Giải Vật lí 12 Cánh diều bài 2: Năng lượng hạt nhân

VnDoc.com xin gửi tới bạn đọc bài viết Giải Vật lí 12 Cánh diều bài 2: Năng lượng hạt nhân để bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết gồm có hướng dẫn bạn đọc trả lời các câu hỏi trong SGK Vật lý 12 các trang 93, 94, 95, 96, 98, 100.

Giải Vật lí 12 trang 93 Cánh diều

Mở đầu trang 93 SGK Vật lý 12

Các proton mang điện tích dương nên đẩy nhau theo định luật Coulomb. Nguyên nhân nào khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân?

Lời giải:

Nguyên nhân khiến các proton và neutron vẫn có thể liên kết chặt chẽ với nhau trong hạt nhân là giữa các proton và neutron tồn tại lực hạt nhân.

Giải Vật lí 12 trang 94 Cánh diều

Luyện tập 1 trang 94 SGK Vật lý 12

Cho biết khối lượng của hạt nhân \(_{6}^{12}C\) là 11,99993 u. Sử dụng số liệu trong bảng 1.1 trang 92, tính độ hụt khối của hạt nhân \(_{6}^{12}C\).

Lời giải:

Δm = [Zm_p + (A − Z)m_n] − m = [1,00728.6 + (12 − 6).1,00866] − 11,99993 = 0,09571u

Câu hỏi 1 trang 94 SGK Vật lý 12

Tính 1 MeV/c² ra đơn vị kilôgam.

Lời giải:

\(1MeV/c^{2}= \frac{10^{6}.1,6.10^{-19} }{(3.10^{8})^{2} } = 1,778.10^{-30} kg\)

Luyện tập 2 trang 94 SGK Vật lý 12

Tính năng lượng liên kết của hạt nhân \(_{6}^{12}C\) ra đơn vị MeV và đơn vị J.

Lời giải:

Độ hụt khối của hạt nhân \(_{6}^{12}C\) được sử dụng ở kết quả bài trên.

Δm = 0,09571u

Năng lượng liên kết:

W_lk = Δmc² = 0,09571.931,5 = 89,15

MeV = 89,15.1,6.10⁻¹³ = 1,43.10⁻¹¹J

Giải Vật lí 12 trang 95 Cánh diều

Luyện tập 3 trang 95 SGK Vật lý 12

Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân \(_{6}^{12}C\)

Lời giải:

Năng lượng liên kết riêng: \(W_{lkr} = \frac{W_{lk} }{A} = \frac{89,15}{12} = 7,43 MeV/nucleon\)

Câu hỏi 2 trang 95 SGK Vật lý 12

Dựa vào Hình 2.3, sắp xếp các hạt nhân sau theo thứ tự độ bền vững tăng dần: \(_{3}^{6}Li\), \(_{6}^{12}C\), \(_{4}^{17}N\), \(_{10}^{20}Ne\)

Lời giải:

Thứ tự độ bền vững tăng dần: \(_{3}^{6}Li\), \(_{4}^{17}N\), \(_{6}^{12}C\), \(_{10}^{20}Ne\)

Luyện tập 4 trang 95 SGK Vật lý 12

Hạt nhân \(_{26}^{56}Fe\) có năng lượng liên kết riêng bằng 8,8 MeV/nucleon là một trong những hạt nhân bền vững nhất trong tự nhiên. Tính độ hụt khối của hạt nhân này.

Lời giải: 

Độ hụt khối:

Giải Vật lí 12 trang 96 Cánh diều

Tìm hiểu thêm trang 96 SGK Vật lý 12

Ta có thể áp dụng hệ thức Einstein (2.2) đề tính năng lượng toả ra của phản ứng phân hạch hạt nhân \(_{92}^{235}U\) trong Hình 2.4. Trước phản ứng, tổng khối lượng các hạt là:

m_trước = m_n + m_U.

Sau phản ứng, tổng khối lượng các hạt là: m_sau = m_Kr + m_Ba + 3m_n.

Thông qua phản ứng, khối lượng của hệ đã giảm đi một lượng là: m_trước - m_sau

Như vậy, phản ứng đã toả ra một năng lượng là E_toả = (m_trước - m_sau)c²

Cho biết khối lượng nguyên tử của các hạt trong phản ứng phân hạch Hình 2.4 như trong bảng dưới đây:

Tính năng lượng toả ra của phản ứng đó ra đơn vị MeV.

Lời giải:

Năng lượng toả ra:

E = (m_tr − m_s)c² = [(m_n+ m_U) − (m_Kr + m_Ba + 3m_n)]c²

= [(1,0087u + 235,0439u) − (91,9262u + 140,9144u + 3.1,0087u)]c² = 173,17MeV

Luyện tập 5 trang 96 SGK Vật lý 12

Năng lượng toả ra khi 1,000 kg \(_{92}^{235}U\) bị phân hạch hoàn toàn theo phản ứng trong Hình 2.4 tương đương với năng lượng toả ra khi đốt cháy bao nhiêu tấn than đá? Cho biết: khối lượng mol nguyên tử của uranium là 235,0439 g/mol; số Avogadro NA = 6,02.10²³ nguyên tử/mol. Mỗi kg than đá khi đốt cháy hoàn toàn toả ra 27.10⁶ J năng lượng nhiệt.

Lời giải:

Số hạt nhân \(_{92}^{235}U\) có trong 1000 kg \(_{92}^{235}U\) là:

\(N = n.N_{A} = \frac{m}{A} .N_{A} = \frac{1000.10^{3} }{235,0439} .6,02.10^{23} = 2,56.10^{27}\)

Mỗi hạt nhân tham gia 1 phản ứng, nên số phản ứng bằng với số hạt nhân \(_{92}^{235}U\).

Năng lượng toả ra ở 1 phản ứng là: 173,17 MeV (lấy kết quả ở câu trên)

Năng lượng toả ra khi phân hạch 1000kg \(_{92}^{235}U\) là:

E = 2,56.10²⁷.173,17.1,6.10⁻¹³ = 7,09.10¹⁶ J

Khối lượng than đá tương đương:

\(m = \frac{7,09.10^{16} }{27.10^{16} } = 2,625.10^{9} kg = 2,625.10^{6}\)

Giải Vật lí 12 trang 98 Cánh diều

Luyện tập trang 98 SGK Vật lý 12

Arktika là tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân của Nga. Với chiều dài 173 m, cao 15 m, tàu được trang bị hai lò phản ứng hạt nhân, mỗi lò có công suất 175 MW, giúp tàu phá lớp băng dày đến 3 m. Nếu lò phản ứng này sử dụng năng lượng từ sự phân hạch của \(_{92}^{235}U\), mỗi phân hạch sinh ra trung bình 203 MeV; tính khối lượng \(_{92}^{235}U\) mà lò phản ứng tiêu thụ trong 1 ngày. Cho số Avogadro N_A = 6,02. 10²³ nguyên tử/mol và khối lượng mol nguyên tử của \(_{92}^{235}U\) là 235 g/mol.

Lời giải:

Công suất mà 2 lò phản ứng hạt nhân tạo ra: P = 2.175 = 350MW

Năng lượng mà 2 lò này tạo ra trong 1 ngày đêm:

E = P.t = 350.10⁶.86400 = 3,024.10¹³J

Số phân hạch xảy ra: \(N = \frac{3,024.10^{13} }{203.1,6.10^{-13} } = 9,3.10^{23}\)

Số phân hạch bằng với số hạt nhân \(_{92}^{235}U\), nên khối lượng hạt nhân \(_{92}^{235}U\) cần dùng là:

\(m = n.A=\frac{N}{N_{A} } .A= \frac{9,3.10^{23} }{6,02.10^{23} } .235=363,04g\)

Giải Vật lí 12 trang 100 Cánh diều

Vận dụng trang 100 SGK Vật lý 12

Tìm tài liệu như tranh ảnh, bài báo, ... và dựa vào các tài liệu đó thảo luận với bạn về vai trò của một số ngành công nghiệp hạt nhân trong khoa học và đời sống.

Lời giải:

Đang cập nhật...

Bài tiếp theo: Giải Vật lí 12 Cánh diều bài 3: Phóng xạ