WA là động năng ban đầu cực đại tại Anot, WK là động năng ban đầu cực đại tại Katot (Giá trị WK này tính được thông qua phương trình Anhxtanh), công của lực điện trường tăng tốc cho electron là |e|UAK. Ta có WA – WK = |e|UAK → WA = WK + |e|UAK ▪ Nếu UAK > 0 thì WA > WK ▪ Nếu UAK < 0 thì WA < WK Ví dụ 1. Khi chiếu chùm bức xạ có bước sóng λ = 0,33 (µm) vào Katot của tế bào quang điện thì để triệt tiêu dòng quang điện cần đặt vào hiệu điện thế hãm là Uh. a) Để có hiệu điện thế hãm là Uh' với độ lớn giảm 1 (V) so với Uh thì phải dùng bức xạ λ' bằng bao nhiêu? b) Cho giới hạn quang điện của catốt là λ0 = 0,66 (µm) và đặt giữa Anot và Katot một hiệu điện thế dương UAK = 1,5 (V). Tìm động năng cực đại của electron quang điện khi đập vào Anot nếu dùng bức xạ có bước sóng bằng 0,33 (µm). Hướng dẫn giải: hc λ = A + e U h hc hc hc 19,875.10 − 26 a) Ta có → − = e ⇔ λ' = = = 0,45( µm) hc 19,875.10 −26 λ λ' −19 hc = A + e ( U − 1) − e − 1,6.10 h λ ' λ 0,33.10 −6 Vậy cần dùng λ' = 0,45 (µm). b) Theo định lý động năng ta có: WA – WK = |e|UAK → WA = WK + |e|UAK, (1) hc hc hc hc WK được tính từ hệ thức Anhxtanh: = + WK → WK = − = 3.10 −19 ( J )
Từ đó ta tính được giới hạn quang điện λ0 =
λ λ0 λ λ0 –19 –19 Thay vào (1) ta được WA = 3.10 + 1,6.10 .1,5 = 5,4.10 (J). Ví dụ 2. Chiếu một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,55 (µm) vào một tế bào quang điện có Katot làm bằng Xêsi (Cs) có công thoát là 1,8 (eV). a) Hỏi có hiện tượng quang điện xảy ra không? Tại sao? b) Biết hiệu điện thế giữa Anot và Katot là 90 (V). Tính vận tốc của electron khi đến Anot. Hướng dẫn giải: –19
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 23
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG hc a) Giới hạn quang điện của kim loại λ0 = = 0, 69 (µm). A Do λ < λ0 nên có xảy ra hiện tượng quang điện. b) Theo định lý động năng ta có: WA – WK = |e|UAK → WA = WK + |e|UAK, (1) hc hc WK được tính từ hệ thức Anhxtanh: = A + WK → WK = − A = 7,336.10 − 20 ( J )
λ λ Thay vào (1) ta được WA = 7,336.10–20 + 1,6.10–19.90 = 1,44.10–17 (J). 2W A Từ đó, vận tốc cực đại của eletron khi đến Anot là v A. max = = …=5,62.106 (m/s) m Ví dụ 3. Tế bào quang điện có catốt làm bằng Xêsi, được chiếu bằng bức xạ có bước sóng 0,4 (µm), cường độ dòng quang điện bão hoà là 32 (µA). a) Tính năng lượng của một phôtôn b) Tìm công suất phát xạ của chùm sáng, biết hiệu suất lượng tử là 0,1%. c) Biết hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng ánh sáng có giá trị tối đa là 0,654 (µm). Tìm công thoát của Xêsi, vận tốc ban đầu cực đại của quang electron và hiệu điên thế giữa Anotvà Katot để cường độ dòng quang điện bằng không. d) Tìm vận tốc lớn nhất của quang electron khi đến Anot, biết hiệu điện thế giữa Anotvà Katot là 1,5 (V). ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 4. Khi chiếu vào Katot của một tế bào quang điện một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,1584 (µm) thì hiệu điện thế hãm là có độ lớn 2 (V). a) Xác định giới hạn của quang điện của kim loại làm Katot. b) Nếu chiếu vào catốt của tế bào quang điện đó một bức xạ có bước sóng λ' = λ/2 và hiệu điện thế giữa Anot và Katot là UAK = 2 (V) thì động năng cực đại của các quang electrôn khi bay sang đến Anot là bao nhiêu? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 5. Kim loại làm catôt của một tế bào quang điện có công thoát là 1,8 eV. a) Chiếu vào catôt một ánh sáng có bước sóng 600 (nm) từ một nguồn sáng có công suất là 2 (mW). Hỏi dòng quang điện bão hoà bằng bao nhiêu? Biết rằng cứ 100 phôtôn đến đập vào catôt thì có 2 electron bị bật ra. b) Tách từ chùm electron bắn ra một electron có vận tốc lớn nhất rồi cho bay từ A đến B trong một điện trường mà hiệu điện thế UAB = –20 (V). Tìm vận tốc của electron tại điểm B. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ĐS: a) I = 1,93.10–6 (A). b) vmax= 2,67.106 m/s.
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 24
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,20 µm vào một qủa cầu bằng đồng, đặt cô lập về điện. Giới hạn quang điện của đồng là 0,30 µm. Điện thế cực đại mà quả cầu đạt được so với đất là A. 1,34 V. B. 2,07 V. C. 3,12 V. D. 4,26 V Câu 2. Khi chiếu một bức xạ từ được có bước sóng λ vào tấm kim loại được đặt cô lập về điện thì điện thế cực đại đạt được là 3 V. Bước sóng của bức xạ đó là A. λ = 0,25 µm. B. λ = 0,1926 µm. C. λ = 0,184 µm. D. λ = 0,41 µm. Câu 3. Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36 µm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Nathì cường độ dòng quang điện bão hoà là 3 µA. Số êlectron bị bứt ra khỏi catôt trong mỗi giây là A. 1,875.1013 B. 2,544.1013 C. 3,263.1012 D. 4,827.1012 Câu 4. Giả sử các electron thoát ra khỏi catốt của tế bào quang điện đều bị hút về anốt, khi đó dòng quang điện có cường độ I = 0,32 mA. Số electron thoát ra khỏi catốt trong mỗi giây là A. 2.1015 B. 2.1017 C. 2.1019 D. 2.1013 Câu 5. Chiếu vào catôt của tế bào quang điện một ánh sáng có bước sóng λ = 600 nm từ một nguồn sáng có công suất 2 mW. Biết cứ 1000 hạt phôtôn tới đập vào catôt thì có 2 electron bật ra, cường độ dòng quang điện bão hòa bằng A. 1,93.10–6A. B. 0,193.10–6A. C. 19,3 mA. D. 1,93 mA. Câu 6. Chiếu chùm ánh sáng có công suất 3 W, bước sóng 0,35 µm vào catôt của tế bào quang điện có công thoát electron 2,48 eV thì đo được cường độ dòng quang điện bão hoà là 0,02 A. Hiệu suất lượng tử bằng A. 0,2366%. B. 2,366%. C. 3,258%. D. 2,538%. Câu 7. Một tế bào quang điện có catôt được làm bằng Asen. Chiếu vào catôt chùm bức xạ điện từ có bước sóng 0,2 µm và nối tế bào quang điện với nguồn điện một chiều. Mỗi giây catôt nhận được năng lượng của chùm sáng là 3 mJ, thì cường độ dòng quang điện bão hòa là 4,5.10–6 A. Hiệu suất lượng tử là A. 9,4%. B. 0,094%. C. 0,94%. D. 0,186%. Câu 8. Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,5 µm vào bề mặt catốt của tế bào quang điện tạo ra dòng quang điện bão hoà Ibh = 0,32 A. Công suất bức xạ đập vào catốt là P = 1,5 W. Cho biết h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108 m/s, e = 1,6.10–19 C. Hiệu suất lượng tử là A. 52% B. 63% C. 53% D. 43% Câu 9. Một chùm ánh sáng đơn sắc tác dụng lên bề mặt một kim loại và làm bứt các electron ra khỏi kim loại này. Gọi Wđmax là động năng ban đầu cực đại của electron quang điện, A là công thoát, N số electron thoát ra khỏi bề mạt kim loại trong mỗi giây. Nếu tăng cường độ chùm sáng đó lên ba lần thì A. Wđmax tăng chín lần. B. A giảm ba lần. C. Wđmax tăng ba lần. D. N tăng ba lần. Câu 10. Cường độ dòng quang điện bão hoà trong mạch là 0,32 mA. Tính số e tách ra khỏi catốt của tế bào quang điện trong thời gian t = 20 (s), biết rằng chỉ có 80% electron tách ra được chuyển về anốt. A. 5.1016 B. 3.1018 C. 2,5.1016 D. 3.1020 Câu 11. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng 0,546 µm lên mặt kim loại dùng catốt của một tế bào quang điện, thu được dòng bão hòa có cường độ I0 = 2 mA. Công suất của bức xạ điện từ là 1,515 W. Giả sử các electron đó được tách ra bằng màn chắn để lấy một chùm hẹp hướng vào một từ trường đều có cảm ứng từ B = 10-4 T, sao cho B vuông góc với phương ban đầu của vận tốc electron. Biết quỹ đạo của các electron có bán kính cực đại là R = 23,32 mm thì vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. A. 1,25.105 m/s B. 2,36.105 m/s C. 3,5.105 m/s D. 4,1.105 m/s Câu 12. Chiếu bức xạ đơn sắc bước sóng λ = 0,533 µm vào một tấm kim loại có công thốt electron A = 3.10–19 J . Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp electron quang điện và cho chúng bay vào một miền từ trường đều có cảm ứng từ B. Hướng chuyển động của electron quang điện vuông góc với B . Biết bán kính cực đại của quỹ đạo các electron là R = 22,75 mm. Tìm độ lớn cảm ứng từ B của từ trường. A. B = 2.10-4 T B. B = 10-4 T C. B = 1,2.10-4 T D. B = 0,92.10-4 T ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. B 02. D 03. A 04. A 05. A 06. B 07. C 08. C 09. D 10. A 11. D 12. B BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 25
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG BÀI TẬP TIA X
Một số kiến thức trọng tâm: ▪ Khi electron đập vào đối âm cực thì phần lớn năng lượng của nó biến thành nhiệt làm nóng đối âm cực, phần còn lại tạo ra năng lượng của tia X. Để tìm nhiệt lượng tỏa ra tại đối âm cực thì ta áp dụng định 1 hc luật bảo toàn năng lượng, ta có Wđ = hf + Q ⇔ mv 2 = + Q , với f là tần số tia X, λ là bước sóng tia X 2 λ phát ra, Q là nhiệt lượng làm nóng đối catot có biểu thức tính Q = c.m. ∆ t0 ▪ Nếu electron đập vào đối âm cực nhưng không tham gia vào làm nóng đối âm cực nghĩa là toàn bộ động năng của nó biến thành năng lượng tia X. Khi đó tia X này có tần số lớn nhất fmax hay bước sóng nhỏ nhất λmin thỏa mãn e U AK f max = 1 2 hc hc h mv = hf max = ⇔ e U AK = hf max = → hc λmin λmin 2 λmin = e U AK ▪ Thực tế có đến 99%Wđ chuyển thành nhiệt lượng (Q) làm nóng đối âm cực : Q = 99%Wđ = 99%N.Wđ1 = 99%.n.e.UAK . - Với n số electron đến đối Katốt,Wđ1 động năng của 1 electron đập vào Anot(I = n.qe). Q .100% Mà Q = mc(t2 - t1) và H = Wd - Với c nhiệt dung riêng của kim loại làm đối Katốt ▪ Nhiệt lượng mà lượng nước làm nguội đối âm cực ( Q ' = m ' c ' ∆t ' ): Q = Q’ ▪ Tính vận tốc eclectron khi đập vào Anot:
2qeU AK 1 2 1 2 mv − mv0 = qeU AK ; v0 = 0 ⇒ v = 2 2 m
Ví dụ 1. Trong một ống Rơnghen người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi U = 2.104 (V) giữa hai cực. a) Tính động năng của êlectron đến đối Catot (bỏ qua động năng ban đầu của êlectron khi bứt ra khỏi Catot. b) Tính tần số cực đại của tia Rơnghen. c) Trong một phút người ta đếm được 6.1018 êlectron đập vào đối Catot. Tính cường độ dòng điện qua ống Rơnghen. Hướng dẫn giải: a) Động năng của electron đến đối Catot: Wd = |e|.U = 1,6.10–19. 2.104 = 3,2.10–15 (J). b) Tần số cực đại của tia Rơnghen đạt được khi toàn bộ động năng của electron chuyển thành năng Wđ 3,2.10 −15 18 lượng tia Rơnghen, khi đó ta có Wd = εmax = hfmax → f max = h = 6,625.10 −34 = 4,8.10 ( Hz ) ne
6.1018.1,6.10 −19 = 16 (mA). t 60 Ví dụ 2. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt một ống tia Rơnghen là 200 (kV). a) Tính động năng của electron khi đến đối catốt. b) Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen mà ống đó có thể phát ra. Hướng dẫn giải: a) Động năng của electron đến đối Catot: Wd = |e|.UAK = 1,6.10–19. 200.103 = 3,2.10–14 (J) b) Bước sóng ngắn nhất mà tia Rơn ghen phát ra thỏa mãn
c) Cường độ dòng điện qua ống Rơn ghen: I =
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
=
Trang - 26
Wđ = ε max ⇔ e U AK =
hc
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG hc 19,875.10 −26 = . = 6,2.10 −12 (m) e U AK 1,6.10 −19.200.10 3
→ λmin λmin Ví dụ 3. Trong ống Rơnghen cường độ dòng điện đi qua ống là 0,8 mA và hiệu điện thế giữa anốt và catốt là 1,2 kV. a) Tìm số electron đập vào đối catốt mỗi giây và vận tốc của electron khi đi tới đối catốt. b) Tìm bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen mà ống đó có thể phát ra. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đ/S: a) n = 5.1015 hạt, v = 2,05.107 m/s. b) λmin = 10,35.10–10 (m). Ví dụ 4. Một ống Rơnghen phát ra được bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 5 Å. a) Tính vận tốc của electron tới đập vào đối catốt và hiệu điện thế giữa hai cực của ống. b) Khi ống Rơnghen đó hoạt động cường độ dòng điện qua ống là 0,002 (A). Tính số electron đập vào đối âm cực catốt trong mỗi giây và nhiệt lượng toả ra trên đối catốt trong mỗi phút nếu coi rằng toàn bộ động năng của êlectron đập vào đối âm cực được dùng để đốt nóng nó. c) Để tăng độ cứng của tia Rơnghen, tức là để giảm bước sóng của nó, người ta cho hiệu điện thế giữa hai cực tăng thêm ∆U = 500 (V). Tính bước sóng ngắn nhất của tia Rơnghen phát ra khi đó. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đ/S: a) v = 2,96.107 m/s. b) n = 1,25.1016 hạt, Q = 300 (J). c) λmin = 4,17 Å. Ví dụ 5. Trong chùm tia Rơnghen phát ra từ một ống Rơnghen, người ta thấy có những tia có tần số lớn nhất 5.1018 (Hz). a) Tính hiệu điện thế giữa hai cực của ống và động năng cực đại của electron đập vào đối âm cực. b) Trong 20 (s) người ta xác định được 1018 electron đập vào đối âm cực. Tính cường độ dòng điện qua ống. Biết me = 9,1.10–31 kg; e = –1,6.10–19 C; h = 6,625.10–34 Js. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đ/S: a) U = 20,7 (kV), Wđmax = 3,3125.10–15 (J). b) I = 8 (mA). Ví dụ 6. Một ống Rơn-ghen hoạt động dưới điện áp U = 50000 V. Khi đó cường độ dòng điện qua ống Rơn- ghen là I = 5 mA. Giả thiết 1% năng lượng của chùm electron được chuyển hóa thành năng lượng của tia X và năng lượng trung bình của các tia X sinh ra bằng 75% năng lượng của tia có bước sóng ngắn nhất. Biết electron phát ra khỏi catot với vận tôc bằng 0. a) Tính công suất của dòng điện qua ống Rơn-ghen b) Tính số photon của tia X phát ra trong 1 giây? c) Catot được làm nguội bằng dòng nước có nhiệt độ ban đầu t1 = 100C. Hãy tìm lưu lượng nước (lít/phút) phải dùng để giữ cho nhiệt độ catot không thay đổi. Biết khi ra khỏi ống Rơn-ghen thì BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 27
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG nhiệt độ của nước là t2 =25 C. Nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/kg.K. Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số: a P = 250 W b. Số photon do tia X sinh ra trong 1 giây: N = 4, 2.1014 (photon/s) c. Phần năng lượng biến thành nhiệt trong 1 giây Q = 0,99.UI . m = 0,23 (lít/phút) Ví dụ 7. Một ống Cu-lít-giơ có điện áp giữa hai đầu ống Cu- lít - giơ là 10KV với dòng điện trong ống là I = 1mA. a) Tính số e đập vào đối Katốt sau một phút ? b) Tính động năng của e đập vào đối Katốt ? c) Tính bước sóng nhỏ nhất của tia X ? d) Coi rằng chỉ có 1% số e đập vào đối Katốt tạo ra tia X. Sau một phút hoạt động thì đối Katốt nóng thêm bao nhiêu độ cho khối lượng của đối Katốt là m = 100g và nhiệt dung riêng là 120J/kgđộ. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Đáp số: a) N = 3,74. 1017 b) Wđ =1,6.10-15J c) λ0 =1,24.10-10m d) ∆ t = 49,3680C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1. Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,20 µm vào một qủa cầu bằng đồng, đặt cô lập về điện. Giới hạn quang điện của đồng là 0,30 µm. Điện thế cực đại mà quả cầu đạt được so với đất là A. 1,34 V. B. 2,07 V. C. 3,12 V. D. 4,26 V Câu 2. Khi chiếu một bức xạ từ được có bước sóng λ vào tấm kim loại được đặt cô lập về điện thì điện thế cực đại đạt được là 3 V. Bước sóng của bức xạ đó là A. λ = 0,25 µm. B. λ = 0,1926 µm. C. λ = 0,184 µm. D. λ = 0,41 µm. Câu 3. Công thoát của kim loại Na là 2,48 eV. Chiếu một chùm bức xạ có bước sóng 0,36 µm vào tế bào quang điện có catôt làm bằng Nathì cường độ dòng quang điện bão hoà là 3 µA. Số êlectron bị bứt ra khỏi catôt trong mỗi giây là A. 1,875.1013 B. 2,544.1013 C. 3,263.1012 D. 4,827.1012 Câu 4. Giả sử các electron thoát ra khỏi catốt của tế bào quang điện đều bị hút về anốt, khi đó dòng quang điện có cường độ I = 0,32 mA. Số electron thoát ra khỏi catốt trong mỗi giây là A. 2.1015 B. 2.1017 C. 2.1019 D. 2.1013 Câu 5. Chiếu vào catôt của tế bào quang điện một ánh sáng có bước sóng λ = 600 nm từ một nguồn sáng có công suất 2 mW. Biết cứ 1000 hạt phôtôn tới đập vào catôt thì có 2 electron bật ra, cường độ dòng quang điện bão 0
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 28
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
hòa bằng A. 1,93.10–6A. B. 0,193.10–6A. C. 19,3 mA. D. 1,93 mA. Câu 6. Chiếu chùm ánh sáng có công suất 3 W, bước sóng 0,35 µm vào catôt của tế bào quang điện có công thoát electron 2,48 eV thì đo được cường độ dòng quang điện bão hoà là 0,02 A. Hiệu suất lượng tử bằng A. 0,2366%. B. 2,366%. C. 3,258%. D. 2,538%. Câu 7. Một tế bào quang điện có catôt được làm bằng Asen. Chiếu vào catôt chùm bức xạ điện từ có bước sóng 0,2 µm và nối tế bào quang điện với nguồn điện một chiều. Mỗi giây catôt nhận được năng lượng của chùm sáng là 3 mJ, thì cường độ dòng quang điện bão hòa là 4,5.10–6 A. Hiệu suất lượng tử là A. 9,4%. B. 0,094%. C. 0,94%. D. 0,186%. Câu 8. Khi chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng λ = 0,5 µm vào bề mặt catốt của tế bào quang điện tạo ra dòng quang điện bão hoà Ibh = 0,32 A. Công suất bức xạ đập vào catốt là P = 1,5 W. Cho biết h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108 m/s, e = 1,6.10–19 C. Hiệu suất lượng tử là A. 52% B. 63% C. 53% D. 43% Câu 9. Một chùm ánh sáng đơn sắc tác dụng lên bề mặt một kim loại và làm bứt các electron ra khỏi kim loại này. Gọi Wđmax là động năng ban đầu cực đại của electron quang điện, A là công thoát, N số electron thoát ra khỏi bề mạt kim loại trong mỗi giây. Nếu tăng cường độ chùm sáng đó lên ba lần thì A. Wđmax tăng chín lần. B. A giảm ba lần. C. Wđmax tăng ba lần. D. N tăng ba lần. Câu 10. Cường độ dòng quang điện bão hoà trong mạch là 0,32 mA. Tính số e tách ra khỏi catốt của tế bào quang điện trong thời gian t = 20 (s), biết rằng chỉ có 80% electron tách ra được chuyển về anốt. A. 5.1016 B. 3.1018 C. 2,5.1016 D. 3.1020 Câu 11. Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng 0,546 µm lên mặt kim loại dùng catốt của một tế bào quang điện, thu được dòng bão hòa có cường độ I0 = 2 mA. Công suất của bức xạ điện từ là 1,515 W. Giả sử các electron đó được tách ra bằng màn chắn để lấy một chùm hẹp hướng vào một từ trường đều r có cảm ứng từ B = 10-4 T, sao cho B vuông góc với phương ban đầu của vận tốc electron. Biết quỹ đạo của các electron có bán kính cực đại là R = 23,32 mm thì vận tốc ban đầu cực đại của các electron quang điện. B. 2,36.105 m/s C. 3,5.105 m/s D. 4,1.105 m/s A. 1,25.105 m/s Câu 12. Chiếu bức xạ đơn sắc bước sóng λ = 0,533 µm vào một tấm kim loại có công thốt electron A = 3.10–19 J . Dùng màn chắn tách ra một chùm hẹp electron quang điện và cho chúng bay vào một miền từ r trường đều có cảm ứng từ B . Hướng chuyển động của electron quang điện vuông góc với B . Biết bán kính cực đại của quỹ đạo các electron là R = 22,75 mm. Tìm độ lớn cảm ứng từ B của từ trường. A. B = 2.10-4 T B. B = 10-4 T C. B = 1,2.10-4 T D. B = 0,92.10-4 T Câu 13: Một ống phát ra tia Rơghen, phát ra bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 5.10–10 m. Tính năng lượng của photôn tương ứng? A. 3975.10–19 J B. 3,975.10–19 J C. 9375.10–19 J D. 3975.10–16 J Câu 14: Một ống Cu-lít-giơ phát ra bức xạ có bước sóng ngắn nhất là 2,65.10–11 m. Bỏ qua động năng ban đầu của các electron khi thoát ra khỏi bề mặt catôt. Biết h = 6,625.10–34 J.s, e = 1,6.10–19 C. Điện áp cực đại giữa hai cực của ống là A. 46875 V. B. 4687,5 V C. 15625 V D. 1562,5 V Câu 15: Điện áp cực đại giữa anốt và catốt của một ống Cu-lít-giơ là U0 = 18200 V. Bỏ qua động năng của êlectron khi bứt khỏi catốt. Tính bước sóng ngắn nhất của tia X do ống phát ra. Cho h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108 m/s ; |e| = 1,6.10–19 C. A. λmin = 68 pm. B. λmin = 6,8 pm. C. λmin = 34 pm. D. λmin = 3,4 pm. Câu 16: Hiệu điện thế “hiệu dụng” giữa anốt và catốt của một ống Cu-lít-giơ là 10 kV. Bỏ qua động năng của các êlectron khi bứt khỏi catốt. Tốc độ cực đại của các êlectron khi đập vào anốt. A. 70000 km/s. B. 50000 km/s. C. 60000 km/s. D. 80000 km/s. Câu 17: Điện áp cực đại giữa anốt và catốt của một ống Cu-lít-giơ là 18,75 kV. Biết độ lớn điện tích electron, tốc độ sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10–19 C ; 3.108 m/s và 6,625.10–34 J.s. Bỏ qua động năng ban đầu của electron. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen do ống phát ra là A. 0,4625.10–9 m. B. 0,5625.10–10 m. C. 0,6625.10–9 m. D. 0,6625.10–10 m Câu 18: Điện áp cực đại giữa anốt và catốt của một ống Cu-lít-giơ là U0 = 25 kV. Coi vận tốc ban đầu BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 29
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG của chùm electron phát ra từ catốt bằng không. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10–34 J.s , điện tích nguyên tố bằng 1,6.10–19 C. Tần số lớn nhất của tia Rơnghen do ống này có thể phát ra là A. 6.1018 Hz B. 60.1015 Hz. C. 6.1015 Hz. D. 60.1018 Hz. Câu 19: Hiệu điện thế cực đại giữa hai cực của ống Cu-lít-giơ là 15 kV. Giả sử electron bật ra từ catôt có vận tốc ban đầu bằng không thì bước sóng ngắn nhất của tia X mà ống có thể phát ra là bao nhiêu ? A. 75,5.10–12 m. B. 82,8.10–12 m. C. 75,5.10–10 m. D. 82,8.10–10 m. Câu 20: Một ống Cu-lít-giơ phát ra bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 5 Å. Cho điện tích electron là 1,6.10–19 C, hằng số Planck là 6,625.10–34 J.s, vận tốc của ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s. Hiệu điện thế cực đại U0 giữa anôt và catôt là bao nhiêu ? A. 2500 V. B. 2485 V. C. 1600 V. D. 3750 V. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. B 02. D 03. A 04. A 05. A 06. B 07. C 08. C 09. D 10. A 11. D 12. B 13. A 14. A 15. A 16. C 17. D 18. A 19. B 20. B HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG, SỰ PHÁT QUANG I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 1) Chất quang dẫn Là chất bán dẫn có tính chất cách điện khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện khi bị chiếu sáng. 2. Hiện tượng quang điện trong a) Khái niệm Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong. b) Đặc điểm ▪ Để gây được hiện tượng quang điện trong thì ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị λ0 gọi là giới hạn quang điện trong. ▪ Năng lượng cần thiết để giải phóng electron khỏi liên kết trong chất bán dẫn thường nhỏ hơn công thoát A của electron từ mặt kim loại nên giới hạn quang điện của các chất bán dẫn nằm trong vùng ánh sáng hồng ngoại c) Ứng dụng Ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện. 3) Hiện tượng quang dẫn a) Khái niệm Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm mạnh điện trở suất của chất bán dẫn, tức làm tăng độ dẫn điện khi chiếu ánh sáng thích hợp vào chất bán dẫn. b) Giải thích hiện tượng: ▪ Mỗi electron liên kết khi hấp thụ một phôtôn sẽ trở thành một e dẫn và để lại một lỗ trống mang điện dương. ▪ Các electron và những lỗ trống này có thể di chuyển tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác tham gia vào quá trình dẫn điện. 4) Quang điện trở a) Khái niệm Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn và có giá trị điện trở giảm mạnh khi chiếu sáng. b) Cấu tạo Quang điện trở gồm một lớp bán dẫn mỏng được phủ lên một tấm nhựa cách điện có hai điện cực : 1 – Lớp bán dẫn 2 – Đế cách điện 3 – Các điện cực 4 – Dây dẫn 5 – Điện kế 6 – Nguồn điện c) Hoạt động ▪ Nối một nguồn điện khoảng vài vôn vào quang trở ▪ Khi chưa chiếu sáng không có dòng điện trong mạch. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 30
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ▪ Khi chiếu ánh sáng thích hợp, trong mạch có dòng điện. d) Ứng dụng Thay thế cho các tế bào quang điện trong các thiết bị điều khiển từ xa. 5) Pin quang điện a) Khái niệm Là một loại nguồn điện trong đó quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng. b) Cấu tạo ▪ Gồm một điện cực bằng đồng bên trên phủ lớp Cu2O. ▪ Trên lớp Cu2O ta phun một lớp vàng mỏng làm điện cực thứ hai. ▪ Chổ tiếp xúc giữa Cu2O và Cu hình thành một lớp đặc biệt chỉ cho các e di chuyển từ sang Cu. c) Hoạt động ▪ Khi pin quang điện được chiếu bằng ánh sáng thích hợp, ở lớp Cu2O các e liên kết được giải phóng khuếch tán sang Cu. ▪ Kết quả lớp Cu2O thiếu e tích điện dương, lớp Cu thừa e tích điện âm. Giữa chúng hình thành một suất điện động. ▪ Nếu nối vào mạch ngoài thông qua một điện kế ta thấy có dòng điện chạy từ Cu2O sang Cud d) Ứng dụng ▪ Dùng làm nguồn điện trong máy tính, vệ tinh nhân tạo.. ▪ Là một loại nguồn điện sạch. II. SỰ PHÁT QUANG 1) Sự phát quang ▪ Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì chúng có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó được gọi là sự phát quang. ▪ Sự phát quang có khác biệt với các hiện tượng phát ánh sáng khác, hai đặc điểm quan trọng : – Một là, mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó. – Hai là, sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một khoảng thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẳn. 2) Các dạng quang phát quang Sự phát quang của một số chất khi có ánh sáng thích hợp (ánh sáng kích thích) chiếu vào nó, gọi là hiện tượng quang phát quang. Người ta thấy có hai loại quang phát quang: ▪ Sự huỳnh quang: là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10–8 (s)). Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí. ▪ Sự lân quang: là sự phát quang có thời gian phát quang dài (10–6 (s) trở lên), nó thường xảy ra với chất rắn. ▪ Đặc điểm nổi bật của các sự qunag phát quang là bước sóng λ’ của ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng λ của ánh sáng mà chất phát quang hấp thụ : λ' > λ, (Định luật Stocke) 3) Ứng dụng Các hiện tượng phát quang có nhiều ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và đời sống như sử dụng trong các đèn ống thắp sáng, trong các màn hình chiếu sáng... Ví dụ 1: (Trích đề thi ĐH 2011) Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26 µm thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 µm. Giả sử công suất của chùm sáng phát quang bằng 20% công suất của chùm sáng kích thích. Tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian là 4 1 1 2 A. B. C. D. 5 10 5 5 ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 2: (Trích đề thi ĐH 2010) Một chất có khả năng phát ra ánh sáng phát quang với tần số f = 6.1014 Hz. Khi dùng ánh sáng có bước sóng nào dưới đây để kích thích thì chất này không thể phát quang? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 31
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. 0,55 µm. B. 0,45 µm. C. 0,38 µm. D. 0,40 µm. Ví dụ 3: Dung dịch Fluorexein hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,45 µm và phát ra ánh sáng có bước sóng 0,55 µm. Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ. Biết hiệu suất cuả sự phát quang của dung dịch này là 80%. Tính tỉ số (tính ra phần trăm) của phôtôn phát quang và số phôtôn chiếu đến dung dịch? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 4: Chiếu bức xạ có bước sóng 0,5 µm và một chất phát quang thì nó phát ra ánh sáng có bước sóng 0,6 µm. Biết công suất của chùm sáng phát quang bằng 0,06 công suất của chùm sáng kích thích. Nếu có 2012 phôtôn kích thích chiếu vào chất đó thì số phôtôn phát quang được tạo ra là bao nhiêu? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 5: Chất lỏng fluorexein hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,54 µm và phát ra ánh có bước sóng λ’ = 0,6 µm. Biết hiệu suất của sự phát quang này là 90% (hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng của ánh sáng phát quang và năng lượng của ánh sáng kích thích trong một đơn vị thời gian), số phôtôn của ánh sáng kích thích chiếu đến trong 1 s là 5.1012 hạt. Số phôtôn của chùm sáng phát quang phát ra trong 1 s là bao nhiêu? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ III. SỰ HẤP THỤ VÀ LỌC LỰA ÁNH SÁNG (Đọc thêm) 1) Hiện tượng hấp thụ ánh sáng Khi một chùm ánh sáng đi qua một môi trường vật chất bất kì, thì cường độ sáng bị giảm. Một phần năng lượng của chùm sáng đã bị tiêu hao và biến thành năng lượng khác. Đó là hiện tượng hấp thụ ánh sáng. Cường độ I của chùm sáng đơn sắc truyền qua môi trường hấp thụ giảm theo độ dài d của đường đi theo định luật hàm số mũ I = I 0 e −αd o Với I0 là cường độ của chùm sáng tới môi trường, α được gọi là hệ số hấp thụ của môi trường. Biểu thức trên là nội dung của định luật về sự hấp thụ ánh sáng. 2) Sự hấp thụ lọc lựa. Kính màu a) Sự hấp thụ ánh sáng lọc lựa, (có chọn lọc) ▪ Khi ánh sáng trắng đi qua những chất khác nhau, quang phổ của nó mất đi những bước sóng khác nhau. Điều đó chứng tỏ, ánh sáng có bước sóng khác nhau bị môi trường hấp thụ nhiều ít khác nhau. Người ta gọi hiện tượng này là sự hấp thụ lọc lựa. Hệ số hấp thụ α của môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. ▪ Những chất hầu như không hấp thụ ánh sáng trong miền nào của quang phổ thì được gọi là gần trong suốt trong miền đó. ▪ Những vật không hấp thụ ánh sáng trong miền nhìn thấy của quang phổ được gọi là vật trong suốt không màu. Những vật hấp thụ hoàn toàn mọ i ánh sáng nhìn thấy thì sẽ có màu đen. ▪ Những vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng trong miền nhìn thấy thì được gọi là vật trong suốt có màu. b) Kính màu Kính lọc sắc đỏ ít hấp thụ ánh sáng màu đỏ, nhưng hấp thụ rất mạnh ánh sáng màu xanh, màu tím và hầu hết các bức xạ còn lại của ánh sáng trắng. Nếu chiếu ánh sáng trắng vào kính lọc sắc “đỏ”, thì nó chỉ cho các tia đỏ truyền qua, các bức xạ còn lại bị nó hấp thụ gần như hoàn toàn (Hình 1). Kết quả là ta nhìn thấy kính lọc sắc có màu đỏ. Nếu chiếu vào tấm kính đỏ ánh sáng màu BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 32
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG tím chẳng hạn, ánh sáng này sẽ bị tấm kính đỏ hấp thụ gần như hoàn toàn, và lúc này ta nhìn thấy tấm kính có màu “đen”.
3) Sự phản xạ lọc lựa Hình 1. Chùm ánh sáng trắng đi qua tấm kính đỏ. ▪ Khi chiếu một chùm ánh sáng trắng vào một vật nào đó. Chùm sáng phản xạ từ vật bị khuyết một số phôtôn có năng lượng xác định. Điều đó chứng tỏ ánh sáng có bước sóng khác nhau được phản xạ nhiều ít khác nhau từ vật. Đó là phản xạ lọc lựa. Phổ của ánh sáng phản xạ phụ thuộc phổ của ánh sáng tới và tính chất quang học của bề mặt phản xạ. ▪ Phổ của ánh sáng tán xạ phụ thuộc phổ của ánh sáng tới và tính chất quang học của bề mặt tán xạ. 4) Màu sắc các vật ▪ Khi vật phản xạ tất cả ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu vào nó, thì theo hướng phản xạ ta sẽ nhìn thấy vật có màu trắng, vật hấp thụ tất cả các ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu tới, thì theo hướng phản xạ ta nhìn thấy nó có màu đen, vật hấp thụ đa số bức xạ chính trong quang phổ của ánh sáng trắng, nó sẽ có màu xám. ▪ Các vật thể có màu sắc là do vật được cấu tạo từ những vật liệu xác định và vật hấp thụ một số bước sóng ánh sáng và phản xạ, tán xạ những bước sóng khác. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG, SỰ PHÁT QUANG (BÀI TẬP TỰ LUYỆN) Câu 1. Theo định nghĩa, hiện tượng quang điện trong là A. hiện tượng quang điện xảy ra bên trong một chất bán dẫn. B. hiện tượng quang điện xảy ra bên ngoai một chất bán dẫn. C. nguyên nhân sinh ra hiện tượng quang dẫn. D. sự giải phóng các êléctron liên kết để chúng trở thành êlectron dẫn nhờ tác dụng của một bức xạ điện từ. Câu 2. Phát biểu nào sau đây là đúng ? A. Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng bứt electron ra khỏi bề mặt kim loại khi chiếu vào kim loại ánh sáng có bước sóng thích hợp. B. Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng electron bị bắn ra khỏi kim loại khi kim loại bị đốt nóng C. Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng electron liên kết được giải phóng thành electron dẫn khi chất bán dẫn được chiếu bằng bức xạ thích hợp. D. Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng điện trở của vật dẫn kim loại tăng lên khi chiếu ánh sáng vào kim loại. Câu 3. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng A. một chất cách điện trở thành dẫn điện khi được chiếu sáng. B. giảm điện trở của kim loại khi được chiếu sáng. C. giảm điện trở của một chất bán dẫn, khi được chiếu sáng. D. truyền dẫn ánh sáng theo các sợi quang uốn cong một cách bất kỳ. Câu 4. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn? A. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm mạnh điện trở của chất bán dẫn khi bị chiếu sáng. B. Trong hiện tượng quang dẫn, êlectron được giải phóng ra khỏi khối chất bán dẫn. C. Một trong những ứng dụng quan trọng của hiện tượng quang dẫn là việc chế tạo đèn ống (đèn nêôn). D. Trong hiện tượng quang dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết thành êlectron là rất lớn. Câu 5. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Để một chất bán dẫn trở thành vật dẫn thì bức xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải có bước sóng lớn hơn một giá trị λ0 phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn. B. Để một chất bán dẫn trở thành vật dẫn thì bức xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải có tần số lớn hơn một giá trị f0 phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn. C. Để một chất bán dẫn trở thành vật dẫn thì cường độ của chùm bức xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải lớn hơn một giá trị nào đó phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn. D. Để một chất bán dẫn trở thành vật dẫn thì cường độ của chùm bức xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 33
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG phải nhỏ hơn một giá trị nào đó phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn. Câu 6. Điều nào sau đây sai khi nói về quang trở? A. Bộ phận quan trọng nhất của quang điện trở là một lớp chất bán dẫn có gắn 2 điện cực. B. Quang điện trở thực chất là một điện trở mà giá trị của nó có thể thay đổi theo nhiệt độ. C. Quang điện trở có thể dùng thay thế cho các tế bào quang điện. D. Quang điện trở là một điện trở mà giá trị của nó không thay đổi theo nhiệt độ. Câu 7. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Quang trở là một linh kiện bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện ngoài. B. Quang trở là một linh kiện bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong. C. Điện trở của quang trở tăng nhanh khi quang trở được chiếu sáng. D. Điện trở của quang trở không đổi khi quang trở được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng ngắn. Câu 8. Pin quang điện là nguồn điện trong đó A. quang năng được trực tiếp biến đổi thành điện năng. B. năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng. C. một tế bào quang điện được dùng làm máy phát điện. D. một quang điện trở, khi được chiếu sáng, thì trở thành máy phát điện. Câu 9. Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 0,62µm. Chiếu vào chất bán dẫn đó lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số f1 = 4,5.1014 Hz ; f2 = 5,0.1013 Hz ; f3 = 6,5.1013 Hz ; f4 = 6,0.1014 Hz thì hiện tượng quang dẫn sẽ xảy ra với A. chùm bức xạ 1. B. chùm bức xạ 2. C. chùm bức xạ 3. D. chùm bức xạ 4. Câu 10. Trong hiện tượng quang dẫn của một chất bán dẫn. Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết thành electron tự do là A thì bước sóng dài nhất của ánh sáng kích thích gây ra được hiện tượng quang dẫn ở chất bán dẫn đó được xác định từ công thức A. hc/A. B. hA/c. C. c/hA. D. A/hc. Câu 11. Nguyên tắc hoạt đông của quang trở dựa vào hiện tượng A. quang điện bên ngoài. B. quang điện bên trong. C. phát quang của chất rắn. D. vật dẫn nóng lên khi bị chiếu sáng. Câu 12. Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn ? A. Hiện tượng giải phòng electron liên kết thành electron dẫn gọi là hiện tượng quang điện bên trong. B. Có thể gây ra hiện tượng quang dẫn với ánh sáng kích thích có bước sóng dài hơn giới hạn quan dẫn. C. Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ giải phóng một electron liên kết thành một electron tự do gọi là electron dẫn. D. Một lợi thế của hiện tượng quang dẫn là ánh sáng kích không cần phải có bước sóng ngắn. Câu 27: (CĐ 2010) Khi chiếu chùm tia tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng A. phản xạ ánh sáng. B. quang - phát quang. C. hóa - phát quang. D. tán sắc ánh sáng. Câu 14. Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây? A. Có giá trị rất lớn. B. Có giá trị rất nhỏ. C. Có giá trị không đổi. D. Có giá trị thay đổi được. Câu 15. Khi hiện tượng quang dẫn xảy ra, trong chất bán dẫn có hạt tham gia vào quá trình dẫn điện là A. electron và hạt nhân. B. electron và các ion dương. C. electron và lỗ trống mang điện âm. D. electron và lỗ trống mang điện dương. Câu 16. Chọn câu trả lời đúng. A. Hiện tượng quang điện còn gọi là hiện tượng quang điện bên ngoài. B. Hiện tượng quang điện còn gọi là hiện tượng quang điện bên trong. C. Hiện tượng quang dẫn còn gọi là hiện tượng quang điện bên ngoài. D. Cả A, B, C đều đúng. Câu 17. Chọn câu trả lời sai. Trong hiện tượng quang dẫn và hiện tượng quang điện A. đều có bước sóng giới hạn λ0 B. đều bứt được các electron bứt ra khỏi khối chất. C. bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện bên trong có thể thuộc vùng hồng ngoại. D. năng lượng cần thiết để giải phóng electron khối chất bán dẫn nhỏ hơn công thoát của electron khỏi BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 34
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
kim loại Câu 18. Trường hợp nào sau đây là hiện tượng quang điện trong? A. Chiếu tia tử ngoại vào chất bán dẫn làm tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn này. B. Chiếu tia X (tia Rơnghen) vào kim loại làm êlectron bật ra khỏi bề mặt kim loại đó. C. Chiếu tia tử ngoại vào chất khí thì chất khí đó phát ra ánh sáng màu lục. D. Chiếu tia X (tia Rơnghen) vào tấm kim loại làm cho tấm kim loại này nóng lên. Câu 19. Có thể giải thích tính quang dẫn bằng thuyết A. êlectron cổ điển. B. sóng ánh sáng. C. phôtôn. D. động học phân tử. Câu 20. Khi chiếu vào một chất lỏng ánh sáng chàm thì ánh sáng huỳnh quang phát ra không thể là A. ánh sáng tím. B. ánh sáng vàng. C. ánh sáng đỏ. D. ánh sáng lục. Câu 21. Ánh sáng phát quang của một chất có bước sóng 0,5 µm. Hỏi nếu chiếu vào chất đó ánh sáng có bước sóng nào dưới đây thì nó sẽ không phát quang? A. 0,3 µm. B. 0,4 µm. C. 0,5 µm. D. 0,6 µm. Câu 22. Trong hiện tượng quang – phát quang, có sự hấp thụ ánh sáng để A. tạo ra dòng điện trong chân không. B. thay đổi điện trở của vật. C. làm nóng vật. D. làm cho vật phát sáng. Câu 23. Trong hiện tượng quang – phát quang, sự hấp thụ hoàn toàn một phôtôn sẽ đưa đến A. sự giải phóng một êlectron tự do. B. sự giải phóng một êlectron liên kết. D. sự phát ra một phôtôn khác. C. sự giải phóng một cặp electron vào lỗ trống. Câu 24. Khi xét sự phát quang của một chất lỏng và một chất rắn ta thấy A. cả hai trường hợp phát quang đều là huỳnh quang. B. cả hai trường hợp phát quang đều là lân quang. C. sự phát quang của chất lỏng là huỳnh quang, của chất rắn là lân quang. D. sự phát quang của chất lỏng là lân quang, của chất rắn là huỳnh quang. Câu 25: Lọ thủy tinh màu xanh sẽ hấp thụ ít A. ánh sáng đỏ. B. ánh sáng vàng. C. ánh sáng tím. D. ánh sáng xanh. Câu 26: Các phản ứng quang hóa là các phản ứng hoá học xẩy ra dưới tác dụng của A. nhiệt. B. ánh sáng. C. điện. D. từ. Câu 27: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sự phát quang? A. Sự huỳnh quang thường xảy ra đối với các chất lỏng và chất khí. B. Sự lân quang thường xảy ra đối với các chất rắn. C. Bước sóng của ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích. D. Bước sóng của ánh sáng phát quang bao giờ cũng nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng kích thích. Câu 28. Nếu ánh sáng kích thích là ánh sáng màu lam thì ánh sáng huỳnh quang không thể là ánh sáng nào dưới đây? A. Ánh sáng đỏ. B. Ánh sáng lục. C. Ánh sáng chàm. D. Ánh sáng lam. Câu 29. Sự phát sáng của nguồn sáng nào dưới đây gọi là sự phát quang ? A. Ngọn nến B. Đèn pin C. Con đom đóm D. Ngôi sao băng Câu 30. Trong trường hợp nào dưới đây có sự quang – phát quang ? A. Ta nhìn thấy màu xanh của một biển quảng cáo lúc ban ngày B. Ta nhìn thấy ánh sáng lục phát ra từ đầu các cọc tiêu trên đường núi khi có ánh sáng đèn ô-tô chiếu vào C. Ta nhìn thấy ánh sáng của một ngọn đèn đường D. Ta nhìn thấy ánh sáng đỏ của một tấm kính đỏ Câu 31. Một chất có khả năng phát quang ánh sáng màu đỏ và ánh sáng màu lục. Nếu dùng tia tử ngoại để kích thích sự phát quang của chất đó thì ánh sáng phát quang có thể có màu nào ? A. Màu đỏ B. Màu vàng C. Màu lục D. Màu lam Câu 32. Ánh sáng lân quang là : A. được phát ra bởi chất rắn, chất lỏng lẫn chất khí. B. hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. C. có thể tồn tại rất lâu sau khi tắt ánh sáng kích thích. D. có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng kích thích. Câu 33. Sự phát sáng của vật nào dưới đây là sự phát quang ? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 35
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. Tia lửa điện B. Hồ quang C. Bóng đèn ống D. Bóng đèn pin Câu 34. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng : A. Một chất cách điện thành dẫn điện khi được chiếu sáng. B. Giảm điện trở của kim loại khi được chiếu sáng. C. Giảm điện trở của một chất bán dẫn, khi được chiếu sáng. D. Truyền dẫn ánh sáng theo các sợi quang uốn cong một cách bất kỳ. Câu 35. Trường hợp nào sau đây là hiện tượng quang điện trong ? A. Chiếu tia tử ngoại vào chất bán dẫn làm tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn này. B. Chiếu tia X (tia Rơnghen) vào kim loại làm êlectron bật ra khỏi bề mặt kim loại đó. C. Chiếu tia tử ngoại vào chất khí thì chất khí đó phát ra ánh sáng màu lục. D. Chiếu tia X (tia Rơnghen) vào tấm kim loại làm cho tấm kim loại này nóng lên. Câu 36. Chọn câu trả lời sai khi nói về sự phát quang? A. Sự huỳnh quang của chất khí, chất lỏng và sự lân quang của các chất rắn gọi là sự phát quang. B. Đèn huỳnh quang là việc áp dụng sự phát quang của các chất rắn. C. Sự phát quang còn được gọi là sự phát lạnh. D. Khi chất khí được kích thích bới ánh sáng có tần số f, sẽ phát ra ánh sáng có tần số f΄ với f΄ > f. Câu 37. Phát biểu nào sau đây sai khi nói về hiện tượng huỳnh quang? A. Hiện tượng huỳnh quang là hiện tượng phát quang của các chất khí bị chiếu ánh sáng kích thích. B. Khi tắt ánh sáng kích thích thì hiện tượng huỳnh quang còn kéo dài khoảng cách thời gian trước khi tắt. C. Phôtôn phát ra từ hiện tượng huỳnh quang bao giờ cũng nhỏ hơn năng lượng phôtôn của ánh sáng kích thích. D. Huỳnh quang còn được gọi là sự phát sáng lạnh. Câu 38. Phát biểu nào sau đây sai khi nói về hiện tượng lân quang? A. Sự phát sáng của các tinh thể khi bị chiếu sáng thích hợp được gọi là hiện tượng lân quang. B. Nguyên nhân chính của sự lân quang là do các tinh thể phản xạ ánh sáng chiếu vào nó. C. Ánh sáng lân quang có thể tồn tại rất lâu sau khi tắt ánh sáng kích thích. D. Hiện tượng quang lân là hiện tượng phát quang của chất rắn. Câu 39. Ánh sáng huỳnh quang là A. tồn tại một thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích. B. hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. C. có bước sóng nhỉ hơn bước sóng ánh sáng kích thích. D. do các tinh thể phát ra, sau khi được kích thích bằng ánh sáng thích hợp. Câu 40. Chọn câu sai ? A. Sự phát quang là một dạng phát ánh sáng phổ biến trong tự nhiên. B. Khi vật hấp thụ năng lượng dưới dạng nào đó thì nó phát ra ánh sáng, đó là phát quang. C. Các vật phát quang cho một quang phổ như nhau. D. Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang một số chất còn kéo dài một thời gian nào đó. Câu 41. Chọn câu sai ? A. Huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn dưới 10–8 (s). B. Lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài từ 10–6 (s) trở lên. C. Bước sóng λ' ánh sáng phát quang bao giờ nhỏ hơn bước sóng λ của ánh sáng hấp thụ λ' < λ. D. Bước sóng λ' ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng λ của ánh sáng hấp thụ λ' > λ. Câu 42. Dung dịch Fluorexein hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49 µm và phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 µm. Người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ. Biết hiệu suất cuả sự phát quang của dung dịch này là 75%. Tính tỉ số (tính ra phần trăm) của phôtôn phát quang và số phôtôn chiếu đến dung dịch? A. 82,7% B. 79,6% C. 75,09% D. 66,8% Câu 43. Chiếu bức xạ có bước sóng 0,3 µm và một chất phát quang thì nó phát ra ánh sáng có bước sóng 0,5 µm. Biết công suất của chùm sáng phát quang bằng 0,01 công suất của chùm sáng kích thích. Nếu có 3000 phôtôn kích thích chiếu vào chất đó thì số phôtôn phát quang được tạo ra là bao nhiêu? A. 600 B. 500 C. 60 D. 50 Câu 44. Chiếu bức xạ có bước sóng 0,3 µm và một chất phát quang thì nó phát ra ánh sáng có bước BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 36
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG sóng 0,5 µm. Biết công suất của chùm sáng phát quang bằng 2% công suất của chùm sáng kích thích. Khi đó, vơi mỗi photon phát ra ứng với bao nhiêu photon kích thích? A. 20 B. 30 C. 60 D. 50 Câu 45. Chiếu bức xạ có bước sóng 0,22 µm và một chất phát quang thì nó phát ra ánh sáng có bước sóng 0,55 µm. Nếu số photon ánh sang kích thích chiếu vào là 500 thì số photon ánh sáng phát ra là 4. Tính tỉ số công suất của ánh sáng phát quang và ánh sáng kích thích? A. 0,2% B. 0,03% C. 0,32% D. 2% ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. D 02. C 03. C 04. A 05. B 06. B 07. B 08. A 09. D 10. A 11. B 12. B 13. B 14. D 15. D 16. A 17. B 18. A 19. C 20. A 21. D 22. D 23. D 24. C 25. D 26. B 27. D 28. C 29. C 30. B 31. B 32. C 33. C 34. C 35. A 36. D 37.B 38. B 39. B 40. C 41. C 42. B 43. D 44. B 45. C
MẪU NGUYÊN TỬ BORH – PHẦN 1 I. MẪU NGUYÊN TỬ BORH 1) Mẫu hành tinh nguyển tử Rutherford ▪ Ở tâm nguyên tử có 1 hạt nhân mang điện tích dương. ▪ Xung quanh hạt nhân có các êlectron chuyển động trên những quỹ đạo tròn hoặc elip. ▪ Khối lượng của nguyên tử hầu như tập trung ở hạt nhân. ▪ Qhn = Σ qe → nguyên tử trung hoà điện. → không giải thích được tính bền vững của các nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của các nguyên tử. 2) Các tiên đề của Borh Mẫu nguyên tử Borh bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Borh. a) Tiên đề về trạng thái dừng ▪ Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác định gọi là trạng thái dừng. Trong trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ năng lượng. + Trạng thái cơ bản: là trạng thái dừng có mức năng lượng thấp nhất của nguyên tử, và bình thường nguyển tử ở trạng thái này (n=1). + Trạng thái kích thích: khi nguyên tử nhận hấp thụ năng lượng thì nó sẽ chuyển lên các trạng thái dừng có mức năng lượng lớn hơn gọi là trạng thái kích thích, tuy nhiên sau một thời gian rất ngắn thì nguyển tử sẽ chuyển về các trạng thái dừng có năng lượng thấp và cuối cùng là trạng thái cơ bản. + Trong trạng thái dừng của nguyên tử, các electrôn chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quĩ đạo co bán kính hoàn toàn xác định gọi là quĩ đạo dừng. Đối với nguyên tử Hiđrô thì bán kính quỹ đạo thứ n thỏa mãn rn = n2r0 với r0 = 5,3.10–11 m gọi là bán kính Borh.
b) Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ năng lượng của nguyên tử
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 37
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG ▪ Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lượng cao Em sang trạng thái dừng có mức năng lượng thấp En (Em > En) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có một năng lượng ε = hf = Em – En, với f là tần số ánh sáng phát ra. ▪ Ngược lại, khi nguyên tử ở trạng thái dừng có dừng có mức năng lượng thấp En mà hấp thụ được một phôtôn có một năng lượng ε = hf = Em – En, với f là tần số ánh sáng, thì nó chuyển lên trạng thái dừng Em có mức năng lượng lượng cao hơn. II. SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYỂN TỬ HIDRO ▪ Ở trạng thái bình thường, nguyên tử Hiđro có mức năng lượng thấp nhất, các e chuyển động trên quĩ đạo K. Khi nguyên tử nhận năng lượng kích thích thì nguyên tử chuyển lên các trạng thái có năng lượng lớn hơn, tương ứng với các e chuyển động lên các quĩ đạo có bán kính lớn hơn như L, M, N, O, P…Sau khoảng thời gian rất ngắn các e chuyển động về quĩ đạo trong và phát ra phôtôn có năng lượng hf = Ecao – Ethấp. ▪ Mỗi phô tôn tần số f ứng với một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = c/f. Mỗi ánh sáng đơn sắc cho một vạch quang phổ ứng với một vạch màu xác định. Vì vậy quang phổ của Hidro là quang phổ vạch.
Hình 1. Sơ đồ mức năng lượng của nguyên tử Hidrô
▪ Khi các e chuyển từ các quĩ đạo bên ngoài về quỹ đạo K thì nó phát ra các bức xạ tạo thành các vạch hc trong dãy Lyman. Các bước sóng thuộc dãy Lyman có bước sóng thỏa mãn = E2 − E1 , (với n = 2). λL1 hc hc hc hc hc Từ đó ta có: = E2 − E1 ; = E3 − E1 ; = E4 − E1 ; = E5 − E1 ; = E6 − E1 λ21 λ31 λ41 λ51 λ61 ▪ Khi các e chuyển từ các quĩ đạo bên ngoài về quỹ đạo L thì nó phát ra các bức xạ tạo thành các vạch hc trong dãy Banme. Các bước sóng thuộc dãy Banme có bước sóng thỏa mãn = E n − E 2 , (với n ≥ 3). λB 2 Trong dãy Banme có bốn bức xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy là: đỏ (vạch Hα), lam (vạch H β ), chàm vạch H γ ), tím (vạch H δ ) có các bước sóng thỏa mãn hc hc hc hc hc hc hc hc = = E3 − E 2 ; = = E4 − E2 ; = = E5 − E 2 ; = = E6 − E 2 λα λ32 λβ λ42 λγ λ52 λδ λ62 ▪ Khi các e chuyển từ các quĩ đạo bên ngoài về quỹ đạo M thì nó phát ra các bức xạ tạo thành các vạch hc trong dãy Pasen. Các bước sóng thuộc dãy Pasen có bước sóng thỏa mãn = E n − E3 , (với n ≥ 4). λP 2 hc hc hc Từ đó ta được = E 4 − E3 ; = E5 − E3 ; = E 6 − E3 λ43 λ53 λ63 *Chú ý: 1. Các bức xạ thuộc dãy Lyman có bước sóng nằm hoàn toàn trong vùng ánh sáng tử ngoại của thang sóng điện từ (λ < 0,38 µm) BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 38
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 2.Các bức xạ thuộc dãy Banme có 4 bước sóng nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy, còn lại các bước sóng nằm trong vùng ánh sáng tử ngoại. 3. Các bức xạ thuộc dãy Pasen có bước sóng nằm hoàn toàn trong vùng ánh sáng hồng ngoại của thang sóng điện từ (λ > 0,76 µm) 4. Bước sóng dài nhất trong các dãy Lyman, Banme, Pasen lần lượt là: λ21, λ32, λ43 1 1 1 1 1 5. Mối liên hệ giữa các bước sóng và tần số của các vạch quang phổ , với = + =−
λ13
λ12
λ23
λab
λba
(như phép cộng véctơ). 6. Trạng thái electron chuyển động trên quỹ đạo K được gọi là trạng thái cơ bản, các trạng thái L, M... được gọi là trạng thái kích thích thứ nhất, thứ hai... 7. Khi electron chuyển từ quỹ đạo thứ n về quỹ đạo K thì số bức xạ (hay số photon) tối đa mà nó phát ra n(n − 1) được cho bởi N = . Ví dụ từ quỹ đạo L có n = 3 thì phát ra tối đa 6 photon, quỹ đạo N có n = 5 2 thì phát ra tối đa 10 photon... 13,6 8. Mức năng lượng của nguyên tử ở các trạng thái được cho bởi E n = − 2 eV từ đó ta có thể tính ra n được mức năng lượng ứng với các trạng thái dừng. 13,6 Ví dụ trạng thái L có n = 2 thì có mức năng lượng là E L = E 2 = − = −3,4 (eV) 4 9. Năng lượng ion hóa của nguyên tử Hidro là năng lượng cần thiết cung cấp để nguyên tử chuyển trạng thái dừng từ trạng thái cơ bản lên trạng thái dừng ở xa vô cùng, và có giá trị bằng 13,6 eV.
q2 e
qe v2 2 10. Tốc độ của electron trên các quỹ đạo dừng: Fc = Fht ⇔ k 2 = me ; r = n r0 ⇒ vn = r n r
k mer0
III. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1. Bước sóng của vạch thứ nhất trong dãy Lyman của quang phổ hiđrô là λL1 = 0,122 µm, của vạch đỏ trong dãy Banme là λα = 0,656 µm. Hãy tính bước sóng của vạch thứ hai trong dãy Lyman. Hướng dẫn giải: Vạch đầu tiên trong dãy Lyman có bước sóng chính là λ21, theo giải thiết ta có λ21 = 0,122 µm. Vạch đỏ trong dãy Bamne có bước sóng chính là λ32, theo giải thiết ta có λα = λ32 = 0,656 µm. hc λ = E 2 − E1 hc hc hc hc hc hc Mặt khác 21 → + = ( E 2 − E1 ) + ( E3 − E 2 ) = E3 − E1 = → + = hc λ λ λ λ λ λ31 21 32 31 21 32 = E3 − E 2 λ32 λ .λ 1 1 1 0,122.0,656 Từ đó ta tìm được = + → λ31 = 21 32 = = 0,103( µm) λ31 λ32 λ21 λ21 + λ32 0,122 + 0,656 Vậy bức xạ thứ hai trong dãy Lyman có bước sóng là λ31 = 0,103 µm Nhận xét: Từ công thức tính nhanh như tổng hợp véc tơ (3.1 = 3.2 + 2.1) ta được ngay kết quả: λ .λ 1 1 1 0,122.0,656 = + → λ31 = 21 32 = = 0,103( µm) λ31 λ32 λ21 λ21 + λ32 0,122 + 0,656 Ví dụ 2. Biết bước sóng của bốn vạch trong dãy Banme là λα = 0,6563 (µm), λβ = 0,4861 (µm), λγ = 0,4340 (µm), λδ = 0,4120 (µm). Hãy tính bước sóng của ba vạch trong dãy Pasen ở vùng hồng ngoại. Hướng dẫn giải: Từ giả thiết ta được λ32 = 0,6563 (µm); λ42 = 0,4861 (µm); λ52 = 0,4340 (µm); λ62 = 0,4120 (µm). Áp dụng công thức tính nhanh đã nêu, và dựa trên những bươc sóng cho trước ta tính được bước sóng của 3 vạch trong dãy Pasen (λ43, λ53, λ63) như sau: BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 39
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG λ .λ 1 1 1 1 1 0,6563.0,4861 = + = − → λ43 = 32 42 = = 1,8744( µm) λ43 λ42 λ23 λ42 λ32 λ32 − λ42 0,6563 − 0,4861 λ .λ 1 1 1 1 1 0,6563.0,4340 = + = − → λ53 = 32 52 = = 1,2813( µm) λ53 λ52 λ23 λ52 λ32 λ32 − λ52 0,6563 − 0,4340 λ .λ 1 1 1 1 1 0,6563.0,4120 = + = − → λ63 = 32 62 = = 1,1068( µm) λ63 λ62 λ23 λ62 λ32 λ32 − λ62 0,6563 − 0,4120 Vậy ba bức xạ trong dãy Pasen là λ43 = 1,8744 (µm), λ53 = 1,2812 (µm), λ63 = 1,1068 (µm). Ví dụ 3. Ba vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Lyman của nguyên tử hiđrô có bước sóng λ1 = 1216 Ǻ, λ2 =1016 Ǻ, λ3 = 973 Ǻ. Khi nguyên tử hiđrô bị kích thích sao cho electron chuyển lên quỹ đạo N thì nguyên tử có thể phát ra những vạch nào trong dãy Banme? Tính bước sóng λ của các vạch đó. Hướng dẫn giải: Ba bức xạ đầu tiên trong dãy Lyman có bước sóng lần lượt là λ21 = 1216 Ǻ, λ31 =1016 Ǻ, λ41 = 973 Ǻ Khi electron chuyển lên quỹ đạo N (ứng với n = 4) và chuyển về quỹ đạo L (ứng với dãy Bamme có n = 2) thì có thể phát ra 2 bức xạ trong dãy Banme là λ32 và λ42 o λ21.λ31 1 1 1 1 1216.1016 1 λ = λ + λ = λ − λ → λ32 = λ − λ = 1216 − 1016 = 6177 A 31 12 31 21 21 31 Ta có 32 o 1 = 1 + 1 = 1 − 1 → λ = λ21.λ41 = 1216.973 = 4869 A 42 λ21 − λ41 1216 − 973 λ42 λ41 λ12 λ41 λ21
Ví dụ 4: (ĐH – 2010) Theo tiên đề của Bo, khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo L sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ21, khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo L thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ32 và khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M sang quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ31. Tìm biểu thức xác định λ31 theo λ21 và λ32 ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 5: (ĐH – 2011) Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được xác định bởi công thức 13,6 E= =− − 2 (eV) (với n = 1, 2, 3, ...). Khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 về n quỹ đạo dừng n = 1 thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ1. Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo dừng n = 5 về quỹ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ2. Tìm mối liên hệ giữa hai bước sóng λ1 và λ2 ? ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 6. Bước sóng của vạch quang phổ thứ nhất trong dãy Lyman trên quang phổ hiđrô là λ1 = 0,122 µm, bước sóng của hai vạch Hα, H β lần lượt là λα = 0,656 (µm), λβ = 0,486 (µm). Hãy tính bước sóng hai vạch tiếp theo trong dãy Lyman và vạch đầu tiên trong dãy Pasen. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 7. Trong quang phổ của hiđrô, bước sóng của các vạch quang phổ như sau: vạch thứ 1 của dãy Lyman λ21 = 0,121568 (µm), vạch Hα của dãy Banme λ32 = 0,656279 (µm), ba vạch đầu tiên của dãy Pasen λ43 = 1,8751 (µm) ; λ53 = 1,2818 (µm) ; λ63 = 1,0938 (µm). BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 40
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG a) Tính bước sóng của hai vạch quang phổ thứ hai và thứ ba của dãy Lyman. b) Tính bước sóng của ba vạch Hα, H β , H δ của dãy Banme.
........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 8. Bước sóng của vạch phổ thứ nhất trong dãy Lyman của quang phổ hyđrô là λ0 = 0,122 (µm). Bước sóng của ba vạch phổ Hα, H β , H γ trong dãy Banme lần lượt là λ1 = 0,656 (µm), λ2 = 0,486 (µm); λ3 = 0,434 (µm). a) Tính tần số của bốn bức xạ kể trên. b) Tính bước sóng của hai vạch tiếp theo trong dãy Lyman và hai vạch đầu tiên trong dãy Pasen. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Ví dụ 9. Bước sóng của vạch phổ thứ nhất trong dãy Lyman của quang phổ nguyên tử hiđrô là λ0 = 0,122 (µm). Bước sóng của 3 vạch Hα, H β , H γ lần lượt là: λ1= 0,656 (µm), λ2 = 0,486 (µm), λ3 = 0,434 (µm). a) Tính tần số dao động của 4 bức xạ trên. b) Tính bước sóng 2 vạch khác trong dãy Lyman và hai vạch đầu tiên của dãy Pasen. ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ Bài 19: Trong nguyên tử hidro khi e nhảy từ quỹ đạo N về L thì phát bức xạ λ1, khi từ quỹ đạo O về M thì phát λ2 .Tìm tỷ số λ1/ λ2. hc HD Giải: Khi e nhảy từ N về L tức là quỹ đạo 4 về quỹ đạo 2, năng lượng là : = E 4 − E 2 (1) λ1 hc (2) Khi e nhảy từ O về M tức là quỹ đạo 5 về quỹ đạo 3,năng lượng là: = E 5 − E3 λ2 λ 13,6 256 Mà: E n = − 2 eV (3). Lấy (2) chia (1) rồi thế (3) vào ta có : 675λ1=256λ2=> 1 = n λ2 675 Bài 20: Năng lượng ion hóa nguyên tử Hyđrô là 13,6eV. Bước sóng ngắn nhất mà nguyên tử có thể bức ra là : A. 0,122µm B. 0,0911µm C. 0,0656µm D. 0,5672µm hc 13,6(eV ) 13,6(eV ) 13,6(eV ) HD Giải: = E ∞ − E1 = − (− ) = 0 − (− ) = 13,6eV λ∞1 12 12 12 hc ⇒ λ∞1 = 9,11648.10 −8 m = 0,091165µm Chọn B 13,6.e Bài 21: Biết bước sóng với vạch đầu tiên trong dãy Laiman là: λ21 = 0,122µm và vạch cuối cùng của dãy banme là λ∞ 2 = 0, 365µm . Tìm năng lượng ion hóa nguyên tử hidro. hc HD Giải: Với vạch đầu tiên của dãy laiman ta có: = EL − EK (1) λ21 hc Với vạch cuối cùng của dãy banme ta có: = E∞ − E L (2) λ∞ 2 Năng lượng ion hóa nguyên tử hidro: E = E∞ − E K hc hc Từ (1) và (2) ta có E = . Thay số và đổi đơn vị ta sẽ có kết quả E = 13,6eV + λ21 λ∞ 2 BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 41
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 1. Bước sóng của vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Laiman là λ0 = 122 nm, của hai vạch Hα và H β
trong dãy Banme lần lượt là λ1 = 656nm và λ2 = 486 nm. Hãy tính bước sóng của vạch quang phổ thứ hai trong dãy Laiman và vạch đầu tiên trong dãy Pasen. λλ hc hc hc HD Giải: = E3 - E1 = E3 - E2 + E2 - E1 = + ⇒ λ31 = 0 1 = 103nm λ1 λ0 λ31 λ0 + λ1 λλ hc hc hc = E4 - E3 = E4 - E2 + E2 - E3 = − ⇒ λ43 = 1 2 = 0,6566 µm λ2 λ1 λ1 − λ2 λ43 Bài 2. Trong quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, vạch ứng với bước sóng dài nhất trong dãy Laiman là λ1 = 0,1216 µm và vạch ứng với sự chuyển của electron từ quỹ đạo M về quỹ đạo K có bước sóng λ2 = 0,1026µm. Hãy tính bước sóng dài nhất λ3 trong dãy Banme. λλ hc hc hc HD Giải: = EM - EL = EM - EK + EK - EL = − ⇒ λ3 = 1 2 = 0,6566 µm λ2 λ1 λ1 − λ2 λ31 Bài 3. Các mức năng lượng của nguyên tử hiđrô ở trạng thái dừng được cho bằng công thức: 13,6 En = − 2 eV eV với n là số nguyên; n = 1 ứng với mức cơ bản K; n = 2, 3, 4, …ứng với các mức kích n thích L, M, N,… a) Tính ra Jun năng lượng iôn hoá của nguyên tử hiđrô. b) Tính ra mét bước sóng của vạch đỏ Hα trong dãy Banme. HD Giải: a) Để ion hóa nguyên tử hiđrô thì ta phải cung cấp cho nó một năng lượng để electron nhảy từ quỹ đạo K 13,6.1,6.10 −19 ) (n = 1) ra khỏi mối liên kết với hạt nhân (n = ∞). Do đó ∆E=E∞-E1 = 0 − (− ) = 21,76.10 −19 J 1 hc 13,6.1,6.10 −19 36hc b) Ta có: = E3 − E 2 = − ⇒ λ32 = = 0,658.10 −6 m. 2 −19 λ32 2 5.13,6.1,6.10 Bài 4. Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được tính theo công 13,6 thức En = − 2 (eV) (n = 1, 2, 3,…). Tính bước sóng của bức xạ do nguyên tử hiđrô phát ra khi êlectron n trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 sang quỹ đạo dừng n = 2. 13,6 13,6 HD Giải: E3 = − 2 eV = - 1,511 eV; E 2 = − 2 eV = - 3,400 eV; 3 2 hc hc = 6,576.10-7 m = 0,6576 µm. E3 − E 2 = ⇒ λ32 = λ32 E3 − E 2 Bài 5. Năng lượng của các trạng thái dừng trong nguyên tử hiđrô lần lượt là EK = -13,60 eV; EL = -3,40 eV; EM = -1,51 eV; EN = -0,85 eV; E0 = -0,54 eV. Hãy tìm bước sóng của các bức xạ tử ngoại do nguyên tử hiđrô phát ra. hc hc HD Giải: λLK = = 0,1218.10 −6 m; λMK = = 0,1027.10 −6 m; EL − EK EM − EK hc hc λ NK = = 0,0974.10 −6 m; λOK = = 0,0951.10 −6 m; EN − EK EO − E K Bài 6. Biết bước sóng của hai vạch đầu tiên trong dãy Laiman của nguyên tử hiđrô là λL1 = 0,122 µm và λL2 = 103,3 nm. Biết mức năng lượng ở trạng thái kích thích thứ hai là -1,51 eV. Tìm bước sóng của vạch Hα trong quang phổ nhìn thấy của nguyên tử hiđrô, mức năng lượng của trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích thứ nhất. λ λ hc hc hc HD Giải: = EM - EL = EM - EK - (EL - EK) = − ⇒ λα = L1 L 2 = 0,6739 µm. λL 2 λL1 λα λ L1 + λL 2 hc hc hc = EM - EL ⇒ E k = -EM =-13,54eV; EL = EK+ = -3,36eV. λL2 λ L2 λL1 2
(BÀI TẬP TỰ LUYỆN) BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 42
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Câu 1: Trạng thái dừng của nguyên tử là A. trạng thái đứng yên của nguyên tử. B. trạng thái chuyển động đều của nguyên tử. C. trạng thái trong đó mọi êlectron của nguyên tử đều không chuyển động đối với hạt nhân. D. một trong số các trạng thái có năng lượng xác định, mà nguyên tử có thể tồn tại. Câu 2: Ở trạng thái dừng, nguyên tử A. không hấp thụ năng lượng. . B. không bức xạ nhưng có thể hấp thụ năng lượng. C. không hấp thụ, nhưng có thể bức xạ năng lượng. D. vẫn có thể hấp thụ và bức xạ năng lượng. Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng vê nôi dung cua tiên đê vê sư hâp thu va bưc xa năng lương cua nguyên tư ? A. Nguyên tử hấp thụ phôton thì chuyển trạng thái dừng. B. Nguyên tử bức xạ phôton thì chuyển trạng thái dừng. C. Mỗi khi chuyển trạng thái dừng nguyên tử bức xạ hoặc hấp thụ photon có năng lượng đúng bằng độ chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái đó D. Nguyên tử hấp thụ ánh sáng nào thì sẽ phát ra ánh sáng đó. Câu 4: Phát biểu nào sau đây là sai, khi nói về mẫu nguyên tử Borh? A. Trong trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. B. Trong trạng thái dừng, nguyên tử có bức xạ. C. Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em (Em < En) thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng (En – Em). D. Nguyên tử chỉ tồn tại ở một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về mẫu nguyên tử Borh? A. Nguyên tử bức xạ khi chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. B. Trong các trạng thái dừng, động năng của êlectron trong nguyên tử bằng không. C. Khi ở trạng thái cơ bản, nguyên tử có năng lượng cao nhất. D. Trạng thái kích thích có năng lượng càng cao thì bán kính quỹ đạo của êlectron càng lớn. Câu 6: Để nguyên tử hiđrô hấp thụ một phô tôn, thì phô tôn phải có năng lượng bằng năng lượng A. của trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất. B. của một trong các trạng thái dừng. C. của trạng thái dừng có năng lượng cao nhất. D. của hiệu năng lượng ở hai trạng thái dừng bất kì. Câu 7: Cho 1 eV = 1,6.10–19 J ; h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108 m/s. Khi êlectrôn trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quĩ đạo dừng có năng lượng Em = –0,85 eV sang quĩ đạo dừng có năng lượng E = –13,60 eV thì nguyên tử phát bức xạ điện từ có bước sóng A. 0,0974 µm. B. 0,4340 µm. C. 0,4860 µm. D. 0,6563 µm. Câu 8: Biết hằng số Plăng h = 6,625.10–34 J.s và độ lớn của điện tích electron là 1,6.10–19 C. Khi nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng –1,514 eV sang trang thái dừng có năng lượng –3,407 eV thì nguyên tử phát ra bức xạ có tần số B. 4,572.1014 Hz. C. 3,879.1014 Hz. D. 6,542.1012 Hz. A. 2,571.1013 Hz. Câu 9: Trong nguyên tử hiđrô, êlectrôn từ quỹ đạo L chuyển về quỹ đạo K có năng lượng EK = –13,6 eV. Bước sóng bức xạ phát ra bằng là λ = 0,1218 µm. Mức năng lượng ứng với quỹ đạo L bằng A. 3,2 eV. B. –3,4 eV. C. –4,1 eV. D. –5,6 eV. Câu 10: Nguyên tử hiđtô ở trạng thái cơ bản có mức năng lượng bằng –13,6 eV. Để chuyển lên trạng thái dừng có mức năng lượng –3,4 eV thì nguyên tử hiđrô phải hấp thụ một phôtôn có năng lượng là A. 10,2 eV. B. –10,2 eV. C. 17 eV. D. 4 eV. Câu 11: Đối với nguyên tử hiđrô, khi êlectron chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng 0,1026 µm. Lấy h = 6,625.10–34 J.s, |e| = 1,6.10–19 C và c = 3.108 m/s. Năng lượng của phôtôn này bằng A. 1,21 eV. B. 11,2 eV. C. 12,1 eV. D. 121 eV. Câu 12: Cho bước sóng λ1 = 0,1216 µm của vạch quang phổ ứng với sự dịch chuyển của electron từ quỹ đạo L về quỹ đạo K. Hiệu mức năng lượng giữa quỹ đạo L với quỹ đạo K là A. 1,634.10–18 J. B. 16,34.1018 J. C. 1,634.10–17 J. D. 16,34.1017 J. Câu 13: Đối với nguyên tử hiđrô, biểu thức nào dưới đây chỉ ra bán kính r của quỹ đạo dừng (thứ n) của BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 43
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
nó ( n là lượng tử số, r0 là bán kính của Bo) A. r = nr0 B. r = n2r0 C. r2 = n2r0 D. r = n r02 Câu 14: Trong nguyên tử hiđrô, bán kính Borh là r0 = 5,3.10–11 m. Bán kính quỹ đạo dừng N là A. 47,7.10–11 m. B. 84,8.10–11 m. C. 21,2.10–11 m. D. 132,5.10–11 m. –10 Câu 15: Cho bán kính quĩ đạo Borh thứ nhất là r0 = 0,53.10 m. Bán kính quĩ đạo Borh thứ 5 bằng A. 2,65.10–10 m B. 0,106.10–10 m C. 10,25.10–10 m D. 13,25.10–10 m Câu 16: Trong nguyên tử hiđrô, bán kính Bo là r0 = 5,3.10–11 m. Bán kính quỹ đạo dừng O là B. 21,2.10–11 m. C. 84,8.10–11 m. D. 132,5.10–11 m. A. 47,7.10–11 m. Câu 17: Cho bán kính quĩ đạo Borh thứ hai là 2,12.10–10 m. Giá trị bán kính bằng 19,08.10–10 m ứng với bán kính quĩ đạo Borh thứ A. 4. B. 5. C. 6. D. 7. Câu 18: Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electrôn trong nguyên tử hiđrô A. tỉ lệ thuận với n. B. tỉ lệ nghịch với n. C. tỉ lệ thuận với n2. D. tỉ lệ nghịch với n2. Câu 19: Theo mẫu nguyên tử Borh, bán kính quĩ đạo K của electron trong nguyên tử hidro là r0. Khi electron chuyển từ quĩ đạo N về quĩ đạo L thì bán kính quĩ đạo giảm bớt A. 12r0 B. 4r0 C. 9r0 D. 16r0 Câu 20: Theo mẫu nguyên tử Borh, bán kính quĩ đạo K của electron trong nguyên tử hidro là r0. Khi electron chuyển từ quĩ đạo M về quĩ đạo O thì bán kính quĩ đạo sẽ B. tăng 9r0 C. giảm 9r0 D. tăng 16 r0 A. tăng 12r0 Câu 21: Dãy Ban-me ứng với sự chuyển electron từ quỹ đạo ở xa hạt nhân về quỹ đạo nào sau đây? A. Quỹ đạo K. B. Quỹ đạo L. C. Quỹ đạo M. D. Quỹ đạo N. Câu 22: Bốn vạch Hα , Hβ , Hγ , Hδ của nguyên tử hiđrô thuộc dãy nào? A. Lyman. B. Ban-me. C. Pa-sen. D. Vừa Ban-me vừa Lyman. Câu 23: Dãy Lyman trong quang phổ vạch của hiđrô ứng với sự dịch chuyển của các electron từ các quỹ đạo dừng có năng lượng cao về quỹ đạo A. K B. L C. M D. N Câu 24: Dãy Pa-sen trong quang phổ vạch của hiđrô ứng với sự dịch chuyển của các electron từ các quỹ đạo dừng có năng lượng cao về quỹ đạo A. K B. L C. M D. N Câu 25: Vạch quang phổ có bước sóng λ = 0,6563 µm là vạch thuộc dãy nào ? A. Lyman B. Banme C. Banme hoặc Pasen D. Pasen Câu 26: Dãy Lyman nằm trong vùng A. tử ngoại. B. ánh sáng nhìn thấy. C. hồng ngoại. D. một phần ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại. Câu 27: Dãy Ban-me nằm trong vùng A. tử ngoại. B. ánh sáng nhìn thấy. C. hồng ngoại. D. ánh sáng nhìn thấy và một phần vùng tử ngoại. Câu 28: Dãy Pa-sen nằm trong vùng A. tử ngoại. B. ánh sáng nhìn thấy. C. hồng ngoại. D. ánh sáng nhìn thấy và một phần vùng tử ngoại. Câu 29: Chùm nguyên tử Hiđrô đang ở trạng thái cơ bản, bị kích thích phát sáng thì chúng có thể phát ra tối đa 3 vạch quang phổ. Khi bị kích thích electron trong nguyên tử H đã chuyển sang quỹ đạo? A. M. B. L. C. O. D. N. Câu 30: Khối khí Hiđrô đang ở trạng thái kích thích và electron trong nguyên tử đang chuyển động ở quỹ đạo O. Hỏi khối khí này có thể phát ra bao nhiêu loại bức xạ đơn sắc thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy? A. 3 B. 4 C. 6 D. 10 Câu 31: Hãy xác định trạng thái kích thích cao nhất của các nguyên tử hiđrô trong trường hợp người ta chỉ thu được 6 vạch quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô A. Trạng thái L B. Trạng thái M C. Trạng thái N D. Trạng thái O Câu 32: Nguyên tử H bị kích thích chiếu sáng và electron của nguyên tử đã chuyển từ quỹ đạo K lên BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 44
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG quỹ đạo M. Sau khi ngừng chiếu sáng, nguyên tử H phát xạ thứ cấp, phổ xạ này gồm A. hai vạch của dãy Lyman. B. hai vạch của dãy Ban-me. C. một vạch của dãy Lyman và một vạch dãy Ban-me. D. một vạch ở dãy Ban-me và hai vạch dãy Lyman. Câu 33: Nguyên tử Hiđrô bị kích thích do chiếu xạ và electrôn của nguyên tử đã chuyển từ quỹ đạo K lên N. Sau khi ngừng chiếu xạ, nguyên tử Hiđrô phát xạ thứ cấp, phổ xạ này gồm A. hai vạch. B. ba vạch. C. bốn vạch. D. sáu vạch. Câu 34: Trong nguyên tử hyđrô, xét các mức năng lượng từ K đến P có bao nhiêu khả năng kích thích để êlêctrôn tăng bán kính quỹ đạo lên 4 lần ? A. 1. B. 2. C. 4. D. 3. Câu 35: Nguyên tử hidrô ở trạng thái cơ bản được kích thích có bán kính quỹ đạo tăng lên 9 lần. Các chuyển dời có thể xảy ra là A. từ M về L. B. từ M về K. C. từ L về K. D. từ M về L, từ M về K và từ L về K. Câu 36: Cho bước sóng vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng N về L là 0,487 µm, c = 3.108 m/s, h =6,625.10–34 J.s, |e| = 1,6.10–19 C. Trong nguyên tử hiđrô, electron chuyển từ quỹ đạo L (n = 2) lên quỹ đạo N (n = 4). Điều này xảy ra là do A. nguyên tử hấp thụ phôtôn có năng lượng 0,85 eV. B. nguyên tử bức xạ phôtôn có năng lượng 0,85 eV. C. nguyên tử hấp thụ phôtôn có năng lượng 2,55 eV. D. nguyên tử bức xạ phôtôn có năng lượng 2,55 eV. Câu 37: Gọi λ1 và λ2 lần lượt là 2 bước sóng của 2 vạch quang phổ thứ nhất và thứ hai trong dãy Lai man. Gọi λα là bước sóng của vạch H α trong dãy Banme. Xác định mối liên hệ λα , λ1, λ2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A. B. C. D. λα = λ1+λ2 = + = − = −
λα λ1 λ2 λα λ1 λ2 λα λ2 λ1 Câu 38: Hai vạch quang phổ có bước sóng dài nhất của dãy Lyman trong quang phổ hyđrô là λ1= 0,1216 µm và λ2 = 0,1026 µm. Bước sóng của vạch đỏ Hα có giá trị A. 0,6577 µm. B. 0,6569 µm. C. 0,6566 µm. D. 0,6568 µm. Câu 39: Biết các bước sóng trong vùng ánh sáng nhìn thấy của quang phổ vạch Hiđrô vạch đỏ λ32 = 0,6563 µm, vạch lam λ42 = 0,4861 µm, vạch chàm λ52 = 0,4340 µm và vạch tím λ62 = 0,4102 µm. Tìm bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng N về M ? A. 1,2811 µm. B. 1,8121 µm. C. 1,0939 µm. D. 1,8744 µm. Câu 40: Biết các bước sóng trong vùng ánh sáng nhìn thấy của quang phổ vạch Hiđrô vạch đỏ λ32 = 0,6563 µm, vạch lam λ42 = 0,4861 µm, vạch chàm λ52 = 0,4340 µm và vạch tím λ62 = 0,4102 µm. Tìm bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng O về M ? A. 1,2811 µm. B. 1,8121 µm. C. 1,0939 µm. D. 1,8744 µm. Câu 41: Biết các bước sóng trong vùng ánh sáng nhìn thấy của quang phổ vạch Hiđrô vạch đỏ λ32 = 0,6563 µm, vạch lam λ42 = 0,4861 µm, vạch chàm λ52 = 0,4340 µm và vạch tím λ62 = 0,4102 µm. Tìm bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng P về M ? A. 1,2811 µm. B. 1,8121 µm. C. 1,0939 µm. D. 1,8744 µm. Câu 42: Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng: L về K là 122 nm, từ M về L là 0,6560 µm và từ N về L là 0,4860 µm. Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng N về M là A. 1,8754 µm. B. 1,3627 µm. C. 0,9672 µm. D. 0,7645 µm. Câu 43: Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng: L về K là 122 nm, từ M về L là 0,6560 µm và từ N về L là 0,4860 µm. Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng N về K là A. 0,0224 µm. B. 0,4324 µm. C. 0,0975 µm. D. 0,3672 µm. Câu 44: Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng: M về L là 0,6560 µm; L về K là 0,1220 µm. Bước sóng của vạch quang phổ khi electron chuyển từ quỹ đạo dừng M về K là A. 0,0528 µm. B. 0,1029 µm. C. 0,1112 µm. D. 0,1211 µm. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 45
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Câu 45: Gọi λα và λβ lần lượt là hai bước sóng ứng với các vạch đỏ Hα và vạch lam Hβ của dãy Ban-me, λ1 là bước sóng dài nhất của dãy Pa-sen trong quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô. Biểu thức liên hệ giữa λα, λβ, λ1 là 1 1 1 1 1 1 A. = + B. λ1 = λα + λβ C. λ1 = λα − λβ D. = −
λ1 λα λβ λ1 λβ λα Câu 46: Trong quang phổ của nguyên tử hiđrô, nếu biết bước sóng dài nhất của vạch quang phổ trong dãy Lyman là λ1 và bước sóng của vạch kề với nó trong dãy này là λ2 thì bước sóng λα của vạch quang phổ Hα trong dãy Ban-me là λλ λλ A. λα = λ1 + λ2 B. λα = 1 2 C. λα = λ1 – λ2 D. λα = 1 2 λ1 − λ2 λ1 + λ2 Câu 47: Trong quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, bước sóng dài nhất của vạch quang phổ trong dãy Lyman và trong dãy Ban-me lần lượt là λ1 và λ2. Bước sóng dài thứ hai thuộc dãy Lyman có giá trị là λ1λ2 λ1λ2 λλ λλ A. λ21 = B. λ21 = 1 2 C. λ21 = 1 2 D. λ21 = 2(λ1 + λ2 ) λ1 + λ2 λ1 − λ2 (λ2 − λ1 ) Câu 48: Năng lượng Ion hoá (tính ra Jun) của nguyên tử Hiđrô nhận giá trị nào sau đây ? B. 21,76.10–13 J. C. 21,76.10–18 J. D. 21,76.10–16 J. A. 21,76.10–19 J. Câu 49: Năng lượng ion hóa nguyên tử Hyđrô là 13,6 eV. Bước sóng ngắn nhất mà nguyên tử có thể bức ra là A. 0,122 µm. B. 0,0913 µm. C. 0,0656 µm. D. 0,5672 µm. Câu 50: Một nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản, hấp thụ một phôtôn có năng lượng ε0 và chuyển lên trạng thái dừng ứng với quỹ đạo N của êlectron. Từ trạng thái này, nguyên tử chuyển về các trạng thái dừng có mức năng lượng thấp hơn thì có thể phát ra phôtôn có năng lượng lớn nhất là A. 3ε0. B. 2ε0. C. 4ε0. D. ε0. Câu 51: Tần số lớn nhất và bước sóng nhỏ nhất của dãy Lyman là:
E0 E E E h h hc hc B. f max = 0 ; λmin = C. f max = 0 ; λmin = 0 D. f max = 0 ; λmin = ; λmin = hc E0 h E0 h E0 hc E0 Câu 52: Tần số lớn nhất và bước sóng nhỏ nhất của dãy Banme là: E E E E 4h 4hc 4h 4hc A. f max = 0 ; λmin = B. f max = 0 ; λmin = C. f max = 0 ; λmin = D. f max = 0 ; λmin = 4hc 4h 4h 4hc E0 E0 E0 E0 Câu 53: Tần số lớn nhất và bước sóng nhỏ nhất của dãy Pasen là: E E E E 9hc 9h 9hc 9h A. f max = 0 ; λmin = B. f max = 0 ; λmin = C. f max = 0 ; λmin = D. f max = 0 ; λmin = 9h 9hc 9hc 9h E0 E0 E0 E0 Câu 54: Khi electron ở quĩ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử Hydro được tính theo công n=− 2 13,6 thức En = − 2 eV (n = 1, 2, 3, ...). Khi electron trong nguyên tử Hydro chuyển từ quĩ đạo dừng thứ n = n 3 sang quĩ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử Hydro phát ra photon ứng với bức xạ có bước sóng bằng: B. 0,4861 µm C. 0,6576 µm D. 0,4102 µm A. 0,4350 µm Câu 55: Bước sóng ứng với bốn vạch quang phổ Hyđro là vạch tím: 0,4102 µm; vạch chàm: 0,4340 µm; vạch lam: 0,4861 µm; vạch đỏ: 0,6563 µm. Bốn vạch này ứng với sự chuyển của êlectron trong nguyên tử Hyđro từ các quỹ đạo M, N, O và P về quỹ đạo L. Hỏi vạch lam ứng với sự chuyển nào ? A. Sự chuyển M → L B. Sự chuyển N → L C. Sự chuyển O → L D. Sự chuyển P → L Câu 56: Cho 3 vạch có bước sóng dài nhất trong 3 dãy quang phổ của nguyên tử Hiđrô là: λ1L (Lyman) ; λ1B (Banme) ; λ1P ( Pasen). Công thức tính bước sóng λ3L là: 1 1 1 1 1 1 1 1 A. = − + B. = − +
A. f max =
λ3 L
C.
1
λ1P 1
λ1B 1
λ1L 1
λ3 L
D.
1
λ1P 1
λ1B 1
λ1L 1
1 λ3 L λ1P λ1B λ1L λ3 L λ1P λ1B λ1L Câu 57: Theo thuyết Bo ,bán kính quỹ đạo thứ nhất của electron trong nguyên tử hidro là r0 = 5,3.10-11 m, cho hằng số điện k = 9.109 Nm2/C2. Hãy xác định vận tốc góc của electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân trên quỹ đạo này. =
−
+
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
=
−
+
Trang - 46
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. 6,8.10 rad/s B. 2,4.10 rad/s C. 4,6.1016 rad/s D. 4,1.1016 rad/s Câu 58: nguyên tử hiđrô gồm một hạt nhân và một êlectrôn quay xung quanh nó. Lực tương tác giữa êlectrôn và hạt nhân là lực tương tác điện (lực Culông). Vận tốc của êlectrôn khi nó chuyển động trên quỹ đạo có bán kính r0 = 5,3.10-11 m (quỹ đạo K) số vòng quay của êlectrôn trong một đơn vị thời gian có thể nhận những giá trị đúng nào sau đây? Cho: Hằng số điện k = 9.109 Nm2/C2; e = 1,6.10–19 C; me= 9,1.10-31 kg; h = 6,625.10-34Js. A. v = 2,2.106 m/s; f = 6,6.1015 vòng/giây B. v = 2,2.104 m/s; f = 6,6.1018 vòng/giây 6 15 C. v = 2,2.10 km/s; f = 6,6.10 vòng/giây D. Các giá trị khác. -34 8 Câu 59. Cho h = 6,625.10 J.s ; c = 3.10 m/s. Mức năng lượng của các quỹ đạo dừng của nguyên tử 13,6 hiđrô lần lượt từ trong ra ngoài là –13,6 eV; –3,4 eV; –1,5 eV … với En = − 2 eV ; n = 1, 2, 3 … Khi n electron chuyển từ mức năng lượng ứng với n = 3 về n = 1 thì sẽ phát ra bức xạ có tần số là A. 2,9.1014 Hz B. 2,9.1015 Hz C. 2,9.1016 Hz D. 2,9.1017 HzeV Câu 60. Năng lượng của quỹ đạo dừng thứ n trong nguyên tử hiđro được tính bởi hệ thức: 13,6 En = − 2 eV (n là số nguyên). Tính 2 bước sóng giới hạn của dãy quang phổ Banme (do electron n chuyển từ quỹ đạo có mức cao hơn về mức n= 2) A. λ3 = 0, 657µm; λ ' = 0, 365µm B. λ = 1, 05.1012 m; λ ' = 0, 584.1012 m C. λ3 = 6, 57µm; λ ' = 3, 65µm D. λ3 = 1, 26.10-7 m; λ ' = 0, 657.10-7 m Câu 61. Cho bước sóng của 4 vạch quang phổ nguyên tử Hyđro trong dãy Banme là vạch đỏ H α = 0, 6563µm , vạch lam H β = 0, 4860µm , vạch chàm H γ = 0, 4340µm , và vạch tím H δ = 0, 4102µm . Hãy 16
16
tìm bước sóng của 3 vạch quang phổ đầu tiên trong dãy Pasen ở vùng hồng ngoại: 5 = 1,7829 µm λ43 = 1,8719 µm λ43 λ43 = 1,8719 µm λ53 λ43 = 1,8719 µm 3 A. λ53 = 1,093µm B. λ53 = 1,2813µm C. λ53 = 1,8213µm D. λ53 = 1,2813µm λ = 1,2813µm λ = 1,093µm λ = 1,093µm λ = 1,093µm 63 63 63 63 Câu 62: Cho biết năng lượng cần thiết tối thiểu để bứt điện tử ra khỏi nguyên tử Hyđrô từ trạng thái cơ bản là 13,6 eV. Tính bước sóng ngắn nhất của vạch quang phổ trong dãy Pasen. Biết khi e chuyển từ quỹ đạo M về quỹ đạo K, nguyên tử Hyđrô phát ra một phôtôn có bước sóng 0,1026 µm. C. λmin = 0,1321 µm. D. λmin = 0,4832 µm A. Không xác định được. B. λmin = 0,8321 µm Câu 63: Cho biết bước sóng dài nhất của dãy Lyman, Banme và Pasen trong quang phổ phát xạ của nguyên tử hyđrô lần lượt là λ1, λ2, λ3. Có thể tìm được bao nhiêu bước sóng của các bức xạ khác. A. 2 B. 3. C. 4 D. 5 Câu 64: Một electron có động năng 12,4 eV đến va chạm với nguyên tử hiđrô đứng yên, ở trạng thái cơ bản. Sau va chạm nguyên tử hiđrô vẫn đứng yên nhưng chuyển lên mức kích thích đầu tiên. Động năng của electron còn lại là: A. 10,2 eV B. 2,2 eV C. 1,2 eV D. Một giá trị khác. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. D 02. B 03. C 04. B 05. D 06. D 07. A 08. B 09. B 10. A 11. C 12. A 13. B 14. B 15. D 16. D 17. C 18. C 19. A 20. D 21. B 22. B 23. A 24. C 25. B 26. A 27. D 28. C 29. A 30. A 31. C 32. D 33. D 34. D 35. D 36. C 37.C 38. C 39. D 40. A 41. C 42. A 43. C 44. B 45. D 46. B 47. D 48. A 49. B 50. D 51. B 52. C 53. D 54. C 55. B 56. C 57. D 58. A 59. B 60. 61. 62. B 63. A 64. B
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 47
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG LAZE VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP TRỌNG TÂM
1) Định nghĩa Là một loại nguồn sáng mới hoạt động dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng. 2) Đặc điểm Chùm tia laze có 4 đặc điểm quan trọng ▪ Tính đơn sắc cao, (do độ sai lệch tỉ đối về tần số của chùm tia laze là rất nhỏ) ▪ Tia laze là chùm sáng kết hợp, (do các photon trong chùm tia có cùng tần số và cùng pha). ▪ Tính định hướng cao, (do tia laze là chùm sáng song song). ▪ Cường độ lớn. 3) Nguyên tắc hoạt động Có 3 nguyên tắc cơ bản: ▪ Sử dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng ▪ Tạo sự đảo lộn mật độ ▪ Dùng buồng cộng hưởng 3) Các loại Laze Có 3 loại Laser: ▪ Laser khí như laze hêli-neon ▪ Laser rắn như laze rubi ▪ Laser bán dẫn như laze Ga-Al-As 4) Ứng dụng ▪ Trong y học: làm dao mổ trong phẩu thuật tinh vi như mắt, mạch máu… ▪ Trong thông tin liên lạc: dùng trong liên lạc vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh... ▪ Trong công nghiệp: dùng khoan cắt, tôi…với độ chính xác cao ▪ Trong trắc địa: dùng đo khoảng cách, ngắm đường thẳng… 5) Một số ví dụ về laze Ví dụ 1: Người ta dùng một laze hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất chùm là P = 10 W. Đường kính của chùm sáng là d = 1 mm, bề dày tấm thép là e = 2 mm. Nhiệt độ ban đầu là t1 = 300C. Khối lượng riêng của thép là: D = 7800kg/m3; nhiệt dung riêng của thép là: c = 448 J/kg.độ; Nhiệt nóng chảy của thép: L = 270 kJ/kg; điểm nóng chảy của thép là T = 15350C. Thời gian tối thiểu để khoan là: A. 1,16 s B. 2,12 s C. 2,15 s D. 2,275 s. Lời giải: Cách 1: Laze sẽ khoan cắt lỗ như hình bên. Ta có phương trình cân bằng nhiệt: P.t = mc(t2- t1) + m.L (1) d2 Thể tích thép cần nung chảy hình trụ: V = π .e 4 d2 Khối lượng của thép cần hoá lỏng: m = D.V =D. π .e (2) 4 2 2 d d Thế (2) vào (1) : P.t =D. π .e c(t2- t1) + D. π .e L 4 4 10 −6 Thế số: P.t = 7800. π .2.10 −3 .[448.(1535 - 30) + 270000] =39 π .10-7x 944240 =11,56902804 4 => t = 11,569/10 = 1,16s. Cách 2: Gọi t là thời gian khoan thép. Nhiệt lượng Laze cung cấp trong thời gian này: Q = Pt = 10t (J) πd 2 Khối lượng của thép cần hoá lỏng: m = SeD = eD = 12,3.10-6 kg = 12,3 µg 4 (d là đường kính của lỗ khoan). Nhiệt lượng cần để đưa khối thép này từ 300C lên 15350 là Q1 = mc(tc- t0) = 12,3.10-6.448.(1535 - 30) = 8,293 J Nhiệt lượng cần sau đó để nung chảy khối thép: Q2 = Lm = 3,321 J BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 48
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Theo định luật bảo toàn năng lượng: Q = Q1 + Q2 ⇔ 10t = 8,293 + 3,321 ⇒ t = 1,16 s ĐÁP ÁN A Ví dụ 2: Người ta dùng một loại laze có công suất P = 12 W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Nhiệt dung riêng của nước là 4186 J/kg.độ. Nhiệt hóa hơi của nước là L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ cơ thể là 370C, khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là A. 4,557 mm3. B. 7,455 mm3. C. 4,755 mm3 D. 5,745 mm3. Lời giải: Pt Cách 1: m là khối lượng nước bốc hơi ta có : Pt = m(c∆t + L) ⇒ m = c∆t + L m Pt 12.1 Ta có: V = = = 3 = 4,75488.10 −9 m 3 = 4,755mm 3 Chọn C 3 D D (c∆t + L) 10 (4186.63 + 2260.10 ) Cách 2: Ta có Q = Pt = c.m(1000 – 370) + L.m => 12 = 4186.63.m + 2260.103.m => m = 4,755.10-6 kg V = m/D = 4,755.10-9m3 . Chọn C Cách 3: +) Nhiệt cung cấp Qc = Pt +) Nhiệt tăng nhiệt độ và nhiệt hóa hơi: Q = mc∆t + Lm = DV(c∆t + L) Pt +) Bảo toàn năng lượng: Qc = Q → V = ≈ 4,755.10 −9 m 3 D(c.∆t + L ) Cách 4: Gọi m là khối lượng nước đã bốc hơi Q= mc∆t ; Q= L.m Pt P t = m(c∆t + L) --------> m = c.∆t + L m Pt 10.1 ----> V = = →V = 3 = 3,963.10 −9 m 3 = 3,963mm 3 ChọnB D D(c∆t + L) 10 (4180.63 + 2260.10 3 ) Ví dụ 3: Người ta dùng một loại laze CO2 có công suất P = 10W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm cho nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Nhiệt dung riêng của nước: c = 4,18 kJ/kg.độ; nhiệt hoá hơi của nước: L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ cơ thể là 370C. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là: A. 2,892 mm2. B. 3,963mm3 C. 4,01mm2 D. 2,55mm2 Lời giải: Năng lượng mà tia lazer cung cấp trong 1s là: A=P.t=10.1=10J Năng lượng này làm nước trong cơ thể tăng từ 370 lên đến 1000, và làm bốc hơi nước trong cơ thể Gọi V là thể tích nước bị hóa hơi: A = mc(t’- t) + L.m = V.Dc (t’- t) + V.D.L A 10 V= = = 3.963.10 −9 m 3 = 3,963mm 3 Dc(t '−t ) + D.L 1000.4180.63 + 1000.2260000 Ví dụ 4: Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng một laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52 µm, chiếu về phía Mặt Trăng và đo khoảng thời gian giữa thời điểm xung được phát ra và thời điểm một máy thu đặt ở Trái Đất nhận được xung phản xạ.Thời gian kéo dài của một xung là t = 100 ns. Khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 8/3 s. Năng lượng của mỗi xung ánh sáng là W0 = 10 kJ a) Tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng lúc đo. b) Tính công suất của chùm laze c) Tính số phôtôn chứa trong mỗi xung ánh sáng. d) Tính độ dài của mỗi xung ánh sáng. Lấy c = 3.108 m/s; h = 6,625.10-34 J.s Lời giải: a) Gọi L là khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng; c = 3.108 m/s là tốc độ ánh sáng; t là thời gian để ct 3.108.8 ánh sáng đi về giữa Trái Đất và Mặt Trăng.Ta có: 2L = ct → L = = = 4.10 8 m = 400000 km 2 2.3 W 10kJ 10.10 3 b) Công suất của chùm laze : P = 0 = = = 1.1011 W = 100000MW −9 τ 100ns 100.10 BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 49
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG W W λ 10.10 3.0,52.10 −6 c) Số phôtôn được phát ra trong mỗi xung ánh sáng: N = 0 = 0 = = 2,62.10 22 (hạt) hf hc 6,625.10 −34.3.108 d) Gọi I là độ dài của một xung ánh sáng, ta có: I = c.t = 3.108.100.10-9= 30 m Ví dụ 5: Người ta chiếu một chùm tia laze hẹp có công suất 2mW và bước sóng λ = 0,7µm vào một chất bán dẫn Si thì hiện tượng quang điện trong sẽ xảy ra. Biết rằng cứ 5 hạt phôtôn bay vào thì có 1 hạt phôtôn bị electron hấp thụ và sau khi hấp thụ phôtôn thì electron này được giải phóng khỏi liên kết. Số hạt tải điện sinh ra khi chiếu tia laze trong 4s là A. 7,044.1015. B. 1,127.1016. C. 5,635.1016. D. 2,254.1016. Lời giải: P P.λ Số hạt phôtôn khi chiếu laze trong một giây là: N 0 = = hc ε P P.λ Vậy số hạt phôtôn khi chiếu laze trong 4giây là: N = 4. N0 = 4 = 4. hc ε Vì rằng cứ 5 hạt phôtôn bay vào thì có 1 hạt phôtôn bị electron hấp thụ nên có 4 hạt phôtôn bay ra Nên hiệu suất là H = 4/5. 4 P.λ 4 16.P.λ 16.2.10 −3.0,7.10 −6 Số hạt tải điện sinh ra khi chiếu tia laze trong 4 s là N ' = N = 4. . = = 5 hc 5 5hc 5.6,625 −34.3.10 8 Vậy số hạt N’ ≈ 0,2254. 1017 = 2,254. 1016 Ví dụ 6: Người ta dùng một loại laze CO2 có công suất P = 10 W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm cho nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Chùm laze có đường kính r = 0,1 mm và di chuyển với vận tốc v = 0,5cm/s trên bề mặt của mô mềm. Nhiệt dung riêng của nước: c = 4,18 KJ/kg.độ; nhiệt hoá hơi của nước: L = 2260 J/kg, nhiệt độ cơ thể là 370C. Chiều sâu cực đại của vết cắt là: A. 1 mm B. 2 mm C. 3 mm D. 4 mm Lời giải: Gọi m là khối lượng nước đã bốc hơi : Q= mc∆t ; Q = L.m Pt Suy ra P.t = m(c∆t + L) → m = c∆t + L Diện tích vết mổ s = r. v.t = r.v m Pt Thể tích của vết mổ V = s.h; trong đó h là độ sâu của vết mổ V = = = r.v.h D D(c∆t + L) Pt Suy ra độ sâu của vết mổ h = = 4mm D (c.∆t + L)r.v Ví dụ 7: Để đo khoảng cách từ Trái Đất lên Mặt Trăng người ta dùng một tia laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52 µm, chiếu về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo dài mỗi xung là 10-7 (s) và công suất của chùm laze là 100000 MW. Số phôtôn chứa trong mỗi xung là A. 2,62.1022 hạt. B. 2,62.1015 hạt. C. 2,62.1029 hạt. D. 5,2.1020 hạt. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 8: Một đèn Lade có công suất phát sáng 1W phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,7µm. Cho h = 6,625.10-34 Js, c = 3.108m/s. Số phôtôn của nó phát ra trong 1 giây là: A. 3,52.1016. B. 3,52.1019 . C. 3,52.1018 . D. 3,52.1020 . ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… …………… Ví dụ 9: Đối catốt của ống Rơnghen được làm nguội bằng một dòng nước chảy luồn phía bên trong. Nhiệt độ ở lối ra cao hơn nhiệt độ lối vào là 100C. Coi rằng 99,9% động năng của chùm electron chuyển thành nhiệt làm nóng đối catốt. Ống Rơnghen phát ra những tia có tần số lớn nhất bằng 5.1018 Hz. Dòng quang điện qua ống bằng 8mA. Nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của dòng nước là c = 4186 J/kg.độ; D = 1000 kg/m3. Lưu lượng nước chảy trong ống là BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 50
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. 1 cm /s B. 2 cm /s C. 3 cm3/s D. 4 cm3/s ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 10: Biết nhiệt dung riêng của nước c = 4186 J/kg.độ, nhiệt hoá hơi của nước là L = 2260 kJ/kg, khối lượng riêng của nước D = 103 kg/m3. Để làm bốc hơi 1 mm3 nước ở 370C trong khoảng thời gian 10 s bằng một laze thì laze đó phải có công suất bằng bao nhiêu? A. 4,5W B. 3,5W C. 2,5W D. 1,5W ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… MỘT SỐ BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Câu 1: Một nguồn sáng có công suất 2W phát ra ánh sáng có bước sóng 0,597µm, tỏa ra đều theo mọi hướng. Nếu coi đường kính con ngươi của mắt là 4mm và mắt còn có thể cảm nhận được ánh sáng khi tối thiểu có 80 phôton lọt vào mắt trong 1s. Bỏ qua sự hấp thụ photon của môi trường.Khoảng cách xa nguồn sáng nhất mà mắt còn trông thấy nguồn? A. 18000 km B. 21567,4 km C. 77303,4 km D. 12567,7 km Lời giải: P I= I= P/S => p= I.S =2W 4πR 2 P Pλ - số phôtôn phát ra trong 1 s: n = = hf hc Pλ Pλ - số phôtôn phát ra qua 1 đơn vị diện tích trong 1 s: n' = = (vì diện tích mặt cầu S= 4 π R ) hc.S 4πhc.R 2 Pλ - Khoảng cách từ nguồn sáng đến mắt : R = 4πhc.n' - Khoảng cách xa nhất mà mắt còn trông thấy nguồn sáng(Khi n’ = 80 photon lọt vào mắt trong 1s) thì : 3
3
Pλ 2.0,597.10 −6 = = 77303413,08m =77303,413km 4πhc.n' 4π .6,25.10 −34.3.108.80 Câu 2: Gọi năng lượng do một chùm sáng đơn sắc chiếu tới một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương chiếu sáng trong một đơn vị thời gian là cường độ của chùm sáng đơn sắc, kí hiệu là I (W/m2 ). Chiếu một chùm sáng hẹp đơn sắc (bước sóng 0,5 µm ) tới bề mặt của một tấm kim loại đặt vuông góc với chùm sáng , diện tích của bề mặt kim loại nhận được ánh sáng chiếu tới là 30mm2. Bức xạ đơn sắc trên gây ra hiện tượng quang điện đối với tấm kim loại (coi rằng cứ 20 phôtôn tới bề mặt tấm kim loại làm bật ra 3 electron), số electron bật ra khỏi bề mặt tấm kim loại trong thời gian 1s là 3.1013 . Giá trị của cường độ sáng I là: A. 9,9375 W/m2 B. 9,6 W/m2 C. 2,65 W/m2 D. 5,67 W/m2 Lời giải: 20 - Số phôtôn đến được tấm kim loại trong thời gian 1s là : N= 3.1013 . = 2.1014 (hạt) 3 hc - Công suất của chùm sáng tới là: .N = 7,95.10 −5 (W) R=
λ
W 7,95.10 −5 = = 2, 65(W/m2 ) .Chọn C −6 S 30.10 Câu 3: Mắt người có thể thấy được một chớp sáng phát ra khi 100 phô tôn đập vào võng mạc trong khoảng thời gian nhỏ hơn 0,05s. Phải đặt một đèn natri phát ra ánh sáng vàng có λ = 590nm ở cách bao xa để mắt còn thấy được ánh sáng của đèn. Cho biết đèn có công suất phát quang 10W, phát ra ánh sáng đều theo mọi hướng môi trường không hấp thụ ánh sáng và đường kính con ngươi là 6m A. 183 km B. 18,3 km C. 0,83 km D. 83 km Lời giải:
- Vậy cường độ chùm sáng là: I =
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 51
CHUYÊN ĐỀ 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG + Số photon của đèn phát ra trong 1s là : n = P/ε ≈ 2,97.1019 (ε = hc/λ ) + Nếu đèn cách mắt 1 khoảng R => trong 1s số photon di qua 1 đơn vị diện tích mặt cầu có bán kính R n là: 4πR 2 n nd 2 nd 2 + Số photon lọt qua con ngươi trong 1s là: . = 4πR 2 4 16 R 2 nd 2 + Để mắt còn thấy được ánh sáng của đèn : .0,05 > 100 => R < 182,8.103 m 16R 2 Câu 4: Trong chân không, người ta đặt một nguồn sáng điểm tại A có công suất phát sáng không đổi. Lần lượt thay đổi nguồn sáng tại A là ánh sáng tím bước sóng λ1 = 380 nm và ánh sáng lục bước sóng λ2 = 547,2 nm. Dùng một máy dò ánh sáng, có độ nhạy không đổi và chỉ phụ thuộc vào số hạt phôton đến máy trong một đơn vị thời gian, dịch chuyển máy ra xa A từ từ. Khoảng cách xa nhất mà máy còn dò được ánh sáng ứng với nguồn màu tím và nguồn màu lục lần lượt là r1 và r2. Biết |r1 – r2| = 30 km. Giá trị r1 là A. 180 km B. 210 km C. 150 km D. 120 km Lời giải: Gọi P là công suất phát sáng tại nguồn A; N1 và N2 là số photon tím và lực phát ra trong 1s λ N hc hc P = N1 = N2 ⇒ 2 = 2 λ1 λ2 N1 λ1 N1 N = 2 2 ≥ 1 ⇒ N1 = 4πr12max = 4πr12 vàN 2 = 4πr22 Photon còn đến được máy dò khi; 2 4πr1 4πr2 r12 N1 λ1 = = = 0,6944 r22 N 2 λ2 => r1 = 0,833r2 < r2 => r2 – r1 = 30 km => r2 = r1 + 30 (km) => r1 = 0,833(r1+ 30) => 0,167r1 = 25 => r1 = 149,7 km ≈ 150 km. Đáp án C Câu 5: Một nguồn sáng có công suất P=2W, phát ra ánh sáng có bước sóng λ=0,597µm tỏa ra đều theo mọi hướng. Nếu coi đường kính con ngươi của mắt là 4mm và mắt còn có thể cảm nhận được ánh sáng khi tối thiểu có 80 phôtôn lọt vào mắt trong 1s. Bỏ qua sự hấp thụ phôtôn của môi trường. Khoảng cách xa nguồn sáng nhất mà mắt còn trông thấy nguồn là A. 27 km B. 470 km C. 6 km D. 274 km Lời giải: P Cường độ sáng I tại điểm cách nguồn R được tính theo công thức: I = 4πR 2 Năng lượng ánh sáng mà mắt có thể nhận được: ⇒
hc hc Pd 2 Pd 2 λ P πd 2 Pd 2 (d đường kính mắt) mà W = 80 ⇒ 80 = ⇒ R = = = λ λ 16 R 2 16.80hc 4 4πR 2 4 16 R 2 0,274.106 (m) = 274 (km). Chọn D Câu 6: Chiếu lần lượt 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng theo tỉ lệ λ1 : λ2 : λ3 = 1: 2 :1, 5 vào catôt của một tế bao quangđiện thì nhận được các electron quang điện có vận tốc ban đầu cực đại tương ứng và có tỉ lệ v1 : v2 : v3 = 2 :1: k , với k bằng: 1 1 A. 3 B. C. 2 D. 3 2 2 hc mv λ = A + 4. 2 (1) hc mv 2 ( 1 ) − ( 2 ) ⇒ = 3 mv 2 3 hc 2λ 2 Ta có = A+ ( 2) ⇒ ⇒3= 2 ⇒k= 2 2 2 k −1 2λ (3) − (2) ⇒ hc = ( k 2 − 1) mv hc mv 2 6λ 2 = A + k 2. (3) 2 1,5λ
W = IS = I
πd 2
=
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 52
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CẤU TẠO HẠT NHÂN, ĐỘ HỤT KHỐI HẠT NHÂN – PHẦN 1 I. CẤU TẠO HẠT NHÂN 1. Cấu tạo hạt nhân * Nguyên tử có cấu tạo rỗng gồm một hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và e chuyển động xung quanh * Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ những hạt nhỏ gọi là nuclôn. Có hai loại nuclôn: - Prôtôn kí hiệu là p mang điện tích nguyên tố dương. - Nơtrôn kí hiêu là n không mang điện tích. * Một nguyên tố có nguyên tử số Z thì: - vỏ nguyên tử có Z electron - hạt nhân có N nơtron và Z prôtôn * Tổng số A = Z + N gọi là số khối * Một nguyên tử hay hạt nhân của nguyên tố X kí hiệu là: AZ X Ví dụ. Hạt nhân 23 11 Na có 11 proton và (23 – 11) = 12 notron 2. Đồng vị Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z nhưng có số nơtron N khác nhau nên số khối A cũng khác nhau. Ví dụ. Hiđrô có 3 đồng vị : hiđrô thường 11 H ; đơteri 12 H (hay 21 D ) và triti 31 H (hay 31T ). 3. Lực hạt nhân Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh). Lực hạt nhân có tác dụng liên kết các nuclôn với nhau Đặc điểm: * Lực hạt nhân không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích các nuclôn. * Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, có cường độ rất lớn, còn gọi là lực tương tác mạnh. * Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (khoảng 10-15m). II. KHỐI LƯỢNG HẠT NHÂN 1. Đơn vị khối lượng hạt nhân Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử. Kí hiệu là u. Theo định 1 nghĩa, u có trị số bằng khối lượng của đồng vị cacbon 126 C 12 1 1 12 (gam) ≈ 1,66.10-27 kg 1u = mC = . 12 12 6,023.10 23 ♥ Chú ý: Khối lượng của các nuclon tính theo đơn vị u thường dùng mP = 1,0073u và mN = 1,0087u 2. Khối lượng và năng lượng hạt nhân Theo Anh-xtanh, năng lượng E và khối lượng m tương ứng của cùng một vật luôn luôn tồn tại đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là c2 theo biểu thức: E = mc2 c là tốc độ ánh sáng trong chân không có giá trị c = 3.108m/s. Khi đó 1uc2 = 931,5 MeV → 1u = 931,5 MeV/c2 MeV/c2 được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân. ♥ Chú ý: 1. Một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với m0 m= v2 1− 2 c Trong đó m0: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động. m c2 2. Năng lượng toàn phần: E = mc 2 − 0 ; Trong đó: E0 = m0c2 gọi là năng lượng nghỉ. 2 v 1− 2 c 2 3. E – E0 = (m – m0)c chính là động năng của vật. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 1
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN III. ĐỘ HỤT KHỐI, NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN 1. Độ hụt khối A * Xét một hạt nhân Z Z X có Z proton và N notron, khi các nuclon chưa liên kết để tạo thành hạt nhân thì khối lượng của hạt nhân chính là khối lượng của các nuclon, có giá trị m0 = Z.mP + N.mN * Sau khi các nuclon liên kết thì hạt nhân có khối lượng là mX, thực nghiệm chứng tỏ m < m0. Đại lượng ∆m = m0 – m, được gọi là độ hụt khối hạt nhân. Từ đó ta có: ∆m = (Z .mP + N .mn ) − mX Ví du: Tính độ hụt khối của hạt nhân 42 He có khối lượng mHe= 4,0015u. Hướng dẫn giải : 4 Hạt nhân 2 He có 2 proton và 2 nơtron. Khi đó m0 = Z.mP + N.mn = 2.mP + 2.mn = 2.1,0073 + 2.1,0087 = 4,049527u Độ hụt khối ∆m = m0 – m = 4,049527 – 4,0015 = 0,048027u 2. Năng lượng liên kết hạt nhân a) Năng lượng liên kết hạt nhân Theo thuyết tương đối, hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng E0 = [ZmP + (A – Z)mn]c2 Còn hạt nhân được tạo thành từ chúng thì có năng lượng E = mc2 < E0. Vì năng lượng toàn phần được bảo toàn, nên đã có một lượng năng lượng ∆E = E0 – E = ∆m.c2 tỏa ra khi hệ các nuclôn tạo nên hạt nhân. Ngược lại, nếu muốn tách hạt nhân đó thành các nuclôn riêng rẽ, có tổng khối lượng ZmP + N.mn > m, thì ta phải tốn năng lượng ∆E = ∆m.c2 để thắng lực tương tác giữa chúng. ∆E càng lớn thì càng tốn nhiều năng lượng để phá vỡ liên kết giữa các nuclôn. Vì vậy, đại lượng ∆E = ∆m.c2 được gọi là năng lượng liên kết các nuclôn trong hạt nhân, hay gọn hơn, năng lượng liên kết hạt nhân. Ta có: ∆E = ∆m.c 2 = (m0 − m).c 2 = (Z .m p + N .mn ) − m .c 2 b) Năng lượng liên kết riêng Là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn, kí hiệu là ε và được cho bởi công thức ε = ∆E/A Đặc điểm: Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Ví dụ 1: Tìm độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân Liti 73 Li . Biết khối lượng nguyên tử Liti, nơtron và prôtôn có khối lượng lần lượt là: mLi = 7,0160u; mN = 1,0087u và mP = 1,0073u. Biết 1u = 931,5 MeV/c2 Hướng dẫn giải : 7 Hạt nhân 3 Li có 3 proton và 4 nơtron. Khi đó: M0 = Z.mP + N.mn = 3.mP + 4.mn = 3.1,0073 + 4.1,0087 = 7,08299 u Độ hụt khối: ∆m = m0 – m = 7,08299 – 7,0160 = 0,06699 u Năng lượng liên kết của hạt nhân là: ∆E = ∆m.c2 = 0,06699 uc2 = 0,06699.931,5 = 62,401185 MeV Ví dụ 2: Cho biết: mHe = 4,0015 u;mO = 15,999 u;mp = 1,0073 u;mn = 1,0087 u. Hãy so sánh mức độ bền vững của hai hạt nhân 42 He và 168 O . Hướng dẫn giải : 4 * Xét hạt nhân 2 He : Độ hụt khối hạt nhân: ∆mHe =(2.mp+2.mn)- mHe = 4,0032 - 4,0015 = 0,0305 u Năng lượng liên kết hạt nhân 42 He là ∆EHe= ∆mHe.c2 = 0,0305 uc2 = 0,0305.931,5 = 28,41075 MeV ∆E He Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 42 He là ε He = = 7,1027 MeV/nuclon 4 * Xét hạt nhân 168 O : Độ hụt khối hạt nhân: ∆mO =(8.mp + 8.mn ) - mO = 16,128 -15,999 = 0,129 u Năng lượng liên kết hạt nhân 168 O là ∆EO= ∆mO.c2 = 0,129 uc2 = 0,129.931,5 = 120,1635 MeV
[
Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Do εO > εHe nên hạt nhân
16 8
]
16 8
O là εO = ∆EO/16= 7,5102 MeV/nuclon
O bền vững hơn hạt nhân 42 He
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 2
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Ví dụ 3: Hạt nhân Natri có kí hiệu 23 và khôí lượng của nó là mNa = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, mn Na 11 = 1,0087 u. a) Tính số hạt notron có trong hạt nhân Na. b) Tính số nuclon có trong 11,5 (g) Na. c) Tính độ hụt khối và năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Na. Hướng dẫn giải : a) Số notron của Na: N* = 23 – 11 = 12. 11,5 b) Số mol Na có trong 11,5 (g) Na: n = = 0,5 23 Số nguyên tử chứa trong đó: N = n.NA = 0,5.6,02.1023 = 3,01.1023. Mỗi nguyên tử Na có 23 nuclon, vậy trong từng đó nguyên tử thì số nuclon là N’ = N.23 = 69,23.1023. c) Độ hụt khối: ∆m = 11.1,0073 + 13.1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u) Năng lượng liên kết của Na: Elk = 0,201.931 = 187 (MeV). Ví dụ 4: Khối lượng nguyên tử của rađi Ra226 là m = 226,0254u. a) Hãy chỉ ra thành phần cấu tạo hạt nhân Rađi ? b) Tính ra kg của 1 mol nguyên tử Rađi, khối lượng 1 hạt nhân, 1 mol hạt nhân Rađi? c) Tìm khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử cho biết bán kính hạt nhân được tính theo công thức r = r0.A1/3, với r0 = 1,4.10-15 m, A là số khối. d) Tính năng lượng liên kết của hạt nhân, năng lượng liên kết riêng, biết mP = 1,007276u, mn = 1,008665u ; me = 0,00549u ; 1u = 931 MeV/c2 . Hướng dẫn giải : a) Rađi hạt nhân có 88 prôton, N = 226 – 88 = 138 nơtron b) m = 226,0254u.1,66055.10-27 = 375,7.10-27 kg Khối lượng một mol : mm0l = mNA = 375,7.10-27.6,022.1023 = 226,17.10-3 kg = 226,17 g Khối lượng một hạt nhân : mHN = m – Zme = 259,977u = 3,7524.10-25kg Khối lượng 1mol hạt nhân : mm0lHN = mNH.NA = 0,22589kg c) Thể tích hạt nhân : V = 4πr3/3 = 4πr03A/ 3 . Am p 3m p m Khối lượng riêng của hạt nhân D = = = ≈ 1,45.1017 kg / m 3 3 A V 4πrr0 4πrr03 3 d) Tính năng lượng liên kết của hạt nhân ∆E = ∆mc2 = {ZmP + (A – Z)mN – m}c2 = 1,8197u ∆E = 1,8107.931 = 1685 MeV ∆E Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ε = = 7, 4557 MeV/nu. A Ví dụ 5: (Khối A – 2010) Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, động năng của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6c (với c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là A. 1,25 m0c2 B. 0,36 m0c2 C. 0,25 m0c2 D. 0,225 m0c2 Hướng dẫn giải : 2 m 0c − m 0 c 2 = 0,25m 0 c 2 → đáp án C. Ta có Wd = E − E 0 = mc 2 − m 0 c 2 = 2 0,6c 1− c Ví dụ 6: (Khối A – 2011) Theo thuyết tương đối, một êlectron có động năng bằng một nửa năng lượng nghỉ của nó thì êlectron này chuyển động với tốc độ bằng A. 2,41.108 m/s B. 2,75.108 m/s C. 1,67.108 m/s D. 2,24.108 m/s Hướng dẫn giải :
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 3
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN m0c 1 3 3 5 Wd = E − E 0 = E 0 ⇔ E = E 0 ⇔ = m0c2 ⇒ v = c = 2,24.108 m / s → Đáp án D 2 2 2 2 3 0,6c 1− c 4 Ví dụ 7: Hạt nhân 2 He có 4,0015u. Tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Heli. Tính năng lượng tỏa ra khi tao thành 1 (g) Heli. Cho biết khối lượng của prôton và nơtron là mp = 1,007276u và mn = 1,008665u; 1u = 931,5 MeV/c2 và số Avôgađrô là NA = 6,022.1023 mol-1. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... 56 Ví dụ 8: Tính năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân 23 11 Na và 26 Fe . Hạt nhân nào bền vững hơn? Cho mNa = 22,983734u ; mFe = 55,9207u ; mn = 1,008665u ; mp = 1,007276u. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Ví dụ 9: Khối lượng của hạt nhân 104 Be là 10,0113u, khối lượng của nơtron là mn = 1,0086u, khối lượng của prôtôn là mP = 1,0072u và 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân Be10 là A. 64,332 MeV. B. 6,4332 MeV. C. 0,64332 MeV. D. 6,4332 MeV. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Ví dụ 10: Khối lượng của hạt nhân 94 Be là 9,0027u, khối lượng của nơtron là mn = 1,0086u, khối lượng của prôtôn là mP = 1,0072u. Độ hụt khối của hạt nhân 94 Be là A. 0,9110u. B. 0,0811u. C. 0,0691u. D. 0,0561u. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Ví dụ 11: Cho hạt nhân2 42 He có khối lượng 4,0015u. Biết mp= 1,0073u; mn = 1,0087u; 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng liên kết riêng của hạt 42 He bằng A. 7,5 MeV. B. 28,4 MeV. C. 7,1 MeV. D. 7,1 eV. ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... Ví dụ 12: Khối lượng của hạt 104 Be là mBe = 10,01134u, khối lượng của nơtron là mN = 1,0087u, khối lượng của proton là mP = 1,0073u. Tính độ hụt khối của hạt nhân 10 4 Be là bao nhiêu? Hướng dẫn giải : 10 - Xác định cấu tạo hạt nhân 4 Be có Z = 4proton, N= A-Z = 10-4= 6 notro - Độ hụt khối: ∆m = Z .m p + ( A − Z ).m N − mhn = 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u ∆m = 0,07u . Đáp án: ∆m = 0,07u Ví dụ 13: Tính năng lượng liên kết hạt nhân Đơtêri 21 D ? Cho mP = 1,0073u, mN = 1,0087u, mD = 2,0136u; 1u = 931MeV/c2. A. 2,431 MeV. B. 1,122 MeV. C. 1,243 MeV. D. 2,234MeV. Hướng dẫn giải : Độ hụt khối của hạt nhân D : ∆m = ∑ mP + ∑ mN ─ mD = 1.mP +1.mN – mD = 0,0024 u Năng lượng liên kết của hạt nhân D : Wlk = ∆m.c2 = 0,0024.uc2 = 2,234 MeV → Chọn D. Ví dụ 14: Xác định số Nơtrôn N của hạt nhân: 42 He . Tính năng lượng liên kết riêng. Biết mN = 1,00866u; mP =1,00728u; mHe = 4,0015u Hướng dẫn giải : 2
[
]
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 4
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN N = A−Z ⇒ N = 4 − 2 = 2. Ta có ∆m = 2( m p + mn ) − 4,0015 = 0,03038u Từ 4 2 He 28,29 ⇒ ∆E = 0,03038 uc2 = 0,03038 .931,5MeV = 28,29 MeV ⇒ ε = = 7,07 MeV 4 Ví dụ 15: Cho 56 26 Fe . Tính năng lượng liên kết riêng. Biết mn = 1,00866u; mp = 1,00728u; mFe = 55,9349u Hướng dẫn giải : Ta có ∆m = 26 mp+ 30 mn - 55,9349 = 0,50866 u 473,8 ⇒ ∆E = 0,50866 uc2 = 0,50866 .931,5MeV = 473,8MeV ⇒ ε = = 8,46 MeV 56 Ví dụ 16: Hạt nhân 104 Be có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrôn (nơtron) mn = 1,0087u, khối lượng của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là 104 Be A. 0,632 MeV. B. 63,215MeV. C. 6,325 MeV. D. 632,153 MeV. Hướng dẫn giải : - Năng lượng liên kết của hạt nhân 104 Be : Wlk = ∆m.c2 = (4.mP +6.mn – mBe).c2 = 0,0679.c2 = 63,249 MeV. W 63,125 = 6,325MeV / nuclon Chọn: C. - Suy ra năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 104 Be : lk = A 10 CẤU TẠO HẠT NHÂN, ĐỘ HỤT KHỐI HẠT NHÂN – PHẦN 1 Câu 1. Hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi A. prôtôn, nơtron và êlectron. B. nơtron và êlectron. C. prôtôn, nơtron. D. prôtôn và êlectron. Câu 2. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ A. các prôtôn. B. các nơtrôn. C. các nuclôn. D. các electrôn. A Câu 3. Hạt nhân nguyên tử Z X được cấu tạo gồm A. Z nơtron và A prôtôn. B. Z nơtron và A nơtron. C. Z prôtôn và (A – Z) nơtron. D. Z nơtron và (A – Z) prôton. Câu 4. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về hạt nhân nguyên tử ? A. Hạt nhân có nguyên tử số Z thì chứa Z prôtôn B. Số nuclôn bằng số khối A của hạt nhân. C. Số nơtron N bằng hiệu số khối A và số prôtôn Z. D. Hạt nhân trung hòa về điện. Câu 5. Trong hạt nhân nguyên tử 146 C có A. 14 prôtôn và 6 nơtron. B. 6 prôtôn và 14 nơtron. C. 6 prôtôn và 8 nơtron. D. 8 prôtôn và 6 nơtron. 24 Câu 6. Hạt nhân 11 Na có A. 11 prôtôn và 24 nơtron. B. 13 prôtôn và 11 nơtron. C. 24 prôtôn và 11 nơtron. D. 11 prôtôn và 13 nơtron. 27 Câu 7. Hạt nhân 13 Al có A. 13 prôtôn và 27 nơtron. B. 13 prôtôn và 14 nơtron. C. 13 nơtron và 14 prôtôn. D. 13 prôtôn và 13 nơtron. 238 Câu 8. Hạt nhân 92 U có cấu tạo gồm A. 238p và 92n. B. 92p và 238n. C. 238p và 146n. D. 92p và 146n. 10 Câu 9. Cho hạt nhân 5 X . Hãy tìm phát biểu sai ? A. Số nơtrôn là 5. B. Số prôtôn là 5. C. Số nuclôn là 10. D. Điện tích hạt nhân là 6e. Câu 10. Kí hiệu của hạt nhân nguyên tử X có 3 proton và 4 notron là A. 34 X . B. 37 X . C. 47 X . D. 73 X . Câu 11. Các chất đồng vị là các nguyên tố có A. cùng khối lượng nhưng khác điện tích hạt nhân. B. cùng nguyên tử số nhưng khác số nuclôn. C. cùng điện tích hạt nhân nhưng khác số prôtôn. D. cùng điện tích hạt nhân nhưng khác số nơtrôn. Câu 12. Phát biểu nào sau đây là đúng ? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 5
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số khối A bằng nhau. B. Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số prôton bằng nhau, số nơtron khác nhau. C. Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có số nơtron bằng nhau, số prôton khác nhau. D. Đồng vị là các nguyên tử mà hạt nhân của chúng có khối lượng bằng nhau. Câu 13. Các đồng vị của cùng một nguyên tố thì A. có cùng khối lượng. B. có cùng số Z, khác số A. C. có cùng số Z, cùng số A. D. cùng số A. Câu 14. Các đồng vị của cùng một nguyên tố thì có cùng A. khối lượng nguyên tử B. số nơtron. C. số nuclôn. D. số prôtôn. 10 Câu 15. Số nguyên tử có trong 2 (g) 5 Bo là A. 4,05.1023 B. 6,02.1023 C. 1,204.1023 D. 20,95.1023 Câu 16. Số nguyên tử có trong 1 (g) Heli (mHe = 4,003 u) là A. 15,05.1023 B. 35,96.1023 C. 1,50.1023 D. 1,80.1023 -19 Câu 17. Độ lớn điện tích nguyên tố là |e| = 1,6.10 C, điện tích của hạt nhân 10 B là A. 5e. B. 10e. C. –10e. D. –5e. 210 Câu 18. Hạt nhân pôlôni 84 Po có điện tích là A. 210e. B. 126e. C. 84e. D. 0e. Câu 19. Hạt nhân Triti có A. 3 nơtrôn và 1 prôtôn. B. 3 nuclôn, trong đó có 1 nơtrôn C. 3 nuclôn, trong đó có 1 prôtôn. D. 3 prôtôn và 1 nơtrôn. Câu 20. Các đồng vị của Hidro là A. Triti, đơtêri và hidro thường. B. Heli, tri ti và đơtêri. C. Hidro thường, heli và liti. D. heli, triti và liti. Câu 21. Theo định nghĩa về đơn vị khối lượng nguyên tử thì 1u bằng A. khối lượng của một nguyên tử hiđrô 11 H B. khối lượng của một hạt nhân nguyên tử cacbon 126 C C. 1/12 khối lượng hạt nhân nguyên tử của đồng vị cacbon 126 C . D. 1/12 khối lượng của đồng vị nguyên tử Oxi Câu 22. Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị của khối lượng? A. kg. B. MeV/C. C. MeV/c2. D. u. Câu 23. Khối lượng proton mP = 1,007276u. Khi tính theo đơn vị kg thì A. mP = 1,762.10-27 kg. B. mP = 1,672.10-27 kg. C. mP = 16,72.10-27 kg. D. mP = 167,2.10-27 kg. Câu 24. Khối lượng nơtron mn = 1,008665u. Khi tính theo đơn vị kg thì A. mn = 0,1674.10-27 kg. B. mn = 16,744.10-27 kg. C. mn = 1,6744.10-27 kg. D. mn = 167,44.10-27 kg. Câu 25. Trong vật lý hạt nhân, bất đẳng thức nào là đúng khi so sánh khối lượng prôtôn (mP), nơtron (mN) và đơn vị khối lượng nguyên tử u ? A. mP > u > mn B. mn < mP < u C. mn > mP > u D. mn = mP > u Câu 26. Với c là vận tốc ánh sáng trong chân không, hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng E và khối lượng m của vật là A. E = mc2. B. E = m2C C. E = 2mc2. D. E = 2mc. Câu 27. Lực hạt nhân là lực nào sau đây? A. Lực điện. B. Lực từ. C. Lực tương tác giữa các nuclôn. D. Lực lương tác giữa các thiên hà. Câu 28. Bản chất lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân là A. lực tĩnh điện. B. lực hấp dẫn. C. lực điện từ. D. lực lương tác mạnh. Câu 29. Phát biểu nào sau đây là sai. Lực hạt nhân A. là loại lực mạnh nhất trong các loại lực đã biết hiện nay. B. chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân. C. là lực hút rất mạnh nên có cùng bản chất với lực hấp dẫn nhưng khác bản chất với lực tĩnh điện. D. không phụ thuộc vào điện tích. Câu 30. Phạm vi tác dụng của lực tương tác mạnh trong hạt nhân là BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 6
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 10-13 cm. B. 10-8 cm. C. 10-10 cm. D. vô hạn. Câu 31. Chọn câu sai khi nói về hạt nhân nguyên tử? A. Kích thước hạt nhân rất nhỏ so với kích thước nguyên tử, nhỏ hơn từ 104 đến 105 lần B. Khối lượng nguyên tử tập trung toàn bộ tại nhân vì khối electron rất nhỏ so với khối lượng hạt nhân. C. Điện tích hạt nhân tỉ lệ với số prôtôn. D. Khối lượng của một hạt nhân luôn bằng tổng khối lượng các nuclôn tạo hành hạt nhân đó. Câu 32. Độ hụt khối của hạt nhân ZA X là (đặt N = A – Z) A. ∆m = NmN – ZmP. B. ∆m = m – NmP – ZmP. C. ∆m = (NmN + ZmP ) – m. D. ∆m = ZmP – NmN 6 Câu 33. Cho hạt nhân 3 Li (Liti) có mLi = 6,0082u. Tính độ hụt khối của hạt nhân biết mP = 1,0073u, mN = 1,0087u. A. ∆m = 0,398u B. ∆m = 0,0398u C. ∆m = –0,398u D. ∆m = –0,398u 27 Câu 34. Cho hạt nhân 13 Al (Nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính độ hụt khối của hạt nhân biết mP = 1,0073u, mN = 1,0087u. A. ∆m = 0,1295u B. ∆m = 0,0295u C. ∆m = 0,2195u D. ∆m = 0,0925u Câu 35. Giả sử ban đầu có Z prôtôn và N nơtron đứng yên, chưa liên kết với nhau, khối lượng tổng cộng là m0, khi chúng kết hợp lại với nhau để tạo thành một hạt nhân thì có khối lượng m. Gọi W là năng lượng liên kết và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Biểu thức nào sau đây luôn đúng? A. m = m0 B. W = 0,5(m0 – m)c2 C. m > m0 D. m < m0. Câu 36. Giả sử ban đầu có Z prôtôn và N nơtron đứng yên, chưa liên kết với nhau, có khối lượng tổng cộng là m0, khi chúng kết hợp lại với nhau thì tạo thành một hạt nhân có khối lượng m. Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Năng lượng liên kết của hạt nhân này được xác định bởi biểu thức A. ∆E = (m0 – m)c2 B. ∆E = m0.c2 C. ∆E = m.c2 D. ∆E = (m0 – m)c Câu 37. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Năng lượng liên kết là toàn bộ năng lượng của nguyên tử gồm động năng và năng lượng nghỉ. B. Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành các các nuclon riêng biệt. C. Năng lượng liên kết là năng lượng toàn phần của nguyên tử tính trung bình trên số nuclon. D. Năng lượng liên kết là năng lượng liên kết các electron và hạt nhân nguyên tử. Câu 38. Năng lượng liên kết riêng A. giống nhau với mọi hạt nhân. B. lớn nhất với các hạt nhân nhẹ. C. lớn nhất với các hạt nhân trung bình. D. lớn nhất với các hạt nhân nặng. Câu 39. Năng lượng liên kết của một hạt nhân A. có thể dương hoặc âm. B. càng lớn thì hạt nhân càng bền. C. càng nhỏ thì hạt nhân càng bền. D. có thề bằng 0 với các hạt nhân đặc biệt. Câu 40. Đại lượng nào đặc trưng cho mức độ bền vững của một hạt nhân ? A. Năng lượng liên kết. B. Năng lượng liên kết riêng. C. Số hạt prôlôn. D. Số hạt nuclôn. Câu 41. Một hạt nhân có năng lượng liên kết là ∆E, tổng số nuclôn của hạt nhân là A. Gọi năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là ε, công thức tính ε nào sau đây là đúng ? ∆E ∆E A A. ε = B. ε = C. ε = A.∆E D. ε = 2 A A ∆E Câu 42. Các hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclôn, các hạt nhân đó có số khối A trong phạm vi A. 50 < A < 70. B. 50 < A < 95. C. 60 < A < 95. D. 80 < A < 160. Câu 43. Hạt nhân nào sau đây có năng lượng liên kết riêng lớn nhất ? A. Hêli. B. Cacbon. C. Sắt. D. Urani. 27 Câu 44. Cho hạt nhân 13 Al (Nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân 27 13 Al , biết 2 khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mN = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c . A. ∆E = 217,5 MeV. B. ∆E = 204,5 MeV. C. ∆E = 10 MeV. D. ∆E = 71,6 MeV. 235 Câu 45. Cho hạt nhân 92 U (Urani) có mU = 235,098u. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân 235 92 U theo 2 đơn vị Jun, biết khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mN = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c . BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 7
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. ∆E = 2,7.10-13 J. B. ∆E = 2,7. 10-16 J. C. ∆E = 2,7.10-10 J. D. ∆E = 2,7.10-19 J. 2 Câu 46. Hạt nhân đơteri 1 D có khối l1ượng 2,0136 u. Biết khối lượng của prôton là 1,0073 u và khối lượng của nơtron là 1,0087 u. Năng lượng liên kết của hạt nhân 21 D là A. 0,67 MeV. B. 1,86 MeV. C. 2,02 MeV. D. 2,23 MeV. Câu 47. Cho hạt nhân 23090Th (Thori) có mTh = 230,0096u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Th , biết khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mN = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c2. A. εTh = 1737,62 MeV/nuclon B. εTh = 5,57 MeV/nuclon C. εTh = 7,55 MeV/nuclon D. εTh = 12,41 MeV/nuclon 210 Câu 48. Hạt nhân 84 Po có mPo = 210,0913u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 210 84 Po , biết khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mN = 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV. A. εPo = 1507,26 MeV/nuclon B. εPo = 17,94 MeV/nuclon C. εPo = 5,17 MeV/nuclon D. εPo = 7,17 MeV/nuclon 4 Câu 49. Hạt nhân 2 He có năng lượng liên kết là 28,4 MeV; hạt nhân 6 Li có năng lượng liên kết là 39,2 230 90
MeV; hạt nhân 21 D có năng lượng liên kết là 2,24 MeV. Hãy sắp theo thứ tự tăng dần về tính bền vững của ba hạt nhân này. A. 42 He , 36 Li , 21 D B. 21 D , 42 He , 36 Li C. 42 He , 21 D , 36 Li , D. 21 D , 36 Li , 42 He 238 230 Câu 50. Cho khối lượng các hạt nhân 210 84 Po , 92 U , 90Th lần lượt là mPo = 210u, mU = 238u, mTh = 230u. Biết khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mn= 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV. Hãy sắp theo thứ tự giảm dần về tính bền vững của ba hạt nhân này. 238 238 238 238 A. 210 B. 210 C. 210 D. 210 84 Po , 92 U 84 Po , 92 U 84 Po , 92 U 84 Po , 92 U Câu 51. Cho ba hạt nhân X, Y, Z có số nuclon tương ứng là AX, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ. Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là ∆EX, ∆EY, ∆EZ với ∆EZ < ∆EX < ∆EY. Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là A. Y, X, Z B. Y, Z, X C. X, Y, Z D. Z, X, Y Câu 52. Cho khối lượng của proton, notron, 40 Ar; 36 Li lần lượt là: 1,0073 u ; 1,0087u; 39,9525 u; 6,0145 u
và 1u = 931,5 MeV/c2. So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 36 Li thì năng lượng liên kết riêng của 40 hạt nhân 18 Ar A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV. B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV. C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV. D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV. Câu 53. Tìm phát biểu sai về độ hụt khối ? A. Độ chênh lệch giữa khối lượng m của hạt nhân và tổng khối lượng m0 của các nuclôn cấu tạo nên hạt nhân gọi là độ hụt khối. B. Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo thành hạt nhân đó. C. Độ hụt khối của một hạt nhân luôn khác không. D. Khối lượng của một hạt nhân luôn lớn hơn tổng khối lượng của các nuclôn cấu tạo thành hạt nhân đó. Câu 54. Chọn câu sai ? A. Các hạt nhân có số khối trung bình là bền vững nhất. B. Các nguyên tố đứng đầu bảng tuần hoàn như H, He kém bền vững hơn các nguyên tố ở giữa bảng tuần hoàn. C. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững. D. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. Câu 55. Giả sử hai hạt nhân X và Y có độ hụt khối bằng nhau và số nuclôn của hạt nhân X lớn hơn số nuclôn của hạt nhân Y thì A. hạt nhân Y bền vững hơn hạt nhân X. B. hạt nhân X bền vững hơn hạt nhân Y. C. năng lượng liên kết riêng của hai hạt nhân bằng nhau. D. năng lượng liên kết của hạt nhân X lớn hơn năng lượng liên kết của hạt nhân Y ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 8
01. C 11. D 21. C 31. C 41. B 51. A
02. C 12. B 22. B 32. C 42. A 52. B
03. C 13. B 23. B 33. B 43. C 53. D
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 05. C 06. D 07. B 08. D 09. D 15. C 16. C 17. A 18. C 19. C 25. C 26. A 27. C 28. D 29. C 35. D 36. A 37. B 38. C 39. B 45. C 46. D 47. C 48. D 49. D 55. A
04. D 14. D 24. C 34. C 44. B 54. C
10. A 20. A 30. A 40. B 50. D
CẤU TẠO HẠT NHÂN, ĐỘ HỤT KHỐI HẠT NHÂN – PHẦN 2 Cho khối lượng m hoặc số mol của hạt nhân
A Z
X . Tìm số hạt p, n có trong mẫu hạt nhân đó . m * Nếu có khối lượng m suy ra số hạt hạt nhân X là : N = .N A (hạt) . A m N V . Hằng Số Avôgađrô: NA = 6,023.1023 nguyên tử/mol * Số mol: n = = = A N A 22,4 * Nếu có số mol suy ra số hạt hạt nhân X là : N = n.NA (hạt). +Khi đó: 1 hạt hạt nhân X có Z hạt proton và (A – Z ) hạt hạt notron. =>Trong N hạt hạt nhân X có : N.Z hạt proton và (A-Z) N hạt notron.
Bài 1: Biết số Avôgađrô là 6,02.1023 mol-1, khối lượng mol của hạt nhân urani
238 92
U là 238 gam/mol.
238 92
Số nơtron trong 119 gam urani U là : A. 2,2.1025hạt B. 1,2.1025 hạt
C 8,8.1025 hạt D. 4,4.1025 hạt m 119 HD Giải: Số hạt nhân có trong 119 gam urani 238 .N A = .6,02.10 23 = 3,01.10 23 hạt. 92 U là : N = A 238 23 Suy ra số hạt nơtron có trong N hạt nhân urani 238 = 4,4.1025 hạt → 92 U là : (A-Z). N = ( 238 – 92 ).3,01.10 Đáp án : D Bài 2. Cho số Avôgađrô là 6,02.1023 mol-1. Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g Iốt 131 52 I là : 23 23 23 A. 3,952.10 hạt B. 4,595.10 hạt C.4.952.10 hạt D.5,925.1023 hạt m 100 HD Giải : Số hạt nhân nguyên tử có trong 100 g hạt nhân I là : N = .N A = .6,02.10 23 ⇒ Chọn B. A 131 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 10 Câu 1(ÐH– 2008): Hạt nhân 4 Be có khối lượng 10,0135u. Khối lượng của nơtrôn (nơtron) mn = 1,0087u, khối lượng của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 4 Be là A. 0,6321 MeV. B. 63,2152 MeV. C. 6,3215 MeV. D. 632,1531 MeV. 16 Câu 2(CĐ- 2009): Biết khối lượng của prôtôn; nơtron; hạt nhân 8 O lần lượt là 1,0073 u; 1,0087 u; 15,9904 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân 168 O xấp xỉ bằng A. 14,25 MeV. B. 18,76 MeV. C. 128,17 MeV. D. 190,81 MeV. 40 6 Câu 3. (ĐH- 2010) Cho khối lượng của prôtôn; nơtron; 18 Ar ; 3 Li lần lượt là: 1,0073u; 1,0087u; 39,9525u; 6,0145 u và 1u = 931,5 MeV/c2. So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 36 Li thì năng lượng liên kết 40 riêng của hạt nhân 18 Ar A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV. B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV. C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV. D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV. 4 Câu 4. Hạt nhân hêli ( 2 He ) có năng lượng liên kết là 28,4MeV; hạt nhân liti ( 73 Li ) có năng lượng liên kết
là 39,2MeV; hạt nhân đơtêri ( 21 D ) có năng lượng liên kết là 2,24MeV. Hãy sắp theo thứ tự tăng dần về tính bền vững của chúng: A. liti, hêli, đơtêri. B. đơtêri, hêli, liti. C. hêli, liti, đơtêri. D. đơtêri, liti, hêli. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 9
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 5. Hạt α có khối lượng 4,0015u, biết số Avôgađrô NA = 6,02.1023mol-1, 1u = 931MeV/c2. Các nuclôn kết hợp với nhau tạo thành hạt α, năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 mol khí Hêli là A. 2,7.1012J B. 3,5. 1012J C. 2,7.1010J D. 3,5. 1010J Câu 6. Hạt nhân 42 He có năng lượng liên kết là 28,4 MeV; hạt nhân 36 Li có năng lượng liên kết là 39,2 MeV; hạt nhân 21 D có năng lượng liên kết là 2,24 MeV. Hãy sắp theo thứ tự tăng dần về tính bền vững của ba hạt nhân này. A. 42 He , 36 Li , 21 D B. 21 D , 42 He , 36 Li C. 42 He , 21 D , 36 Li D. 21 D , 36 Li , 42 He 238 232 Câu 7. Cho khối lượng các hạt nhân 210 84 Po , 92 U , 90Th lần lượt là mPo = 210u, mU = 238u, mTh = 230u. Biết khối lượng các nuclôn là mP = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc2 = 931,5 MeV. Hãy sắp theo thứ tự giảm dần về tính bền vững của ba hạt nhân này. 238 232 232 210 232 238 238 210 A. 210 B., 238 C. 210 D. 232 84 Po , 92 U , 90Th 92 U , 90Th , 84 Po 84 Po , 90Th , 92 U 90Th , 92 U , 84 Po Câu 8. Cho ba hạt nhân X, Y, Z có số nuclon tương ứng là AX, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ. Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là ∆EX, ∆EY, ∆EZ với ∆EZ < ∆EX < ∆EY. Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là A. Y, X, Z B. Y, Z, X C. X, Y, Z D. Z, X, Y 23 -1 238 Câu 9 (CĐ- 2009): Biết NA = 6,02.10 mol . Trong 59,50g 92 U có số nơtron xấp xỉ là A. 2,38.1023. B. 2,20.1025. C. 1,19.1025. D. 9,21.1024. 23 Câu 10 (CĐ 2008): Biết số Avôgađrô NA = 6,02.10 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó. Số prôtôn (prôton) có trong 0,27 gam Al1327 là A. 6,826.1022. B. 8,826.1022. C. 9,826.1022. D. 7,826.1022. Câu 11. Đơn vị đo khối lượng trong vật lý hạt nhân là A. kg B. Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) C. Đơn vị eV/c2 hoặc MeV/c2. D. Câu A, B, C đều đúng. Câu 12. Chọn câu đúng A. Trong ion đơn nguyên tử số proton bằng số electron B. Trong hạt nhân nguyên tử số proton phải bằng số nơtron C. Lực hạt nhân có bán kính tác dụng bằng bán kính nguyên tử D. Trong hạt nhân nguyên tử số proton bằng hoặc khác số nơtron Câu 13. Chọn câu đúng đối với hạt nhân nguyên tử A. Khối lượng hạt nhân xem như khối lượng nguyên tử B. Bán kính hạt nhân xem như bán kính nguyên tử C. Hạt nhân nguyên tử gồm các hạt proton và electron D. Lực tĩnh điện liên kết các nucleon trong hạt nhân Câu 14. Hạt nhân nào có độ hụt khối càng lớn thì: A. càng dễ phá vỡ B. năng lượng liên kết lớn C. năng lượng liên kết nhỏ D. càng bền vững Câu 15. Chọn câu đúng: A. khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối lượng của các nuclon B. Trong hạt nhân số proton luôn luôn bằng số nơtron C. Khối lượng của proton lớn hơn khối lượng của nôtron D. Bản thân hạt nhân càng bền khi độ hụt khối của nó càng lớn Câu 16. Đơn vị khối lượng nguyên tử là: A. Khối lượng của một nguyên tử hydro B. 1/12 Khối lượng của một nguyên tử cacbon 12 C. Khối lượng của một nguyên tử Cacbon D. Khối lượng của một nucleon Câu 17. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về lực hạt nhân? A. Lực hạt nhân là loại lực mạnh nhất trong các loại lực đã biết hiện nay. B. Lực hạt nhân chỉ có tác dụng khi khoảng cách giữa hai nuclôn bằng hoặc nhỏ hơn kích thước hạt nhân. C. Lực hạt nhân có bản chất là lực điện, vì trong hạt nhân các prôtôn mang điện dương. D. Lực hạt nhân chỉ tồn tại bên trong hạt nhân 16 Câu 18. Số prôtôn trong 15,9949 gam 8 8 O là bao nhiêu?
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 10
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 4,82.1024 B. 6,023.1023 C. 96,34.1023 D. 14,45.1024 23 -1 Câu 19. Cho số Avogadro NA = 6,02.10 mol . Số hạt nhân nguyên tử có trong 100g iốt phóng xạ 131 53 I là bao nhiêu? A. 3,592.1023hạt B. 4,595.1023hạt C. 4,952 .1023hạt D.5,426 .1023hạt 37 Câu 20. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 17 Cl . Cho biết: mP = 1,0087u; mN = 1,00867u; mCl = 36,95655u; 1u = 931MeV/c2 A. 8,16MeV B. 5,82 MeV C. 8,57MeV D. 9,38MeV Câu 21. Biết khối lượng của hạt nhân U238 là 238,00028u, khối lượng của prôtôn và nơtron là mP = 1.007276U; mn = 1,008665u; 1u = 931 MeV/ c2. Năng lượng liên kết của Urani 238 92 U là bao nhiêu? A. 1400,47 MeV B. 1740,04 MeV C.1800,74 MeV D. 1874 MeV ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. C 02. C 03. B 04. D 05. A 06. D 07. D 08. A 09. B 10. B 11. D 12. D 13. A 14. B 15. D 16. B 17. C 18. D 19. B 20. C 21. C LÍ THUYẾT HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ liệu I. SỰ PHÓNG XẠ 1. Hiện tượng phóng xạ a) Khái niệm Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, đồng thời phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác được gọi là hiện tượng phóng xạ. b) Đặc điểm * Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân. * Có tính tự phát và không điều khiển được. * Là một quá trình ngẫu nhiên. 2. Các tia phóng xạ Các tia phóng xạ thường được đi kèm trong sự phóng xạ của các hạt nhân. Có 3 loại tia phóng xạ chính có bản chất khác nhau là tia anpha (ký hiệu là α), tia beta(hí hiệu là β), tia gamma(kí hiệu là γ). Các tia phóng xạ là những tia không nhìn thấy được, nhưng có những tác dụng cơ bản như kích thích một số phản ứng hóa học, ion hóa chất khí… a) Phóng xạ α - Tia α thực chất là hạt nhân của nguyên tử Heli, hí hiệu 42 He . Phương trình phóng ZA X → ZA−−42Y + 24He α
Dạng rút gọn ZA X → AZ−−42Y - Trong không khí, tia α chuyển động với vận tốc khoảng 107 m/s. Đi được chừng vài cm trong không khí và chừng vài µm trong vật rắn, không xuyên qua được tấm bìa dày 1 mm. b) Phóng xạ β - Tia β là các hạt phóng xạ phóng xa với tốc độ lớn (xấp xỉ tốc độ ánh sáng), cũng làm ion hóa không khí nhưng yếu hơn tia α. Trong không khí tia β có thể đi được quãng đường dài vài mét và trong kim loại có thể đi được vài mm. Có hai loại phóng xạ β là β+ và β– * Phóng xạ β–: Tia β– thực chất là dòng các electron −10 e r Phương trình phân rã β– có dạng: ZA X → Z +A1Y + −10 e+ 00v Thực chất trong phân rã β– còn sinh ra một hạt sơ cấp (gọi là hạt phản notrino). * Phóng xạ β+: Tia β+ thực chất là dòng các electron dương +10 e Phương trình phân rã β+ có dạng: ZA X → Z −A1Y + 10 e+ 00 v Thực chất trong phân rã β+ còn sinh ra một hạt sơ cấp (goi là hạt notrino). ♥ Chú ý: Các hạt notrino và phản notrino là những hạt không mang điện, có khối lượng bằng 0 và chuyển BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 11
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng. c) Phóng xạ γ: * Tia γ là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao, thường đi kèm trong cách phóng xạ β+ và β– * Tia γ có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia α và β. II. ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ 1. Định luật phóng xạ Sau một khoảng thời gian xác định T thì một nửa số hạt nhân hiện có bị phân rã, biến đổi thành hạt nhân khác, T được gọi là chu kì bán rã của chất phóng xạ. Gọi N0 là số hạt nhân lúc ban đầu, N là số hạt nhân còn lại ở thời điểm t Sau t = T thì số hạt nhân còn lại là N0/2. Sau t = 2T thì số hạt nhân còn lại là N0/4. Sau t = 3T thì số hạt nhân còn lại là N0/8 t − N Sau t = k.T thì số hạt nhân còn lại là k0 = N 0 .2 −k = N 0 .2 T 2 Vậy số hạt nhân còn lại ở thời điểm t có liên hệ với số hạt nhân ban đầu theo hệ thức N (t ) = N 0 .2 có dạng phương trình mũ. log a x
ln x
−
t T
ln 2
−
t T
t − ln 2 T
−t
−
t T
, đây
ln 2 T
Áp dụng công thức logarith ta có x = a =e ⇒2 =e =e =e t − ln 2 0,693 Đặt λ = = → 2 T = e − λt , T T Khi đó N (t ) = N 0 .e − λt (1) Do khối lượng tỉ lệ với số hạt nhân nên từ (1) ta tìm được phương trình biểu diễn quy luật giảm theo hàm −
t
mũ của khối lượng chất phóng xạ m(t) = m0 .2 T = m0 e −λt , (2) Các công thức (1) và (2) biểu thị định luật phóng xạ Vậy trong quá trình phóng xạ thì số hạt nhân và khối lượng giảm theo quy luật hàm mũ. ♥ Chú ý: m N .A * Phương trình liên hệ giữa khối lượng hạt nhân (m) và số hạt nhân (N) là N = .N A ⇔ m = A NA 1 − * Số hạt nhân bị phân rã, kí hiệu là ∆N, được tính bởi công thức ∆N = N 0 − N = N 0 1 − 2 T 1 − Tương tự, khối lượng hạt nhân đã phân rã là ∆m = m0 − m = m0 1 − 2 T = m0 1 − e −λt
(
= N 0 1 − e −λt
(
)
* Khi thời gian phân rã (t) tỉ lệ với chu kỳ bán rã (T) thì ta sử dụng công thức N (t ) = N 0 2
−
t T
, còn khi thời
gian t không tỉ lệ với chu kỳ T thì ta sử dụng công thức N (t ) = N 0 e − λt * Trong sự phóng xạ không có sự bảo toàn khối lượng mà chỉ có sự bảo toàn về số hạt nhân. Tức nhân con tạo thành bằng số hạt nhân mẹ đã phân rã. N ∆N Khi đó ta có ∆N X = N Y ⇒ mY = Y . AY = . AY NA NA Các trường hợp đặc biệt, học sinh cần nhớ để giải nhanh các câu hỏi trắc nghiệm: t Tỉ số t − Tỉ số N/N0 hay (%) Bị phân rã N0 – N (%) (N0- N)/N0 Còn lại N= N0 2 T t =T 1/2 hay ( 50%) N /2 hay ( 50%) 1/2 N N 0 N = N0 2 −1 = 10 = 0 2 2 BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
)
là, số hạt
Tỉ số (N0- N)/N
1
Trang - 12
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN t =2T t =3T t =4T t =5T t =6T t =7T t =8T t =9T
N N N = N0 2− 2 = 20 = 0 2 4 N N N = N0 2− 3 = 30 = 0 2 8 N N N = N0 2− 4 = 40 = 0 2 16 N N N = N0 2− 5 = 50 = 0 2 32 N N N = N0 2−6 = 60 = 0 2 64 N N N = N0 2−7 = 70 = 0 2 128 N N N = N0 2 −8 = 80 = 0 2 256 .................
1/4 hay (25%)
3N0/4 hay (75%)
3/4
3
1/8 hay (12,5%)
7N0/8 hay (87,5%)
7/8
7
1/16 hay (6,25%)
15N0/16 hay (93,75%)
15/16
15
1/32 hay (3,125%)
31N0/32 hay (96,875%)
31/32
31
1/64 hay (1,5625%)
63N0/64 hay (98,4375%)
63/64
63
1/128 hay (0,78125%)
127N0/128 hay (99,21875%)
127/128
127
1/256 hay(0,390625%)
255N0/256 hay (99,609375%)
255/256
255
-----------
----------
-------
-------
Hay: Thời gian t Còn lại: N/N0 hay m/m0 Đã rã: (N0 – N)/N0 Tỉ lệ % đã rã Tỉ lệ ( tỉ số) hạt đã rã và còn lại Tỉ lệ ( tỉ số) hạt còn lại và đã bị phân rã
T 1/2 1/2 50% 1 1
2T 1/22 3/4 75% 3 1/3
3T 1/23 7/8 87,5% 7 1/7
4T 1/24 15/16 93,75% 15 1/15
5T 1/25 31/32 96,875% 31 1/31
6T 1/26 63/64 98,4375% 63 1/63
7T 1/27 127/128 99,21875%
127 1/127
Ví dụ 1: Chất phóng xạ Coban 60Co dùng trong y tế có chu kì bán rã T = 5,33 năm và khối lượng nguyên tử là 58,9u. Ban đầu có 500 (g) 60Co. a) Khối lượng 60Co còn lại sau 12 năm là bao nhiêu ? b) Sau bao lâu thì khối lượng chất phóng xạ còn lại 100 (g)? Hướng dẫn giải: Theo bài ta có m0 = 500 (g), T = 5,33 (năm), t = 12 (năm) −
ln 2 t T
−
ln 2 12 5,33
a) Khối lượng còn lại của Co ban là m(t ) = m0 .e = 500.e = 500.e = 105( g ) b) Khi khối lượng chất Co còn lại 100 (g) thì ta có m = 100 (g). 1 1 Khi đó từ công thức: m(t ) = m0 .e −λt ⇔ 100 = 500.e −λt → e −λt = ⇔ λt = − ln = 1,6 5 5 1,6 1,6 1,6T 1,6.5,33 Từ đó ta có t = = = = = 12,37 (năm) λ ln 2 ln 2 0,693 T Ví dụ 2: Ban đầu có 1 kg chất phóng xạ Coban 60Co chu kì bán rã T = 5,33 năm. a) Sau 15 năm, lượng chất Coban còn lại bao nhiêu? b) Sau bao lâu khối lượng Coban chỉ còn bằng 10 (g). c) Sau bao lâu khối lượng Coban chỉ còn bằng 62,5 (g). Hướng dẫn giải: − λt
a) Lượng Coban còn lại sau t = 15 năm: m(t ) = m0 .e −λt = 1000.e
−
ln 2 .15 5, 33
b) Ta có m = 10(gam) nên m(t ) = m0 .e −λt ⇔ 10 = 1000.e −λt → e −λt =
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
= 142,175 (gam)
1 1 ⇔ λt = − ln = 4,6 100 100
Trang - 13
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 4,6 4,6T 4,6.5,33 Từ đó ta có t = = = = = 35,38 (năm) ln 2 ln 2 λ 0,693 T Vậy sau 35,38 năm thì lượng Coban chỉ còn lại 10 (g). t t − − 1 − λt T T c) Ta có m = 62,5 (g) nên m(t ) = m0 .e ⇔ 62,5 = 1000.2 → 2 = → t = 4T = 4.5,33 = 21,32 16 Vậy sau 21,32 năm thì lượng Coban chỉ còn lại 62,5 (g). Nhận xét: Trong phần c của ví dụ trên sở dĩ chúng ta không sử dụng công thức như phần b là vì ta nhẩm được ngay tỉ số m/m0 là lũy thừa của 2 nên việc sử dụng công thức như trong kết quả trên sẽ cho được một kết quả “đẹp mắt” hơn. Ví dụ 3. Gọi τ là khoảng thời gian để số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ giảm đi bốn lần. Sau thời gian 2τ số hạt nhân còn lại của đồng vị đó bằng bao nhiêu phần trăm số hạt nhân ban đầu? A. 25,25%. B. 93,75%. C. 6,25%. D. 13,5%. Hướng dẫn giải: Ta biết rằng sau t = T thì số hạt nhân giảm đi hai lần, sau t = 2T thì số hạt nhân giảm đi 4 lần, theo giả thiết ta tìm được τ = 2T. Vậy sau t = 2τ = 4T thì số hạt nhân giảm đi 24 = 16 lần (tức là N = N0/16), từ đó ta tìm được tỉ lệ của số hạt N 1 nhân còn lại với số hạt nhân ban đầu là = = 6,25% , vậy chọn đáp án C. N 0 16 Ví dụ 4. Một chất phóng xạ lúc đầu có 8 (g). Sau 2 ngày, khối lượng còn lại của chất phóng xạ là 4,8 (g).Hằng số phóng xạ của chất phóng xạ đó là A. 6 h–1 B. 12 h–1 C. 18 h–1 D. 36 h–1 Hướng dẫn giải: Ta có m0 = 8 gam, m = 4,8 gam. Áp dụng công thức tính khối lượng còn lại của chất phóng xạ ta được : m = m0 e − λt ⇔ 4,8 = 8.e −2 λ → e −2 λ = ln(0,6) ⇔ 2λ = 0,5 ⇔ λ = 0,25 (1/ngày) Vậy chọn đáp án A. 4,6
Ví dụ 5. Chất Iốt phóng xạ 131 53 I dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm. Nếu nhận được 100g chất này thì sau 8 tuần lễ còn bao nhiêu? A. O,87g B. 0,78g C. 7,8g D. 8,7g Hướng dẫn giải: t = 8 tuần = 56 ngày = 7.T .Suy ra sau thời gian t thì khối lượng chất phóng xạ 131 53 I còn lại là : −
t
m = m0 .2 T = 100.2 −7 = 0,78 gam . Chọn đáp án B. Ví dụ 6. Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4 ngày thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lượng chất phóng xạ còn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ ban đầu? A. 25%. B. 75%. C. 12,5%. D. 87,5%. Hướng dẫn giải: T = 3,8 ngày ; t = 11,4 = 3T ngày . Do đó ta đưa về hàm mũ để giải nhanh như sau : m 1 t t − − 1 m m −3 T T =2 ⇔ = 2 = = 12,5% m → Chọn : C. m = m0 .2 ⇔ 8 m0 m0
( )
32 Ví dụ 7. Phốt pho 15 P phóng xạ β- với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày và biến đổi thành lưu huỳnh (S). Viết phương trình của sự phóng xạ đó và nêu cấu tạo của hạt nhân lưu huỳnh. Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban 32 đầu, khối lượngcủa một khối chất phóng xạ 15 P còn lại là 2,5g. Tính khối lượng ban đầu của nó. Hướng dẫn giải:
( )
Phương trình của sự phát xạ:
32 15
32 P → −10 e+16 S Hạt nhân lưu huỳnh
Từ định luật phóng xạ ta có: m == m0 e −λt = m0 .e
ln 2 t T
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
= m0 . 2
32 16
S gồm 16 prôtôn và 16 nơtrôn
t − T
Trang - 14
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN t T
Suy ra khối lượng ban đầu: m0 = m2 = 2,5.2 3 = 20 g Ví dụ 8. (ĐH -2009): Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là A. N0/6 B. N0/16. C. N0/9. D. N0/4. Hướng dẫn giải: N 1 1 t1 = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là N1, theo đề ta có: 1 = t = N0 3 2T Sau 1năm nữa tức là t2 = 2t1 năm thì số hạt nhân còn lại chưa phân rã là N2, ta có : N N2 N N 1 1 1 1 1 N0 ⇒ Chọn: C = t2 = t1 ⇔ 2 = ( t1 ) 2 = ( ) 2 = . Hoặc N = N 2 = 1 = 20 = 3 9 3 N0 N 3 9 0 2 T 2T 2T 2. Độ phóng xạ a) Khái niệm Độ phóng xạ của một chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu, được xác định bằng số hạt nhân phân rã trong một giây, kí hiệu độ phóng xạ là H. Đơn vị: phân rã/giây, kí hiệu là Bq. Ngoài ra người ta còn sử dụng một đơn vị khác là Ci, với 1 Ci = 3,7.10-10 Bq b) Biểu thức d ( N 0 .e − λt ) dN Theo định nghĩa độ phóng xạ thì ta có H = − =− = λN 0 .e −λt = λN dt dt Từ đó ta được H = λ.N → độ phóng xạ ban đầu H 0 = λ.N 0 −
t
Từ đó ta được biểu thức của độ phóng xạ phụ thuộc thời gian: H (t ) = H 0 2 T = H 0 .e −λt ♥ Chú ý: ln 2 Trong công thức tính độ phóng xạ H = λ .N = .N thì ta phải đổi đơn vị của chu kỳ bán rã T sang giây. T Ví dụ 1. Ban đầu có 5 (g) 222Rn là chất phóng xạ với chu kì bán rã T = 3,8 ngày. Hãy tính a) số nguyên tử có trong 5 (g) Radon. b) số nguyên tử còn lại sau thời gian 9,5 ngày. c) độ phóng xạ của lượng Radon nói trên lúc đầu và sau thời gian trên. Hướng dẫn giải: m 5 a) Ta có số mol của Rn là n = = A 222 5 Khi đó số nguyên tử ban đầu của Rn là N 0 = n.N A = .6,02.10 23 = 1,356.10 22 (ng tử) 222 −
t T
22
−
ln 2 .9 , 5 3, 8
b) Số nguyên tử còn lại sau 9,5 ngày tính bởi: N (t ) = N 0 2 = 1,356.10 .e = 2,93.10 21 (ng tử) c) Để tính độ phóng xạ ta cần đổi chu kỳ T ra đơn vị giây. 1 ngày = 24.60.60 (giây) ln 2 0,693.1,356.10 22 = 2,86.1016 ( Bq ) Độ phóng xạ lúc đầu của Rn: H 0 = λ .N 0 = .N 0 = T 3,8.24.60.60 ln 2 0,693.2,39.10 21 .N = = 5,04.1015 ( Bq ) T 3,8.24.60.60 Ví dụ 2. Chất phóng xạ 25Na có chu kì bán rã T = 62 (s). a) Tính độ phóng xạ của 0,248 (mg) Na. b) Tính độ phóng xạ sau 10 phút. c) Sau bao lâu chất phóng xạ chỉ còn 1/5 độ phóng xạ ban đầu? Hướng dẫn giải:
Độ phóng xạ sau 9,5 ngày của Rn: H = λ.N =
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 15
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 0,248.10 −3 a) Số nguyên tử Na ban đầu có trong 0,248 mg Na là N 0 = n.N A = .6,02.10 23 = 6,49.1018 23 ln 2 0,693.6,49.1018 .N 0 = Độ phóng xạ tương: H 0 = λ.N 0 = = 7,254.1016 ( Bq ) T 62 ln 2
b) Số nguyển tử Na còn lại sau 10 phút là N (t ) = N 0 e − λt =6,49.1018. = e 62
.10.60
= 7,94.1015 (ng tử)
ln 2 0,693.7,94.1015 .N = 9,17.1012 ( Bq ) T 10.60 N λN 1 H 1 c) Theo bài ta có = ⇔ = ⇔ N = 0 = N 0 .e −λt → e λt = 5 ⇔ λt = ln 5 λN 0 5 H0 5 5 ln 2 ln 5 Từ đó ta tìm được .T = 143,96( s ) .t = ln 5 → t = T ln 2 Ví dụ 2. Pôlôni là nguyên tố phóng xạ α , nó phóng ra một hạt α và biến đổi thành hạt nhân con X. Chu kì bán rã của Pôlôni là T = 138 ngày. a) Xác định cấu tạo, tên gọi của hạt nhân con X. b) Ban đầu có 0,01g. Tính độ phóng xạ của mẫu phóng xạ sau 3chu kì bán rã. Hư ớng dẫ n giả i: a) Xác định hạt nhân con X 4 A +) Ta có phương trình phân rã: 210 84 Po→ 2 He + Z X
Độ phóng xạ H = λ.N =
210 = 4 + A A = 206 +) Theo các ĐLBT ta có: → X :206 → 82 Pb 84 2 82 Z Z = + = −t m = m0 .2 T m = m0 . 2 − k 0,693.m0 N A .2 −k b) Từ H = λN ⇒ ⇒ H = = 2,08.1011 Bq mN A T . A H = λ m A N = .N A A 3. Đồng vị phóng xạ và các ứng dụng a) Đồng vị phóng xạ Đặc điểm của các đồng vị phóng xạ nhân tạo của một nguyên tố hóa học là chúng có cùng tính chất hóa học như đồng vị bền của nguyên tố đó. b) Các ứng dụng của đồng vị phóng xạ * Nguyên tử đánh dấu. Nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta có thể biết được chính xác nhu cầu với các nguyên tố khác nhau của cơ thể trong từng thời kì phát triển của nó và tình trạng bệnh lí của các bộ phận khác nhau của cơ thể, khi thừa hoặc thiếu những nguyên tố nào đó. * Sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng Cacbon 14 để xác định niên đại của các cổ vật khai quật được. BÀI TẬP LUYỆN TẬP Bài 1: Coban 2760Co phóng xạ β- với chu kỳ bán rã 5,27 năm và biến đổi thành niken (Ni). Viết phương trình phân rã và nêu cấu tạo của hạt nhân con. Hỏi sau bao lâu thì 75% khối lượng của một khối chất phóng xạ 60 27 Co phân rã hết. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 32 Bài 2: Phốt pho 15 P phóng xạ β– với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày và biến đổi thành lưu huỳnh (S). Viết phương trình của sự phóng xạ đó và nêu cấu tạo của hạt nhân lưu huỳnh. Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban 32 đầu, khối lượng của một khối chất phóng xạ 15 P còn lại là 2,5 g. Tính khối lượng ban đầu của nó. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 16
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................... Bài 3: Dùng 21 mg chất phóng xạ 210 84 Po . Chu kì bán rã của Poloni là 140 ngày đêm. Khi phóng xạ tia α, Poloni biến thành chì (Pb). a) Viết phương trình phản ứng. b) Tìm số hạt nhân Poloni phân rã sau 280 ngày đêm. c) Tìm khối lượng chì sinh ra trong thời gian nói trên. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/S: b) 4,515.1019; c) 15,45 mg 24 24 Bài 4: Đồng vị 11 Na là chất phóng xạ β– tạo thành đồng vị của magiê. Mẫu 11 Na có khối lượng ban đầu là m0 23 = 0,24g. Sau 105 giờ, độ phóng xạ của nó giảm đi 128 lần. Cho NA = 6,02.10 a) Viết phương trình phản ứng. b) Tìm chu kì bán rã và độ phóng xạ ban đầu ( tính ra Bq). c) Tìm khối lượng magiê tạo thành sau 45 giờ. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/S: b) T = 15 giờ, H0 = 7,23.1016 Bq; c) mMg = 0,21g Bài 5: Ban đầu, một mẫu Poloni 210 Po nguyên chất có khối lượng m0 = 1 g. Các hạt nhân Poloni phóng xạ hạt α và biến thành hạt nhân ZA X . a) Xác định hạt nhân ZA X và viết phương trình phản ứng. b) Xác định chu kì bán rã của Poloni phóng xạ, biết rằng trong 1 năm (365 ngày) nó tạo ra thể tích V = 89,5 cm3 khí Hêli ở điều kiện tiêu chuẩn. c) Tính tuổi của mẫu chất trên, biết rằng tại thời điểm khảo sát tỉ số giữa khối lượng ZA X và khối lượng Poloni có trong mẫu chất là 0,4. Tính các khối lượng đó. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/S: A. 206 B. T = 138 ngày; C. t = 68,4 ngày; D. mPo=0,71g; mPb=0,28 g 82 Pb ; LÍ THUYẾT HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ Câu 1. Phóng xạ là A. quá trình hạt nhân nguyên tử phát ra sóng điện từ. B. quá trình hạt nhân nguyên tử phát ra các tia α, β, γ. C. quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững. D. quá trình hạt nhân nguyên tử nặng bị phá vỡ thành các hạt nhân nhẹ khi hấp thụ nơtron. Câu 2. Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 17
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. phát ra một bức xạ điện từ B. tự phát ra các tia α, β, γ. C. tự phát ra tia phóng xạ và biến thành một hạt nhân khác. D. phóng ra các tia phóng xạ, khi bị bắn phá bằng những hạt chuyển động nhanh Câu 3. Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về hiện tượng phóng xạ ? A. Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra. B. Hiện tượng phóng xạ tuân theo định luật phóng xạ. C. Hiện tượng phóng xạ phụ thuộc vào tác động bên ngoài. D. Phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân (phản ứng hạt nhân tự phát) Câu 4. Khi nói về sự phóng xạ, phát biểu nào dưới đây là đúng? A. Sự phóng xạ phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên bề mặt của khối chất phóng xạ. B. Chu kì phóng xạ của một chất phụ thuộc vào khối lượng của chất đó. C. Phóng xạ là phản ứng hạt nhân toả năng lượng. D. Sự phóng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất phóng xạ. Câu 5. Kết luận nào về bản chất của các tia phóng xạ dưới đây là không đúng? A. Tia α, β, γ đều có chung bản chất là sóng điện từ có bước sóng khác nhau. B. Tia α là dòng các hạt nhân nguyên tử 42 He . 2 C. Tia β+ là dòng các hạt pôzitrôn. D. Tia β– là dòng các hạt êlectron. Câu 6. Phóng xạ nào không có sự thay đổi về cấu tạo hạt nhân? A. Phóng xạ α B. Phóng xạ β– C. Phóng xạ β+. D. Phóng xạ γ Câu 7. Tia nào sau đây không phải là tia phóng xạ? A. Tia β– B. Tia β+ C. Tia X. D. Tia α Câu 8. Điều khẳng định nào sau đây là đúng khi nói về β+ ? A. Hạt β+ có cùng khối lượng với êlectrron nhưng mang điện tích nguyên tố dương. B. Trong không khí tia β+ có tầm bay ngắn hơn so với tia α. C. Tia β+ có khả năng đâm xuyên rất mạnh, giống như tia tia gamma. D. Phóng xạ β+ kèm theo phản hạt nơtrino. Câu 9. Tia β– không có tính chất nào sau đây ? A. Mang điện tích âm. B. Có vận tốc lớn và đâm xuyên mạnh. C. Bị lệch về phía bản âm khi xuyên qua tụ điện. D. Làm phát huỳnh quang một số chất. Câu 10. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về tia anpha? A. Tia anpha thực chất là dòng hạt nhân nguyên tử 42 He . 2 B. Khi đi qua điện trường giữa hai bản tụ điện, tia anpha bị lệch về phía bản âm tụ điện. C. Tia anpha phóng ra từ hạt nhân với vận tốc bằng 10000 km/s. D. Quãng đường đi của tia anpha trong không khí chừng vài cm và trong vật rắn chừng vài mm. Câu 11. Điều khẳn định nào sau đây là sai khi nói về tia gamma ? A. Tia gamma thực chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới 0,01 nm). B. Tia gamma có thể đi qua vài mét trong bê tông và vài cm trong chì. C. Tia gamma là sóng điện từ nên bị lệch trong điện trường và từ trường. D. Khi hạt nhân chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp thì phát ra phôtôn có năng lượng hf = Ecao – Ethấp gọi là tia gamma. Câu 12. Điều nào sau đây không phải là tính chất của tia gamma ? A. Gây nguy hại cho con người. B. Có vận tốc bằng vận tốc của ánh sáng. C. Bị lệch trong điện trường hoặc từ trường. D. Có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia X. Câu 13. Các tia không bị lệch trong điện trường và từ trường là A. tia α và tia β. B. tia γ và tia X. C. tia γ và tia β. D. tia α , tia γ và tia X. Câu 14. Các tia có cùng bản chất là A. tia γ và tia tử ngoại. B. tia α và tia hồng ngoại. C. tia β và tia α. D. tia α, tia hồng ngoại và tia tử ngoại. Câu 15. Cho các tia phóng xạ α, β+, β–, γ đi vào một điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức. Tia không bị lệch hướng trong điện trường là BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 18
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. tia α B. tia β+ C. tia β– D. tia γ Câu 16. Các tia được sắp xếp theo khả năng xuyên tăng dần khi 3 tia này xuyên qua không khí là A. α, β, γ. B. α, γ, β. C. β, γ, α. D. γ, β, α. Câu 17. Chu kỳ bán rã của một chất phóng xạ là khoảng thời gian để A. quá trình phóng xạ lặp lại như lúc đầu. B. một nửa hạt nhân của chất ấy biến đổi thành chất khác. C. khối lượng hạt nhân phóng xạ còn lại 50%. D. một hạt nhân không bền tự phân rã. Câu 18. Chọn phát biểu đúng về hiện tượng phóng xạ ? A. Nhiệt độ càng cao thì sự phóng xạ xảy ra càng mạnh. B. Khi được kích thích bởi các bức xạ có bước sóng ngắn, sự phóng xạ xảy ra càng nhanh. C. Các tia phóng xạ đều bị lệch trong điện trường hoặc từ trường. D. Hiện tượng phóng xạ xảy ra không phụ thuộc vào các tác động lí hoá bên ngoài. Câu 19. Tìm phát biểu sai về phóng xạ ? A. Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân bị kích thích phóng ra những bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. B. Phóng xạ là một trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân. C. Một số chất phóng xạ có sẵn trong tự nhiên. D. Có những chất đồng vị phóng xạ do con người tạo ra. Câu 20. Tìm phát biểu sai về phóng xạ ? A. Có chất phóng xạ để trong tối sẽ phát sáng. Vậy có loại tia phóng xạ mắt ta nhìn thấy được. B. Các tia phóng xạ có những tác dụng lí hoá như ion hoá môi trường, làm đen kính ảnh, gây ra các phản ứng hoá học. C. Các tia phóng xạ đều có năng lượng nên bình đựng chất phóng xạ nóng lên. D. Sự phóng xạ toả ra năng lượng. Câu 21. Trong quá trình phóng xạ của một chất, số hạt nhân phóng xạ A. giảm đều theo thời gian. B. giảm theo đường hypebol. C. không giảm. D. giảm theo quy luật hàm số mũ. Câu 22. Công thức nào dưới đây không phải là công thức của định luật phóng xạ phóng xạ? −
t T
A. N (t ) = N 0 2 B. N (t ) = N 0 2 − λt C. N (t ) = N 0 e − λt D. N 0 = N (t ).e − λt Câu 23. Hằng số phóng xạ λ và chu kì bán rã T liên hệ với nhau bởi hệ thức nào sau đây ? T 0,693 A. λT = ln2 B. λ = T.ln2 C. λ = D. λ = − T 0,693 Câu 24. Số nguyên tử chất phóng xạ bị phân hủy sau khoảng thời gian t được tính theo công thức nào dưới đây? t − N T A. ∆N = N 0 2 B. ∆N = N 0 e − λt C. ∆N = N 0 (1 − e − λt ) D. ∆N = 0 t Câu 25. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 1 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ còn lại là N A. N 0 / 2 B. N 0 / 4 C. N 0 / 3 . D. 0 2 Câu 26. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 2 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ còn lại là N A. N 0 / 2 B. N 0 / 4 C. N 0 / 8 . D. 0 2 Câu 27. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 3 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ còn lại là N A. N 0 / 3 B. N 0 / 9 C. N 0 / 8 . D. 0 3 Câu 28. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 4 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 19
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN phóng xạ còn lại là A. N0/4. B. N0/8. C. N0/16. D. N0/32 Câu 29. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 5 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân phóng xạ còn lại là A. N0/5. B. N0/25. C. N0/32. D. N0/50. Câu 30. Một chất phóng xạ tại thời điểm ban đầu có N0 hạt nhân, có chu kì bán rã là T. Sau khoảng thời gian T/2, 2T, 3T số hạt nhân còn lại lần lượt là N N N N N N N N N N N N A. 0 , 0 , 0 B. 0 , 0 , 0 . C. 0 , 0 , 0 D. 0 , 0 , 0 2 4 9 2 8 16 2 4 8 2 2 4 Câu 31. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 3 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân đã bị phân rã là A. N0/3. B. N0/9. C. N0/8. D. 7N0/8. Câu 32. Một lượng chất phóng xạ có số lượng hạt nhân ban đầu là N0 sau 5 chu kì bán rã, số lượng hạt nhân đã bị phân rã là 31N 0 N N A. 0 B. C. N0/25. D. 0 32 32 5 Câu 33. Một chất phóng xạ của nguyên tố X phóng ra các tia bức xạ và biến thành chất phóng xạ của nguyên tố Y. Biết X có chu kỳ bán rã là T, sau khoảng thời gian t = 5T thì tỉ số của số hạt nhân của nguyên tử X còn lại với số hạt nhân của nguyên tử Y là A. 1/5. B. 31. C. 1/31. D. 5. Câu 34. Ban đầu có một lượng chất phóng xạ nguyên chất của nguyên tố X, có chu kì bán rã là T. Sau thời gian t = 3T, tỉ số giữa số hạt nhân chất phóng xạ X phân rã thành hạt nhân của nguyên tố khác và số hạt nhân còn lại của chất phóng xạ X bằng A. 8. B. 7. C. 1/7. D. 1/8. Câu 35. Chất phóng xạ X có chu kì T1, Chất phóng xạ Y có chu kì T2 = 0,5T1. Sau khoảng thời gian t = T1 thì khối lượng của chất phóng xạ còn lại so với khối lượng lúc đầu là A. X còn 1/2 ; Y còn 1/4. B. X còn 1/4, Y còn 1/2. C. X và Y đều còn 1/4. D. X và Y đều còn 1/2. Câu 36. Ban đầu có 20 (g) chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Khối lượng của chất X còn lại sau khoảng thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu bằng A. 3,2 (g). B. 1,5 (g). C. 4,5 (g). D. 2,5 (g). Câu 37. Phát biểu nào sau đây là đúng về độ phóng xạ? A. Độ phóng xạ đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu. B. Độ phóng xạ tăng theo thời gian. C. Đơn vị của độ phóng xạ là Ci và Bq, 1 Ci = 7,3.1010 Bq. D. Độ phóng xạ giảm theo thời gian. Câu 38. Chu kỳ bán rã của một đồng vị phóng xạ bằng T. Tại thời điểm ban đầu mẫu chứa N0 hạt nhân. Sau khoảng thời gian 3T, trong mẫu A. còn lại 25% hạt nhân N0 B. còn lại 12,5% hạt nhân N0 C. còn lại 75% hạt nhân N0 D. đã bị phân rã 12,5% số hạt nhân N0 210 Câu 39. Chất phóng xạ 84 Po (Poloni) là chất phóng xạ α. Lúc đầu poloni có khối lượng 1 kg. Khối lượng poloni đã phóng xạ sau thời gian bằng 2 chu kì là A. 0,5 kg. B. 0,25 kg. C. 0,75 kg. D. 1 kg. Câu 40. Một chất phóng xạ có chu kì T = 7 ngày. Nếu lúc đầu có 800 (g), chất ấy còn lại 100 (g) sau thời gian t là A. 19 ngày. B. 21 ngày. C. 20 ngày. D. 12 ngày. Câu 41. Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T và tại thời điểm ban đầu có 48N0 hạt nhân. Hỏi sau khoảng thời gian 3T, số hạt nhân còn lại là bao nhiêu? A. 4N0 B. 6N0 C. 8N0 D. 16N0 Câu 42. Chu kì bán rã của 146 C là 5570 nă7m. Khi phân tích một mẫu gỗ, người ta thấy 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ C14 đã bị phân rã thành các nguyên tử 147 N . Tuổi của mẫu gỗ này là bao nhiêu? A. 11140 năm B. 13925 năm C. 16710 năm D. 12885 năm BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 20
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 43. Radon là chất86phóng xạ có chu kì bán rã T = 3,6 ngày. Tại thời điểm ban đầ 86u có 1,2g
222 86
Rn , sau
khoảng thời gian t = 1,4T số nguyên tử 222 86 Rn còn lại là bao nhiêu? 18 A. 1,874.10 B. 2,165.1018 C. 1,234.1018 D. 2,465.1018 Câu 44. Có bao nhiêu hạt β- được giải phóng trong một giờ từ một micrôgam (10-6g) đồng vị 24 11 Na , biết đồng vị phóng xạ β- với chu kì bán rã T = 15 giờ. A. N ≈ 2,134.1015% B. N ≈ 4,134.1015% C. N ≈ 3,134.1015% D. N ≈ 1,134.1015% Câu 45. Radon là chất 86 phóng xạ có chu kì bán rã T = 3.6 ngày. Tại thời điểm ban đầu có 1,2 g 222 86 Rn , sau khoảng thời gian t = 1,4T số nguyên tử 222 86 Rn còn lại là bao nhiêu? 18 A. N = 1.874. 10 B. N = 2,615.1019 C. N = 2,234.1021 D. N = 2,465.1020 Câu 46. Một chất phóng xạ có hằng số phân rã bằng 1,44.10-3(1/giờ). Sau thời gian bao lâu thì 75% số hạt nhân ban đầu bị phân rã hết? A. 36ngày B. 37,4ngày C. 39,2ngày D. 40,1ngày 210 Câu 47. Chu kì bán rã 84 Po là 318 ngày đêm. Khi phóng xạ tia α, pôlôni biến thành chì. Có bao nhiêu nguyên tử pôlôni bị phân rã sau 276 ngày trong 100 mg 210 84 Po ? 20 20 A. 0,215.10 B. 2,15.10 C. 0,215.1020 D. 1, 25.1020 Câu 48. Pôlôni (Po210) là chất phóng xạ α có chu kì bán rã T = 138 ngày. Một mẫu Pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu là 0,01 g. Độ phóng xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã là bao nhiêu? A. 16,32.1010 Bq B. 18,49.109 Bq C. 20,84.1010 Bq D. Đáp án khác. 10 Câu 49. Khối lượng của hạt nhân 4 4 Be là 10,0113u; khối lượng của prôtôn mP = 1,0072u, của nơtron mN = 2 1,0086u; 1u = 931 MeV/c . Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này là bao nhiêu? A. 6,43 MeV B. 6,43 MeV C. 0,643 MeV D. 4,63 MeV 20 Câu 50. Hạt nhân 10 Ne có khối lượng mNe = 19,986950u. Cho biết mp = 1,00726u; mn= 1,008665u; 20 1u = 931,5MeV/c2 . Năng lượng liên kết riêng c10ủa 10 Ne có giá trị là bao nhiêu? A. 5,66625eV B. 6,626245MeV C. 7,66225eV D. 8,02487MeV 24 Câu 51. 11 Na là chất phóng xạ β với chu kỳ bán rã 15 giờ. Ban đầu có một lượng 24 11 Na thì sau một khoảng thời gian bao nhiêu lượng chất phóng xạ trên bị phân rã 75%? A. 7h30'; B. 15h00'; C. 22h30'; D. 30h00' 60 Câu 52. Đồng vị 27 Co là chất phóng xạ β với chu kỳ bán rã T = 5,33 năm, ban đầu một lượng Co có khối lượng m0. Sau một năm lượng Co trên bị phân rã bao nhiêu phần trăm? A. 12,2%; B. 27,8%; C. 30,2%; D. 42,7% 222 Câu 53. Một lượng chất phóng xạ 86 Rn ban đầu có khối lượng 1 mg. Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75%. Chu kỳ bán rã của Rn là A. 4,0 ngày; B. 3,8 ngày; C. 3,5 ngày; D. 2,7 ngày 222 Câu 54. Một lượng chất phóng xạ 86 Rn ban đầu có khối lượng 1mg. Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75%. Độ phóng xạ của lượng Rn còn lại là: A. 3,40.1011Bq; B. 3,88.1011Bq; C. 3,58.1011Bq; D. 5,03.1011Bq Câu 55. Chất phóng xạ 131 53 I có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm. Ban đầu có 1 g chất này thì sau 1 ngày đêm còn lại bao nhiêu A. 0,92g; B. 0,87g; C. 0,78g; D. 0,69g 10 Câu 56. Một mẫu phóng xạ 222 Rn ban đầ u có ch ứ a 10 nguyên t ử phóng x ạ . Cho chu kỳ bán rã là T = 86 3,8823 ngày đêm. Số nguyên tử đã phân rã sau 1 ngày đêm là A. 1,63.109. B. 1,67.109. C. 2,73.109. D. 4,67.109. 23 Câu 57. Chu kì bán rã của pôlôni 210 mol-1. Độ phóng xạ của 42 mg pôlôni là 84 Po là 138 ngày và N= 6,02.10 A. 7.1012 Bq. B. 7.109 Bq. C. 7.1014 Bq. D. 7.1010 Bq. 26 Câu 58. Công suất bức xạ của Mặt Trời là 3,9.10 W. Năng lượng Mặt Trời tỏa ra trong một ngày là A. 3,3696.1030 J. B. 3,3696.1029 J. C. 3,3696.1032 J. D. 3,3696.1031J.
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 21
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 59. Biết NA = 6,02.1023 mol-1. Trong 59,5 g 238 92 U có số nơtron xấp xỉ là 23 25 A. 2,38.10 . B. 2,20.10 . C. 1,19.1025. D. 9,21.1024. Câu 60. Có 2 chất phóng xạ A và B với hằng số phóng xạ λA và λB. Số hạt nhân ban đầu trong 2 chất là NA và NB. Thời gian để số hạt nhân A & B của hai chất còn lại bằng nhau là λ AλB N λ A λB 1 N 1 N N A. B. C. D. ln A ln B ln B ln A λ A − λB N B λ A + λB N A λB − λ A N A λ A + λB N B ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. C 02. C 03. C 04. C 05. A 06. D 07. C 08. A 09. C 10. D 11. C 12. C 13. B 14. A 15. D 16. A 17. B 18. D 19. A 20. A 21. D 22. B 23. A 24. C 25. A 26. B 27. C 28. C 29. C 30. C 31. D 32. B 33. C 34. B 35. A 36. D 37. A 38. B 39. C 40. B 41. B 42. C 43. C 44. D 45. C 46. D 47. B 48. C 49. A 50. D 51. D 52. A 53. B 54. C 55. A 56. A 57. A 58. D 59. 60. CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 1 - DẠNG 1. TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ Phương pháp: t t − −λt λt T T N = N 0 .2 = N 0 .e → N 0 = N.2 = N.e * Số hạt nhân, khối lượng còn lại ở thời điểm t: t t m = m .2 − T = m .e −λt → m = m.2 T = m.e λt 0 0 0 t − N T = 2 = e − λt N 0 Từ đó, tỉ lệ số hạt nhân, khối lượng còn lại là t m = 2 − T = e − λt m 0 * Số hạt nhân, khối lượng đã bị phân rã ở thời điểm t: t t − − −λt T T ∆N = N 0 − N = N 0 − N 0 .2 = N 0 1 − 2 = N 0 1 − e t t − − −λt T T ∆m = m 0 − m = m 0 − m 0 .2 = m 0 1 − 2 = m 0 1 − e
(
)
(
)
t − N 0 1 − 2 T t ∆N = N 0 − N = = 1 − 2 − T = 1 − e −λt N N0 N0 0 Từ đó, tỉ lệ số hạt nhân khối lượng đã bị phân rã là t − T m 1 2 − 0 t = 1 − 2 − T = 1 − e − λt ∆m = m0 − m = m0 m0 m0 t − H = λN = λN 0 .2 T = λN 0 .e −λt → H = H 0 .e −λt * Độ phóng xạ: H 0 = λN 0 ♥ Chú ý: ln 2 1. Trong công thức tính độ phóng xạ thì λ = phải đổi chu kỳ T ra đơn vị giây. T 2. Đơn vị khác của độ phóng xạ: 1Ci = 3,7.1010 (Bq).
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 22
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Ví dụ 1. Một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ λ. Sau một khoảng thời gian bằng 1/λ tỉ lệ số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã so với số hạt nhân ban của chất phóng xạ ban đầu xấp xỉ bằng A. 37%. B. 63,2%. C. 0,37%. D. 6,32%. Hướng dẫn giải: ∆N N 0 − N N 0 1 − e − λt 1 Theo bài ta có tỉ lệ = = = 1 − e −λt = 1 − ≈ 0,632 = 63,2% N0 N0 N0 e Vậy chọn đáp án B. Ví dụ 2. Gọi ∆t là khoảng thời gian để số hạt nhân của một lượng chất phóng xạ giảm đi e lần (e là cơ số của loga tự nhiên với lne = 1), T là chu kỳ bán rã của chất phóng xạ. Hỏi sau khoảng thời gian 0,51∆t chất phóng xạ còn lại bao nhiêu phần trăm lượng ban đầu? A. 40%. B. 50%. C. 60%. D. 70%. Hướng dẫn giải: N Theo bài, sau ∆t thì số hạt nhân giảm e lần, tức là 0 = e ⇔ e λ∆t = e → λ∆t = 1 N N e − λ∆t ' N = 0 = e −λ∆t = e −0,51.λ.∆t = e −0,51 ≈ 0,6 = 60% Tỉ lệ số hạt nhân còn lại so với ban đầu là N0 N0 Vậy chọn đáp án C. Ví dụ 3. Ban đầu có 5 (g) 222Rn là chất phóng xạ với chu kì bán rã T = 3,8 ngày. Hãy tính a) số nguyên tử có trong 5 (g) Radon. b) số nguyên tử còn lại sau thời gian 9,5 ngày. c) độ phóng xạ của lượng Radon nói trên lúc đầu và sau thời gian trên. Hướng dẫn giải: m 5 = a) Ta có số mol của Rn là n = M 222 5 Khi đó số nguyên tử ban đầu của Rn là No = n.NA .6,02.1023=1,356.1022 (nguyên tử) 222
(
)
−
ln 2
.9 , 5
b) Số nguyên tử còn lại sau 9,5 ngày tính bởi: N (t ) = N 0 .e −λt = 1,356.10 22.e 3,8 = 2,39.10 21 (nguyên tử) c) Để tính độ phóng xạ ta cần đổi chu kỳ T ra đơn vị giây. 1 ngày = 24.60.60 (giây). ln 2 0,693.1,356.10 22 Độ phóng xạ lúc đầu của Rn: H 0 = λ .N 0 = .N 0 = = 2,86.1016 (Bq ) T 3,8.24.60.60
ln 2 0,693.2,39.10 21 .N = = 5,04.1015 ( Bq ) T 3,8.24.60.60 Ví dụ 4. Chất phóng xạ 25Na có chu kì bán rã T = 62 (s). a) Tính độ phóng xạ của 0,248 (mg) Na. b) Tính độ phóng xạ sau 10 phút. c) Sau bao lâu chất phóng xạ chỉ còn 1/5 độ phóng xạ ban đầu? Hướng dẫn giải: 0,248.10 −3 a) Số nguyên tử Na ban đầu có trong 0,248 (mg) Na là No = n.NA .6,02.1023=6,49.1018 23 ln 2 0,693.6,49.1018 Độ phóng xạ tương: H 0 = λ .N 0 = .N 0 = = 7,254.1016 (Bq ) T 62 Độ phóng xạ sau 9,5 ngày của Rn: H = λ.N =
b) Số nguyển tử Na còn lại sau 10 phút là N (t ) = N 0 .e Độ phóng xạ H = λ.N =
−λt
18
= 6,49.10 .e
−
ln 2 .10.60 62
= 7,94.1015 (ng tử)
ln 2 0,693.7,94.1015 .N = = 9,17.1012 (Bq ) T 10.60
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 23
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN N0 λN 1 H 1 c) Theo bài ta có = ⇔ = ⇔N= = N 0 .e −λt → e λt = 5 ⇔ λt = ln 5 λN 0 5 H0 5 5 ln 2 ln 5 Từ đó ta tìm .t = ln 5 → t = .T = 143,96 (s). T ln 2 Ví dụ 5. (Khối A - 2009). 23 Lấy chu kì bán rã của pôlôni 210 mol-1. Độ phóng xạ của 42 mg pôlôni là 84 Po là 138 ngày và NA = 6,02. 10 A. 7.1012 Bq B. 7.109 Bq C. 7.1014 Bq D. 7.1010 Bq. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 6. (Khối A, CĐ - 2009). Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời điểm t1 mẫu chất phóng xạ X còn lại 20% hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t2 = t1 + 100 (s) số hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 50 s. B. 25 s. C. 400 s. D. 200 s. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 7. (Khối A – 2008). Hạt nhân ZA11 X phóng xạ và biến thành một hạt nhân AZ22Y bền. Coi khối lượng của hạt nhân X, Y bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u. Biết chất phóng xạ A1 Z1
A1 Z1
X có chu kì bán rã là T. Ban đầu có một khối lượng chất
X , sau 2 chu kì bán rã thì tỉ số giữa khối lượng của chất Y và khối lượng của chất X là
A1 A A A . B. 4 2 . C. 3 2 . D. 3 1 A2 A1 A1 A2 ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 8. Chu kỳ bán rã của hai chất phóng xạ A và B là TA; TB = 2TA. Ban đầu hai chất phóng xạ có số nguyên tử bằng nhau, sau thời gian t = 2TA thì tỉ số các hạt nhân A và B còn lại là A. 1/4. B. 1/2. C. 2. D. 4. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 9. Chu kỳ bán rã của hai chất phóng xạ A và B lần lượt là 20 phút và 40 phút. Ban đầu, hai chất phóng xạ có số hạt nhân bằng nhau, sau 80 phút thì tỉ số các hạt nhân A và B bị phân rã là A. 4/5. B. 5/4. C. 4. D. 1/4. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 10. Ở thời điểm t1 một chất phóng xạ có độ phóng xạ là H1 = 105 Bq. Ở thời điểm t2 độ phóng xạ của chất đó là H2 = 8.104 Bq. Chu kỳ bán rã của chất đó là 6,93 ngày. Số hạt nhân của chất đó phân rã trong khoảng thời gian t2 – t1 là A. 1,378.1012 hạt. B. 1,728.1010 hạt. C. 1,332.1010 hạt. D. 1,728.1012 hạt. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 11. Tại thời điểm ban đầu người ta có 1,2 g 222 86 Rn . Radon là chất phóng xạ có chu kì bán rã T. Sau
A. 4
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 24
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN khoảng thời gian t = 4,8T số 86 nguyên tử 222 còn lại là Rn 86 18 20 B. N = 2.10 . C. N = 1,23.1021. D. N = 2,465.1020. A. N = 1,874.10 . ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 12. Một nguồn phóng xạ 226 88 Ra có khối lượng ban đầu m0 = 32 g phóng xạ hạt α. Sau khoảng thời gian 4 chu kỳ phân rã thì thể tích khí Hêli thu được ở điều kiện chuẩn là bao nhiêu ? A. 0,2 lít B. 2 lít C. 3 lít D. 0,3 lít ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 13. Pôlôni (Po210) là chất phóng xạ α có chu kì bán rã T = 138 ngày. Một mẫu Pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu là 0,01 g. Độ phóng xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã là bao nhiêu? A. 16,32.1010 Bq B. 18,49.109 Bq C. 20,84.1010 Bq D. Đáp án khác. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 14. Ban đầu có 5 g radon 222 86 Rn là chất phóng xạ với chu kì bán rã T = 3,8 ngày. Độ phóng xạ của lượng radon nói trên sau thời gian 9,5 ngày là A. 1,22.105 Ci B. 1,36.105 Ci C. 1,84.105 Ci D. Đáp án khác. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 15. Chất phóng xạ cô ban 2760Co dùng trong y tế có chu kì bán rã T = 5,33 năm và khối lượng nguyên tử là 58,9u. Ban đầu có 500 g chất 2760Co . a) Tìm khối lượng chất phóng xạ còn lại sau 12 năm. b) Sau bao nhiêu năm thì khối lượng chất phóng xạ còn lại 100 g. c) Tính độ phóng xạ ban đầu của lượng phóng xạ trên theo đơn vị becơren Bq. d) Tính độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ nói trên sau 10 năm theo đơn vị curi Ci. 66 e) Đồng vị phóng xạ đồng 29 Cu có thời gian bán rã T = 4,3 phút. Sau thời gian t = 12,9 phút, độ phóng xạ của đồng vị này giảm xuống bao nhiêu % ? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 16. Một chất phóng xạ có chu kì bán ra T. Sau thời gian t = 3T kể từ thời điển ban đầu, tỉ số giữa số hạt nhân bị phân rã thành hạt nhân của nguyên tố khác với số hạt nhân của chất phóng xạ còn lại A. 7 B. 3 C. 1/3 D. 1/7 N ∆N 1 7 HD Giải : Thời gian phân rã t = 3T; Số hạt nhân còn lại : N = 30 = ⇒ ∆N = N 0 − N = ⇒ =7 2 8 8 N Ví dụ 17. Đồng vị phóng xạ Côban 2760Co phát ra tia ─ và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Côban này bị phân rã bằng A. 97,12% B. 80,09% C. 31,17% D. 65,94% HD Giải: % lượng chất 2760Co bị phân rã sau 365 ngày :
(
)
∆ m = m0 − m = m0 1 − e − λ t ⇔
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
− ∆m = 1− e m0
365. ln 2 71, 3
= 97,12%
Trang - 25
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN −
t − Hoặc ∆m = m0 − m = m0 1 − 2 T
t T
∆m 1 − 2 ⇒ = = 97,12% Chọn A. t − m0 T 2 32 Ví dụ 18. Phốt pho 15 P phóng xạ β với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày và biến đổi thành lưu huỳnh (S). Viết phương trình của sự phóng xạ đó và nêu cấu tạo của hạt nhân lưu huỳnh. Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban 32 đầu, khối lượng của một khối chất phóng xạ 15 P còn lại là 2,5g. Tính khối lượng ban đầu của nó. HD Giải : Phương trình của sự phát xạ:
32 15
32 P→ −10 e+16 S Hạt nhân lưu huỳnh
Từ định luật phóng xạ ta có: m = m0 .e −λt = m0 .e
ln 2 t T
= m0 .2
32 16
S gồm 16 prôtôn và 16 nơtrôn
t − T
t
Suy ra khối lượng ban đầu: m0 = m.2 T = 2,5.2 3 = 20 g Ví dụ 19 . (ĐH -2009): Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân rã của chất phóng xạ đó là A. N0/6 B. N0/16. C. N0/9. D. N0/4. N1 1 1 = t = HD Giải : t1 = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là N1, theo đề ta có : N0 3 2T Sau 1năm nữa tức là t2 = 2t1 năm thì số hạt nhân còn lại chưa phân rã là N2, ta có : 2
2 N N N N2 N 1 1 1 1 1 = t2 = t1 ⇔ 2 = t = = . Hoặc N 2 = 1 = 20 = 0 ⇒ Chọn: C 3 3 9 N0 N0 T 3 9 2 T 2T 2 A Ví dụ 20. Phương trình phóng xạ của Pôlôni có dạng: 210 84 Po → Z Pb + α . Cho chu kỳ bán rã của Pôlôni T=138 ngày.Khối lượng ban đầu m0=1g. Hỏi sau bao lâu khối lượng Pôlôni chỉ còn 0,707g? A. 69 ngày B. 138 ngày C. 97,57 ngày D. 195,19 ngày 1 m T . ln 0 138. ln m 0,707 m = Hd giải: Tính t: = e − λt ⇒ t = = 69 ngày (Chọn A) m0 ln 2 ln 2 Ví dụ 21. Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 12 giờ. B. 8 giờ. C. 6 giờ. D. 4 giờ. Hd giải: 7 m0 m ∆m 87,5 7 1 t t 24 Ta có: = 8h Chọn B = = ⇒ ∆m = ⇒ m = 0 = 3 Hay = 3 ⇒ T = = T 3 3 m0 100 8 8 8 2
Ví dụ 22. Vào đầu năm 1985 phòng thí nghiệm nhân mẫu quặng chứa chất phóng xạ 173 55 Cs khi đó độ phóng 5 xạ là : H0 = 1,8.10 Bq . a/ Tính khối lượng Cs trong quặng biết chu kỳ bán dã của Cs là 30 năm . b/ Tìm độ phóng xạ vào đầu năm 1985. c/ Vào thời gian nào độ phóng xạ còn 3,6.104Bq . H .A H 0 . AT mN A HD Giải : a/ Ta biết H 0 = λ .N 0 với N 0 = ⇒m= 0 = Thay số m = 5,6.10-8g A λ .N A 0,693.N A 0,693.10 b/ Sau 10 năm : H = H 0 e −λt ; λt = = 0,231 ⇒ H = 1,4.10 5 Bq . 30 H 0,693.t T ln 5 c/ H = 3,6.104Bq => 0 = 5 ⇒ λt = ln 5 = ⇒t = = 69 năm . H T 0,693
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 26
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 1 Câu 1. Hạt nhân 227 90Th là phóng xạ α có chu kì bán rã là 18,3 ngày. Hằng số phóng xạ của hạt nhân là -7 –1 A. 4,38.10 s B. 0,038 s–1 C. 26,4 s–1 D. 0,0016 s–1 Câu 2. Ban đầu có 20 (g) chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Khối lượng của chất X còn lại sau khoảng thời gian 3T, kể từ thời điểm ban đầu bằng A. 3,2 (g). B. 1,5 (g). C. 4,5 (g). D. 2,5 (g). Câu 3. Một chất phóng xạ có T = 8 năm, khối lượng ban đầu 1 kg. Sau 4 năm lượng chất phóng xạ còn lại là A. 0,7 kg. B. 0,75 kg. C. 0,8 kg. D. 0,65 kg. Câu 4. Giả sử sau 3 giờ phóng xạ, số hạt nhân của một đồng vị phóng xạ còn lại bằng 25% số hạt nhân ban đầu thì chu kì bán rã của đồng vị đó bằng A. 2 giờ. B. 1 giờ. C. 1,5 giờ. D. 0,5 giờ. Câu 5. Chất phóng xạ I-ôt có chu kì bán rã là 8 ngày. Lúc đầu có 200 (g) chất này. Sau 24 ngày, lượng Iốt bị phóng xạ đã biến thành chất khác là A. 150 (g). B. 175 (g). C. 50 (g). D. 25 (g). Câu 6. Sau một năm, lượng một chất phóng xạ giảm đi 3 lần. Hỏi sau 2 năm lượng chất phóng xạ ấy còn bao nhiêu so với ban đầu ? A. 1/3. B. 1/6. C. 1/9. D. 1/16. 60 Câu 7. Ban đầu có 1 kg chất phóng xạ Coban 27 Co có chu kỳ bán rã T = 5,33 năm. Sau bao lâu lượng Coban còn lại 10 (g) ? A. t ≈ 35 năm. B. t ≈ 33 năm. C. t ≈ 53,3 năm. D. t ≈ 34 năm. Câu 8. Đồng vị phóng xạ cô ban 60Co phát tia β− và tia γ với chu kì bán rã T = 71,3 ngày. Hãy tính xem trong một tháng (30 ngày) lượng chất cô ban này bị phân rã bao nhiêu phần trăm? A. 20% B. 25,3 % C. 31,5% D. 42,1% Câu 9. Ban đầu có N0 hạt nhân của một chất phóng xạ. Giả sử sau 4 giờ, tính từ lúc ban đầu, có 75% số hạt nhân N0 bị phân rã. Chu kì bán rã của chất đó là A. 8 giờ. B. 4 giờ. C. 2 giờ D. 3 giờ. – 60 Câu 10. Đồng vị 27 Co là chất phóng xạ β với chu kỳ bán rã T = 5,33 năm, ban đầu một lượng Co có khối lượng m0. Sau một năm lượng Co trên bị phân rã bao nhiêu phần trăm? A. 12,2% B. 27,8% C. 30,2% D. 42,7%. − Câu 11. 24 Na là chất phóng xạ β với chu kỳ bán rã 15 giờ. Ban đầu có một lượng 24 11 Na thì sau một khoảng thời gian bao nhiêu lượng chất phóng xạ trên bị phân rã 75%? A. 7 giờ 30 phút. B. 15 giờ. C. 22 giờ 30 phút. D. 30 giờ. Câu 12. Chu kì bán rã của chất phóng xạ 90 Sr là 20 năm. Sau 80 năm có bao nhiêu phần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác ? A. 6,25%. B. 12,5%. C. 87,5%. D. 93,75%. Câu 13. Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 12 giờ. B. 8 giờ. C. 6 giờ. D. 4 giờ. 60 Câu 14. Coban phóng xạ Co có chu kì bán rã 5,7 năm. Để khối lượng chất phóng xạ giãm đi e lần so với khối lượng ban đầu thì cần khoảng thời gian A. 8,55 năm. B. 8,23 năm. C. 9 năm. D. 8 năm. Câu 15. Một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ λ. Sau một khoảng thời gian bằng 1/λ tỉ lệ số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã so với số hạt nhân chất phóng xạ ban đầu xấp xỉ bằng A. 37%. B. 63,2%. C. 0,37%. D. 6,32%. Câu 16. Gọi ∆t là khoảng thời gian để số hạt nhân của một lượng chất phóng xạ giảm đi e lần (e là cơ số của loga tự nhiên với lne = 1), T là chu kỳ bán rã của chất phóng xạ. Hỏi sau khoảng thời gian 0,51∆t chất phóng xạ còn lại bao nhiêu phần trăm lượng ban đầu? A. 40%. B. 50%. C. 60%. D. 70%. 24 Câu 17. Chất phóng xạ 11 Na chu kì bán rã 15 giờ. So với khối lượng Na ban đầu, phần trăm khối lượng chất này bị phân rã trong vòng 5 giờ đầu tiên bằng A. 70,7%. B. 29,3%. C. 79,4%. D. 20,6% BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 27
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 18. Chất phóng xạ 210 Po phát ra tia α và biến đổi thành 206 82 Pb . Chu kỳ bán rã của Po là 138 ngày. Ban đầu có 100 (g) Po thì sau bao lâu lượng Po chỉ còn 1 (g)? A. 916,85 ngày B. 834,45 ngày C. 653,28 ngày D. 548,69 ngày. Câu 19. Một chất phóng xạ sau 10 ngày đêm giảm đi 3/4 khối lượng ban đầu. Chu kì bán rã là A. 20 ngày. B. 5 ngày. C. 24 ngày. D. 15 ngày. Câu 20. Côban (60Co) phóng xạ β− với chu kỳ bán rã T = 5,27 năm. Thời gian cần thiết để 75% khối lượng của một khối chất phóng xạ 60Co bị phân rã là A. 42,16 năm. B. 21,08 năm. C. 5,27 năm. D. 10,54 năm. 131 Câu 21. Chất phóng xạ 53 I dùng trong y tế có chu kì bán rã là 8 ngày đêm. Nếu có 100 (g) chất này thì sau 8 tuần lễ khối lượng còn lại là A. 1,78 (g). B. 0,78 (g). C. 14,3 (g). D. 12,5 (g). Câu 22. Ban đầu có 2 (g) Radon 222 Rn là ch ấ t phóng x ạ có chu kì bán rã là 3,8 ngày. Hỏi sau 19 ngày, lượng 86 Radon đã bị phân rã là bao nhiêu gam ? A. 1,9375 (g). B. 0,4 (g). C. 1,6 (g). D. 0,0625 (g). Câu 23. Hạt nhân Poloni 210 Po là chất phóng xạ có chu kì bán rã 138 ngày. Khối lượng ban đầu là 10 (g). Cho NA = 6,023.1023 mol–1. Số nguyên tử còn lại sau 207 ngày là A. 1,01.1023 nguyên tử. B. 1,01.1022 nguyên tử. C. 2,05.1022 nguyên tử. D. 3,02.1022 nguyên tử. 32 Câu 24. Trong một nguồn phóng xạ 15 P (Photpho) hiện tại có 108 nguyên tử với chu kì bán rã là 14 ngày. 32 Hỏi 4 tuần lễ trước đó số nguyên tử 15 P trong nguồn là bao nhiêu? 12 A. N0 = 10 nguyên tử. B. N0 = 4.108 nguyên tử. C. N0 = 2.108 nguyên tử. D. N0 = 16.108 nguyên tử. Câu 25. Ban đầu có 5 (g) chất phóng xạ Radon 222 86 Rn với chu kì bán rã 3,8 ngày. Số nguyên tử radon còn lại sau 9,5 ngày là A. 23,9.1021 B. 2,39.1021 C. 3,29.1021 D. 32,9.1021 16 Câu 26. Một khối chất Astat 211 hạt nhân có tính phóng xạ α. Trong giờ đầu tiên phát ra 85 At có N0 = 2,86.10 15 2,29.10 hạt α. Chu kỳ bán rã của Astat là A. 8 giờ 18 phút. B. 8 giờ. C. 7 giờ 18 phút. D. 8 giờ 10 phút. 24 Câu 27. Cho 0,24 (g) chất phóng xạ 11 Na . Sau 105 giờ thì độ phóng xạ giảm 128 lần. Tìm chu kì bán rã của 24 11
Na ? A. 13 giờ. B. 14 giờ. C. 15 giờ. D. 16 giờ. 222 Câu 28. Một lượng chất phóng xạ 86 Rn ban đầu có khối lượng 1 (mg). Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75%. Chu kỳ bán rã của Rn là A. 4,0 ngày. B. 3,8 ngày. C. 3,5 ngày. D. 2,7 ngày. 222 Câu 29. Một lượng chất phóng xạ 86 Rn ban đầu có khối lượng 1 (mg). Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75%. Độ phóng xạ của lượng Rn còn lại là A. 3,40.1011 Bq. B. 3,88.1011 Bq. C. 3,58.1011 Bq. D. 5,03.1011 Bq. 210 Câu 30. Chất phóng xạ Po có chu kì bán rã T = 138 ngày. Tính gần đúng khối lượng Poloni có độ phóng xạ 1 Ci. Sau 9 tháng thì độ phóng xạ của khối lượng poloni này bằng bao nhiêu? A. m0 = 0,22 (mg); H = 0,25 Ci. B. m0 = 2,2 (mg); H = 2,5 Ci. C. m0 = 0,22 (mg); H = 2,5 Ci. D. m0 = 2,2 (mg); H = 0,25 Ci. 55 Câu 31. Độ phóng xạ của một mẫu chất phóng xạ 24 Cr cứ sau 5 phút được đo một lần, cho kết quả ba lần
đo liên tiếp là 7,13 mCi ; 2,65 mCi ; 0,985 mCi. Chu kỳ bán rã của 2455Cr là A. 3,5 phút B. 1,12 phút C. 35 giây D. 112 giây Câu 32. Đồng vị 24Na có chu kỳ bán rã T = 15 giờ. Biết rằng 24Na là chất phóng xạ β− và tạo thành đồng vị của Mg. Mẫu Na có khối lượng ban đầu m0 = 24 (g). Độ phóng xạ ban đầu của Na bằng A. 7,73.1018 Bq. B. 2,78.1022 Bq. C. 1,67.1024 Bq. D. 3,22.1017 Bq. 210 206 Câu 33. Chất phóng xạ pôlôni Po phóng ra tia α và biến đổi thành chì Pb . Hỏi trong 0,168g pôlôni có bao nhiêu nguyên tử bị phân rã sau 414 ngày đêm và xác định lượng chì tạo thành trong khoảng thời gian nói trên. Cho biết chu kì bán rã của Po là 138 ngày BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 28
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 4,21.1010 nguyên tử; 0,144g B. 4,21.1020 nguyên tử; 0,144g 20 C. 4,21.10 nguyên tử; 0,014g D. 2,11.1020 nguyên tử; 0,045g 84 Câu 34. Chu kì bán rã 210 84 Po là 318 ngày đêm. Khi phóng xạ tia α, pôlôni biến thành chì. Có bao nhiêu nguyên tử pôlôni bị phân rã sau 276 ngày trong 100 mg 210 84 Po ? 20 20 A. 0, 215.10 B. 2,15.10 C. 0, 215.1020 D. 1, 25.1020 Câu 35. Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T và tại thời điểm ban đầu có 48N0 hạt nhân. Hỏi sau khoảng thời gian 3T, số hạt nhân còn lại là bao nhiêu? A. 4N0 B. 6N0 C. 8N0 D. 16N0 Câu 36. Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời điểm t1 mẫu chất phóng xạ X còn lại 20% hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t2 = t1 + 100 (s) số hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 50 s. B. 25 s. C. 400 s. D. 200 s. Câu 37. Chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Ban đầu (t = 0), một mẫu chất phóng xạ X có số hạt là N0. Sau khoảng thời gian t = 3T (kể từ t = 0), số hạt nhân X đã bị phân rã là A. 0,25N0. B. 0,875N0. C. 0,75N0. D. 0,125N0 Câu 38. Phát biểu nào sao đây là sai khi nói về độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)? A. Độ phóng xạ là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ. B. Đơn vị đo độ phóng xạ là becơren. C. Với mỗi lượng chất phóng xạ xác định thì độ phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử của lượng chất đó. D. Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ phụ thuộc nhiệt độ của lượng chất đó. Câu 39. Giả thiết một chất phóng xạ có hằng số phóng xạ là λ= 5.10-8 s-1. Thời gian để số hạt nhân chất phóng xạ đó giảm đi e lần (với lne = 1) là A. 5.108 s. B. 5.107 s. C. 2.108 s. D. 2.107 s. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. A 02. D 03. A 04. C 05. B 06. C 07. A 08. B 09. C 10. A 11. D 12. D 13. B 14. B 15. B 16. C 17. D 18. A 19. B 20. D 21. B 22. A 23. B 24. B 25. B 26. A 27. C 28. B 29. C 30. A 31. A 32. A 33. B 34. B 35. B 36. A 37. B 38. D 39. D
CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 2 DẠNG 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN HẠT NHÂN CON Phương pháp: * Xét sự phóng xạ ZA X → ZA''Y , trong đó X là hạt nhân mẹ phóng xạ, Y là hạt nhân con tạo thành. * Nhận xét: Do các hạt nhân có độ hụt khối nên không có sự bảo toàn khối lượng ở đây, tức là khối lượng X giảm đi không bằng khối lượng Y tạo thành mà chỉ có sự bảo toàn số hạt nhân: số hạt X bị phân rã chính là số hạt nhân Y tạo thành. NY = eλt −1 (1); Từ đó ta thiết lập được phương trình : ∆NX = NY ⇔N0X −NX = NY ⇔NX (eλt −1) = NY → NX (Vì đang xét tại thời điểm t nên biến đổi theo NX) mY N A N m A m * Phương trình liên hệ giữa m và N: N = n.N A = N A → Y = Y ⇔ Y = Y . X (2) A N X mX N X m X AY AX
mY AX m m A . = eλt − 1 → con = Y = (eλt − 1) X ,(3) mX AY mme mX AY * Với các thông số đã cho, thay vào ta sẽ giải được giá trị t. * Từ (1) và (2) ta có
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 29
Ví dụ 1. Đồng vị Kali
40 19
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 40 40 K có tính phóng xạ β thành 18 Ar . Cho chu kỳ bán rã của 19 K là T = 1,5.109
40 năm. Trong các nham thạch có chứa Kali mà một phần là đồng vị 19 K . Lúc nham thạch còn là dung nham thì chưa có Argon nào cả. Trong một mẩu nham thạch khảo sát, người ta thấy tỉ lệ số nguyên 40 40 18 Ar và 19 K là 7. Xác định tuổi của nham thạch. Hướng dẫn giải: 40 40 Phương trình phóng xạ 19 K → 18 Ar Số hạt nhân Kali phân rã bằng số hạt nhân Ar tạo thành nên ta có N ln 2 ∆N K = N Ar ⇔ N K (e λt − 1) = N Ar → Ar = e λt − 1 ⇔ e λt − 1 = 7 → e λt = 8 ⇔ .t = ln 8 = 2 ln 2 NK T Từ đó ta được t = 3T = 4.5.109 năm. Vậy tuổi của nham thạch là 4.5.109 năm. Ví dụ 2. Lúc đầu có một mẫu poloni 210 84 Po nguyên chất là chất phóng xạ có chu kì bán rã là 138 ngày.
Các hạt poloni phát ra tia phóng xạ và chuyển thành hạt nhân chì 206 82 Pb . Tính tuổi của mẫu chất trên nếu lúc khảo sát khối lượng chất poloni lớn gấp 4 lần khối lượng chì. Hướng dẫn giải: 210 206 Phương trình phóng xạ 84 Po → 82 Pb Số hạt nhân Poloni phân rã bằng số hạt nhân chì (Pb) tạo thành nên ta có N ∆N Po = N Pb ⇔ N Po (e λt − 1) = N Pb → Pb = e λt − 1, (1) N Po m Po N Po = 210 .N A N m 210 Mặt khác, → Pb = Pb . , ( 2) N Po m Po 206 N = m Pb .N Pb 206 A m 210 1 210 ln 2 Từ (1) và (2) ta được Pb . = e λt − 1 ⇔ . = e λt = 1,255 ⇔ λt = 0,227 ⇔ .t = 0,227 mPo 206 4 206 T 0,227T Từ đó ta được t = = 45,19 (ngày). ln 2 206 Ví dụ 3. Chất phóng xạ 210 84 Po có chu kì bán ra 138 ngày phóng xạ α và biến thành hạt chì 82 Pb . Lúc đầu có 0,2 (g) Po. Sau 414 ngày thì khối lượng chì thu được là A. 0,175 (g). B. 0,025 (g). C. 0,172 (g). D. 0,0245 (g). Hướng dẫn giải: N m 210 m 7.206 0,2 Ta có Pb = e λt − 1 = 7 = Pb . → Pb = = 6,896 ⇔ m Pb = 8,86. = 0,172 (g) N Po m Po 206 m Po 210 8 Ví dụ 4. 238U phân rã thành 206Pb với chu kỳ bán rã T = 4,47.109 năm. Một khối đá được phát hiện có chứa 46,97 (mg) chất 238U và 2,135 (mg) chất 206Pb. Giả sử lúc khối đá mới hình thành không chứa nguyên tố chì và tất cả lượng chì có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của 238U. Tuổi của khối đá hiện nay là A. 2,5.106 năm. B. 3,3.108 năm. C. 3,5.107 năm D. 6.109 năm. Hướng dẫn giải: N m 210 2,135 238 Ta có Pb = e λt − 1 ⇔ Pb . = e λt − 1 ⇔ . = e λt − 1 → e λt = 1,0525 NU m U 206 46,97 206 ln 2 ⇔ t = 0,05 → t = 0,33.10 9 = 3,3.108 năm. T Ví dụ 5. Poloni là chất phóng α tạo thành hạt nhân chì Pb. Chu kì bán rã của Po là 140 ngày. Sau thời gian t = 420 ngày (kể từ thời điểm bắt đầu khảo sát) người ta nhận được 10,3 (g) chì. Lấy khối lượng các hạt là chính là số khối của chúng. Khối lượng Po tại thời điểm t = 0 là BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 30
A. m0 = 12 (g). Ta có
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN C. m0 = 32 (g). D. m0 = 36 (g). Hướng dẫn giải: 7.206 = ⇔ mPo = 1,5( g ) → m0 = 12( g ) 210
B. m0 = 24 (g).
N Pb m 210 m λt = e − 1 = 7 = Pb . → Pb N Po mPo 206 mPo
Ví dụ 6. Cho 210 84 Po → α + Pb, biết T = 138,4 ngày. Sau 414,6 ngày thì khối lượng chì tạo thành là 20,6 g. Tính khối lượng Po ban đầu? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: 24 g. Ví dụ 7. Cho quá trình phóng xạ 210 84 Po → α + Pb, Sau t = 3T thì tỉ số khối lượng hạt nhân chì và Po là bao nhiêu? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: 6,87. Ví dụ 8. Cho quá trình phóng xạ 176 N → β − + O . Biết chu kỳ bán rã của Nito là 7,2 s. Sau bao lâu tính từ lúc khảo sát thì tỉ số thể tích VO2 = 7VN 2 . Sau t = 3T thì tỉ số khối lượng hạt nhân chì và Po là bao nhiêu? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: 21,6 s. 24 Ví dụ 9. Cho quá trình phóng xạ 11 Na → β − + Mg . Biết khối lượng Na ban đầu là 48 g và chu kỳ bán rã của Na là 15 giờ. Tính độ phóng xạ của Na khi có 24 g Magie được tạo thành? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: H = 1,93.1018 Bq. Ví dụ 10. Cho quá trình phóng xạ 210 84 Po → α + Pb . Chu kỳ bán rã của Po là 140 ngày. Sau bao lâu tính từ ban đầu thì tỉ lệ khối lượng chì và Po còn lại là 0,8? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: t = 120,45 ngày. Ví dụ 11. Cho Po là chất phóng xạ anpha và tạo thành hạt nhân X với chu kì bán rã T = 138 ngày. Biết lúc đầu chỉ có P0 nguyên chất, nếu bây giờ tỉ lệ số hạt nhân X với số hạt nhân Po là 7 : 1 thì tuổi của mẫu chất trên là A. 138 ngày B. 276 ngày. C. 414 ngày D. 79 ngày. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Ví dụ 12. Cho Po là chất phóng xạ anpha và tạo thành hạt nhân X với chu kì bán rã. Biết lúc đầu chỉ có P0 nguyên chất, nếu lúc bắt đầu khảo sát tỉ lệ số hạt nhân X với số hạt nhân Po là 3 : 1 và sau đó 270 ngày tỉ số đó là 15 : 1. Chu kì T là A. 135 ngày B. 276 ngày. C. 138 ngày D. 137 ngày. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Ví dụ 13. (Khối A – 2011) Cho quá trình phóng xạ 210 84 Po → α + Pb . Chu kỳ bán rã của Po là 138 ngày. Ban đầu, có một mẫu Po nguyên chất. Tại thời điểm t1, tỉ số giữa số hạt Po và Pb là 1/3. Tại thời điểm t2 = t1 + 276 thì tỉ lệ ấy là bao nhiêu? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 31
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: Tỉ lệ là 1/15. Ví dụ 14. Giả sử ban đầu có một mẫu phóng xạ X nguyên chất, có chu kỳ bán rã T và biến thành hạt nhân bền Y. Tại thời điểm t1 tỉ lệ giữa hạt nhân Y và hạt nhân X là k. Tại thời điểm t2 = t1 + 2T thì tỉ lệ đó là A. k + 4. B. 4k/3. C. 4k. D. 4k + 3. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Ví dụ 15. Cho 210Po là chất phóng xạ anpha và tạo thành hạt nhân X với chu kì bán rã T = 138 ngày. Biết lúc đầu chỉ có P0 nguyên chất, nếu bây giờ tỉ lệ khối lượng hạt nhân X và khối lượng hạt nhân Po là 103 : 15 thì tuổi của mẫu chất trên là A. 138 ngày. B. 276 ngày. C. 414 ngày D. 79 ngày. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Ví dụ 16. Hạt nhân U238 phân rã phóng xạ qua một chuỗi hạt nhân rồi dẫn đến hạt nhân chì bền Pb206. Chu kì bán rã của toàn bộ quá trình này vào khoảng 4,5 tỷ năm. Một mẫu đá cổ hiện nay có chứa số nguyên tử U238 bằng với số nguyên tử chì Pb206. Hãy ước tính tuổi của mẫu đá cổ đó? A. 2,25 tỷ năm. B. 4,5 tỷ năm. C. 6,75 tỷ năm. D. 9 tỷ năm. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 9 234 Ví dụ 17. Urani 238 92 U có chu kì bán rã là 4,5.10 năm. Khi phóng xạ α, Urani biến thành Thori 90Th . Ban đầu có 23,8 g Urani. a) Tính số hạt và khối lượng Thori sau 9.109 năm. b) Tính tỉ số số hạt và tỉ số khối lượng của hai hạt sau 4,5,109 năm. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. – 206 Ví dụ 18. 238 92 U sau nhiều lần phóng xạ hạt α và β biến thành chì 82 Pb . Biết chu kì bán rã của sự biến đổi tổng hợp này là T = 4,6.109 năm. Giả sử ban đầu một loại đá chỉ chứa urani, không có chì. Nếu hiện nay tỉ lệ các khối lượng của U238 và Pb206 là 37 thì tuổi của đá ấy là bao nhiêu năm? .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. Đ/s: 2.108 năm 24 Bài 1: Đồng vị 24 11 Na là chất phóng xạ β tạo thành hạt nhân magiê 12 Mg . Ban đầu có 12gam Na và chu kì bán rã là 15 giờ. Sau 45 h thì khối lượng Mg tạo thành là : A. 10,5g B. 5,16 g C. 51,6g D. 0,516g HD Giải: Nhận xét : t = 3.T nên ta dùng hàm mũ 2 để giải cho nhanh bài toán : 1 t − − T - Khối lượng Na bị phân rã sau 45 = 3T giờ: ∆m = m0 1 − 2 = 121 − 2 3 ⇔ ∆m = 10,5 g ∆mme . Acon 10,5 - Suy ra khối lượng của mg tạo thành : mcon = = .24 = 10,5 gam ⇒ Chọn đáp án A Ame 24 Bài 2 : Chất phóng xạ Poloni
210 84
Po có chu kì bán rã T = 138 ngày phóng ra tia α và biến thành đồng vị chì
206 82
Pb ,ban đầu có 0,168g poloni . Hỏi sau 414 ngày đêm có : a. Bao nhiêu nguyên tử poloni bị phân rã? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 32
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN b. Tìm khối lượng chì hình thành trong thời gian đó HD Giải : t = 414 ngày = 3T 7 a.Số nguyên tử bị phân rã sau 3 chu kì: ∆N = N 0 − N = N 0 − N 0 .2 −3 = m0 = 0,147 g 8 7 hay khối lượng chất bị phân rã ∆m = m0 = 0,147 g 8 7 m0 7.0,168 ∆N NA = .6,023.10 23 = 4,214.10 20 nguyên tử 8A 8.210 ∆mme . Acon 0,147 b.Khối lượng chì hình thành trong 414 ngày đêm: mcon = = .206 = 0,144 g Ame 210 Bài 3 : Hạt nhân 226 88 Ra có chu kì bán rã 1570 năm phân rã thành 1 hạt α và biến đổi thành hạt nhân X. Tính số hạt nhân X được tạo thành trong năm thứ 786. Biết lúc đầu có 2,26 gam radi. Coi khối lượng của hạt nhân tính theo u xấp xĩ bằng số khối của chúng và NA = 6,02.1023 mol-1. 4 222 226 HD Giải . Phương trình phản ứng: 226 88 Ra → 2 He + 86 Rn . Trong năm thứ 786: khối lượng 88 Ra bị phân rã là: m Ra = m0 (2 số hạt nhân
−
222 86
785 1570
−2
−
786 1570
) = 7.10 − 4 g ; khối lượng
Rn được tạo thành là: N Ra =
222 86
Rn được tạo thành: mRa = mRa .
ARn = 6.93 g ARa
m Rn .N A = 1,88.1018 hạt. ARn
Bài 4 : Pôlôni 210 84 Po là một chất phóng xạ có chu kì bán rã 140 ngày đêm. Hạt nhân pôlôni phóng xạ sẽ biến thành hạt nhân chì (Pb) và kèm theo một hạt α. Ban đầu có 42 mg chất phóng xạ pôlôni. Tính khối lượng chì sinh ra sau 280 ngày đêm. t A HD Giải . Ta có: mPb = m0 . Pb 1 − 2 T = = 31,1 mg. APo Bài 6 : Cho chùm nơtron bắn phá đồng vị bền 55 Mn ta thu được đồng vị phóng xạ 56 Mn . Đồng vị phóng xạ 56 Mn có chu trì bán rã T = 2,5h và phát xạ ra tia β -. Sau quá trình bắn phá 55 Mn bằng nơtron kết thúc người ta thấy trong mẫu trên tỉ số giữa số nguyên tử 56 Mn và số lượng nguyên tử 55 Mn = 10-10. Sau 10 giờ tiếp đó thì tỉ số giữa nguyên tử của hai loại hạt trên là: A. 1,25.10-11 B. 3,125.10-12 C. 6,25.10-12 D. 2,5.10-11 Giải: Sau quá trình bắn phá 55Mn bằng nơtron kết thúc thì số nguyên tử của 55 25 Mn , cò số nguyên tử 55 25
Mn không đổi, Sau 10 giờ = 4 chu kì số nguyên tử của
tử của hai loại hạt trên là:
N Mn56 10 −10 = = 6,25.10 −12 N Mn56 16
55 25
Mn giảm 24 = 16 lần. Do đó thì tỉ số giữa nguyên
Chọn C
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 2 Câu 1. Cho 23,8 (g) 234 U có chu kì bán rã là 4,5.109 năm. Khi phóng xạ α, U biến thành 234 92 90Th . Khối lượng 9 Thori được tạo thành sau 9.10 năm là A. 15,53 (g). B. 16,53 (g). C. 17,53 (g). D. 18,53 (g). 24 − 24 Câu 2. Đồng vị Na là chất phóng xạ β và tạo thành đồng vị của Mg. Mẫu Na có khối lượng ban đầu m0 = 8 (g), chu kỳ bán rã của 24Na là T = 15 giờ. Khối lượng Magiê tạo thành sau thời gian 45 giờ là A. 8 (g). B. 7 (g). C. 1 (g). D. 1,14 (g). − 24 A Câu 3. Hạt nhân 11 Na phân rã β và biến thànhZhạt nhân Z X với chu kì bán rã là 15 giờ. Lúc đầu mẫu Natri là nguyên chất. Tại thời điểm khảo sát thấy tỉ số giữa khối lượng ZA X và khối lượng natri có trong mẫu là 0,75. Hãy tìm tuổi của mẫu natri. A. 1,212 giờ. B. 2,112 giờ. C. 12,12 giờ. D. 21,12 giờ. 210 Câu 4. Pôlôni 84 Po phóng xạ α với chu kì bán rã là 140 ngày đêm rồi biến thành hạt nhân con chì 206 82 Pb . 23 Lúc đầu có 42 (mg) Pôlôni. Cho biết NA = 6,02.10 /mol. Sau 3 chu kì bán rã, khối lượng chì trong mẫu có BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 33
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN giá trị nào sau đây? A. m = 36,05.10-6 (g). B. m = 36,05.10–2 kg. C. m = 36,05.10–3 (g). D. m = 36,05.10–2 mg. 206 Câu 5. Đồng vị phóng xạ 210 84 Po phóng xạ α rồi biến thành hạt nhân chì 82 Pb . Ban đầu mẫu Pôlôni có khối lượng là m0 = 1 (mg). Ở thời điểm t1 tỉ lệ số hạt nhân Pb và số hạt nhân Po trong mẫu là 7 : 1. Ở thời điểm t2 (sau t1 là 414 ngày) thì tỉ lệ đó là 63 : 1. Cho NA = 6,02.1023 mol–1. Chu kì bán rã của Po nhận giá trị nào sau đây ? A. T = 188 ngày. B. T = 240 ngày. C. T = 168 ngày. D. T = 138 ngày. – Câu 6. Chất phóng11xạ 23 có chu k ỳ bán rã là 15 gi ờ phóng x ạ tia β . T ạ i th ờ i đ i ể m khảo sát tỉ số giữa khối Na 11 lượng hạt nhân con và 23 11 Na là 0,25. Hỏi sau bao lâu tỉ số trên bằng 9 ? 11 A. 45 giờ. B. 30 giờ. C. 35 giờ. D. 50 giờ. 210 Câu 7. Một mẫu 84 Po phóng xạ α có chu kỳ bán rã là 138 ngày. Tìm tuổi của mẫu 210 84 Po nói trên, nếu ở
thời điểm khảo sát tỉ số giữa khối lượng hạt nhân con và hạt nhân 210 84 Po là 0,4 ? A. 67 ngày. B. 70 ngày. C. 68 ngày. D. 80 ngày. 238 210 Câu 8. Urani 92 U sau nhiều lần phóng xạ α và β biến thành 84 Po . Biết chu kì bán rã của sự biến đổi tổng hợp này là T = 4,6.109 năm. Giả sử ban đầu một loại đá chỉ chứa Urani, không chứa chì. Nếu hiện nay tỉ lệ của các khối lượng của Urani và chì chỉ là mU/mPb = 37, thì tuổi của loại đá ấy là A. 2.107 năm. B. 2.108 năm. C. 2.109 năm. D. 2.1010 năm. Câu 9. Lúc đầu một mẫu 210 Po nguyên chất phóng xạ α chuyển thành một hạt nhân bền. Biết chu kỳ phóng 210 xạ của 210 84 Po là 138 ngày. Ban đầu có 2 (g) 84 Po . Tìm khối lượng của mỗi chấy ở thời điểm t, biết ở thời điểm này tỷ số khối lượng của hạt nhân con và hạt nhân mẹ là 103: 35 ? A. mPo = 0,7 (g), mPb = 0,4 (g). B. mPo = 0,5 (g), mPb = 1,47 (g). C. mPo = 0,5 (g), mPb = 2,4 (g). D. mPo = 0,57 (g), mPb = 1,4 (g). – 210 Câu 10. Hạt nhân 83 Bi phóng xạ tia β biến thành một hạt nhân X, dùng một mẫu X nói trên và quan sát m trong 30 ngày, thấy nó phóng xạ α và biến đổi thành đồng vị bền Y, tỉ số Y = 0,1595 . Xác định chu kỳ bán mX rã của X? A. 127 ngày. B. 238 ngày. C. 138 ngày. D. 142 ngày. Câu 11. 238U phân rã thành 206Pb với chu kì bán rã T = 4,47.109 năm. Một khối đá được phát hiện có chứa 46,97 (mg) 238U và 2,135 (mg) 206Pb. Giả sử khối đá lúc mới hình thành không chứa nguyên tố chì và tất cả lượng chì có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của 238U. Hiện tại tỉ lệ giữa số nguyên tử 238U và 206Pb là A. NU/NPb = 22. B. NU/NPb = 21. C. NU/NPb = 20. D. NU/NPb = 19. Câu 12. Poloni (210Po) là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 3312 giờ, phát ra tia phóng xạ và chuyển thành hạt nhân chì 206Pb . Lúc đầu độ phóng xạ của Po là 4.1013 Bq, thời gian cần thiết để Po có độ phóng xạ 0,5.1013 Bq bằng A. 3312 giờ. B. 9936 giờ. C. 1106 giờ. D. 6624 giờ. Câu 13. Hạt nhân 24Na phân rã β− và biến thành hạt nhân Mg. Lúc đầu mẫu Na là nguyên chất. Tại thời điểm khảo sát thấy tỉ số giữa khối lượng Mg và khối lượng Na có trong mẫu là 2. Lúc khảo sát A. số nguyên tử Na nhiều gấp 2 lần số nguyên tử Mg. B. số nguyên tử Na nhiều gấp 4 lần số nguyên tử Mg. C. số nguyên tử Mg nhiều gấp 4 lần số nguyên tử NA. D. số nguyên tử Mg nhiều gấp 2 lần số nguyên tử Na. Câu 14. Đồng vị phóng xạ 210Po phóng xạ α và biến đổi thành một hạt nhân chì 206Pb. Tại thời điểm t tỉ lệ giữa số hạt nhân chì và số hạt nhân Po trong mẫu là 5, tại thời điểm t này tỉ số khối lượng chì và khối lượng Po là A. 4,905. B. 0,196. C. 5,097. D. 0,204. 222 222 Câu 15. Lúc đầu có 1,2 (g) chất 86 Rn . Biết 86 Rn là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 3,6 ngày. Hỏi sau t = 1,4T số nguyên tử Radon còn lại bao nhiêu? A. N = 1,874.1018 B. N = 2,165.1019 C. N = 1,234.1021 D. N = 2,465.1020 Câu 16. 222 86 Rn là chất phóng xạ có chu kì bán rã là 3,8 ngày. Một mẫu Rn có khối lượng 2 (mg) sau 19 ngày BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 34
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN còn bao nhiêu nguyên tử chưa phân rã A. 1,69.1017 B. 1,69.1020 C. 0,847.1017 D. 0,847.1018 Câu 17. Có 100 (g) chất phóng xạ với chu kì bán rã là 7 ngày đêm. Sau 28 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ đó còn lại là A. 93,75 (g). B. 87,5 (g). C. 12,5 (g). D. 6,25 (g). 90 Câu 18. Chu kì bán rã của chất phóng xạ 38 Sr là 20 năm. Sau 80 năm có bao nhiêu phần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác? A. 6,25%. B. 12,5%. C. 87,5%. D. 93,75%. Câu 19. Trong nguồn phóng xạ 32P với chu kì bán rã 14 ngày có 3.1023 nguyên tử. Bốn tuần lễ trước đó số 32 nguyên tử 115 P trong nguồn đó là 23 A. 3.10 nguyên tử. B. 6.1023 nguyên tử. C. 12.1023 nguyên tử. D. 48.1023 nguyên tử. Câu 20. Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lượng ban đầu của một chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 12 giờ. B. 8 giờ. C. 6 giờ. D. 4 giờ. 60 Câu 21. Coban phóng xạ 27 Co có chu kì bán rã 5,7 năm. Để khối lượng chất phóng xạ giãm đi e lần so với khối lượng ban đầu thì cần khoảng thời gian A. 8,55 năm. B. 8,23 năm. C. 9 năm. D. 8 năm. -10 Câu 22. Ban đầu có 1 (g) chất phóng xạ. Sau thời gian 1 ngày chỉ còn lại 9,3.10 (g) chất phóng xạ đó. Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó là A. 24 phút. B. 32 phút. C. 48 phút. D. 63 phút. 24 Câu 23. Chất phóng xạ 11 Na có chu kì bán rã 15 giờ. So với khối lượng Na ban đầu, phần trăm khối lượng chất này bị phân rã trong vòng 5h đầu tiên bằng A. 70,7%. B. 29,3%. C. 79,4%. D. 20,6% – 31 31 Câu 24. Đồng vị 14 Si phóng xạ β . Một mẫu phóng xạ 14 Si ban đầu trong thời gian 5 phút có 190 nguyên tử bị phân rã nhưng sau 3 giờ trong thời gian 1 phút có 17 nguyên tử bị phân rã. Xác định chu kì bán rã của chất đó. A. 2,5 giờ. B. 2,6 giờ. C. 2,7 giờ. D. 2,8 giờ. 31 Câu 25. Một mẫu phóng xạ 14 Si ban đầu trong 5 phút có 19614 nguyên tử bị phân rã, nhưng sau đó 5,2 giờ (kể 31 từ t = 0) cùng trong 5 phút chỉ có 49 nguyên tử bị phân rã. Chu kỳ bán rã của 14 Si là A. 2,6 giờ B. 3,3 giờ C. 4,8 giờ D. 5,2 giờ Câu 26. Để cho chu kì bán rã T của một chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung. Trong t1 giờ đầu tiên 9 máy đếm được n1 xung; trong t2 = 2t1 giờ tiếp theo máy đếm được n2 = n1 xung. Chu kì bán rã T có giá trị 64 là bao nhiêu? A. T = t1/2 B. T = t1/3 C. T = t1/4 D. T = t1/6 9 238 235 Câu 27. Cho chu kì bán ra của 92 U là T1 = 4,5.10 năm, của 92 U là T2 = 7,13.108 năm. Hiên nay trong 235 quặng thiên nhiên có lẫn 238 92 U và 92 U theo tỉ lệ số nguyên tử là 140: 1. Giả thiết ở thời điểm tạo thành Trái Đất tỉ lệ trên là 1:1. Tuổi của Trái Đất là A. 2.109 năm. B. 6.108 năm. C. 5.109 năm. D. 6.109 năm. 210 Câu 28. Đồng vị 84 Po phóng xạ α thành chì, chu kỳ bán rã của Po là 138 ngày. Sau 30 ngày, tỉ số giữa khối lượng của chì và Po trong mẫu bằng A. 0,14 B. 0,16 C. 0,17 D. 0,18 210 Câu 29. Chất phóng xạ 84 Po phóng xạ α rồi trở thành chì (Pb). Dùng một mẫu Po ban đầu có 1 g, sau 365 ngày đêm mẫu phóng xạ trên tạo ra lượng khí hêli có thể tích là V = 89,5 cm3 ở điều kiện tiêu chuẩn. Chu kỳ bán rã của Po là A. 138,5 ngày đêm B. 135,6 ngày đêm C. 148 ngày đêm D. 138 ngày đêm – 24 Câu 30. Đồng vị 11 Na là chất phóng xạ β và tạo thành đồng vị của Magiê. Mẫu 24 Na có khối lượng ban đầu là m0 = 0,25g. Sau 120 giờ độ phóng xạ cuả nó giảm đi 64 lần. Cho NA = 6,02.1023 hạt /mol. Khối lượng
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 35
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Magiê tạo ra sau thời gian 45 giờ. A. 0,25 g. B. 0,197 g. C. 1,21 g. D. 0,21 g. 24 Câu 31. Đồng vị 11 Na là chất phóng xạ β tạo thành hạt nhân magiê 24 Mg. Ban đầu có 12 g Na và chu kì bán rã là 15 giờ. Sau 45 h thì khối lượng Mg tạo thành là : A. 10,5 g B. 5,16 g C. 51,6g D. 0,516g 210 Câu 32. Đồng vị 84 Po phóng xạ α thành chì, chu kỳ bán rã của Po là 138 ngày. Sau bao lâu thì số hạt nhân con sinh ra gấp ba lần số hạt nhân mẹ còn lại? A. 414 ngày B. 210 ngày C. 138 ngày D. 276 ngày 210 211 Câu 33. Chu kì bán rã 84 Po là 138 ngày. Ban đầu có 1 mg 84 Po . Sau 276 ngày, khối lượng 211 84 Po bị phân rã là: A. 0,25 mmg B. 0,50 mmg C. 0,75mmg D. đáp án khác Câu 34. Pôlôni 210 84 Po là nguyên tố phóng xạ α, nó phóng ra một hạt α và biến đổi thành hạt nhân con X. Chu kì bán rã của Po là 138 ngày. a) Viết phương trình phản ứng. Xác định hạt nhân X. b) Ban đầu mẫu Po nguyên chất có khối lượng 0,01 g. Tính độ phóng xạ của mẫu chất trên sau 3 chu kì bán rã. c) Tính tỉ số khối lượng Po và khối lượng chất X trong mẫu chất trên sau 4 chu kì bán rã A. b) 2,084.1011Bq; c) 0,068 B. b) 2,084.1011Bq; c) 0,68 10 C. b) 2,084.10 Bq; c) 0,068 D. b) 2,084.1010Bq; c) 0,68 210 Câu 35. Poloni 210 84 Po là chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân chì. Chu kì bán rã của hạt nhân 84 Po là 140 ngày. Sau thời gian t = 420 ngày (kề từ thời điểm bắt đầu khảo sát) người ta nhận được 10,3 gam chì. a) Tính khối lượng Poloni tại t = 0: A. 10g B. 11g C. 12g D. 13g b) Tính thời gian để tỉ lệ giữa khối lượng chì và khối lượng Poloni là 0,8 A. 100,05 ngày B. 220,23 ngày C. 120,45 ngày D. 140,5 ngày c). Tính thể tích khí He tạo thành khi tỉ lệ giữa khối lượng chì và khối lượng Poloni là 0,8 A. 674,86 cm3 B. 574,96 cm3 C. 674,86 cm3 D. 400,86 cm3 Câu 36. Hạt nhân 224 88 Ra phóng xạ tia α và tạo thành hạt nhân X. Ban đầu có 35,84 g Ra, sau 14,8 ngày có 22 9.10 hạt α tạo thành. Tính chu kỳ bán rã của Ra? A. 2,8 ngày. B. 3,8 ngày. C. 4,2 ngày. D. 13,8 ngày. 210 Câu 37. Đồng vị 84 Po phóng xạ α thành chì. Ban đầu mẫu Po có khối lượng 1 mg. Tại thời điểm t1 tỷ lệ giữa số hạt nhân Pb và số hạt nhân Po trong mẫu là 7:1. Tại thời điểm t2 = t1 + 414 ngày thì tỷ lệ đó là 63:1. a) Chu kì phóng xạ của Po A. 100 ngày B. 220 ngày C. 138 ngày D. 146 ngày b) Độ phóng xạ đo được tại thời điểm t1 là A. 0,5631Ci B. 1,5631Ci C. 2,5631Ci D. 3,5631Ci 238 Câu 38. (Đề ĐH- 2012): Hạt nhân urani 92 U sau một chuỗi phân rã, biến đổi thành hạt nhân chì 206 82 Pb . Trong quá trình đó, chu kì bán rã của
238 92
phát hiện có chứa 1,188.1020 hạt nhân
238 92
U biến đổi thành hạt nhân chì là 4,47.109 năm. Một khối đá được
U và 6,239.1018 hạt nhân
206 82
Pb . Giả sử khối đá lúc mới hình thành
không chứa chì và tất cả lượng có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của 238 92 U . Tuổi của khối đá khi được phát hiện là A. 3,3.108 năm. B. 6,3.109 năm. C. 3,5.107 năm. D. 2,5.106 năm. Câu 39. Hạt nhân 226 88 Ra là chất phóng xạ với chu kỳ bán rã 1590 năm. Biết Ra phóng xạ tia α, ban đầu có 1 g Ra nguyên chất. Tính số hạt α tạo thành sau 1 năm (cho biết 1 năm = 365 ngày). A. 9,55.1014. B. 9,55.1024. C. 9,55.1015. D. 9,55.1016. Câu 40. Đồng vị 210 84 Po phóng xạ α thành chì, chu kỳ bán rã của Po là 138 ngày. Tại thời điểm t nào đó thì tỉ số giữa số hạt nhân chì và số hạt Po còn lại bằng 5, khi đó tỉ số giữa khối lượng Po và khối lượng chì bằng A. 4,905 B. 0,2 C. 4,095 D. 0,22 24 24 Câu 41. Đồng vị 11 Na là chất phóng xạ β tạo thành hạt nhân magiê 12 Mg . Sau 45 giờ thì tỉ số khối lượng của Mg và Na còn lại bằng 9, tính chu kỳ bán rã của Na? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 36
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 10,5 giờ B. 12,56 giờ C. 11,6 giờ D. 13,6 giờ Câu 42. Chất phóng xạ X phóng xạ α và tạo hành hạt nhân Y. Tại thời điểm t thì tỉ số hạt nhân của X và Y khi đó bằng 1/3; sau thời điểm trên 100 ngày thì tỉ số đó là 1/15. Tính chu kỳ bán rã của hạt nhân X? A. 100 ngày B. 50 ngày C. 128 ngày D. 138 ngày 24 Câu 43. Đồng vị 24 Na là ch ấ t phóng x ạ β t ạ o thành h ạ t nhân magiê Mg v ớ i chu kỳ của Na là 15 giờ. Ban 11 12 đầu, khối lượng Na là 0,24 g; số hạt Mg tạo ra trong giờ thứ 10 là? A. 1,6.1020. B. 2,8.1020. C. 1,8.1020. D. 1,5.1020. Câu 44. Hạt nhân 224 88 Ra phóng xạ tia α và tạo thành hạt nhân X. Ban đầu có 35,84 g Ra. Biết chu kỳ bán rã của Ra là 3,7 ngày. Tính số hạt Ra bị phân rã trong ngày thứ 14? A. 1,4.1020. B. 14.1020. C. 1,8.1020. D. 18.1020. Câu 45. Chất phóng xạ pôlôni (Po210) có chu kì bán rã 138 ngày. Tính lượng pôlôni để có độ phóng xạ là 1Ci. A. 1018 nguyên tử B. 50,2.1015 nguyên tử C. 63,65.1016 nguyên tử D. 30,7.1014 nguyên tử 01. C 11. D 21. B 31. A 41. D
02. B 12. B 22. C 32. D 42. B
03. C 13. D 23. D 33. C 43. C
04. C 14. A 24. B 34. A 44. B
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 05. D 06. A 07. A 15. C 16. A 17. D 25. A 26. B 27. D 35. 36. B 37. 45. A
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
08. B 18. D 28. C 38. A
09. B 19. C 29. A 39. D
10. C 20. B 30. B 40. B
Trang - 37
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 3 DẠNG 3: BÀI TOÁN VỀ MÁY ĐẾM XUNG Phương pháp:
t
TH1: Đếm không liên tiếp ∆t1
- Vì số xung đếm được tỉ lệ với số hạt phân rã nên ta có:
n1 = k ∆N 01 = kN 0 (1 − e − λ∆t1 ) (1) − λ∆t n2 = k ∆N11 = kN1 (1 − e 2 ) - Mà N1 = N 0e
− λt
(2)
- Từ (1) và (2) ta có: - Vì ( ∆t
N0
N 01
N1
n1
N11 n2
n1 (1 − e− λ∆t1 ) λt .e (3) = n2 (1 − e− λ∆t2 )
T ) nên ta sử dụng công thức gần đúng:
- Nên (3) trở thành:
∆t2
e x = 1 + x( x
1); ⇒ 1 − e− λ∆t = λ∆t
n1 λ∆t1 λ t e ; = n2 λ∆t2
* Công thức giải nhanh:
∆N1 ∆t ∆N ∆t = e λt . 1 hoặc = e λt . ∆N 2 ∆t 2 ∆N 0 ∆t 0
TH2: Đếm liên tiếp (có chung gốc N0)
t2 t1
- Vì số xung đếm được tỉ lệ với số hạt phân rã nên ta có: − λ∆t n1 (1 − e− λ∆t1 ) n1 = k ∆N 01 = kN 0 (1 − e 1 ) (1) ⇔ = (2) − λ∆t2 n (1 − e − λ∆t2 ) n k N kN e = ∆ = (1 − ) 2 2 11 0
- Từ (2) tìm các đại lượng mà để yêu cầu.
N0
N 01
N2
n1 n2
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 38
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1. Trong phòng thí nghiệm có một lượng chất phóng xạ, ban đầu trong 1 phút người ta đếm được có 360 nguyên tử của chất bị phân rã, sau đó 2 giờ trong 1 phút có 90 phân tử bị phân rã. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 30 phút B. 60 phút C. 90 phút D. 45 phút 15 24 Câu 2. 11 Na là chất phóng xạ β , trong 10 giờ đầu người ta đếm được 10 hạt β bay ra. Sau 30 phút kể từ khi đo lần đầu người ta lại thấy trong 10 giờ đếm dược 2,5.1014 hạt β- bay ra. Tính chu kỳ bán rã của natri. A. 5h B. 6,25h C. 6h D. 5,25h Câu 3. Để đo chu kì bán rã của một chất phóng xạ, người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ t0 = 0. Đến thời điểm t1 = 6h, máy đếm đươc n1 xung, đến thời điểm t2 = 3t1 máy đếm được n2 = 2,3n1 xung. (Một hạt bị phân rã, thì số đếm của máy tăng lên 1 đơn vị). Chu kì bán rã của chất phóng xạ này xấp xỉ bằng : A. 6,90h. B. 0,77h. C. 7,84 h. D. 14,13 h. Câu 4. Giả sử ban đầu có một mẫu phóng xạ X nguyên chất, có chu kỳ bán rã T và biến thành hạt nhân bền Y. Tại thời điểm t1 tỉ lệ giữa hạt nhân Y và hạt nhân X là k. Tại thời điểm t2 = t1 + 3T thì tỉ lệ đó là : A. k + 8 B. 8k C. 8k/ 3 D. 8k + 7 Câu 5. Ban đầu có một lượng chất phóng xạ khối lượng m0 sau thời gian 6giờ đầu thì 2/3 lượng chất đó đã bị phân rã. Trong 3 giờ đầu thì lượng chất phóng xạ đã bị phân rã là 3 −1 2− 3 2− 3 3 −1 A. m0 . B. m0 . C. m0 . D. m0 . 3 3 2 3 3 3 Câu 6. Có hai khối chất phóng xạ A và B với hằng số phóng xạ lần lượt là λA và λB. Số hạt nhân ban đầu trong hai khối chất lần lượt là NA và NB Thời gian để số lượng hạt nhân A và B của hai khối chất còn lại bằng nhau là: N N N N λ .λ λ .λ 1 1 A. A B . ln B B. C. D. A B . ln B . ln B . ln B λ A − λB N A λ A + λB N A λB + λ A N A λ A + λB N A Câu 7. Gọi ∆t là khoảng thời gian để số hạt nhân nguyên tử của một chất phóng xạ giảm e lần. Sau thời gian bằng bao nhiêu lần ∆t thì số hạt nhân của chất phóng xạ đó còn lại 25% ? A. t = 2∆t B. t = 0,721∆t C. t = 1,386∆t D. t = 0,5∆t 206 Câu 8. Urani 238 sau nhi ề u l ầ n phóng x ạ α và β bi ế n thành . Bi ế t chu kì bán rã của là T. Giả sử ban U Pb 92 82 đầu có một mẫu quặng urani nguyên chất. Nếu hiện nay, trong mẫu quặng này ta thấy cứ 10 nguyên tử urani thì có 2 nguyên tử chì. Tuổi của mẫu quặng này được tính theo T là: ln1,2 ln 1,25 ln 1,2 ln 6 A. t = T B. t = T C. t = T D. t = T ln 2 ln 2 ln 6 ln 2 Câu 9. Người ta đo được độ phóng xạ β- của Cacbon C14 của một tượng cổ bằng gỗ khối lượng m là 10Ci, trong khi đó độ phóng xạ β- của khối gỗ cùng chất có khối lượng 2m của một cây vừa mới chặt là 24Ci. Biết chu kì bán rã của Cacbon C14 là 5730 năm. Tuổi của tượng cổ gần nhất với giá trị nào sau đây: A. 1714 năm B. 1852 năm C. 2173 năm D. 1507 năm 173 Câu 10. Một mẫu quặng có chứa chất phóng xạ Cesi 55 Cs với chu kì bán rã là 30 năm, độ phóng xạ ban đầu là H0 = 0,693.105 Bq. Khối lượng Cs chứa trong mẫu quặng là: A. 1,25.10-8 g B. 1,52.10-8 g C. 2,15.10-8 g D. 5,12.10-8 g 206 Câu 11. Chất phóng xạ 210 84 Po phát ra tia α và biến thành 82 Pb . Tại thời điểm t, tỉ số hạt Pb và Po bằng 5. Tại thời điểm t này tỉ số giữa khối lượng chì và khối lượng Po là : A. 5 B. 5,097 C. 4,905 D. 0,204 Câu 12. 24Na là chất phóng xạ β- có chu kì bán rã 15 giờ và biến thành hạt nhân X. Tại thời điểm bắt đầu m khảo sát thì tỉ số khối lượng X = 0,25. Hỏi sau bao lâu thì tỉ số khối lượng trên bằng 19 ? m Na A. 60 giờ B. 30 giờ C. 90 giờ D. 40 giờ Câu 13. Poloni 210 Po đồng vị phóng xạ α có chu kì bán rã 138 ngày. Ban đầu có 0,3g poloni phóng xạ, thì sau thời gian bằng ba chu kì bán rã, lượng khí heli thu được có thể tích là ? ( Cho V0 = 22,4 lít ) A. 56 cm3 B. 28 cm3 C. 44 cm3 D. 24 cm3 BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 39
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 14. Một chất phóng xạ X có chu kì bán rã T. Ban đầu, trong 1 phút có 250 nguyên tử của chất phóng xạ bị phân rã, sau 1 giờ cũng trong thời gian 1 phút chỉ 92 nguyên tử bị phân rã. Chu kì bán rã của chất phóng xạ này bằng: A. 20,8 phút B. 83,2 phút C. 41,6 phút D. 38,6 phút Câu 15. Poloni 210 Po là ch ấ t phóng x ạ α t ạ o thành h ạ t nhân chì Pb v ớ i chu k ỳ bán rã 138 ngày. Lúc đầu có 84 23 1g Po. Cho NA= 6,02.10 hạt/mol. Biết tại thời điểm khảo sát tỉ số giữa khối lượng Pb và Po là 0,6. Tuổi của mẫu chất là: A. 95 ngày B. 110 ngày C. 85 ngày D. 105 ngày 210 Câu 16. Poloni 84 Po là chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân chì Pb với chu kỳ bán rã 138 ngày. Lúc đầu có 1g Po. Cho NA = 6,02.1023 hạt/mol. Sau 2 năm thể tích khí He được giải phóng ở điều kiện tiêu chuẩn là: A. 95 cm3 B. 115 cm3 C. 103,94 cm3 D. 112,6 cm3 -3 Câu 17. Tiêm vào máu bệnh nhân 10 cm3 dung dịch chứa 24 11 Na có chu kì bán rã T = 15 giờ với nồng độ 10 mol/lít. Sau 5 giờ lấy 10 cm3 máu tìm thấy 1,5.10-8 mol Na24. Coi Na24 phân bố đều. Thể tích máu của người được tiêm khoảng A. 5 lít. B. 5,1 lít. C. 5,3 lít. D. 5,5 lít. Câu 18. Trong điều trị ung thư, bệnh nhân được chiếu xạ với 1 liều xác định nào đó từ 1 nguồn phóng xạ (chất phóng xạ có chu kì bán rã là 5,25 năm). Khi nguồn được sử dụng lần đầu thì thời gian cho 1 liều chiếu xạ là 15 phút. Hỏi sau 2 năm thì thời gian cho 1 lần chiếu xạ là bao nhiêu phút ? A. 13 B. 14,1 C. 10,7 D. 19,5 Câu 19. Trong cùng 1 thời gian, số hạt bị phân rã của đồng vị cacbon C14 của 1 món đồ cổ bằng gỗ bằng 0,8 lần số phân rã của mẫu mới cùng thể loại nhưng khối lượng chỉ bằng 1 nửa. Chu kì bán rã của C14 là 5570 năm. Tuổi của món đồ cổ là A. 1,8 nghìn năm B. 1,79 nghìn năm C. 1,7 nghìn năm D. 7,36 nghìn năm Câu 20*. Người ta trộn 2 nguồn phóng xạ với nhau. Nguồn phóng xạ có hằng số phóng xạ là λ1, nguồn phóng xạ thứ 2 có hằng số phóng xạ là λ2. Biết λ2 = 2λ1. Số hạt nhân ban đầu của nguồn thứ nhất gấp 3 lần số hạt nhân ban đầu của nguồn thứ 2. Hằng số phóng xạ của nguồn hỗn hợp là A. 1,2λ1 B. 1,5λ1 C. 2,5λ1 D. 3λ1 Câu 21. Người ta dùng máy để đếm số hạt nhân bị phân rã của một nguồn phóng xạ trong các khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau ∆t. Tỉ số hạt mà máy đếm được trong khoảng thời gian này là: A. giảm theo cấp số cộng B. Giảm theo hàm số mũ C. Giảm theo cấp số nhân D. hằng số Câu 22*. Độ phóng xạ của một mẫu chất phóng xạ 2455Cr cứ sau 5 phút được đo một lần cho kết quả ba lần đo liên tiếp là: 7,13 mCi ; 2,65 mCi ; 0,985 mCi. Chu kỳ bán rã của Cr đó bằng bao nhiêu ? A. 3,5 phút B. 1,12 phút C. 35 giây D. 112 giây − Câu 23. Tính tuổi của một cái tượng gỗ bằng độ phóng xạ β của nó bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng khối lượng vừa mới chặt. Biết đồng vị 14C có chu kì bán rã T = 5600 năm. A. 1200 năm. B. 21000 năm. C. 2100 năm. D. 12000 năm. Câu 24. Tính tuổi một cổ vật bằng gỗ biết độ phóng xạ β– của nó bằng 3/5 độ phóng xạ của cùng khối lượng cùng loại gỗ vừa mới chặt. Chu kỳ bán rã của 14C là 5600 năm. A. t ≈ 4000 năm. B. t ≈ 4120 năm. C. t ≈ 3500 năm. D. t ≈ 2500 năm. Câu 25. Hoạt tính của đồng vị cacbon 14 C trong một món đồ cổ bằng gỗ bằng 4/5 hoạt tính của đồng vị này trong gỗ cây mới đốn. Chu kỳ bán rã của cácbon 14 C là 5570 năm. Tìm tuổi của món đồ cổ ấy? A. 1678 năm. B. 1704 năm. C. 1793 năm. D. 1800 năm. 14 Câu 26. Biết đồng vị phóng xạ 6 C có chu kì bán rã 5730 năm. Giả sử một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ 200 phân rã/phút và một mẫu gỗ khác cùng loại, cùng khối lượng với mẫu gỗ cổ đó, lấy từ cây mới chặt, có độ phóng xạ 1600 phân rã/phút. Tuổi của mẫu gỗ cổ đã cho là A. 1910 năm. B. 2865 năm. C. 11460 năm. D. 17190 năm. Câu 27. Một ngôi mộ cổ vừa mới khai quật. Một mẫu ván quan tài của nó chứa 50g cacbon có độ phóng xạ là 457 phân rã/phút (chỉ có 14C là phóng xạ). Biết rằng độ phóng xạ của cây cối đang sống vào khoảng 3000 phân rã/phút tính trên 200g cacbon. Chu kì bán rã của C14 khoảng 5600 năm. Tuổi của ngôi mộ cổ đó cỡ bao nhiêu năm ? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 40
6
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 9190 năm. B. 15200 năm. C. 2200 năm. D. 4000 năm Câu 28. Một pho tượng cổ bằng gỗ biết rằng độ phóng xạ của nó bằng 0,42 lần độ phóng xạ của một mẫu gỗ tươi cùng loại vừa mới chặt có khối lượng bằng 2 lần khối lượng của pho tượng cổ này. Biết chu kì bán rã của đồng vị phóng xạ 146 C là 5730 năm. Tuổi của pho tượng cổ này gần bằng A. 4141,3 năm. B. 1414,3 năm. C. 144,3 năm. D. 1441,3 năm. Câu 29. Trong quặng Urani tự nhiên hiện nay gồm hai đồng vị U238 và U235. U235 chiếm tỉ lệ 7,143 0 00 . Giả sử lúc đầu trái đất mới hình thành tỉ lệ 2 đồng vị này là 1 : 1. Xác định tuổi của trái đất. Chu kì bán rã của U238 là T1= 4,5.109 năm. Chu kì bán rã của U235 là T2 = 0,713.109 năm A. 6,04 tỉ năm B. 6,04 triệu năm C. 604 tỉ năm D. 60,4 tỉ năm Câu 30. Có hai mẫu chất phóng xạ A và B thuộc cùng một chất có chu kỳ bán rã T = 138,2 ngày và có khối N lượng ban đầu như nhau . Tại thời điểm quan sát , tỉ số số hạt nhân hai mẫu chất B = 2,72 . Tuổi của mẫu NA A nhiều hơn mẫu B là A. 199,8 ngày B. 199,5 ngày C. 190,4 ngày D. 189,8 ngày Câu 31. Một mẫu chất phóng xạ có chu kì bán rã T. Ở các thời điểm t1 và t2 (với t2 > t1) kể từ thời điểm ban đầu thì độ phóng xạ của mẫu chất tương ứng là H1 và H2. Số hạt nhân bị phân rã trong khoảng thời gian từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 bằng ( H 1 − H 2 )T ( H 1 + H 2 )T ( H 1 − H 2 ) ln 2 H + H2 A. B. 1 C. D. ln 2 ln 2 T 2(t 2 − t1 ) Câu 32. Tính tuổi một cổ vật bằng gỗ biết độ phóng xạ β của nó bằng 0,385 độ phóng xạ của mẫu gỗ cùng loại mới chặt, có khối lượng bằng 1 nửa mẫu gỗ cổ. Chu kỳ bán rã của C14 là 5600 năm. A. 13438 năm. B. 2110 năm. C. 13300 năm. D. 12200 năm. Câu 33. Khi phân tích một mẫu gỗ, người ta thấy 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ C14 đã bị phân rã thành các nguyên tử 177 N . Biết chu kì bán rã của C14 là 5570 năm. Tuổi của mẫu gỗ này là bao nhiêu? A. 1760 năm B. 11400 năm C. 16710 năm D. 14590 năm Câu 34. Độ phóng xạ 14 C trong một tượng gỗ cổ bằng 0,65 lần độ phóng xạ của C14 trong một gỗ cùng khối lượng vừa mới chặt. Chu kì bán rã của C14 là 5700 năm. Tuổi của tượng gỗ cổ là bao nhiêu năm? A. 3521 năm B. 4352 năm C. 3542 năm D. 3240 năm 24 Câu 35. 11 Na là chất phóng xạ β , ban đầu có khối lượng 0,24 g. Sau 105 giờ độ phóng xạ giảm 128 lần. Kể từ thời điểm ban đầu thì sau 45 giờ lượng chất phóng xạ trên còn lại là A. 0,03 g B. 0,21 g C. 0,06 g D. 0,09 g Câu 36. Chất phóng xạ S1 có chu kì bán rã T1, chất phóng xạ S2 có có ch kì bán rã T2. Biết T2 = 2T1. Sau khoảng thời gian t = T2 thì: A. Chất S1 còn lại 1/4, chất S2 còn lại 1/2 B. Chất S1 còn lại 1/2, chất S2 còn lại 1/4 C. Chất S1 còn lại 1/4, chất S2 còn lại 1/4 D. Chất S1 còn lại 1/2, chất S2 còn lại 1/4 Câu 37. Tính tuổi một cổ vật bằng gỗ biết độ phóng xạ β của nó bằng 0,42 lần độ phóng xạ của mẫu gỗ mới cùng loại và có khối lượng gấp đôi khối lượng gỗ cổ. Chu kỳ bán rã của C14 là 5730 năm. A. 1441,3 năm. B. 12900 năm. C. 4550 năm. D. 1513 năm. Câu 38: Trong phòng thí nghiệm có một lượng chất phóng xạ, ban đầu trong 2 phút người ta đếm được có 600 nguyên tử của chất bị phân rã, sau đó 5 giờ trong 3 phút có 100 phân tử bị phân rã. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 1,77 giờ B. 2,17 giờ C. 1,57 giờ D. 2 giờ Câu 39. Một mẫu chất phóng xạ, sau thời gian t(s) còn 20% số hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t+60 (s) số hạt nhân bị phân rã bằng 95% số hạt nhân ban đầu. Chu kỳ bán rã của đồng vị phóng xạ đó là: A. 60 (s) B. 120 (s) C. 30 (s) D. 15 (s) Câu 40. Tính tuổi một cổ vật bằng gỗ biết độ phóng xạ β của nó bằng 3/5 độ phóng xạ của khối lượng gỗ cùng loại vừa mới chặt. Chu kỳ bán rã của C14 là 5730 năm. A. ≈ 3438 năm. B. ≈ 4500 năm. C. ≈ 9550 năm. D. ≈ 4224 năm. Câu 41: Một bệnh nhân điều trị bằng đồng vị phóng xạ, dùng tia γ để diệt tế bào bệnh. Thời gian chiếu xạ lần đầu là ∆t = 16 phút, cứ sau 20 ngày thì bệnh nhân phải tới bệnh viện khám bệnh và tiếp tục chiếu xạ. Biết đồng vị phóng xạ đó có chu kỳ bán rã T = 3 tháng (coi ∆t << T và một tháng gồm 30 ngày) và vẫn dùng BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 41
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN nguồn phóng xạ trong lần đầu. Hỏi lần chiếu xạ thứ ba phải tiến hành trong bao lâu để bệnh nhân được chiếu xạ với cùng một lượng tia γ như lần đầu? A. 28 phút. B. 24 phút. C. 22,4 phút. D. 21,7 phút. Câu 42. Độ phóng xạ của đồng vị cacbon C14 trong một cái tượng gỗ lim bằng 0,9 độ phóng xạ của đồng vị này trong gỗ cây lim vừa mới chặt. Chu kì bán rã là 5570 năm. Tuổi của cái tượng ấy là A. 1800 năm B. 1793 năm C. 847 năm D. 1678 năm Câu 43. Tính tuổi một cổ vật bằng gỗ biết độ phóng xạ β của nó bằng 0,8 lần độ phóng xạ của mẫu gỗ mới cùng loại và có khối lượng bằng nửa khối lượng gỗ cổ. Chu kỳ bán rã của C14 là 5570 năm. A. 7538 năm. B. 7360 năm. C. 7550 năm. D. 6522 năm. Câu 44. Chất phóng xạ X có chu kỳ bán rã T1 chất phóng xạ Y có chu kỳ bán rã T2. Biết T2 = 2T1. Trong cùng 1 khoảng thời gian, nếu chất phóng xạ Y có số hạt nhân còn lại bằng 1/4 số hạt nhân Y ban đầu thì số hạt nhân X bị phân rã bằng A. 7/8 số hạt nhân X ban đầu. B. 1/16 số hạt nhân X ban đầu C. 15/16 số hạt nhân X ban đầu. D. 1/8 số hạt nhân X ban đầu. Câu 45: Một bệnh nhân điều trị bằng đồng vị phóng xạ, dùng tia γ để diệt tế bào bệnh. Thời gian chiếu xạ lần đầu là ∆t = 23 phút, cứ sau 25 ngày thì bệnh nhân phải tới bệnh viện khám bệnh và tiếp tục chiếu xạ. Biết đồng vị phóng xạ đó có chu kỳ bán rã T = 3 tháng (coi ∆t << T và một tháng gồm 30 ngày) và vẫn dùng nguồn phóng xạ trong lần đầu. Hỏi lần chiếu xạ thứ ba phải tiến hành trong bao lâu để bệnh nhân được chiếu xạ với lượng tia γ bằng nửa lúc đầu như lần đầu? A. 33,8 phút. B. 24,2 phút. C. 22,4 phút. D. 16,9 phút. Câu 46: Trong phòng thí nghiệm có một lượng chất phóng xạ, ban đầu trong 1 phút người ta đếm được có 360 nguyên tử của chất bị phân rã, sau đó 10 giờ trong 2 phút có 90 nguyên tử bị phân rã. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 2 giờ B. 5 giờ C. 10 giờ D. 20 giờ 210 Câu 47: Chất phóng xạ 84 Po có chu kỳ bán rã 138,4 ngày. Người ta dùng máy để đếm số hạt phóng xạ mà chất này phóng ra. Lần thứ nhất đếm trong ∆t = 1 phút (coi ∆t << T). Sau lần đếm thứ nhất 10 ngày người ta dùng máy đếm lần thứ 2. Để máy đếm được số hạt phóng xạ bằng số hạt máy đếm trong lần thứ nhất thì cần thời gian là A. 68 s B. 72 s C. 63 s D. 65 s Câu 48: Trong phòng thí nghiệm có một lượng chất phóng xạ, ban đầu trong 5 phút người ta đếm được có 1200 nguyên tử của chất bị phân rã, sau đó 2 ngày, trong 3 phút có 200 nguyên tử bị phân rã. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 26 giờ B. 25 giờ C. 22 giờ D. 21 giờ 210 Câu 49: Chất phóng xạ 84 Po có chu kỳ bán rã 138 ngày. Người ta dùng máy để đếm số hạt phóng xạ mà chất này phóng ra. Lần thứ nhất đếm trong ∆t = 5 phút (coi ∆t << T). Sau lần đếm thứ nhất 30 ngày người ta dùng máy đếm lần thứ 2. Để máy đếm được số hạt phóng xạ bằng số hạt máy đếm trong lần thứ nhất thì cần thời gian là A. 8,4 phút B. 6,6 phút C. 5,6 phút D. 5,8 phút 14 Câu 50: Biết đồng vị phóng xạ 6 C có chu kì bán rã 5600 năm. Giả sử một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ 500 phân rã/phút tính trên 50 g Cacbon và một mẫu gỗ mới khác cùng loại có độ phóng xạ 3000 phân rã/phút tính trên 200 g Cacbon. Tuổi của mẫu gỗ cổ đã cho là A. 4800 năm. B. 2800 năm. C. 4600 năm. D. 3275 năm. Câu 51: Để đo chu kì bán rã của một chất phóng xạ β người ta dùng máy đếm xung "đếm số hạt bị phân rã" (mỗi lần hạt β- rơi vào máy thì gây ra một xung điện làm cho số đếm của máy tăng một đơn vị). Trong lần đo thứ nhất máy đếm ghi được 340 xung trong một phút. Sau đó một ngày máy đếm chỉ còn ghi được 112 xung trong một phút. Tính chu kì bán rã của chất phóng xạ. A. T = 19 giờ B. T = 7,5 giờ C. T = 0,026 giờ D. T = 15 giờ Câu 52: Để đo chu kì bán rã của chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung. Bắt đầu đếm từ t0 = 0 đến t1 = 2 h, máy đếm được X1 xung, đến t2 = 6 h máy đếm được X2 = 2,3X1. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là A. 4h 30 phút 9s B. 4h 2phút 33s C. 4h 42phút 33s D. 4h 12phút 3s Câu 53: Để cho chu kì bán rã T của một chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung. Trong t1 giờ đầu tiên BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 42
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 9 máy đếm được n1 xung; trong t2 = 2t1 giờ tiếp theo máy đếm được n2 = n1 xung. Chu kì bán rã T có giá trị 64 là bao nhiêu? A. T = t1/2 B. T = t1/3 C. T = t1/4 D. T = t1/6 Câu 54: Một bệnh nhân điều trị bằng đồng vị phóng xạ, dùng tia γ để diệt tế bào bệnh. Thời gian chiếu xạ lần đầu là ∆t = 20 phút, cứ sau 1 tháng thì bệnh nhân phải tới bệnh viện khám bệnh và tiếp tục chiếu xạ. Biết đồng vị phóng xạ đó có chu kỳ bán rã T = 4 tháng (coi ∆t << T ) và vẫn dùng nguồn phóng xạ trong lần đầu. Hỏi lần chiếu xạ thứ 3 phải tiến hành trong bao lâu để bệnh nhân được chiếu xạ với liều lượng bằng một nửa lượng tia γ như lần đầu? A. 28,2 phút. B. 24,2 phút. C. 21,2 phút. D. 14,14 phút. Câu 55: Hạt nhân Po 210 là hạt nhân phóng xạ ỏ, sau khi phát ra tia ỏ nó trở thành hạt nhân chì bền. Dùng một mẩu Poloni nào đó, sau 30 ngày người ta thấy chỉ số giữa khối lượng của chì và khối lượng của Poloni trong mẫu bằng 0,1595. Chu kì bán rã của Po là A. 138 ngày B. 13,8 ngày C. 1,38.105 ngày D. 139 ngày Câu 56: Chu kỳ bán rã của U238 là 4,5 tỷ năm của U235 là 7,13. 108 năm. Hiện nay trong quặng Urani thiên nhiên có lẫn U238 và U235 theo tỉ lệ số nguyên tử là 140 : 1. Giả thiết ở thời điểm tạo thành trái đất tỉ lệ trên 1 : 1. Tuổi của trái đất là A. 6,03 tỷ năm. B. 7,13 tỷ năm. C. 5,08 tỷ năm. D. 6,30 tỷ năm Câu 57: Cho biết U238 và U235 là các chất phóng xạ có chu kì bán rã lần lượt là T1 = 4,5.109 năm và T2 = 7,13.108 năm. Hiện nay trong quặng urani thiên nhiên có lẫn U238 và U 235 theo tỉ lệ 160 : 1. Giả thiết ở thời điểm tạo thành Trái đất tỉ lệ 1 : 1. Cho ln10 = 2,3; ln2 = 0,693. Tuổi của Trái đất là bao nhiêu? A. 4,91.109 năm B. 5,48.109 năm C. 6,20.109 năm D. 7,14.109 năm ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. B 02. D 03. D 04. D 05. D 06. C 07. C 08. A 09. D 10. C 11. C 12. A 13. B 14. C 15. A 16. C 17. C 18. D 19. D 20. A 21. D 22. A 23. C 24. B 25. C 26. D 27. A 28. D 29. A 30. B 31. A 32. C 33. C 34. C 35. A 36. A 37. A 38. C 39. A 40. D 41. D 42. C 43. B 44. A 45. D 46. B 47. C 48. A 49. D 50. D 51. D 52. C 53. B 54. D 55. A 56. D 57. C
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 43
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHÓNG XẠ - PHẦN 4 DẠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TUỔI CỦA MẪU VẬT Ứng dụng 1: Tính tuổi của mẫu vật * Gọi H, H0 lần lượt là độ phóng xạ của mẫu cũ và mẫu mới: H = H 0e− λt ; ⇒ t = ? (Áp dụng khi cùng khối lượng) * Chú ý: Xác định H và H0 thì cần quy đổi 2 mẫu về cùng khối lượng bằng cách vẽ hình, cụ thể như sau:
H = ? H = ? mco = k .mmoi ⇒ ; mmoi = k .mcu ⇒ H 0 = ? H 0 = ? Ví dụ: mmoi = 2mco; Hco = 0,4Hmoi ; - Ta quy đổi Hmoi=1 thì Hco = 0,4 nhưng khối lượng đang không bằng nhau nên cần quy đổi về cùng khối lượng. - Ta có H tỉ lệ với m mà mmoi = 2mco nên mco cần nhân 2 lên mới bằng mmoi nên Hco= 2.0,4 = 0,8 - Vậy H0=1 còn H=0,8
Ứng dụng 2: Tính thể tính máu trong cơ thể * Ban đầu người ta tiêm một lượng chất phóng xạ vào cơ thể với các thông số (n0, H0) * Sau một thời gian t, người ta lấy ra một lượng V1(lít) màu và xác định được các thông số (n1, H1). Tính thể tích máu V0 = ? có trong cơ thể? * Ta có: V n N H nên tại thời điểm t : t − − λt n = n0e = n0 2 T (Tính cho thể tích máu V0) t H = H e − λt = H 2 − T 0 0 n V H N * Do lượng chất phóng xạ phân bố đều nên: 1 = 1 = 1 = 1 n0 V0 H 0 N 0 3 * Chú ý: 1(lít) = 1000 cm
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1. Định nghĩa Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình biến đổi hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. X1 + X2 → X3 + X4 trong đó X1, X2 là các hạt tương tác, còn X3, X4 là các hạt sản phẩm. Nhận xét: Sự phóng xạ: A→ B + C cũng là một dạng của phản ứng hạt nhân, trong đó A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt α hoặc β. Một số dạng phản ứng hạt nhân: a. Phản ứng hạt nhân tự phát - Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác. b. Phản ứng hạt nhân kích thích - Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. c. Đặc điểm của phản ứng hạt nhân: * Biến đổi các hạt nhân. * Biến đổi các nguyên tố. * Không bảo toàn khối lượng nghỉ. 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: ZA11 X 1 + ZA22 X 2 → ZA33 X 3 + ZA44 X 4 a) Định luật bảo toàn điện tích. Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. Tức BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 44
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN là: Z1 + Z2 = Z3 + Z4 b) Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A). Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm. Tức là: A1 + A2 = A3 + A4 c) Bảo toàn động lượng. Trong phản ứng hạt nhân thì động lượng của các hạt trước và sau phản ứng được bảo toàn:
uur uur uur uur ur uur uur uur p1 + p2 = p3 + p4 ; mv1 + mv2 = mv3 + mv4
d) Bảo toàn năng lượng toàn phần. Trong phản ứng hạt nhân thì năng lượng toàn phần trước và sau phản ứng là bằng nhau. Năng lượng toàn phần gồm động năng và năng lượng nghỉ nên ta có biểu thức của định luật bảo toàn năng lượng toàn phần: m X1 c 2 + K X1 + m X 2 c 2 + K X 2 = m X 3 c 2 + K X 3 + m X 4 c 2 + K X 4 Chú ý: Từ công thức tính động lượng và động năng ta có hệ thức liên hệ giữa động lượng và động năng p 2 = m 2 v 2 p = mv mv 2 2 2 ⇔ 2 ⇒ p = 2 m . ⇔ p 2 = 2m.K , (1) mv mv 2 K = K = 2 2 Ví dụ 1: Xác định X trong các phản ứng hạt nhân sau a) 105 Bo + X → α + 48Be b)
19 9
F + p → X +168O
95 139 − c) n + 235 92 U → 42 Mo + 57 La + 2 X + 7 β 206 − Ví dụ 2: Cho phản ứng 235 92 U → 82 Pb + xα + yβ Xác định x và y ………………………………………………………………………………………………………………… ……………………… Đ/s : x = 8 và y= 6. 206 Ví dụ 3: Sau bao nhiêu phóng xạ α và β thì 232 92 U → 82 Pb ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 6 phóng xạ anpha và 4 phóng xạ beta. Ví dụ 4: Tìm hạt nhân X trong phản ứng hạt nhân sau : 105 Bo + ZAX → α + 48Be
A. 31T
C. 01 n
B. 21 D
D. 11 p
Giải: Xác định hạt α có Z= ? và A= ? . α ≡ 42 He áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích. Khi đó suy ra : X có điện tích Z = 2+ 4 – 5 =1 và số khối A = 4 + 8 – 10 = 2. Vậy X là hạt nhân 21 D đồng vị phóng xạ của H. → Chọn đáp án B. – 95 139 Ví dụ 5: Trong phản ứng sau đây : n + 235 92 U → 42 Mo + 57 La + 2X + 7β ; hạt X là A. Electron B. Proton C. Hêli D. Nơtron Giải : Ta phải xác định được điện tích và số khối của các tia & hạt còn lại trong phản ứng : 01 n ; Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối ta được : 2 hạt X có 2Z = 0+92 – 42 – 57 – 7.(-1) = 0 2A = 1 + 235 – 95 – 139 – 7.0 = 2 . Vậy suy ra X có Z = 0 và A = 1. Đó là hạt nơtron 01 n . → Chọn đáp án : D
Ví dụ 6: Sau bao nhiêu lần phóng xạ α và bao nhiêu lần phóng xạ β– thì hạt nhân nhân 208 82 Pb ? A. 4 lần phóng xạ α ; 6 lần phóng xạ β– C. 8 lần phóng xạ ; 6 lần phóng xạ β– Giải . - Theo đề ta có quá trình phản ứng :
0 −1
p−
232 90
Th biến đổi thành hạt
B. 6 lần phóng xạ α ; 8 lần phóng xạ β– D. 6 lần phóng xạ α ; 4 lần phóng xạ β– 232 208 4 0 − 90Th → 82 Pb + x 2 He + y −1 β .
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 45
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta được : 4 x + 0. y = 232 − 208 = 24 x = 6 x = 6 ⇔ ⇔ 2 x + (−1). y = 90 − 82 = 8 2 x − y = 8 y = 4 – Vậy có 6 hạt α và 4 hạt β → Chọn đáp án : D. 3. Năng lượng phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: X1 + X2 → X3 + X4 Tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia phản ứng: m0 = m X1 + m X 2 Tổng khối của các hạt nhân sau phản ứng: m = m X 3 + m X 4 Do có sự hụt khối trong từng hạt nhân nên trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khối lượng ⇒ m0 ≠ m a) Khi m0 > m Do năng lượng toàn phần của phản ứng được bảo toàn nên trong trường hợp này phản ứng tỏa một lượng năng lượng, có giá trị ∆E = (m0 – m)c2 Năng lượng tỏa ra này dưới dạng động năng của các hạt nhân con. Chú ý: Trong trường hợp này do các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn các hạt nhân ban đầu nên các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu. b) Khi m0 < m Khi đó phản ứng không tự xảy ra, để nó có thể xảy ra được thì ta phải cung cấp cho nó một lượng năng lượng. Trong trường hợp này phản ứng được gọi là phản ứng thu năng lượng. Năng lượng thu vào của phản ứng có độ lớn: ∆E = |m0 – m|c2 37 37 Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân 17 Cl + X → n +18 Ar a) Xác định hạt X. b) Phản ứng thu hay tỏa năng lượng. Tính năng lượng đó. Cho biết khối lượng các hạt mCl = 36,9566u; mAr = 36,9569u; mn = 1,0087u; mX = 1,0073u; 1u = 931 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : Phản ứng thu năng lượng 1,58 MeV. Ví dụ 2: (Trích đề thi Tuyển sinh Cao đẳng 2007) Cho phản ứng hạt nhân 11 H +13H → 23H + n Cho biết khối lượng các hạt mH2 = 2,0135u; mH3 = 3,0149u; mn = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng theo đơn vị Jun. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 3: (Trích đề thi Tuyển sinh Cao đẳng 2009) 23 20 20 4 1 Cho phản ứng hạt nhân 11 Na +11H → 24 He+10 Ne . Lấy khối lượng các hạt nhân 23 11 Na ; 10 Ne ; 2 He ; 1 H lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 2,4219 MeV. Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân 31T + 12D → α + X + 17,6 MeV . Tính năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 2 g khí Heli. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 5: (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2002) Cho phản ứng hạt nhân 234 92 U → α + Th . Cho năng lượng liên kết riêng của các hạt lần lượt là 7,1 MeV; 7,63 MeV; 7,7 MeV. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 46
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Đ/s : 13,98 MeV. Ví dụ 6: (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2009) Cho phản ứng hạt nhân: 31T + 12D → 24 He + X . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 17,498 MeV. Ví dụ 7: Cho phản ứng hạt nhân sau: 12 H + 12H → 24 He+ 01n + 3,25MeV . Biết độ hụt khối của 12 H là ∆mD= 0,0024 u và 1u = 931 MeV/ c2 . Năng lượng liên kết hạt nhân 24 He là A. 7,7188 MeV B. 77,188 MeV C. 771,88 MeV D. 7,7188 eV Tóm tắt: Giải: 2 2 4 1 ∆mD = 0,0024 u 1 H + 1 H → 2 He+ 0 n + 3,25 MeV 1u = 931MeV/c2 Năng lượng tỏa ra của phản ứng: Wlk α ∆E = ( ∑ ∆msau – ∑ ∆mtrước)c2 = Wlksau – 2∆mDc2 → Wlkα = ∆E +2∆mDc2 = 7,7188MeV Chọn đáp án A 3 2 4 Ví dụ 8: cho phản ứng hạt nhân: 1T + 1 D→ 2 He + X + 17,6 MeV . Tính năng lượng toả ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 2g Hêli. A. 52,976.1023 MeV B. 5,2976.1023 MeV C. 2,012.1023 MeV D. 2,012.1024 MeV Giải: m.N A 2.6,023.10 23 - Số nguyên tử hêli có trong 2g hêli: N = = = 3,01.10 23 A 4 - Năng lượng toả ra gấp N lần năng lượng của một phản ứng nhiệt hạch: E = N.Q = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV → Chọn đáp án A. Ví dụ 9: Cho phản ứng hạt nhân 49 Be+11H → 24He+ 36Li . Hãy cho biết đó là phản ứng tỏa năng lượng hay thu năng lượng. Xác định năng lượng tỏa ra hoặc thu vào. Biết mBe = 9,01219 u; mP = 1,00783 u; mLi = 6,01513 u; mX = 4,0026 u; 1u = 931 MeV/c2. Giải . Ta có: m0 = mBe + mP = 10,02002u; m = mX + MLi = 10,01773u. Vì m0 > m nên phản ứng tỏa năng lượng; năng lượng tỏa ra: W = (m0 – m).c2 = (10,02002 – 10,01773).931 = 2,132MeV. 206 Ví dụ 10: Chất phóng xạ 210 84 Po phát ra tia α và biến thành 82 Pb . Biết khối lượng của các hạt là mPb= 205,9744 u , mPo = 209,9828 u , mα = 4,0026 u. Tính năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân Po phân rã. Đáp án: 5,4 MeV ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Câu 1. Hạt nhân 146 C phóng xạ β–. Hạt nhân con sinh ra có A. 5p và 6n. B. 6p và 7n. C. 7p và 7n. D. 7p và 6n. – Câu 2. Khi một hạt nhân nguyên tử phóng xạ lần lượt một tia α và một tia β thì hạt nhân nguyên tử sẽ biến đổi như thế nào ? A. Số khối giảm 2, số prôtôn tăng 1. B. Số khối giảm 2, số prôtôn giảm 1. C. Số khối giảm 4, số prôtôn tăng 1. D. Số khối giảm 4, số prôtôn giảm 1. 210 Câu 3. Hạt nhân poloni 84 Po phân rã cho hạt nhân con là chì 206 82 Pb . Đã có sự phóng xạ tia – + A. α B. β C. β D. γ 226 222 Câu 4. Hạt nhân 88 Ra biến đổi thành hạt nhân 86 Rn do phóng xạ A. β+. B. α và β–. C. α. D. β–. Câu 5. Hạt nhân 226 88 Ra phóng xạ α cho hạt nhân con BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 47
A. 42 He
B.
226 87
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN C. 222 D. 226 86 Rn 89 Ac
Fr
Câu 6. Xác định hạt nhân X trong các phản ứng hạt nhân sau đây 199 F + p →168 O + X A. 7 Li B. α C. prôtôn D. 10 Be 27 30 Câu 7. Xác định hạt nhân X trong phản ứng hạt nhân sau 13 F + α →15 P + X A. 21 D B. nơtron 11 Câu 8. Hạt nhân 6 Cd phóng xạ β+, hạt nhân con là A.
14 7
B. 115 B
N
Câu 9. Từ hạt nhân tạo thành là A. 224 84 X
226 88
C. prôtôn C.
218 84
X
D. 31T D.
224 82
X
–
Ra phóng ra 3 hạt α và một hạt β trong một chuỗi phóng xạ liên tiếp, khi đó hạt nhân
B.
214 83 25 12 3 1 37 17
C.
X
218 84
X
D.
224 82
X
22 11
Câu 10. Cho phản ứng hạt nhân Mg + X → Na + α , hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây? A. α B. T C. 21 D D. proton. 37 Câu 11. Cho phản ứng hạt nhân Cl + X →18 Ar + n , hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây? A. 11 H B. 21 D C. 31T D. 24 He . Câu 12. Chất phóng xạ 209 84 Po là chất phóng xạ α. Chất tạo thành sau phóng xạ là P b. Phương trình phóng xạ của quá trình trên là 4 207 4 213 4 205 4 82 A. 209 B. 209 C. 209 D. 209 84 Po → 2 He + 80 Pb 84 Po + 2 He→ 86 Pb 84 Po→ 2 He + 82 Pb 84 Po→ 2 He + 205 Pb 234 Câu 13. Trong quá trình phân rã hạt nhân 238 92 U thành hạt nhân 92 U , đã phóng ra một hạt α và hai hạt A. prôtôn B. pôzitrôn. C. electron. D. nơtrôn. – 206 Câu 14. 238 U sau m ộ t s ố l ầ n phân rã α và β bi ế n thành h ạ t nhân chì U b ề n v ững. Hỏi quá trình này đã 92 82 – phải trải qua bao nhiêu lần phân rã α và β ? A. 8 lần phân rã α và 12 lần phân rã β– B. 6 lần phân rã α và 8 lần phân rã β– – C. 6 lần phân rã α và 8 lần phân rã β D. 8 lần phân rã α và 6 lần phân rã β– – – 206 Câu 15. Đồng vị 234 92 U sau một chuỗi phóng xạ α và β biến đổi thành 82 Pb . Số phóng xạ α và β trong chuỗi là A. 7 phóng xạ α, 4 phóng xạ β– B. 5 phóng xạ α, 5 phóng xạ β– C. 10 phóng xạ α, 8 phóng xạ β– D. 16 phóng xạ α, 12 phóng xạ β– 207 Câu 16. Trong dãy phân rã phóng xạ 235 92 X → 82Y có bao nhiêu hạt α và β được phát ra? A. 3α và 7β. B. 4α và 7β. C. 4α và 8β. D. 7α và 4β. Câu 17. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phản ứng hạt nhân? A. Phản ứng hạt nhân là sự va chạm giữa các hạt nhân. B. Phản ứng hạt nhân là sự tác động từ bên ngoài vào hạt nhân làm hạt nhân đó bị vỡ ra. C. Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác. D. A, B và C đều đúng. Câu 18. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về phản ứng hạt nhân? A. Phản ứng hạt nhân là tất cả các quá trình biến đổi của các hạt nhân. B. Phản ứng hạt nhân tự phát là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền thành một hạt nhân khác C. Phản ứng hạt nhân kích thích là quá trình các hạt nhân tương tác với nhau và tạo ra các hạt nhân khác. D. Phản ứng hạt nhân có điểm giống phản ứng hóa học là bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng nghỉ. Câu 19. Hãy chi ra câu sai. Trong một phản ứng hạt nhân có định luật bảo toàn A. năng lượng toàn phần. B. điện tích. C. động năng. D. số nuclôn. Câu 20. Hãy chi ra câu sai. Trong một phản ứng hạt nhân có định luật bảo toàn A. năng lượng toàn phần. B. điện tích. C. động lượng. D. khối lượng. Câu 21. Kết quả nào sau đây là sai khi nói về khi nói về định luật bảo toàn số khối và định luật bảo toàn điện tích?
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 48
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. A1 + A2 = A3 + A4. B. Z1 + Z2 = Z3 + Z4. C. A1 + A2 + A3 + A4 = 0. D. A hoặc B hoặc C đúng. Câu 22. Kết quả nào sau đây là sai khi nói về định luật bảo toàn động lượng? A. PA + PB = PC + PD. B. mAc2 + KA + mBc2 + KB = mCc2+ KC+mDc2+ KD. C. PA + PB = PC + PD = 0. D. mAc2 + mBc2 = mCc2 + mDc2 Câu 23. Khi nói về phản ứng hạt nhân, phát biểu nào sau đây là đúng? A. Tổng động năng của các hạt trước và sau phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn. B. Tất cả các phản ứng hạt nhân đều thu năng lượng. C. Tổng khối lượng nghỉ (tĩnh) của các hạt trước và sau phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn. D. Năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân luôn được bảo toàn. Câu 24. Đơn vị đo khối lượng nào không sử dụng trong việc khảo sát các phản ứng hạt nhân ? A. Tấn. B. 10-27 kg. 2 C. MeV/c . D. u (đơn vị khối lượng nguyên tử). Câu 25. Động lượng của hạt có thể do bằng đơn vị nào sau đây? A. Jun B. MeV/c2 C. MeV/c D. J.s Câu 26. Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia A. được bảo toàn. B. luôn tăng. C. luôn giảm. D. Tăng hoặc giảm tuỳ theo phản ứng. Câu 27. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Vế trái của phương trình phản ứng có thể có một hoặc hai hạt nhân. B. Trong số các hạt nhân trong phản ứng có thể có các hạt đơn giản hơn hạt nhân (hạt sơ cấp). C. Nếu vế trái của phản ứng chỉ có một hạt nhân có thể áp dụng định luật phóng xạ cho phản ứng. D. A, B và C đều đúng. 27 30 Câu 28. Cho phản ứng hạt nhân α +13 Al →15 P + n . khối lượng của các hạt nhân là mα = 4,0015u, mAl = 26,97435u, mP = 29,97005u, mn = 1,008670u, 1 u = 931 MeV/c2. Năng lượng mà phản ứng này toả ra hoặc thu vào là bao nhiêu? A. Toả ra 4,275152 MeV. B. Thu vào 2,67197 MeV. C. Toả ra 4,275152.10-13 J. D. Thu vào 2,67197.10-13 J. Câu 29. Phản ứng hạt nhân sau 37 Li +11H → 24 He+ 24He . Biết mLi = 7,0144u; mH = 1,0073u; mHe = 4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2. Năng lượng toả ra trong phản ứng sau là: A. 7,26 MeV B. 17,42 MeV C. 12,6 MeV D. 17,25 MeV. 2 3 1 4 Câu 30. Phản ứng hạt nhân sau 1 H + 2T →1 H + 2 He . Biết mH = 1,0073u; mD = 2,0136u; mT = 3,0149u; mHe = 4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2. Năng lượng toả ra trong phản ứng sau là A. 18,35 MeV B. 17,6 MeV C. 17,25 MeV D. 15,5 MeV. 6 2 4 4 Câu 31. Phản ứng hạt nhân sau: 3 Li + 1 H → 2 He + 2 He . Biết mLi = 6,0135u ; mD = 2,0136u; mHe4 = 4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2. Năng lượng toả ra trong phản ứng sau là: A. 17,26 MeV B. 12,25 MeV C. 15,25 MeV D. 22,45 MeV. 6 2 4 4 Câu 32. Phản ứng hạt nhân sau: 3 Li + 1 H → 2 He+ 2 He . Biết mLi = 6,0135u; mH = 1,0073u; mHe3 = 3,0096u, mHe4 =4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2. Năng lượng toả ra trong phản ứng sau là: A. 9,04 MeV B. 12,25 MeV C. 15,25 MeV D. 21,2 MeV. 6 1 3 4 Câu 33. 3 Li + 0 n→ 1T + 2 α + 4,8MeV . Cho biết: mn = 1,0087u; mT = 3,016u; mα = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2. Khối lượng của hạt nhân Li có giá trị bằng A. 6,1139u. B. 6,0839u. C. 6,411u. D. 6,0139u. 14 Câu 34. Bắn phá hạt nhân 7 N đứng yên bằng một hạt α thu được hạt proton và một hạt nhân Oxi. Cho khối lượng của các hạt nhân mn = 13,9992u; mα = 4,0015u; mP = 1,0073u; m0 = 16,9947u; 1u = 931 MeV/c2. Phản ứng trên A. thu 1,39.10-6 MeV. B. tỏa 1,21 MeV. C. thu 1,21 MeV. D. tỏa 1,39.10-6 MeV. 37 37 Câu 35. Cho phản ứng hạt nhân 17 Cl + p →18 Ar + n , khối lượng của các hạt nhân là m(Ar) = 36,956889u, m(Cl) = 36,956563u, m(n) = 1,008670u, m(p) = 1,007276u, 1u = 931MeV/c2. Năng lượng mà phản ứng này toả ra hoặc thu vào là bao nhiêu? A. Toả ra 1,60132 MeV. B. Thu vào 1,60132 MeV. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 49
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN C. Toả ra 2,562112.10-19 J. D. Thu vào 2,562112.10-19 J. Câu 36. Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là 0,02 u. Phản ứng hạt nhân này A. thu năng lượng 18,63 MeV. B. thu năng lượng 1,863 MeV. C. tỏa năng lượng 1,863 MeV. D. tỏa năng lượng 18,63 MeV. Câu 37. Hạt α có động năng 5,3 (MeV) bắn vào một hạt nhân 94 Be đứng yên, gây ra phản ứng: 9 4 Be + α → n + X . Hạt n chuyển động theo phương vuông góc với phương chuyển động của hạt α. Cho biết phản ứng tỏa ra một năng lượng 5,7 (MeV). Tính động năng của hạt nhân X. Coi khối lượng xấp xỉ bằng số khối. A. 18,3 MeV B. 0,5 MeV C. 8,3 MeV D. 2,5 MeV Câu 38. Người ta dùng prôton bắn phá hạt nhân Bêri đứng yên. Hai hạt sinh ra là Hêli và X. Biết prton có động năng K= 5,45 MeV, Hạt Hêli có vận tốc vuông góc với vận tốc của hạt prôton và có động năng KHe = 4 MeV. Cho rằng độ lớn của khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó. Động năng của hạt X bằng A. 6,225 MeV . B. 1,225 MeV . C. 4,125 MeV. D. 3,575 MeV. Câu 39. Hai hạt nhân D tác dụng với nhau tạo thành hạt nhân hêli3 và một nơtron. Biết năng lượng liên kết riêng của D bằng 1,09 MeV và của He3 là 2,54 MeV. Phản ứng này tỏa ra năng lượng là A. 0,33 MeV B. 1,45 MeV C. 3,26 MeV D. 5,44 MeV 226 Câu 40. Hạt nhân 88 Ra ban đầu đang đứng yên thì phóng ra hạt α có động năng 4,80 MeV. Coi khối lượng mỗi hạt nhân xấp xỉ với số khối của nó. Năng lượng toàn phần tỏa ra trong sự phân rã này là A. 4,89 MeV B. 4,92 MeV C. 4,97 MeV D. 5,12 MeV Câu 41. Hạt nhân Ra226 đứng yên phóng xạ α và biến thành hạt nhân con. Năng lượng toả ra của phản ứng bằng 5,12 MeV. Lấy khối lượng của các hạt nhân xấp xỉ bằng số khối của chúng tính theo đơn vị u. Bỏ qua năng lượng của tia γ. Động năng của hạt α là: A. 5,03 MeV B. 1,03 MeV C. 2,56 MeV D. 0,09 MeV 2 Câu 42. Hạt nhân đơteri 1 D có khối lượng 1 2,0136u. Biết khối lượng của prôton là 1,0073u và khối lượng của nơtron là 1,0087u. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 21 D là A. 1,86MeV B. 2,23MeV C. 1,12 MeV D. 2,02 MeV Câu 43. Khi nói về phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, điều nào sau đây là sai? A. Các hạt nhân sản phẩm bền hơn các hạt nhân tương tác. B. Tổng độ hụt các hạt tương tác nhỏ hơn tổng độ hụt khối các hạt sản phẩm. C. Tổng khối lượng các hạt tương tác nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sản phẩm. D. Tổng năng lượng liên kết của các hạt sản phẩm lớn hơn tổng năng lượng liên kết của các hạt tương tác. 01. C 11. A 21. C 31. D 41. A
02. D 12. C 22. C 32. A 42. C
03. A 13. C 23. D 33. D 43. C
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 04. C 05. C 06. B 07. B 14. D 15. A 16. D 17. C 24. A 25. C 26. D 27. D 34. C 35. B 36. A 37. C
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
08. B 18. D 28. B 38. D
09. B 19. C 29. B 39. C
10. D 20. D 30. A 40. A
Trang - 50
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN – PHẦN 1 DẠNG 1. TÍNH NĂNG LƯỢNG CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Phương pháp: Sử dụng các công thức tính năng lượng của phản ứng hạt nhân * Giả sử phản ứng hạt nhận có phương trình phản ứng: X1 + X 2 → X3 + X3 1. Tính theo khối lượng các hạt nhân: ∆E = (∑ mtruoc − ∑ msau )c 2 = (mX 1 + mX 2 − mX 3 − mX 4 )c 2 ; Chú ý: 1uc2 = 931.5Mev
2. Tính theo độ hụt khối của hạt nhân: ∆E = (∆mX 3 + ∆mX 4 − ∆mX 1 − ∆mX 2 )c
2
3. Tính theo năng lượng liên kết: ∆E = (∆EX 3 + ∆EX 4 − ∆EX 1 − ∆EX 2 ) 4. Tính theo năng lượng liên kết riêng: ∆E = AX 3ε X 3 + AX 4ε X 4 − AX 1ε X 1 − AX 2ε X 2 5. Tính theo định luật bảo toàn năng lượng: ∆E = K X 3 + K X 4 − K X 1 − K X 2 Ví dụ 1: Cho phản ứng hạt nhân sau 12 D + 12D→ 24 He + n + 3,25MeV . Biết độ hụt khối của 12 H là ∆mD = 0,0024u; và 1u = 931 MeV/c2. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân 23 He . ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 7,72 MeV Ví dụ 2: (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2002) Cho phản ứng hạt nhân 234 92 U → α + Th Cho năng lượng liên kết riêng của các hạt α ; U; Th lần lượt là 7,1 MeV; 7,63 MeV; 7,7 MeV. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 13,98 MeV. Ví dụ 3: Cho phản ứng hạt nhân α +147N → p +178O Biết phản ứng thu năng lượng 1,21 MeV. Tính khối lượng hạt anpha, biết m0 = 16,9947u; mN = 13,9992u; mP =1,0073u; 1u = 931 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 4: Trong phản ứng hạt nhân: hai hạt nhân X1 và X2 tạo thành hạt nhân Y và một proton. Nếu năng lượng liên kết của các hạt nhân X1, X2 và Y lần lượt là 2 MeV, 1,5 MeV và 4 MeV thì năng lượng phản ứng toả ra là ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 0,5 MeV. Ví dụ 5: Hạt triti (T) và hạt đơtriti (D) tham gia phản ứng kết hợp tạo thành hạt nhân X và notron và toả năng lượng là 18,06 MeV. Cho biết năng lượng liên kết riêng của T, X lần lượt là 2,7 MeV/nuclon và 7,1 MeV/nuclon thì năng lượng liên kết riêng của hạt D là ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 1,12 MeV. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 51
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Ví dụ 6: Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân 234 92 U phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri 230 Th . Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của 234U là 7,63 MeV, của 230Th là 7,7 MeV. A. 10,82 MeV. B. 13,98 MeV. C. 11,51 MeV. D. 17,24 MeV. Tóm tắt Giải Wrα = 7,1 MeV Đây là bài toán tính năng lượng toả ra của một phân rã WrU = 7,63 MeV phóng xạ khi biết Wlk của các hạt nhân trong phản ứng . WrTH = 7,7 MeV. Nên phải xác định được Wlk từ dữ kiện Wlk riêng của đề bài. ∆E ? Wlk U = 7,63.234 = 1785,42 MeV , Wlk Th = 7,7.230 = 1771 MeV , Wlk α = 7,1.4= 28,4 MeV ∆E = ∑ Wlk sau – ∑ Wlk trước = Wlk Th + Wlk α – Wlk U = 13,98 MeV → Chọn đáp án : B Ví dụ 7: Cho phản ứng hạt nhân sau: 12 H + 12H → 24 He+ 01n + 3,25MeV . Biết độ hụt khối của 12 H là
∆mD= 0,0024 u và 1u = 931 MeV/c2 . Năng lượng liên kết hạt nhân 24 He là A. 7,7188 MeV B. 77,188 MeV C. 771,88 MeV D. 7,7188 eV Tóm tắt: Giải 2 2 4 1 ∆mD = 0,0024 u 1 H + 1 H → 2 He + 0 n + 3,25 MeV Năng lượng tỏa ra của phản ứng: 1u = 931MeV/c2 Wlk α ∆E = ( ∑ ∆msau – ∑ ∆mtrước)c2 = Wlksau – 2∆mDc2 →Wlkα = ∆E +2∆mDc2 = 7,7188MeV Chọn đáp án A Ví dụ 8: Cho phản ứng hạt nhân: 31T + 12D → 24 He + X . Cho độ hụt khối của hạt nhân T, D và He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng. Giải 7. Phương trình phản ứng: 31T + 12D → 24 He+ 01n . Vì hạt nơtron 01 n không có độ hụt khối nên ta có năng lượng tỏa ra là: ∆W = (∆mHe – ∆mT – ∆mD)c2 = 17,498 MeV. DẠNG 2. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG TRONG SỰ PHÓNG XẠ Phương pháp: - Xét sự phóng xạ có phương trình: X → X1 + X2 (hạt nhân X đứng yên) uur uur uur uur m v - Theo định luật bảo toàn động lượng: p1 + p2 = 0 ⇔ p1 = − p2 ⇔ m1v1 = m2 v2 ⇔ 1 = 2 (1) m2 v1 - Mối quan hệ giữa động lượng và động năng: p 2 = 2mK ⇒ p1 = p2 ⇔ 2m1K1 = 2m2 K 2 ⇒ - Từ (1) và (2) ta có:
m1 K2 (2) = m1 K1
m1 v2 K2 (3) = = m2 v1 K1
- Theo định luật bảo toàn năng lượng: ∆E = K1 + K2 (4) m2 K1 = ∆E m1 + m2 - Từ (2) và (4) ta có: K = ∆E m1 2 m1 + m2
Ví dụ 1: Đồng vị phóng xạ pôlôni 210 84 Po là chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân X. Biết khối lượng các hạt mPo = 209,9828u; mα = 4,0015u; mX = 205,9744u; 1u = 931 MeV/c2. Giả sử ban đầu hạt Poloni đứng yên, động năng của hạt α là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 52
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 6,3 MeV. 234 4 A Ví dụ 2: Hạt nhân phóng xạ 234 92 U đứng yên phát ra hạt α theo phương trình 92 U → 2 He+ Z X . Năng lượng tỏa ra của phản ứng này là 14,15 MeV. Xem khối lượng hạt nhân gần đúng bằng số khối tính theo đơn vị u. Động năng của hạt α là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 13,91 MeV. Ví dụ 3: 226 88 Ra là chất phóng xạ α, với chu kì bán rã T = 1570 năm. Phóng xạ trên tỏa ra nhiệt lượng 5,96 MeV. Giả sử ban đầu hạt nhân Radi đứng yên. Tính động năng của hạt α và hạt nhân con sau phản ứng. Cho khối lượng hạt α và hạt nhân con tính theo đơn vị u bằng số khối của chúng. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : Kα = 5,855 MeV ; KX = 0,1055 MeV. 226 4 Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân 230 90Th → 88 Ra + 2 He + 4,91MeV . Tính động năng của hạt nhân Ra. Biết hạt nhân Th đứng yên. Lấy khối lượng gần đúng của các hạt nhân tính bằng đơn vị u có giá trị bằng số khối của chúng. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : KRa = 0,0853 MeV. Ví dụ 5: Hạt nhân 226 88 Ra đứng yên phân rã thành hạt α và hạt nhân X (không kèm theo tia γ). Biết năng lượng mà phản ứng tỏa ra là 3,6 MeV và khối lượng của các hạt gần bằng số khối của chúng tính ra đơn vị u. Tính động năng của hạt α và hạt nhân X. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : Kα = 3,536 MeV ; KX = 0,064 MeV. Ví dụ 6: Hạt nhân 226 88 Ra đứng yên phóng xạ α và biến đổi thành hạt nhân X, biết động năngcủa hạt α là K = 4,8 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân tính bằng u bằng số khối của chúng, năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 4,886 MeV. Ví dụ 7: Hạt nhân 238U đứng yên phân rã α và biến thành hạt nhân Thori. Động năng của hạt α bay ra chiếm bao nhiêu % năng lượng phân rã? (Lấy khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối) ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : 98,3% Ví dụ 8 : Hạt nhân 210Po đứng yên phân rã α và biến thành hạt nhân chì (Pb). Tính vận tốc của hạt anpha biết rằng mỗi hạt nhân Po khi phân rã tỏa năng lượng 2,6 MeV. Lấy khối lượng các hạt bằng số khối. ………………………………………………………………………………………………………………… BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 53
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : v = 1,545.106 m/s. Ví dụ 9 : (Trích đề thi Tuyển sinh Đại học 2011) Một hạt nhân X đứng yên, phóng xạ α và biến thành hạt nhân Y. Gọi m1 và m2, v1 và v2, K1 và K2 tương ứng là khối lượng, tốc độ, động năng của hạt α và hạt nhân Y. Hệ thức nào sau đây là đúng ? v m K v m K v m K v m K A. 1 = 1 = 1 B. 2 = 2 = 2 C. 1 = 2 = 1 D. 1 = 2 = 2 v2 m2 K 2 v1 m1 K1 v2 m1 K 2 v2 m1 K1 ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 10: Hạt nhân phóng xạ Pôlôni 210 84 Po đứng yên phát ra tia α và sinh ra hạt nhân con X. Gọi K là động năng, v là vận tốc, m là khối lượng của các hạt. Biểu thức nào là đúng? K m v K v m K K v v m m A. α = X = α B. α = X = X C. α = α = α D. α = α = X K X vα m X K X vX mX K X vα mα K X vX mα ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 11: Hạt nhân 226 88 Ra đứng yên phân rã thành hạt α và hạt nhân X (không kèm theo tia γ). Biết năng lượng mà phản ứng tỏa ra là 3,6 MeV và khối lượng của các hạt gần bằng số khối của chúng tính ra đơn vị u. Tính động năng của hạt α và hạt nhân X. 4 222 Giải. Phương trình phản ứng: 226 88 Ra → 2 α + 86 Rn Theo định luật bảo toàn động lượng: pα + p X = 0 ⇒ pα = mα vα = p X = m X v X ⇒ 2mα K α = 2m X K X m m + mX ⇒ K X = α K α . Năng lượng tỏa ra trong phản ứng là: ∆E = K X + K α = α Kα mX mX m m X ∆E ⇒ Kα = = 3,536 MeV ; ⇒ K X = α K α =0,064 MeV mα + m X mX
Ví dụ 11: Hạt nhân phóng xạ Pôlôni 210 84 Po đứng yên phát ra tia và sinh ra hạt nhân con X. Biết rằng mỗi phản ứng phân rã của Pôlôni giải phóng một năng lượng Q = 2,6MeV. Lấy gần đúng khối lượng các hạt nhân theo số khối A bằng đơn vị u. Động năng của hạt có giá trị A. 2,15MeV B. 2,55MeV C. 2,75MeV D. 2,89MeV 226 Ví dụ 13: Hạt nhân 88 Ra đứng yên phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân X, biết động năng của hạt là: W = 4,8 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân tính bằng u bằng số khối của chúng, năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng A. 1.231 MeV B. 2,596 MeV C. 4,886 MeV D. 9,667 MeV CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN – PHẦN 1 206 Câu 1. Chất phóng xạ 210 84 Po phát ra tia α và biến đổi thành 82 Pb . Biết khối lượng các hạt là mPb = 205,9744u, mPo = 209,9828u, mα = 4,0026u. Năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân Po phân rã là A. 4,8 MeV. B. 5,4 MeV. C. 5,9 MeV. D. 6,2 MeV. 210 206 Câu 2. Chất phóng xạ 84 Po phát ra tia α và biến đổi thành 82 Pb . Biết khối lượng các hạt là mPb = 205,9744u, mPo = 209,9828u, mα = 4,0026u. Năng lượng tỏa ra khi 10 (g) Po phân rã hết là A. 2,2.1010 J. B. 2,5.1010 J. C. 2,7.1010 J. D. 2,8.1010 J. Câu 3. Cho phản ứng hạt nhân 13 H + 12H → α + n + 17,6 MeV , biết số Avôgađrô NA = 6,02.1023. Năng lượng toả ra khi tổng hợp được 1 (g) khí Heli là bao nhiêu? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 54
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. ∆E = 423,808.103 J. B. ∆E = 503,272.103 J. C. ∆E = 423,808.109 J. D. ∆E = 503,272.109 J. Câu 4. Cho phản ứng hạt nhân 36 Li + 01n→ 31T + 24α + 4,8MeV . Năng lượng tỏa ra khi phân tích hoàn toàn 1 (g) Li là A. 0,803.1023 MeV B. 4,8.1023 MeV C. 28,89.1023 MeV D. 4,818.1023 MeV 1 9 4 Câu 5. Cho phản ứng hạt nhân sau 1 H + 4 Be→ 2 He + X + 2,1MeV . Năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên khi tổng hợp được 4 (g) Heli bằng A. 5,61.1024 MeV. B. 1,26.1024 MeV. C. 5,06.1024 MeV. D. 5,61.1023 MeV. 235 Câu 6. Phân hạch hạt nhân U trong lò phản ứng sẽ tỏa ra năng lượng 200 MeV. Nếu phân hạch 1 (g) 235U thì năng lượng tỏa ra bằng bao nhiêu. Cho NA = 6,01.1023/mol A. 5,013.1025 MeV. B. 5,123.1023 MeV. C. 5,123.1024 MeV. D. 5,123.1025 MeV. Câu 7. Hạt nhân mẹ A có khối lượng mA đang đứng yên, phân rã thành hạt nhân con B và hạt α có khối lượng mB và mα bỏ qua tia γ. So sánh tỉ số động năng và tỉ số khối lượng của các hạt sau phản ứng ta được hệ thức m K m m K K m K A. B = B B. B = ( B ) 2 . C. B = α . D. B = ( α ) 2 . K α mα Kα mα K α mB Kα mB Câu 8. Hạt nhân mẹ A có khối lượng mA đang đứng yên, phân rã thành hạt nhân con B và hạt α có khối lượng mB và mα , có vận tốc là vB và vα . Mối liên hệ giữa tỉ số động năng, tỉ số khối lượng và tỉ số độ lớn vận tốc của hai hạt sau phản ứng xác địng bởi hệ thức nào sau đây ? v m v m K v m K K m K v A. B = B = α . B. B = B = B C. B = α = α . D. B = α = B . K α vα mB K α vα mα K α v B mB K α v B mα Câu 9. Cho phản ứng hạt nhân A → B + C. Biết hạt nhân mẹ A ban đầu đứng yên. Có thể kết luận gì về hướng và trị số của vận tốc các hạt sau phản ứng? A. Cùng phương, cùng chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng. B. Cùng phương, cùng chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng. C. Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng. D. Cùng phương, ngược chiều, độ lớn tỉ lệ với khối lượng. Câu 10. Phát biểu nào sau đây là sai về phản ứng hạt nhân ? A. Độ hụt khối càng lớn thì năng lượng tỏa ra càng lớn. B. Các hạt sinh ra bền vững hơn các hạt ban đầu thì phản ứng tỏa năng lượng C. Các hạt sinh ra kém bền vững hơn các hạt ban đầu thì phản ứng có thể tự xảy ra. D. Điện tích, số khối, năng lượng và động lượng đều được bảo toàn. 206 Câu 11. Chất phóng xạ 210 84 Po phát ra tia α và biến đổi thành 82 Pb . Biết khối lượng các hạt là mPb = 205,9744u, mPo = 209,9828u, mα = 4,0026u. Giả sử hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên và sự phân rã không phát ra tia γ thì động năng của hạt α là A. 5,3 MeV. B. 4,7 MeV. C. 5,8 MeV. D. 6,0 MeV. Câu 12. Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân 126 C thành 3 hạt α là bao nhiêu? Cho biết mC = 11,9967u, mα = 4,0015u. A. ∆E = 7,2618 J. B. ∆E = 7,2618 MeV. -19 C. ∆E = 1,16189.10 J. D. ∆E = 1,16189.10-13 MeV. 27 30 Câu 13. Xét phản ứng hạt nhân xảy ra khi bắn phá nhôm bằng các hạt α: 13 Al + α →15 P + n . Biết các khối lượng các hạt mAl = 26,974u; mP = 29,97u; mα = 4,0015u; mn = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2. Tính năng lượng tối thiểu của hạt α để phản ứng xảy ra. Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra. A. 5 MeV. B. 4 MeV. C. 3 MeV. D. 2 MeV. 210 206 Câu 14. Chất phóng xạ 84 Po phát ra tia α và biến đổi thành 82 Pb . Biết khối lượng các hạt là mPb = 205,9744u, mPo = 209,9828u, mα = 4,0026u. Giả sử hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên và sự phân rã không phát ra tia γ thì động năng của hạt nhân con là A. 0,1 MeV. B. 0,1 eV. C. 0,01 MeV. D. 0,2 MeV. 27 Câu 15. Hạt α có động năng Kα = 3,51 MeV đập vào hạt nhân 13 Al đứng yên gây phản ứng
α +1327Al →1530 P + ZAX . Phản ứng này tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng. Cho biết khối lượng một số hạt nhân BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 55
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN tính theo u là mAl = 26,974u, mn = 1,0087u; mα = 4,0015u và mP = 29,9701u; 1u = 931 MeV/c2. A. Tỏa ra 1,75 MeV. B. Thu vào 3,50 MeV. C. Thu vào 3,07 MeV. D. Tỏa ra 4,12 MeV. 235 235 144 89 Câu 16. Cho phản ứng phân hạch U: n + 92 U → 56 Ba + 36 Kr + 3n + 200 MeV . Biết 1u = 931 MeV/c2 Độ hụt khối của phản ứng bằng A. 0,3148u. B. 0,2148u. C. 0,2848u. D. 0,2248u. A3 A1 A2 A4 Câu 17. Cho phản ứng hạt nhân sau Z1 A+ Z 2 B → Z3 C + Z 4 D . Độ hụt khối của các hạt nhân tương ứng là ∆mA, ∆mB, ∆mC, ∆mD Gọi c là tốc độ ánh sáng trong chân không, năng lượng của phản ứng ∆E được tính bởi công thức A. ∆E = (∆mA + ∆mB – ∆mC – ∆mD)c2 B. ∆E = (∆mA + ∆mB + ∆mC + ∆mD)c2 2 C. ∆E = (∆mC + ∆mD – ∆mA – ∆mB)c D. ∆E = (∆mA – ∆mB + ∆mC – ∆mD)c2 Câu 18. Cho phản ứng hạt nhân sau ZA11 A+ ZA22 B→ ZA33 C + ZA44 D . Năng lượng liên kết của các hạt nhân tương ứng là ∆EA, ∆EB, ∆EC, ∆ED. Năng lượng của phản ứng ∆E được tính bởi công thức A. ∆E = ∆EA + ∆EB – ∆EC – ∆ED B. ∆E = ∆EA + ∆EB + ∆EC + ∆ED C. ∆E = ∆EC + ∆EB – ∆EA – ∆ED D. ∆E = ∆EC + ∆ED – ∆EA – ∆EB A3 A1 A2 A4 Câu 19. Cho phản ứng hạt nhân sau Z1 A+ Z 2 B → Z3 C + Z 4 D . Năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân tương ứng là εA, εB, εC, εD. Năng lượng của phản ứng ∆E được tính bởi công thức A. ∆E = A1εA + A2εB – A3εC – A2εB B. ∆E = A3εC + A4εD – A2εB – A1εA C. ∆E = A1εA + A3εC – A2εB – A4εD D. ∆E = A2εB + A4εD – A1εA – A3εC Câu 20. Cho phản ứng hạt nhân sau 12 D + 12D → 23He + n + 3,25MeV . Biết độ hụt khối của 12 H là ∆mD = 0,0024u; và 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng liên kết của hạt nhân 23 He là A. 7,7188 MeV. B. 77,188 MeV. C. 771,88 MeV. D. 7,7188 eV. Câu 21. Hạt nhân triti (T) và đơteri (D) tham gia phản ứng nhiệt hạch sinh ra hạt α và hạt nơtrôn. Cho biết độ hụt khối của hạt nhân triti là ∆mT = 0,0087u, của hạt nhân đơteri là ∆mD = 0,0024u, của hạt nhân X là ∆mα = 0,0305u; 1u = 931 MeV/c2. Năng lượng toả ra từ phản ứng trên là bao nhiêu? A. ∆E = 18,0614 MeV. B. ∆E = 38,7296 MeV. C. ∆E = 18,0614 J. D. ∆E = 38,7296 J. 2 A 1 Câu 22. Cho phản ứng tổng hợp hạt nhân: 21 D→ Z X + 0 n . Biết độ hụt khối của hạt nhân 21 D là 0,0024u, của hạt nhân X là 0,0083u. Phản ứng này tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng? Cho 1u = 931 MeV/c2. A. Tỏa 4,24 MeV. B. Tỏa 3,26 MeV. C. Thu 4,24 MeV. D. Thu 3,26 MeV. 3 2 4 Câu 23. Cho phản ứng hạt nhân 1T + 1 D → 2 He + X . Lấy độ hụt khối của hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u = 931,5 MeV/c2. Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng A. 15,017 MeV. B. 200,025 MeV. C. 17,498 MeV. D. 21,076 MeV. Câu 24. Tìm năng lượng toả ra khi một hạt nhân 234U phóng xạ tia α tạo thành 230Th. Cho năng lượng liên kết riêng của hạt α; 234U, 230Th lần lượt là: 7,1 MeV; 7,63MeV; 7,7 MeV. A. 13,89 eV. B. 7,17 MeV. C. 7,71 MeV. D. 13,98 MeV. Câu 25. Hạt nhân 238U đứng yên phân rã tạo thành hạt α và hạt X. Biết động năng của hạt X là 3,8.10–2 MeV, lấy khối lượng các hạt bằng số khối, động năng của hạt α là A. 2,22 MeV. B. 0,22 MeV. C. 4,42 MeV. D. 7,2 MeV. Câu 26. Cho phản ứng hạt nhân 36 Li + n→ 31T + α + 4,8MeV . Lấy khối lượng các hạt bằng số khối. Nếu động năng của các hạt ban đầu không đáng kể thì động năng của hạt α là A. 2,06 MeV. B. 2,74 MeV. C. 3,92 MeV. D. 1,08 MeV. Câu 27. Hạt nhân 226Ra đứng yên phóng xạ α và biến đổi thành hạt nhân X, biết động năng Kα = 4,8 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân (tính bằng u) bằng số khối của chúng, năng lượng tỏa ra trong phản ứng trên bằng A. 1.231 MeV. B. 2,596 MeV. C. 4,886 MeV. D. 9,667 MeV. 210 Câu 28. Hạt nhân Po phóng xạ α biến thành hạt nhân X. Cho mPo = 209,9828u; mX = 205,9744u; mα = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt α phóng ra là A. 4,8 MeV. B. 6,3 MeV. C. 7,5 MeV. D. 3,6 MeV. Câu 29. Hạt nhân 238U đứng yên phân rã α và biến thành hạt nhân Thori. Lấy khối lượng các hạt bằng số khối, động năng của hạt α bay ra chiếm bao nhiêu phần trăm của năng lượng phân rã ? BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 56
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 1,68%. B. 98,3%. C. 16,8%. D. 96,7%. Câu 30. Đồng vị phóng xạ A phân rã α và biến đổi thành hạt nhân B. Gọi ∆E là năng lượng tạo ra của phản ứng. Kα, KB lần lượt là động năng của hạt α và B. Khối lượng của chúng tương ứng là mα, mB Biểu thức liên hệ giữa ∆E, Kα, mα, mB là: m + mB m + mB m + mB m + mB A. ∆E = K α α B. ∆E = Kα α C. ∆E = Kα α D. ∆E = Kα α mB mB − mα mα 2mα Câu 31. Đồng vị phóng xạ A phân rã α và biến đổi thành hạt nhân B. Gọi ∆E là năng lượng tạo ra của phản ứng. Kα, KB lần lượt là động năng của hạt α và B. Khối lượng của chúng tương ứng là mα, mB. Biểu thức liên hệ giữa ∆E, KB, mα, mB là: m + mB m + mB m + mB m A. ∆E = K B B B. ∆E = K B α C. ∆E = K B α D. ∆E = K B α mα mα mB m B − mα Câu 32. Poloni 210 84 Po là chất phóng xạ α và biến thành hạt nhân X, phân rã này tỏa ra năng lượng 6,4329 MeV. Biết khối lượng hạt nhân mPo = 209,9828u; mα = 4,0015u và 1u = 931,5 MeV/c2. Khối lượng của hạt nhân X bằng: A. 205,0744u B. 205,9744u C. 204,9764u D. 210,0144u 226 Câu 33. Hạt nhân 88 Ra phóng xạ α thành hạt nhân X. Biết động năng của hạt α là 4,78 MeV; khối lượng của hạt nhân mα = 4,0015u và 1u = 931,5 MeV/c2. Tốc độ ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. Tốc độ của hạt α xấp xỉ bằng: A. 2,5.107 m/s B. 1,65.107 m/s C. 1,52.107 m/s D. 1,82.107 m/s 01. B 11. A 21. A 31. B
02. B 12. B 22. B 32. B
03. C 13. C 23. C 33. C
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 04. D 05. B 06. B 07. C 14. A 15. C 16. B 17. C 24. D 25. A 26. A 27. C
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
08. A 18. D 28. B
09. C 19. B 29. B
10. C 20. A 30. A
Trang - 57
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN – PHẦN 2 DẠNG 3. BÀI TOÁN ĐỘNG NĂNG, VẬN TỐC TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐẦY ĐỦ Phương pháp: * Cho hạt X1 bắn phá hạt X2 (đứng yên p2 = 0) sinh ra hạt X3 và X4 theo phương trình: X1 + X2 = X3 + X4 uur uur uur uur p3 Bước 1: Theo định luật bảo toàn động lượng: p1 = p3 + p4 (1) Bước 2: Theo định luật bảo toàn năng lượng: ∆E + K1 = K3 + K 4 (2)
α
uur p1
Bước 3: Kết hợp (1), (2) và hình vẽ để giải * Chú ý: Các trường hợp thường gặp TH1: Sau phản ứng có 2 trong 3 hạt chuyển động vuông góc với nhau ur uur Ví dụ: v1vuongv3 ta có: p42 = p12 + p32 ⇔ m4 K 4 = m1K1 + m3 K3 (1)
uur p4
Kết hợp với: ∆E + K1 = K3 + K 4 (2) để tính toán TH2: (Tương tự cho các trường họp vuông góc khác) TH3: Các hạt sinh ra có cùng tốc độ v3 = v4(khác cùng vận tốc) K3 m3 (1) kết hợp với ∆E + K1 = K3 + K 4 (2) suy ra kết quả = K 4 m4 TH4: Trường hợp tổng quát, tính góc giữa các hạt Sử dụng định lý hàm số cosin: p42 = p12 + p32 − 2 p1 p3cosα TH5: Hai hạt sinh ra giống nhau(có cùng độ lớn động lượng);(Giải tương tự) Lưu ý : p 2 = 2mK ⇔ (mv) 2 = 2mK ⇒ mv = 2mK Ví dụ 1: Ta dùng prôtôn có 2,0 MeV vào Nhân 7Li đứng yên thì thu hai nhân X có cùng động năng. Năng lượng liên kết của hạt nhân X là 28,3 MeV và độ hụt khối của hạt 7Li là 0,0421u. Cho 1u = 931,5MeV/c2; khối lượng hạt nhân tính theo u xấp xỉ bằng số khối. Tốc độ của hạt nhân X bằng: A. 1,96m/s. B. 2,20m/s. C. 2,16.107m/s. D. 1,93.107m/s. 1 7 4 Giải: Ta có phương trình phản ứng: 1 H + 3 Li →2 2 X 28,3 ∆mX = 2mP + 2mn – mX -----> mX = 2mP + 2mn - ∆mX với ∆m X = = 0,0304u 931,5 ∆mLi = 3mP + 4mn – mLi ------>mLi = 3mP + 4mn - ∆mLi 931,5 = 0,0304u ∆M = 2mX – (mLi + mP) = ∆mLi - 2∆mX = - 0,0187u < 0; phản ứng tỏa năng lượng ∆E mv 2 ∆E = 0,0187. 931,5 MeV = 17,42MeV 2WđX = ∆E + KP = 19,42MeV -----> ∆mdX = = 9,71MeV 2 Ví dụ 2: Một nơtơron có động năng Wn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây ra phản ứng: 1 6 4 0 n + 3 Li → X + 2 He . Cho mn = 1,00866 u; mX = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u. Biết hạt nhân He bay ra vuông góc với hạt nhân X. Động năng của hạt nhân X và He lần lượt là : A. 0,12 MeV & 0,18 MeV B. 0,1 MeV & 0,2 MeV C. 0,18 MeV & 0,12 MeV D. 0,2 MeV & 0,1 MeV Giải: Ta có năng lượng của phản ứng: Q = ( mn + mLi ─ mX ─ mHe).c2 = - 0,8 MeV (đây là phản ứng thu năng lượng) 2 - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: pn = p He + p X ⇔ p n2 = p He + p X2
⇒ 2mnWn = 2m He .WHe + 2m X W X (1) - Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: Q =WX +W He ─Wn = -0,8 (2) BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 58
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 4 + 3 = 1 ,1 WHe = 0,2 W W He X ⇔ Từ (1),(2) ta có hệ phương trình: MeV ⇒ Chọn B. WHe + W X = 0,3 W X = 0,1 Ví dụ 3: Cho prôtôn có động năng KP = 2,25MeV bắn phá hạt nhân Liti 73 Li đứng yên. Sau phản ứng xuất hiện hai hạt X giống nhau, có cùng động năng và có phương chuyển động hợp với phương chuyển động của prôtôn góc φ như nhau. Cho biết mP = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2. Coi phản ứng không kèm theo phóng xạ gamma giá trị của góc φ là A. 39,450 B. 41,350 C. 78,90. D. 82,70. Giải: Công thức liên hệ giữa động lượng và động năng của vật P2 ⇒ P 2 = 2mK K= 2m Phương trình phản ứng: 11 H + 37Li → 24 X + 24X mP + mLi = 8,0215u ; 2mX = 8,0030u. Năng lượng phản ứng toả ra : ∆E = (8,0215-8,0030)uc2 = 0,0185uc2= 17,23MeV 2KX = KP + ∆E = 19,48 MeV---→ KX =9,74 MeV. Tam giác OMN: PX2 = PX2 + PP2 − 2 PX PP cosϕ
PP 1 2mP K P 1 2.1,0073.2,25 = = = 0,1206 2 PX 2 2m X K X 2 2.4,0015.9,74 Suy ra φ = 83,070 Ví dụ 4: Hạt α có động năng Kα = 3,1MeV đập vào hạt nhân nhôm đứng yên gây ra phản ứng α +1327Al →1530 P + n , khối lượng của các hạt nhân là mα = 4,0015u, mAl = 26,97435u, mP = 29,97005u, mn = 1,008670u, 1u = 931,5MeV/c2 . Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ. Động năng của hạt n là A. Kn = 0,8716MeV. B. Kn = 0,9367MeV. C. Kn= 0,2367MeV. D. Kn = 0,0138MeV. Giải Năng lượng phản ứng thu : ∆E = (mα + mAl - mP - mn ) uc2 = - 0,00287uc2 = - 2,672 MeV m v2 KP + Kn = Kα + ∆E = 0,428 MeV K P = P n mà vP = vn 2 K m Kn K + K n 0,428 1 1 → n = n = ⇒ ⇒ Kn = P = = 0,0138MeV . Đáp án D = K P m P 30 K P + K n 30 + 1 31 31 Cosϕ =
Ví dụ 5: Người ta dùng hạt proton bắn vào hạt nhân 73 Li đứng yên, để gây ra phản ứng 11 H + 37Li → 2α . Biết phản ứng tỏa năng lượng và hai hạt α có cùng động năng. Lấy khối lượng các hạt theo đơn vị u gần bằng số khối của chúng. Góc ϕ tạo bởi hướng của các hạt α có thể là: A. Có giá trị bất kì. B. 600 C. 1600 D. 1200 Giải: Theo ĐL bảo toàn động lượng
PP = Pα 1 + Pα 2 Cos
ϕ 2
=
P2 = 2mK
K là động năng
PP 1 2 m P K P 1 m P K P 1 1. K P = = = 2 Pα 2 2mα K α 2 mα K α 2 4.K α
1 KP 2 4 Kα KP = 2Kα + ∆E -----> KP - ∆E = 2Kα ------> KP > 2Kα ϕ ϕ 1 K P 1 2. K P 2 Cos = > = ------> > 69,30 hay ϕ > 138,60 2 2 4 K α 4 Kα 4 Do đó ta chọn đáp án C: góc ϕ có thể 1600 Ví dụ 6: Bắn một hat anpha vào hạt nhân nito 147 N đang đứng yên tạo ra phản ứng Cos
ϕ
=
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 59
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN He+147N →11H +178O . Năng lượng của phản ứng là ∆E =1,21MeV.Giả sử hai hạt sinh ra có cùng vecto vận tốc. Động năng của hạt anpha:(xem khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối của nó) A1,36MeV B:1,65MeV C:1.63MeV D:1.56MeV Giải: Phương trình phản ứng 24 He+147N →11H +178O . Phản ứng thu năng lượng ∆E = 1,21 MeV Theo ĐL bảo toàn động lượng ta có; mα vα 2 = vα mαvα = (mH + m0 )v (với v là vận tốc của hai hạt sau phản ứng) ----> v = mH + mO 9 4 2
mα vα2 = 2vα2 2 ( m + mO )v 2 (m H + mO ) 2 2 2 2 K H + KO = H = ( ) vα = K α 2 2 9 9 2 7 Kα = KH + K0 + ∆E --------> K α − K α = K α = ∆E 9 9 9 ------> Kα = ∆E = 1,5557 MeV = 1,56 MeV. Chọn đáp án D 7 Ví dụ 7: Bắn một hạt proton có khối lượng mP vào hạt nhân 73 Li đứng yên. Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống nhau bay ra với vận tốc có cùng độ lớn và có phương vuông góc với nhau. Nếu xem gần đúng khối lượng hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối của nó thì tỉ số tốc độ V’của hạt X và V của hạt proton là: V' 2 V' 1 V' 2 V' 1 A. = B. = C. = D. = V 4 V 4 V 8 V 2 Giải 1: 11 p + 37Li →2 24 X r r r Theo ĐL bảo toàn động lượng : p = p1 + p2 mà : p1 = p2 = mXv’ ; r r p1 ⊥ p2 => p2 = p12 + p22 => (mPv)2 = 2(mXv’)2 Kα =
=> v = 2 .4.v’ => v’/v = 1/ 2 .4 =>
V' 2 = ĐÁP ÁN C V 8
Giải 2: r r r + Bảo toàn động lượng ta có: p P = p X1 p X 2 ⇒ p P2 = p X2 + p X2 + 2 p X2 cos 90 0 V' 1 2 = = V 4 2 8 1 6 3 Ví dụ 8: Cho phản ứng hạt nhân 0 n + 3 Li →1 H + α . Hạt nhân 36 Li đứng yên, nơtron có động năng Kn = 2 ⇒ p P = 2 p X ⇒ AP .V = 2 AX .V ' ⇒
MeV. Hạt α và hạt nhân 31 H bay ra theo các hướng hợp với hướng tới của nơtron những góc tương ứng bằng θ = 150 và φ = 300. Lấy tỉ số giữa các khối lượng hạt nhân bằng tỉ số giữa các số khối của chúng. Bỏ qua bức xạ gamma. Hỏi phản ứng tỏa hay thu bao nhiêu năng lượng ? A. Thu 1,66 Mev. B. Tỏa 1,52 Mev. C. Tỏa 1,66 Mev. D. Thu 1,52 Mev Giải: Theo định lý hàm số sin trong tam giác ta có : pα p pn m .K m .K mn .K n = H = ⇒ α2 α = H2 H = 2 sin ϕ sin θ sin(180 − ϕ − θ ) sin ϕ sin θ sin (180 − ϕ − θ ) 2 m n .K n sin ϕ ⇒ Kα = . = 0,25( MeV ) 2 sin (180 − ϕ − θ ) m α Theo định luật bảo toàn năng lượng : Kn+ ∆E = KH +Kα → ∆E = KH+Kα - Kn =1,66MeV có Ví dụ 9: Bắn hạt nhân α có động năng 18 MeV vào hạt nhân 147 N đứng yên ta BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 60
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN phản ứng α +147N →178 O + p . Biết các hạt nhân sinh ra cùng véc tơ vận tốc. Cho mα = 4,0015u; mP = 1,0072u; mn = 13,9992u; m0 =16,9947u; cho u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt prôtôn sinh ra có giá trị là bao nhiêu? A. 0,111 MeV B. 0,555MeV C. 0,333 MeV D. Đáp số khác Giải: Năng lượng phản ứng thu : ∆E = (mα + mN - mO – mp ) uc2 = - 1,1172 MeV KO + Kp = Kα + ∆E = 16,8828 MeV K p mp Kp m p v 2p m v2 1 1 mà vO = vp → = = ⇒ = ⇒ KO = O O ; K p = 2 2 K O mO 17 K O + K p 17 + 1 Kp =
KO + K p
18
=
16,8828 = 0,9379 MeV 18
Chọn đáp án D
p 18 18 Ví dụ 10: Bắn một hạt prôtôn vào hạt nhât 73 Li đang đứng yên. Phản ứng hạt nhân tạo ra hai hạt giống nhau có cùng tốc độ và hợp với phương chuyển động của prôtôn góc 300. Lấy khối lượng các hạt nhân theo đơn vị u bằng số khối. Tỉ số độ lớn vận tốc của hạt prôtôn và của hạt X là A. 4 3 . B. 2 3 . C. 4. D. 2.
Giải 1: Đ.luật bào toàn động lượng p H = p X1 + p X 2 ; ( p X1 ; p X 2 ) = 60 0 p p H2 = p X2 + p X2 + 2. p X2 . cos 60 0 = 3 p X2 Bình phương ta được: mH vH = mX vX 3 v m 3 ⇒ H = X =4 3 vX mH
Chọn A
Giải 2: pP = 2pαcos300 =
3 pα => mPvP = 3 mαvα => vP = 3 .4vα => vP/vα = 4 3 Ví dụ 11: Bắn một prôtôn vào hạt nhân 73 Li đứng yên. Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống nhau bay ra với cùng tốc độ và theo các phương hợp với phương tới của prôtôn các góc bằng nhau là 600. Lấy khối lượng của mỗi hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối của nó. Tỉ số giữa tốc độ của prôtôn và tốc độ độ của hạt nhân X là 1 1 A. 4. B. . C. 2. D. . 2 4 1 7 4 4 Giải: Phương trình phản ứng hạt nhân 1 p + 3 Li → 2 He+ 2 He Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, p p = pα + pα từ hình vẽ
Pp = PHe ⇔ m p v p = mα vα ⇒
vp v He
=
mHe = 4 Chọn A mp
Ví dụ 12: Dùng proton bắn vào Liti gây ra phản ứng: 11 p + 37Li → 2.24 He Biết phản ứng tỏa năng lượng. Hai hạt 42 He có cùng động năng và hợp với nhau góc φ. Khối lượng các hạt nhân tính theo u bằng số khối. Góc φ phải có: A. cosφ< -0,875 B. cosφ > 0,875 C. cosφ < - 0,75 D. cosφ > 0,75 Giải 1: Ta có: E0 + KP= E + 2KHe Kp => E0 – E =2KHe - KP >0 ( do phản ứng tỏa năng lượng) => < 2 (1) K He Theo định luật bảo toàn động lượng: p p = p He1 + p He2 2 2 2 ⇒ p 2p = p He + p He + 2 p He cosϕ (Hai hạt nhân He có cùng động năng) => 2mPKP =2.2mHeKHe(1+cos ϕ ) (p2=2mK) => mPKP =2mHeKHe(1+cos ϕ )
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 61
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 2mHe (1 + cosϕ ) 2.4(1 + cos ϕ ) ⇒ = = = 8(1 + cos ϕ ) (2) K He mp 1 Thế (2) vào (1) ta được : 8(1+cos ϕ ) <2 => cos ϕ < 0, 75 ( ϕ > 138035' ) Chọn C Giải 2: đặt ϕ = 2α Kp PP = 2cosαPα ⇒ K p = 16 cos 2 αK α ⇒ = 16 cos 2 α Kα
Kp
ta có: K p + ∆E = 2 K α ⇒ K p − 2 K α > 0 ⇒
Kp Kα
cos α >
>2⇒
1
2 2 . Chọn C 1 cos α < − 2 2
⇒ cosϕ < −0,75 Ví dụ 13: Dùng p có động năng K1 bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên gây ra phản ứng: p + 49Be → α + 36Li . Phản
ứng này tỏa ra năng lượng bằng W=2,1MeV . Hạt nhân 36 Li và hạt α bay ra với các động năng lần lượt bằng K2 = 3,58MeV và K3 = 4MeV . Tính góc giữa các hướng chuyển động của hạt α và hạt p (lấy gần đúng khối lượng các hạt nhân, tính theo đơn vị u, bằng số khối). A. 450 . B. 900 . C. 750 . D. 1200 . Giải: Động năng của proton: K1 = K2 + K3 - ∆E = 5,48 MeV mv 2 P2 Gọi P là động lượng của một vật; P = mv; K = = 2 2m P12 = 2m1K1 = 2uK1; P22 = 2m2K2 = 12uK2 ; P32 = 2m3K3 = 8uK3 r r r p1 = p 2 + p3
P22 = P12 + P32 − 2 P1 P3 cos ϕ cosϕ =
P12 + P32 − P22 2.K1 + 8 K 3 − 12 K 2 = = 0 ⇒ ϕ = 90 0 Chọn B 2 P1 P3 2 16 K1 K 3
Ví dụ 14: Bắn hạt nhân α có động năng 18 MeV vào hạt nhân 14 7
14 7
N đứng yên ta có phản ứng
17 8
α + N → O + p . Biết các hạt nhân sinh ra cùng véc tơ vận tốc. Cho mα = 4,0015u; mP = 1,0072u; mn = 13,9992u; m0 =16,9947u; cho u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt prôtôn sinh ra có giá trị là bao nhiêu? A. 0,111 MeV B. 0,222MeV C. 0,333 MeV D. 0,444 MeV Giải: Áp dụng ĐLBTĐL: r r r r pα + p n = pO + p p Do 2 hạt sinh ra có cùng véc tơ vận tốc nên: r r r pα r pn = ( mO + m p )v → v = (m + m ) 2 O p 2 pα 2mα .K α → v 2 = = 2 (mO + m p ) ( mO + m p ) 2
m p .mα .K α 1 Động năng của hạt proton là: K p = m p v 2 = = 0,224 MeV 2 (mO + m p ) 2 Ví dụ 15: Cho phản ứng hạt nhân: 49 Be+11H → X + 36Li a) Biết mBe = 9,01219u; mP = 1,00783u; mLi = 6,01513u; mX = 4,00260u. Đây là phản ứng toả năng lượng hay thu năng lượng? Tại sao? b) Tính năng lượng toả ra hay thu vào của phản ứng. Cho 1u = 931,5 MeV/c2. c) Cho biết proton có động năng 5,45 MeV bắn phá hạt nhân Be đứng yên, hạt nhân Li bay ra với động năng 3,55 MeV. Tìm động năng của hạt X bay ra. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 62
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… 14 7 Ví dụ 16: Bắn hạt nhân α có động năng 18 MeV vào hạt nhân 7 N đứng yên ta có phản ứng
α +147N →178 O + p . Biết các hạt nhân sinh ra cùng vận tốc. Cho mα = 4,0015u; mP = 1,0072u; mN = 13,9992u;
mO = 16,9947u; 1u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt prôtôn sinh ra có giá trị là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : Kα = 3,26 MeV và K0 = 13,66 MeV Ví dụ 17: Dùng 1 prôton có động năng Kp = 5,58 MeV bắn phá hạt nhân 11Na đứng yên sinh ra hạt α và X. Coi phản ứng không kèm theo bức xạ γ. Phản ứng trên thu hay tỏa năng lượng. Tính năng lượng đó. Biết động năng của hạt α là Kα = 6,6 MeV. Tính động năng của hạt nhân X. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 18: Bắn hạt α có động năng 4 MeV vào hạt nhân 14N đứng yên thì thu được một hạt prôton và một hạt nhân X. a) Viết PTPU, nêu cấu tạo của hạt nhân X và tính xem phản ứng đó tỏa ra hay thu vào bao nhiêu năng lượng. b) Giả sử hai hạt sinh ra có cùng tốc độ, tính động năng và tốc độ của prôton. Cho biết mα = 4,0015u; mX = 16,9947u; mN = 13,9992u; mp = 1,0073u; 1u = 931 MeV/c2; c = 3.108 m/s. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 19: Hạt α có động năng Kα = 7,7 MeV đến đập vào hạt nhân 147 N gây nên phản ứng α +147N →11p + X a) Xác định số proton và số nơtron của X. b) Phản ứng này toả ra hay thu bao nhiêu năng lượng. c) Biết vận tốc của proton bắn ra có phương vuông góc với vận tốc hạt α. Tính động năng và vận tốc của hạt nhân X. Cho mα = 4,0015u; mX = 16,9947u; mN = 13,9992u; mP = 1,0073u; 1u = 931 MeV/c2; 1eV = 1,6.1019 J. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 20: Cho các hạt α có động năng Kα = 4 MeV va chạm với các hạt nhân 27 13 Al . Sau phản ứng có 2 loại hạt được sinh ra là hạt nhân X và nơtron. Hạt nơtron sinh ra có phương vuông góc với phương chuyển động của các hạt nhân α. a) Viết phương trình phản ứng hạt nhân nói trên. Phản ứng này là toả hay thu năng lượng? Tính lượng năng lượng đó. b) Tính động năng của hạt nhân X và động năng của nơtron sinh ra sau phản ứng. Cho biết khối lượng các hạt nhân mα = 4,0015u; mX = 29,970u; mAl = 26,794u; mN = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 21: (Trích Đề thi Đại học 2010) Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đang đứng yên. Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt α. Hạt α bay ra theo phương vuông góc với phương tới của prôtôn và có động năng 4 MeV. Khi tính động năng của các hạt, lấy khối lượng các hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng này bằng BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 63
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s: 2,125 MeV. Ví dụ 22: (Trích Đề thi Đại học 2010) Bắn một prôtôn vào hạt nhân 73 Li đứng yên. Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống nhau bay ra với cùng tốc độ và theo các phương hợp với phương tới của prôtôn các góc bằng nhau là 600. Lấy khối lượng của mỗi hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối của nó. Tỉ số giữa tốc độ của prôtôn và tốc độ của hạt nhân X là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… vp Đ/s: =4 vX 9 Ví dụ 23: Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân 4 4 Be đứng yên. Phản ứng cho ta hạt α và hạt nhân X. a) Biết động năng của proton là KP = 5,45 MeV, của hạt α là 4 MeV, vận tốc của proton và vận tốc của α vuông góc với nhau. Tính vận tốc và động năng của hạt nhân X. b) Tính năng lượng toả ra của phản ứng. (coi khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó và 1u = 1,66.10-27 kg = 931,5 MeV/c2) ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 24: Người ta dùng hạt α bắn phá hạt nhân 94 Be đứng yên. Phản ứng cho ta hạt n và hạt nhân X. a) Phản ứng trên là toả năng lượng hay thu năng lượng? Tính năng lượng đó? b) Tính động năng của các hạt sinh ra theo động năng của hạt α. Biết rằng các hạt sinh ra có cùng vận tốc. c) Tính động năng của hạt α biết rằng vận tốc hạt α và hạt nơtron vuông góc với nhau. Lấy khối lượng các hạt nhân bằng số khối (tính theo đơn vị u), và 1u = 931,5 MeV/c2 ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 25: Dùng hạt proton bắn phá hạt nhân 23 11 Na tạo ra hạt nhân α và hạt nhân X. a) Tính năng lượng toả ra hay thu vào của phản ứng? b) Nếu hạt proton có động năng là KP = 3,5 MeV và hạt nhân 23 11 Na Na đứng yên thì vận tốc của hạt α và hạt nhân X có cùng độ lớn. Hãy xác định động năng của hạt X. Cho biết mNa = 22,98373u; mP = 1,007276u; mα = 4,00156u; mX = 19,98695u; 1u = 931,5 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 26: Người ta dùng nơtron có động năng 1,6 MeV bắn vào hạt nhân Beri 47 Be đứng yên thu được 2 hạt giống nhau có cùng động năng. a) Tính động năng của mỗi hạt. b) Phản ứng là toả hay thu năng lượng?
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 64
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Cho mN = 1,0075u; mBe= 7,0152u; mα = 4,0015u, với 1u = 1,6605.10-27kg = 931,5 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 27: Một proton có động năng KP = 1,46 MeV bắn vào hạt nhân 73 Li đang đứng yên. Hai hạt X sinh ra giống nhau và có cùng động năng. a) Phản ứng thu hay toả năng lượng? Năng lượng này bằng bao nhiêu và có phụ thuộc vào KP hay không? b) Giả sử phản ứng hạt nhân trên tiếp diễn một thời gian và lượng khí tạo ra là 10 cm3 ở điều kiện tiêu chuẩn. Tính năng lượng đã toả ra hay thu vào theo đơn vị kJ. c) Tính động năng của mỗi hạt X sinh ra. Động năng này có phụ thuộc vào KP hay không? d) Tính góc hợp bởi các vectơ vận tốc của 2 hạt X sau phản ứng. Cho biết: mLi = 7,0142u; mP = 1,0073u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5MeV; NA= 6,023.1023; e = 1,6.10-16C. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s : KX = 9,3464 MeV; góc 168,50 Ví dụ 28: Dùng hạt proton có động năng KP = 5,58 MeV bắn phá hạt nhân 23 11 Na tạo ra hạt nhân α và hạt nhân X không kèm bức xạ gamma γ. a) Tính năng lượng toả ra hay thu vào của phản ứng. b) Biết động năng của hạt α là Kα = 6,6 MeV. Xác định động năng của hạt X. c) Tính góc hợp bởi phương chuyển động của hạt α và hạt proton. Cho biết mNa = 22,9850u; mP = 1,0073u; mα = 4,0015u; mX = 19,9869u; 1u = 931,5 MeV/c2. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 29: Một proton có động năng KP = 1 MeV bắn phá hạt nhân 73 Li đang đứng yên thì sinh ra phản ứng tạo thành hai hạt X có bản chất giống nhau và không kèm theo bức xạ γ. a) Viết phương trình phản ứng và cho biết phản ứng này toả hay thu bao nhiêu năng lượng? b) Tính động năng của mỗi hạt X tạo ra. c) Tính góc giữa phương chuyển động của hai hạt X, biết rằng chúng bay ra đối xứng với nhau qua phương tới của proton. Cho biết mLi = 7,0144u; mP = 1,0073u; mX = 4,0015u; 1u = 931 MeV/c2, cos85,270 = 0,0824. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 65
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN – PHẦN 2 Câu 1: Cho phản ứng hạt nhân 36 Li + 01n→ 31T + 24α + 4,9 MeV . Giả sử động năng của các hạt nơtron và Li rất nhỏ, động năng của hạt T và hạt α là A. 2,5 MeV và 2,1 MeV. B. 2,8 MeV và 1,2 MeV. C. 2,8 MeV và 2,1 MeV. D. 1,2 MeV và 2,8 MeV. Câu 2: Hạt nhân Poloni đứng yên, phóng xạ α biến thành hạt nhân X. Cho mPo = 209,9373u; mα = 4,0015u; mX = 205,9294u; 1u = 931,5 MeV/c2. Vận tốc hạt α phóng ra là A. 1,27.107m/s. B. 1,68.107m/s. C. 2,12.107m/s. D. 3,27.107m/s. Câu 3: Một hạt α bắn vào hạt nhân 27 13 Al đứng yên tạo ra hạt nơtron và hạt X. Cho mα = 4,0016u; mN = 1,00866u; mAl = 26,9744u; mX = 29,9701u; 1u = 931,5 MeV/c2. Các hạt nơtron và X có động năng là 4 MeV và 1,8 MeV. Động năng của hạt α là A. 5,8 MeV. B. 8,5 MeV. C. 7,8 MeV. D. 7,2 MeV. 23 Câu 4: Một hạt proton có động năng 5,58 MeV bắn vào hạt nhân Na đứng yên, sinh ra hạt α và hạt X. Cho mP = 1,0073u; mNa = 22,9854u; mα = 4,0015u; mX = 19,987u; 1u = 931 MeV/c2. Biết hạt α bay ra với động năng 6,6 MeV. Động năng của hạt X là A. 2,89 MeV. B. 1,89 MeV. C. 3,9 MeV. D. 2,56 MeV. Câu 5: Người ta dùng proton bắn phá hạt nhân Be đứng yên theo phương trình 11 p + 49Be→ 24 He + X . Biết proton có động năng KP = 5,45 MeV, Heli có vận tốc vuông góc với vận tốc của proton và có động năng KHe = 4 MeV. Cho rằng độ lớn của khối lượng của một hạt nhân (đo bằng đơn vị u) xấp xỉ bằng số khối A của nó. Động năng của hạt X bằng A. 1,225 MeV. B. 3,575 MeV. C. 6,225 MeV. D. 2,125 MeV. 9 Câu 6: Hạt proton có động năng 5,48 MeV được bắn vào hạt nhân 4 Be đứng yên thì thấy tạo thành một hạt nhân 36 Li và một hạt X bay ra với động năng 4 MeV theo hướng vuông góc với hướng chuyển động của hạt proton tới. Tính vận tốc của hạt nhân Li (lấy khối lượng các hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối). Cho 1u = 931,5 MeV/c2 A. 10,7.106 m/s. B. 1,07.106 m/s. C. 8,24.106 m/s. D. 0,824.106 m/s. 27 Câu 7: Cho một chùm hạt α có động năng Kα = 4 MeV bắn phá các hạt nhân nhôm 13 Al đứng yên. Sau phản ứng, hai hạt sinh ra là X và nơtrôn. Hạt nơtrôn sinh ra chuyển động vuông góc với phương chuyển động của các hạt α. Cho mα = 4,0015u, mAl = 26,974u, mX = 29,970u, mN = 1,0087u, 1u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt nhân X và nơtrôn có thể nhận các giá trị nào trong các giá trị sau đây ? A. KX = 1,5490 MeV; KN = 0,5518 MeV. B. KX = 0,5168 MeV; KN = 0,5112 MeV. C. KX = 0,5168 eV; KN = 0,5112 eV. D. KX = 0,5112 MeV; KN = 0,5168 MeV. 6 Câu 8: Một nơtron có động năng 1,15 MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên tạo ra hạt α và hạt X, hai hạt này bay ra với cùng vận tốc. Cho mα = 4,0016u; mN = 1,00866u; mLi = 6,00808u; mX = 3,016u; 1u = 931,5 MeV/c2. Động năng của hạt X trong phản ứng trên là A. 0,42 MeV. B. 0,15 MeV. C. 0,56 MeV. D. 0,25 MeV. 14 Câu 9: Bắn hạt α có động năng Kα = 4 MeV vào hạt nhân nitơ 7 N đang đứng yên thu được hạt proton và hạt X. Cho mα = 4,0015u, mX = 16,9947u, mN = 13,9992u, mN = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2. Biết rằng hai hạt sinh ra có cùng vận tốc thì động năng hạt prôtôn có giá trị là A. KP = 0,156 MeV. B. KP = 0,432 MeV. C. KP = 0,187 MeV. D. KP = 0,3 MeV. 7 Câu 10: Cho proton có động năng KP = 1,46 MeV bắn vào hạt nhân liti 3 Li đứng yên. Hai hạt nhân X sinh ra giống nhau và có cùng động năng. Cho mLi = 7,0742u, mX = 4,0015u, mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2, e = 1,6.10-19 C. Động năng của một hạt nhân X sinh ra là A. KX = 9,34 MeV. B. KX = 37,3 MeV. C. KX = 34,9 MeV. D. KX = 36,5 MeV. Câu 11: Một proton có động năng là 4,8 MeV bắn vào hạt nhân 23 đứ ng yên t ạ o ra 2 hạt α và hạt X. Biết Na 11 động năng của hạt α là 3,2 MeV và vận tốc hạt α bằng 2 lần vận tốc hạt X. Năng lượng tỏa ra của phản ứng là A. 1,5 MeV. B. 3,6 MeV. C. 1,2 MeV. D. 2,4 MeV. 7 Câu 12: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên, sinh ra hai hạt α có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mỏ = 4,0015u; mLi = BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 66
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27 kg. Động năng của mỗi hạt mới sinh ra bằng bao nhiêu? A. Kα = 8,70485 MeV. B. Kα = 9,60485 MeV. C. Kα = 0,90000MeV. D. Kα = 7,80485MeV. 7 Câu 13: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8 MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên, sinh ra hai hạt α có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mỏ = 4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27kg. Độ lớn vận tốc của các hạt mới sinh ra bằng bao nhiêu? A. vα = 2,18734615 m/s. B. vα = 15207118,6 m/s. C. vα = 21506212,4 m/s. D. vα = 30414377,3 m/s. 7 Câu 14: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8 MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên, sinh ra hai hạt α có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mα = 4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27kg. Độ lớn vận tốc góc giữa vận tốc các hạt là bao nhiêu? A. 83045’ B. 167030’ C. 88015’. D. 178030’. Câu 15: Cho proton có động năng K = 1,46 MeV bắn vào hạt nhân 7 Li đứng yên sinh ra hai hạt α có cùng động năng. Biết khối lượng của các hạt nhân mP = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mα = 4,0015u và 1u = 931 MeV/c2. Góc hợp bởi các véctơ vận tốc của hai hạt nhân α sau phản ứng là A. ϕ ≈ 11029’ B. ϕ ≈ 78031’ C. ϕ ≈ 102029’ D. ϕ ≈ 168031’. Câu 16: Đồng vị
234 92
U phóng xạ α biến thành hạt nhân Th không kèm theo bức xạ γ .tính năng lượng của phản ứng và tìm động năng , vận tốc của Th? Cho m α = 4,0015u; mU =233,9904u ; mTh=229,9737u; 1u = 931MeV/c2 A. thu 14,15 MeV; 0,242 MeV; 4,5.105 m/s B. toả 14,15 MeV; 0,242 MeV; 4,5.105 m/s 5 C. toả 14,15 MeV; 0,422 MeV; 5,4.10 m/s D. thu 14,15 MeV; 0,422 MeV; 5,4.105 m/s 226 Câu 17: 88 Ra là hạt nhân phóng xạ sau một thời gian phân rã thành một hạt nhân con và tia α. Biết mRa = 225,977 u; mcon = 221,970 u ; m α = 4,0015 u; 1u = 931,5 MeV/c2. Tính động năng hạt α và hạt nhân con khi phóng xạ Radi A. 5,00372 MeV; 0,90062 MeV B. 0,90062 MeV; 5,00372 MeV C. 5,02938 MeV; 0,09062 MeV D. 0,09062 MeV; 5,02938 MeV. 210 Câu 18: Pôlôni 84 Po phóng xạ α và biến đổi thành chì PB. Biết khối lượng các hạt nhân Po; α; Pb lần lượt là: 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u và 1 u = 931,5MeV/c2 . Năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân pôlôni phân rã xấp xỉ bằng A. 5,92 MeV. B. 2,96 MeV. C. 29,60 MeV. D. 59,20 MeV. Câu 19: Dùng hạt α bắn phá hạt nhân nitơ đang đứng yên thì thu được một hạt proton và hạt nhân ôxi theo phản ứng: 24α +147N →178 O +11p . Biết khối lượng các hạt trong phản ứng trên là: mα = 4,0015 u; mN = 13,9992 u; mO = 16,9947 u; mP = 1,0073 u. Nếu bỏ qua động năng của các hạt sinh ra thì động năng tối thiểu của hạt α là A. 1,503 MeV. B. 29,069 MeV. C. 1,211 MeV. D. 3,007 Mev. 2 6 4 4 Câu 20: Cho phản ứng hạt nhân 1 H + 3 Li → 2 He+ 2 He . Biết khối lượng các hạt đơteri, liti, heli trong phản ứng trên lần lượt là 2,0136 u; 6,01702 u; 4,0015 u. Coi khối lượng của nguyên tử bằng khối lượng hạt nhân của nó. Năng lượng tỏa ra khi có 1g heli được tạo thành theo phản ứng trên là A. 3,1.1011 J B. 4, 2.1010 J C. 2,1.1010 J D. 6, 2.1011 J Câu 21: Cho phản ứng hạt nhân: 12 D + 12D → 23He+ 01n . Biết khối lượng của 21 D , 23 He , 01 n lần lượt là mD = 2,0135u; mHe = 3,0149 u; mn = 1,0087u. Năng lượng tỏa ra của phản ứng trên bằng A. 1,8821 MeV. B. 2,7391 MeV. C. 7,4991 MeV. D. 3,1671 MeV. 7 Câu 22: Bắn một prôtôn vào hạt nhân 3 Li đứng yên. Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống nhau bay ra với cùng tốc độ và theo các phương hợp với phương tới của prôtôn các góc bằng nhau là 600. Lấy khối lượng của mỗi hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối của nó. Tỉ số giữa tốc độ của prôtôn và tốc độ độ của hạt nhân X là A. 4. B. 1/2. C. 2. D. 1/4. Câu 23: Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng của các hạt sau phản ứng là 0,02 u. Phản ứng hạt nhân này A. tỏa năng lượng 1,863 MeV. B. tỏa năng lượng 18,63 MeV. C. thu năng lượng 1,863 MeV. D. thu năng lượng 18,63 MeV. BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 67
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 24: Tổng hợp hạt nhân heli 4 He từ phản ứng hạt nhân 11 H + 37Li → 24 He + X . Mỗi phản ứng trên tỏa năng
lượng 17,3 MeV. Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 0,5 mol heli là A. 1,3.1024 MeV. B. 2,6.1024 MeV. C. 5,2.1024 MeV. D. 2,4.1024 MeV. 7 Câu 25: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8 MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên, sinh ra hai hạt α có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mα = 4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27kg. Động năng của mỗi hạt mới sinh ra bằng bao nhiêu? A. Kα = 8,70485 MeV. B. Kα = 9,60485 MeV. C. Kα = 0,90000 MeV. D. Kα = 7,80485 MeV. 7 Câu 26: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8MeV bắn vào hạt nhân 3 Li đứng yên, sinh ra hai hạt α có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mα = 4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27 kg. Độ lớn vận tốc của các hạt mới sinh ra là: A. vα = 2,18734615 m/s. B. vα = 15207118,6 m/s. C. vα = 21506212,4 m/s. D. vα = 30414377,3 m/s. Câu 27: Cho hạt prôtôn có động năng KP = 1,8MeV bắn vào hạt nhân 73 Li đứng yên, sinh ra hai hạt có cùng độ lớn vận tốc và không sinh ra tia γ và nhiệt năng. Cho biết: mP = 1,0073u; mα = 4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u = 931MeV/c2 = 1,66.10-27kg. Độ lớn vận tốc góc giữa vận tốc các hạt là bao nhiêu? A. 83045’ B. 167030’ C. 88015’. D. 178030’. Câu 28: Dùng hạt prôton có động năng là Kp = 5,58MeV bắn vào hạt nhân 23 11 Na đang đứng yên ta thu được hạt α và hạt nhân Ne . cho rằng khồng có bức xạ γ kèm theo trong phản ứng và động năng hạt α là Kα = 6,6 MeV của hạt Ne là 2,64 MeV .Tính năng lượng toả ra trong phản ứng và góc giữa vectơ vận tốc của hạt α và hạt nhân Ne ?(xem khối lượng của hạt nhân bằng số khối của chúng) A. 3,36 MeV; 1700 B. 6,36 MeV; 1700 C. 3,36 MeV; 300 D. 6,36 MeV; 300 Câu 29: Hạt α có động năng Kα = 4MeV bắn vào hạt nhân Nitơ đang đứng yên gây ra phản ứng: α +147N →11H + X . Tìm năng lượng của phản ứng và vận tốc của hạt nhân X. Biết hai hạt sinh ra có cùng động năng. Cho mα = 4,002603u ; mN = 14,003074u; mH = 1,0078252u; mX = 16,999133u;1u = 931,5 MeV/c2 A. toả 11,93MeV; 0,399.107 m/s B. thu 11,93MeV; 0,399.107 m/s C. toả 1,193MeV; 0,339.107 m/s D. thu 1,193MeV; 0,399.107 m/s. 14 14 17 Câu 30: Bắn hạt α vào hạt nhân 7 N ta có phản ứng: 7 N + α → 8 P + p . Nếu các hạt sinh ra có cùng vận tốc v. Tính tỉ số của động năng của các hạt sinh ra và các hạt ban đầu là A. 3/4. B. 2/9. C. 1/3. D. 5/2. 27 Câu 31: Hat α có động năng 3,51 MeV bắn vào hạt nhân 13 Al đứng yên sinh ra 1 nơtron và 1 hạt X có cùng động năng. Biết phản ứng thu năng lượng 4,176.10-13 (J) và lấy gần đúng khối lượng hạt nhân bằng số khối. Vận tốc của hạt nơtron sinh ra là: A. 5,2.106 m/s B. 7,5.106 m/s C. 9,3.106 m/s D. 16,7.106 m/s 234 234 Câu 32: Hạt nhân 92 U phóng xạ α tạo thành hạt nhân X. Biết hạt nhân U đứng yên, hạt α có động năng là 13,94 MeV, lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối. Phân rã này tỏa ra năng lượng xấp xỉ bằng: A. 13,98 MeV B. 14,18 MeV C. 20.28 MeV D. 16,81 MeV 210 Câu 33: Hạt nhân 84 Po đứng yên, phóng xạ α và biến thành hạt nhân X, tỏa năng lượng 6,4 MeV. Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối. Động năng của hạt α bằng: A. 6,2789 MeV B. 6,5243 MeV C. 6,2848 MeV D. 5,4820 MeV 23 Câu 34: Dùng hạt proton có động năng 5,58 MeV bắn phá hạt nhân 11 Na đứng yên sinh ra hạt α có động năng 6,6 MeV và hạt nhân X. Phản ứng không kèm theo tia γ. Biết khối lượng hạt nhân proton, natri, α và hạt X lần lượt là 1,0073u; 22,9854u; 4,0015u; 19,9869u và 1u = 931 MeV/c2. Động năng của hạt nhân X là: A. 6,2763 MeV B. 2,4583 MeV C. 2,9534 MeV D. 2,9833 MeV 9 Câu 35: Hạt α có động năng 5,30 MeV bắn phá hạt nhân 4 Be đang đứng yên sinh ra hạt nhân Cacbon 12 6
C và hạt nhân X. biết hạt nhân Cacbon có động năng 0,929 MeV và phương vận tốc của hạt nhân Cacbon và hạt nhân X vuông góc nhau. Lấy khối lượn hạt nhân bằng số khối. Động năng của hạt nhân X bằng: A. 5,026 MeV B. 10,052 MeV C. 9,852 MeV D. 22,129 MeV BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 68
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 7 3 Li đứng yên. Hai hạt nhân X sinh ra và có cùng động năng là 9,34 eV. Năng lượng tỏa ra từ phản ứng này bằng: A. 17,22 MeV B. 20,14 MeV C. 10,07 MeV D. 18,68 MeV 14 17 Câu 37: Bắn phá hat anpha vào hạt nhân 7 N đang đứng yên tạo ra proton và 8 O . Phản ứng thu năng lượng 1,52 MeV. Giả sử hai hạt sinh ra có cùng vecto vận tốc. Động năng của hạt anpha (xem khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối của nó) bằng bao nhiêu? A. 1,36 MeV B. 1,65 MeV C. 1,95 MeV D. 1,56 MeV Câu 38: Người ta dùng hạt nhân proton bắn vào hạt nhân bia đang đứng yên gây ra phản ứng tạo thành hai hạt nhân giống nhau bay ra cùng động năng và theo các hướng lập với nhau một góc 1200. Biết số khối hạt nhân bia lớn hơn 3. Kết luận nào sau đây là đúng? A. Không đủ dữ kiện để kết luận. B. Phản ứng trên là phản ứng thu năng lượng. C. Năng lượng trao đổi của phản ứng trên bằng 0. D. Phản ứng trên là phản ứng toả năng lượng. 27 30 Câu 39: Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây ra phản ứng : α + 13 Al →15 P + n . phản ứng này thu năng lượng Q= 2,7 MeV. Biết hai hạt sinh ra có cùng vận tốc, tính động năng của hạt α . (coi khối lượng hạt nhân bằng số khối của chúng). A. 1,3 MeV B. 13 MeV C. 3,1 MeV D. 31 MeV ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. C 02. B 03. B 04. A 05. B 06. A 07. B 08. B 09. A 10. B 11. D 12. B 13. C 14. D 15. D 16. B 17. C 18. A 19. C 20. A 21. D 22. A 23. D 24. B 25. B 26. C 27. D 28. A 29. D 30. B 31. B 32. C 33. A 34. D 35. B 36. A 37. C 38. D 39. C PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH, NHIỆT HẠCH I. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH 1. Khái niệm +) Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron chậm vỡ thành hai hạt nhân trung bình đồng thời phóng ra một số nơtron và tỏa ra một năng lượng rất lớn (khoảng 200 MeV). +) Năng lượng tỏa ra dưới dạng động năng của các hạt. 239 +) Các nhiên liệu chủ yếu thực hiện phản ứng nhiệt hạch là 235 92 U và 94 Pu 2. Cơ chế của phản ứng phân hạch Để phản ứng có thể xảy ra được thì phải truyền cho hạt nhân mẹ X một năng lượng đủ lớn (giá trị tối thiểu của năng lượng này gọi là năng lượng kích hoạt). Cách đơn giản nhất để truyền năng lượng kích hoạt cho hạt nhân mẹ X là cho một nơtron bắn vào X để X bắt (hoặc hấp thụ) nơtron đó và chuyển sang trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền và kết quả xảy ra phân hạch theo sơ đồ n + X → X * → Y + Z + kn Như vậy quá trình phân hạch của hạt nhân X không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích. 236 95 138 1 Ví dụ: 01n + 235 92 U → 92 U → 39Y + 53 I +30 n 3. Đặc điểm +) Sau mỗi phản ứng phân hạch đều có hơn 2 notron chậm được sinh ra. +) Phản ứng phân hạch tỏa năng lượng lớn, khoảng 200 MeV. 4. Phản ứng dây chuyền Các nơtron tạo thành sau phân hạch có động năng lớn (nơtron nhanh) thường bị U238 hấp thụ hết hoặc thoát ra ngoài khối Urani. Nếu chúng được làm chậm lại thì có thể gây ra sự phân hạch tiếp theo cho các hạt U235 khác khiến cho sự phân hạch trở thành phản ứng dây chuyền. Trên thực tế không phải mọi nơtron sinh ra đều có thể gây ra sự phân hạch (vì có nhiều nơ tron bị mất mát do bị hấp thụ bởi các tạp chất trong nhiên liệu, bị U238 hấp thụ mà không gây nên phân hạch, hoặc bay ra ngoài khối nhiên liệu...). Vì vậy muốn có phản ứng dây chuyền ta phải xét đến số nơtron trung bình k còn lại sau mỗi phân hạch. Gọi k là số nơtron còn lại sau phân hạch tiếp tục được U235 hấp thụ. + Nếu k >1: số phân hạch tăng lên rất nhanh với tốc độ k1, k2, k3…Phản ứng dây chuyền trở thành thác lũ không thể không chế. Hệ thống gọi là vượt hạn. Đây chính là cơ chế nổ của bom nguyên tử. + Nếu k < 1: Phản ứng dây chuyền không thể xảy ra. Hệ thống gọi là dưới hạn. Câu 36: Cho proton có động năng 1,46 MeV bắn vào hạ3 t nhân
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 69
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN + Nếu k =1: Phản ứng dây chuyền có thể khống chế. Hệ thống gọi là tới hạn. Đây chính là cơ chế hoạt động của nhà máy điện nguyên tử. Muốn k ≥ 1 thì khối lượng Urani hoặc Plutoni phải đạt đến một trị số tối thiểu gọi là khối lượng tới hạn mtH Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là k ≥ 1 và m > mth. 5. Lò phản ứng hạt nhân +) Là thiết bị để tạo ra các phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và điều khiển được. +) Nhiên liệu phân hạch trong các lò phản ứng hạt nhân thường là U235 hoặc Pu239. +) Để đảm bảo cho k = 1 người ta dùng các thanh điều khiển chứa Bo hay Cd, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron (khi số nơtron trong lò tăng lên quá nhiều thì người ta cho các thanh điều khiển ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu để hấp thụ số nơtron thừa). +) Năng lượng tỏa ra từ lò phản ứng không đổi theo thời gian. Ví dụ 1: Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 600 MW hoạt động liên tục trong 1 năm. Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch toả ra năng lượng trung bình là 200 MeV, hiệu suất nhà máy là 20% a) Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy trong 1 năm ? b) Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy công suất như trên và có hiệu suất là 75%. Biết năng suất toả nhiệt của dầu là 3.107 J/kg. So sánh lượng dầu đó với urani ? Hướng dẫn giải: a) Vì H = 20% nên công suất urani cần cung cấp cho nhà máy là Pn = 100.P/20 = 5P Năng lượng do nhiên liệu cung cấp cho nhà máy trong 1 năm là W = Pn.t = 365.6.108.24.3600 = 9,64.1015J Số hạt nhân phân dã được năng lượng đó là N = W/200.1,3.10—13 = 2,96.1026 hạt . Khối lượng U235 cung cấp cho nhà máy là m = N.A/NA = 1153,7 kg. b) Vì hiệu suất nhà máy là 75% nên có công suất 600 MW dầu có công suất P / = P/H = 4P/3. Năng lượng dầu cung cấp cho 1 năm là W/ = Pn/ t = (4.6.108/3).24.3600.356 = 2,53.1015 J. Lượng dầu cần cung cấp là m/ = W//3.107 = 8,4.107 kg = 84 000 tấn. m' Ta có = 7,2010 5 m Ví dụ 2: Nhà máy điện nguyên tử dùng U235 có công suất 180 MW. Cho biết 1 hạt nhân bị phân hạch toả ra năng lượng trung bình là 200 MeV, hiệu suất nhà máy là 25% . a) Tính lượng nhiên liệu cần cung cấp cho nhà máy trong 2 tháng (60 ngày) ? b) Tính lượng dầu cần cung cấp cho nhà máy công suất như trên và có hiệu suất là 40%. Biết năng suất toả nhiệt của dầu là 3.107 J/kg. So sánh lượng dầu đó với urani ? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s: a) 4,55 kg. b) 7776 tấn. Ví dụ 3: Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani U235 năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất 500000 kW, hiệu suất là 20%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Đ/s: 961 kg. Ví dụ 4: Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani U235 năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất P, hiệu suất là 30%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là 2500 kg. Tính P? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… Ví dụ 5: Một nhà máy điện hạt nhân có công suất 200 kW, dùng năng lượng phân hạch U235, hiệu suất H = 20%. Mỗi hạt U235 phân hạch tỏa năng lượng là 200 MeV. Với 1 kg U235 thì nhà máy hoạt động được trong bao lâu? ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 70
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… 1 95 139 1 − Ví dụ 6: 235 92 U + 0 n → 42 Mo + 57 La + 2 0 n + 7e là một phản ứng phân hạch của Urani 235. Biết khối lượng hạt nhân : mU = 234,99 u ; mM0 = 94,88 u ; mLa = 138,87 u ; mN = 1,0087 u.Cho năng suất toả nhiệt của xăng là 46.106 J/kg . Khối lượng xăng cần dùng để có thể toả năng lượng tương đương với 1 gam U phân hạch ? A. 1616 kg B. 1717 kg C.1818 kg D.1919 kg Tóm tắt Giải mU = 234,99 u Số hạt nhân nguyên tử 235U trong 1 gam vật chất U là : m 1 mM0 = 94,88 u N = .N A = .6,02.10 23 = 2,5617.10 21 hạt A 235 mLa = 138,87 u Năng lượng toả ra khi giải phóng hoàn toàn 1 hạt nhân 235U mn = 1,0087 u phân hạch là: ∆E = ( M0 – M ).c2 = ( mU + mn – mM0– mLa – 2mn ).c2 = 215,3403 MeV q = 46.106 J/kg Năng lượng khi 1 gam U phản ứng phân hạch : E = ∆E.N = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.1023 .1,6.10 –3 J = 8,8262 J Khối lượng xăng m? Khối lượng xăng cần dùng để có năng lượng tương đương Q = E => Q m= ≈ 1919kg ⇒ Chọn đáp án D 46.10 6 139 94 1 Ví dụ 7: Biết U235 có thể bị phân hạch theo phản ứng sau : 01 n + 235 92 U → 53 I + 39Y +30 n . Khối lượng của các hạt tham gia phản ứng: mU = 234,99332u; mn = 1,0087u; mI = 138,8970u; mY = 93,89014u; 1uc2 = 931,5MeV. Nếu có một lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1010 hạt U235 phân hạch theo phương trình trên và sau đó phản ứng dây chuyền xảy ra trong khối hạt nhân đó với hệ số nhân nơtrôn là k = 2. Coi phản ứng không phóng xạ gamma. Năng lượng toả ra sau 5 phân hạch dây chuyền đầu tiên (kể cả phân hạch kích thích ban đầu): A. 175,85MeV B. 11,08.1012MeV C. 5,45.1013MeV D. 8,79.1012MeV Hướng dẫn giải: Năng lượng tỏa ra sau mỗi phân hạch: ∆E = (mU + mn - mI - mY - 3mn )c2 = 0,18878 uc2 = 175,84857 MeV = 175,85 MeV Khi 1 phân hạch kích thích ban đầu sau 5 phân hach dây chuyền số phân hạch xảy ra là 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31 Do đó số phân hạch sau 5 phân hạch dây chuyền từ 1010 phân hạch ban đầu N = 31.1010 Năng lượng tỏa ra E = N ∆E = 31.1010 x175,85 = 5,45.1013 MeV Chọn đáp án C III. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH 1) Khái niệm Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. 2) Đặc điểm Tuy một phản ứng nhiệt hạch tỏa ra một năng lượng nhỏ hơn một phản ứng phản ứng phân hạch nhưng nếu tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng lớn hơn phản ứng phân hạch. Các phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao, khoảng 50 đến 100 triệu độ vì chỉ ở nhiệt độ cao các hạt nhân nhẹ mới thu được động năng đủ lớn thắng được lực đẩy Culông tiến lại gần nhau đến mức lực hạt nhân tác dụng kết hợp chúng lại → điều kiện để xảy ra phản ứng nhiệt hạch là nhiệt độ phải rất lớn (lên đến hàng triệu độ). Nguồn gốc năng lượng mặt trời và các sao là do phản ứng nhiệt hạch. Con người dã thực hiện được hiện được phản ứng nhiệt hạch dưới dạng sự nổ của bom khinh khí. 2) Lí do để con người quan tâm nhiều đến phản ứng nhiệt hạch: +) Có nguồn nhiên liệu vô tận, nước biển chứa 0,015% là D2O có thể điện phân lấy D. +) Phản ứng nhiệt hạch sạch hơn phản ứng phân hạch do không có các cặn bã phóng xạ. Chú ý: +) Năng lượng bức xạ mặt trời E = mc2 , với m là khối lượng mặt trời giảm do bức xạ. E mc 2 m +) Công suất bức xạ P = = ⇒ 0 0 m = .100 0 0 t t M BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 71
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH, NHIỆT HẠCH Câu 1. Hạt nhân nào sau đây không thể phân hạch ? A. 239 B. 238 C. 126 C D. 239 92 U 92 U 92 U Câu 2. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về phản ứng phân hạch? A. Phản ứng phân hạch là phản ứng trong đó hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn. B. Phản ứng phân hạch kích thích là phản ứng trong đó hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron rồi chuyển sang trạng thái kích thích, sau đó vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn và kèm một vài nơtron. C. Phản ứng phân hạch xảy ra khi hạt nhân nặng được truyền một năng lượng kích hoạt cỡ vài MeV D. Giống như phóng xạ, các sản phẩm sau phân hạch là hoàn toàn xác định. Câu 3. Gọi k là số nơtron trung bình còn lại sau mỗi phân hạch, thì điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là A. k < 1. B. k = 1. C. k > 1. D. k ≥ 1. Câu 4. Hãy chọn câu sai. Những điều kiện cần phải có để tạo nên phản ứng hạt nhân dây chuyền là gì ? A. Sau mỗi lần phân hạch, số nơtron trung bình được giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1 . B. Lượng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn (lớn hơn hoặc bằng khối lượng tới hạn) để tạo nên phản ứng dây chuyền. C. Phải có nguồn tạo ra nơtron. D. Nhiệt độ phải được đưa lên cao. Câu 5. Chọn câu sai khi nói về phản ứng phân hạch ? A. Phản ứng phân hạch là phản ứng toả năng lượng. B. Phản ứng phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng hấp thụ một notron chậm rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình C. Phản ứng phân hạch con người chưa thể kiểm soát được. D. Phản ứng phân hạch con người có thể kiểm soát được. – 208 Câu 6. Hạt nhân 235 92 U hấp thụ một hạt notron sinh ra x hạt α, y hạt β và một hạt 82 Pb và 4 hạt notron. Hỏi x, y có giá trị nào? A. x = 6 , y = 1. B. x = 7, y = 2. C. x = 6, y = 2. D. x = 2, y = 6. Câu 7. Chọn câu sai. Phản ứng phân hạch dây chuyền A. là phản ứng phân hạch xảy ra liên tiếp do các hạt nhân nặng hập thụ các nơtron sinh ra từ các phân hạch trước đó. B. luôn kiểm soát được. C. xảy ra khi số nơtron trung bình nhận được sau mỗi phân hạch lớn hơn 1. D. xảy ra khi số nơtron trung bình nhận được sau mối phân hạch bằng 1. Câu 8. Trong phản ứng phân hạch hạt nhân, những phần tử nào sau đây có đóng góp năng lượng lớn nhất khi xảy ra phản ứng ? A. Động năng của các nơtron. B. Động năng của các proton. C. Động năng của các hạt. D. Động năng của các electron. 235 Câu 9. Sự phân hạch của hạt nhân urani 92 U khi hấp thụ một nơtron chậm xảy ra theo nhiều cách. Một 1 140 94 1 trong các cách đó được cho bởi phương trình 235 92 U + 0 n→ 54 Xe + 38 Sr + k 0 n . Số nơtron được tạo ra trong phản ứng này là A. k = 3. B. k = 6. C. k = 4. D. k = 2 Câu 10. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về phản ứng phân hạch? A. Urani phân hạch có thể tạo ra 3 nơtron. B. Urani phân hạch khi hấp thụ nơtron chuyển động nhanh. C. Urani phân hạch toả ra năng lượng rất lớn. D. Urani phân hạch vỡ ra thành hai hạt nhân có số khối từ 80 đến 160. Câu 11. Sự phân hạch là sự vỡ một hạt nhân nặng A. một cách tự phát thành nhiều hạt nhân nhẹ hơn. B. thành hai hạt nhân nhẹ hơn do hấp thụ một nơtron. C. thành hai hạt nhân nhẹ hơn và vài nơtron, sau khi hấp thụ một nơtron chậm. D. thành hai hạt nhân nhẹ hơn một cách tự phát.
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 72
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 12. Phản ứng nhiệt hạch là sự A. phân chia một hạt nhân nhẹ thành hai hạt nhân nhẹ hơn kèm theo sự toả nhiệt. B. kết hợp hai hạt nhân có số khối trung bình htành một hạt nhân rất nặng ở nhiệt độ rất cao . C. phân chia một hạt nhân rất nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn . D. kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn trong điều kiện nhiệt độ rất cao. Câu 13. Phản ứng nhiệt hạch là là phản ứng hạt nhân A. toả một nhiệt lượng lớn. B. cần một nhiệt độ rất cao mới thực hiện được. C. hấp thụ một nhiệt lượng lớn. D. trong đó hạt nhân của các nguyên tử bị nung chảy thành các nuclon. Câu 14. Tìm kết luận sai khi nói về phản ứng nhiêt hạch. Phản ứng nhiệt hạch A. tỏa ra năng lượng lớn. B. tạo ra chất thải thân thiện với môi trường. C. xảy ra khi có khối lượng vượt khối lượng tới hạn. D. xảy ra ở nhiệt độ cao (từ chục đến trăm triệu độ). Câu 15. Chọn câu sai khi nói về phản ứng nhiệt hạch. A. Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng toả năng lượng. B. Phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao C. Phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở nhiệt độ cao nên gọi là phản ứng thu năng lượng D. Phản ứng nhiệt hạch con người chưa thể kiểm soát được. Câu 16. Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra là A. các hạt nhân nhẹ ban đầu phải ở trong điều kiện nhiệt độ rất cao. B. số n trung bình sinh ra phải lớn hơn 1. C. ban đầu phải có 1 nơtron chậm. D. phải thực hiện phản ứng trong lòng mặt trời hoặc trong lòng các ngôi sao. Câu 17. Chọn câu sai khi nói về phản ứng phân hạch, nhiệt hạch ? A. Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. B. Phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao (hàng trăm triệu độ) nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. C. Xét năng lượng toả ra trên một đơn vị khối lượng thì phản ứng nhiệt hạch toả ra năng lượng lớn hơn nhiều phản ứng phân hạch. D. Một phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng nhiều hơn một phản ứng phân hạch. Câu 18. Chọn câu sai. A. Nguồn gốc năng lượng mặt trời và các vì sao là do chuỗi liên tiếp các phản ứng nhiệt hạch xảy ra. B. Trên trái đất con người đã thực hiện được phản ứng nhiệt hạch: trong quả bom gọi là bom H; trong các nhà máy điện nguyên tử C. Nguồn nhiên liệu để thực hiện phản ứng nhiệt hạch rất dễ kiếm, vì đó là đơteri và triti có sẵn trong nước biển.. D. Phản ứng nhiệt hạch có ưu điểm lớn là bảo vệ môi trường tốt vì chất thải sạch, không gây ô nhiễm môi trường. Câu 19. Phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch là hai phản ứng hạt nhân trái ngược nhau vì A. một phản ứng toả, một phản ứng thu năng lượng. B. một phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp, phản ứng kia xảy ra ở nhiệt độ cao. C. một phản ứng là tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn, phản ứng kia là sự phá vỡ một hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ hơn. D. một phản ứng diễn biến chậm, phản kia rất nhanh Câu 20. Phản ứng nhiệt hạch là A. phản ứng hạt nhân thu năng lượng. B. phản ứng kết hợp hai hạt nhân có khối lượng trung bình thành một hạt nhân nặng. C. nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời. D. sự tách hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ nhờ nhiệt độ cao. Câu 21. Phát biểu nào sai khi nói về phản ứng hạt nhân? A. Phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân tạo ra hai hạt nhân nhẹ hơn, có tính phóng xạ. B. Khi hạt nhân nặng hấp thụ một nơtron vỡ thành 2 hạt nhân trung bình và toả năng lượng lớn. C. Khi hai hạt nhân rất nhẹ kết hợp với nhau thành hạt nhân nặng hơn toả năng lượng. D. Phản ứng tổng hợp hạt nhân và phân hạch đều toả năng lượng. Câu 22. Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani 235U năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 73
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN 200 MeV. Khi 1 kg 235U phân hạch hoàn toàn thì toả ra năng lượng là A. 8,21.1013 J. B. 4,11.1013 J. C. 5,25.1013 J. D. 6,23.1021 J. 235 Câu 23. Trong phản ứng vỡ hạt nhân Urani U năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu Urani, có công suất 500 000 kW, hiệu suất là 20%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là A. 961 kg. B. 1121 kg. C. 1352,5 kg. D. 1421 kg. Câu 24: Do sự phát bức xạ nên mỗi ngày khối lượng Mặt Trời giảm một lượng 3,744.1014 kg. Biết vận tốc ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s. Công suất bức xạ trung bình của Mặt Trời bằng: A. 6,9.1015 MW B. 3,9.1020 MW C. 5,9.1010 MW D. 4,9.1040 MW 139 94 1 Câu 25: Biết U235 có thể bị phân hạch theo phản ứng sau: 01 n + 235 92 U → 53 I + 39Y +3 0 n . Khối lượng của các hạt tham gia phản ứng: mU = 234,99332u; mn = 1,0087u; mI = 138,8970u; mY = 93,89014u; 1uc2 = 931,5MeV. Nếu có một lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1012 hạt U235 phân hạch theo phương trình trên và sau đó phản ứng dây chuyền xảy ra trong khối hạt nhân đó với hệ số nhân nơtrôn là k = 2. Coi phản ứng không phóng xạ gamma. Năng lượng toả ra sau 5 phân hạch dây chuyền đầu tiên (kể cả phân hạch kích thích ban đầu): A. 175,85 MeV B. 5,45.1015 MeV C. 5,45.1013MeV D. 8,79.1012 MeV Câu 26: Gọi m0 là khối lượng nghỉ của vật. m,v lần lượt là khối lượng và vận tốc khi vật chuyển động.Biểu thức nào sau đây không phải là biểu thức tính năng lượng toàn phần của một hạt tương đối tính: m0 c 2 A. E = mc2 B. E = E0 + Wđ C. E = D. E = m0c2 2 v 1− 2 c 3 Câu 27: Một hạt có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với tốc độ v = c (c là tốc độ ánh sáng trong chân 2 không ). Theo thuyết tương đối, năng lượng toàn phần của hạt sẽ: A. gấp 2 lần động năng của hạt B. gấp bốn lần động năng của hạt C. gấp 3 lần động năng của hạt D. gấp 2 lần động năng của hạt Câu 28: Một hạt có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với tốc độ v thì theo thuyết tương đối, động năng của hạt được định bởi công thức: mo c 2 mo c 2 1 1 A. B. mo c 2 ( − 1) C. 2 D. 2mo c 2 ( − 1) v2 v2 v2 v2 1− 2 1− 2 1− 2 1− 2 c c c c 9 Câu 29: Hạt α có động năng 5,30 MeV bắn phá hạt nhân 4 Be đang đứng yên sinh ra hạt nhân Cacbon 126 C và hạt nhân X. biết hạt nhân Cacbon có động năng 0,929 MeV và phương vận tốc của hạt nhân Cacbon và hạt nhân X vuông góc nhau. Lấy khối lượn hạt nhân bằng số khối. Động năng của hạt nhân X bằng: A. 5,026 MeV B. 10,052 MeV C. 9,852 MeV D. 22,129 MeV Câu 30: Kí hiệu E0, E là năng lượng nghỉ và năng lượng toàn phần của một hạt có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v = 0,8c. Theo thuyết tương đối, năng lượng nghỉ E0 của hạt bằng: A. 0,5E B. 0,6E C. 0,25E D. 0,8E Câu 31: Với c là vận tốc ánh sáng trong chân không, hệ thức Einstein giữa năng lượng nghỉ E và khối lượng m của một vật là: A. E = mc2 B. E = 2m2c C. E = 0,5mc2 D. E = 2mc2 30 26 Câu 32: Mặt trời có khối lượng 2.10 kg và công suất bức xạ 3,8.10 W. Nếu công suất bức xạ không đổi thì sau 1 tỉ năm nữa khối lượng mặt trời giảm đi bao nhiêu phần trăm so với khối lượng hiện nay. Lấy 1 năm = 365 ngày. A. 0,07% B. 0,005% C. 0,05% D. 0,007% Câu 33. Một hạt nhận 235U phân hạch toả năng lượng 200 MeV. Tính khối lượng Urani tiêu thụ trong 24 giờ bởi một nhà máy điện nguyên tử có công suất 5000 kW. Biết hiệu suất nhà máy là 17%. A. 61 g. B. 21 g. C. 31 g. D. 41 g. 7 1 4 4 Câu 34. Trong phản ứng tổng hợp Hêli: 3 Li +1 H → 2 He+ 2 He Biết mLi = 7,0144u; mH = 1,0073u; mHe4 = 4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2. Nhiệt dung riêng của nước là c = 4,19 kJ/kg/k-1. Nếu tổng hợp Hêli từ 1 (g) liti thì năng lượng toả ra có thể đun sôi một nước ở 00C là: BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 74
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN A. 4,25.105 kg B. 5,7.105 kg C. 7,25. 105 kg D. 9,1.105 kg. Câu 35. Xét phản ứng: A --> B + α. Hạt nhân mẹ đứng yên, hạt nhân con và hạt α có khối lượng và vận tốc lần lượt là vB, mB và vα, mα.. Tỉ số giữa vB và vα bằng A. mB/mα B. 2mα/mB C. 2 mB / mα D. mα/mB Câu 36. Tìm phát biểu sai, biết số nguyên tử và khối lượng chất phóng xạ ban đầu là N0 và m0: A. Số nguyên tử còn lại sau thời gian t: N = N0.e-0,693t/T B. Khối lượng đã phân rã trong thời gian t: ∆m = m0(1 – e-λt) C. Hoạt độ phóng xạ ở thời điểm t: H = λN0e-0,693t D. Số nguyên tử đã phân rã trong thời gian t: ∆N = N0(1 - 2- t/T) 236 143 87 1 Câu 37. Một trong các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng là: 01 n + 235 92 U → 92 U → 57 La + 35 Br + m.0 n với m là số nơtron, m bằng: A. 4 B. 6 C. 8 D. 10 Câu 38. Tìm phát biểu sai về phản ứng nhiệt hạch: A. Sự kết hợp hai hạt nhân rất nhẹ thành một hạt nhân năng hơn cũng toả ra năng lượng. B. Mỗi phản ứng kết hợp toả ra năng lượng bé hơn một phản ứng phân hạch, nhưng tính theo khối lượng nhiên liệu thì phản ứng kết hợp toả ra năng lượng nhiều hơn. C. Phản ứng kết hợp toả ra năng lượng nhiều, làm nóng môi trường xung quanh nên gọi là phản ứng nhiệt hạch. D. Bom H là ứng dụng của phản ứng nhiệt hạch nhưng dưới dạng phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát được. Câu 39. Chọn câu sai: A. Sau khoảng thời gian bằng 3 lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ còn lại một phần tám B. Sau khoảng thời gian bằng 2 lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ bị phân rã ba phần tư C. Sau khoảng thời gian bằng 2 lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ còn lại một phần tư D. Sau khoảng thời gian bằng 3 lần chu kỳ bán rã, chất phóng xạ còn lại một phần chín Câu 40. Tìm phát biểu sai về định luật phóng xạ: A. Độ phóng xạ (phx) của một lượng chất phx đặc trưng cho tính phx mạnh hay yếu, đo bằng số phân rã trong 1s. B. Một Bq là một phân rã trong 1s. C. 1Ci = 3,7.1010Bq xấp xỉ bằng độ phóng xạ của 1 mol Ra. D. Đồ thị H(t) giống như N(t) vì chúng giảm theo theo thời gian với cùng một quy luật. Câu 41. Tìm phát biểu sai về phản ứng hạt nhân: A. Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi tương tác dẫn đén sự biến đổi hạt nhân các nguyên tử. B. Trong phương trình phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. A, B, C, D có thể là các hạt nhân hay các hạt cơ bản như p, n, e-… C. Phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân mà hạt nhân mẹ A biến đổi thành hạt nhân con B và hạt α hoặc β. D. Các phản ứng hạt nhân chỉ xảy ra trong các lò phản ứng, các máy gia tốc, không xảy ra trong tự nhiên Câu 42. Trong lò phản ứng phân hạch U235, bên cạnh các thanh nhiên liệu còn có các thanh điều khiển B, C, D. Mục đích chính của các thanh điều khiển là: A. Làm giảm số nơtron trong lò phản ứng bằng hấp thụ B. Làm cho các nơtron có trong lò chạy chậm lại C. Ngăn cản các phản ứng giải phóng thêm nơtron D. A và C đúng Câu 43. Chọn câu phát biểu đúng: A. Độ phóng xạ càng lớn nếu khối lượng chất phóng xạ càng lớn B. Độ phóng xạ chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất phóng xạ C. Chỉ có chu kỳ bán rã mới phụ thuộc độ phóng xạ D. Có thể thay đổi độ phóng xạ bởi yếu tố hóa, lý của môi trường bên ngoài Câu 44. Phản ứng phân hạch U235 dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả trong bom nguyên tử. Tìm sự khác biệt căn bản giữa lò phản ứng và bom nguyên tử. A. Số nơtron được giải phóng trong mỗi phản ứng phân hạch ở bom nguyên tử nhiều hơn ở lò phản ứng B. Năng lượng trung bình được mỗi nguyên tử urani giải phóng ra ở bom nguyên tử nhiều hơn hơn ở lò BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 75
CHUYÊN ĐỀ 7: VẬT LÝ HẠT NHÂN phản ứng C. Trong lò phản ứng số nơtron có thể gây ra phản ứng phân hạch tiếp theo được khống chế D. Trong lò phản ứng số nơtron cần để gây phản ứng phân hạch tiếp theo thì nhỏ hơn ở bom nguyên tử. Câu 45. Điều nào sau đây là sai khi nói về hiện tượng phóng xạ? A. Hiện tượng phóng xạ của một chất sẽ xảy ra nhanh hơn nếu cung cấp cho nó một nhiệt độ cao B. Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra. C. Hiện tượng phóng xạ tuân theo định luật phóng xạ. D. Hiện tượng phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân. Câu 46. Trong phản ứng vỡ hạt nhân urani U235 năng lượng trung bình toả ra khi phân chia một hạt nhân là 200 MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất P, hiệu suất là 30%. Lượng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu urani là 2461 kg. Tính P? A. 1800 MW B. 1920 MW C. 1900 MW D. 1860 MW Câu 47. Một nhà máy điện hạt nhân có công suất 160 kW, dùng năng lượng phân hạch U235, hiệu suất H = 20%. Mỗi hạt U235 phân hạch tỏa năng lượng là 200 MeV. Với 500 g U235 thì nhà máy hoạt động được trong bao lâu? A. 500 ngày B. 590 ngày. C. 593 ngày D. 565 ngày. 210 Câu 48. Hạt nhân 84 Po đang đứng yên thì phóng xạ α, ngay sau phóng xạ đó, động năng của hạt α A. lớn hơn động năng của hạt nhân con. B. chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng động năng của hạt nhân con. C. bằng động năng của hạt nhân con. D. nhỏ hơn động năng của hạt nhân con. Câu 49. Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đang đứng yên. Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt α. Hạt α bay ra theo phương vuông góc với phương tới của prôtôn và có động năng 4 MeV. Khi tính động năng của các hạt, lấy khối lượng các hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng. Năng lượng tỏa ra trong phản ứng này bằng A. 3,125 MeV. B. 4,225 MeV. C. 1,145 MeV. D. 2,125 MeV. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM 01. C 02. C 03. D 04. D 05. C 06. C 07. B 08. C 09. D 10. B 11. C 12. D 13. B 14. C 15. C 16. A 17. D 18. B 19. C 20. C 21. A 22. A 23. A 24. B 25. B 26. D 27. A 28. B 29. B 30. B 31. A 32. D 33. C 34. B 35. D 36. C 37. B 38. C 39. D 40. C 41. D 42. A 43. A 44. C 45. A 46. B 47. C 48. A 49. D
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI THPT.QG VẬT LÝ
Trang - 76