Bài tập hạt nhân vật lí 12 viotel năm 2024

Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân

A - PHẦN MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Hiện nay, khi mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan được áp dụng trong các
kì thi tốt nghiệp và tuyển sinh đại học, cao đẳng thì yêu cầu về việc nhận dạng để
giải nhanh và tối ưu các câu trắc nghiệm, đặc biệt là các câu trắc nghiệm định lượng
là rất cần thiết để có thể đạt được kết quả cao trong kì thi. Trong đề thi tuyển sinh
ĐH và CĐ các năm gần đây môn Vật Lý có những câu trắc nghiệm định lượng khá
khó mà các đề thi trước đó chưa có, nếu chưa gặp và chưa giải qua lần nào thì thí
sinh khó mà giải nhanh và chính xác các câu này.
Để giúp các em học sinh nhận dạng được các câu trắc nghiệm định lượng từ đó
có thể giải nhanh và chính xác từng câu, tôi xin tập hợp ra đây các bài tập điển hình
trong sách giáo khoa và trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi tuyển sinh ĐH – CĐ
trong những năm qua và phân các câu trắc nghiệm này thành những dạng cơ bản từ
đó đưa ra phương pháp giải cho từng dạng. Trong các năm học trước tôi đã trình
bày đề tài này ở các chương: Dao động cơ học – Sóng cơ, sóng âm – Dòng điện
xoay chiều – Dao động và sóng điện từ - Sóng ánh sáng – Lượng tử ánh sáng trong
chương trình Vật lý 12 – Ban cơ bản và đã may mắn được HĐKH Sở GD&ĐT Tỉnh
Bình Thuận thẩm định, đánh giá đạt giải. Tài liệu cũng đã được đưa lên một số
trang web chuyên ngành như: thuvienvatly.com, violet.vn, ..., được khá nhiều thành
viên tải về sử dụng và có những nhận xét tích cực. Vì vậy tôi xin viết tiếp chương
cuối của chương trình Vật Lí 12 – Ban cơ bản: Hạt nhân nguyên tử. Hy vọng rằng
tập tài liệu này giúp ích được một chút gì đó cho các quí đồng nghiệp trong quá
trình giảng dạy và các em học sinh trong quá trình kiểm tra, thi cử.

[email protected]

Page 1

Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân

II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
1) Đối tượng sử dụng đề tài:
+ Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 12 tham khảo để hướng dẫn học sinh giải bài
tập, đặc biệt là các giải các câu trắc nghiệm định lượng.
+ Học sinh học lớp 12 luyện tập để kiểm tra, thi môn Vật Lý.
2) Phạm vi áp dụng:
Phần Vật lí hạt nhân trong chương trình Vật Lý 12 – Ban Cơ bản.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Xác định đối tượng áp dụng đề tài.
Tập hợp các câu trắc nghiệm định lượng trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi
tuyển sinh ĐH – CĐ trong những năm qua (từ khi thực hiện chương trình mới) và
phân các câu trắc nghiệm này thành các dạng bài tập cơ bản.
Hệ thống các công thức, kiến thức liên quan và phương pháp giải cho từng
dạng.
Có hướng dẫn giải chi tiết các câu trắc nghiệm để các em học sinh có thể kiểm
tra so sánh với bài giải của mình.

[email protected]

Page 2

Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân

B - NỘI DUNG
I. Khối lượng, năng lượng của các hạt vi mô – Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
* Công thức:
+ Khối lượng tương đối tính: m =

+ Năng lượng toàn phần: E = mc2 =

m0
v2
1 2
c
m0
1

.

2

c2.

v
c2

+ Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2.
+ Động năng Wđ = E – E0 = mc2 – m0c2 =

m0
v2
1 2
c

c2 – m0c2.

A

+ Hạt nhân Z X , có A nuclôn; Z prôtôn; N = (A – Z) nơtrôn.
+ Đơn vị khối lượng nguyên tử: 1u = 1,66055.10-27 kg = 931,5 MeV/c2.
+ Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023mol-1.
+ Số hạt nhân trong m gam chất đơn nguyên tử: N =

m
NA .
A

* Phương pháp giải:
Để tìm một số đại lượng liên quan đến khối lượng, năng lượng của các hạt vi mô,
cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, ta viết biểu thức liên hệ giữa những đại lượng đã
cho và đại lượng cần tìm, từ đó suy ra và tính đại lượng cần tìm.
* Một số câu trắc nghiệm định lượng minh họa:
1 (CĐ 2011). Một hạt đang chuyển động với tốc độ bằng 0,8 lần tốc độ ánh sáng trong
chân không. Theo thuyết tương đối hẹp, động năng Wđ của hạt và năng lượng nghỉ E0 của
nó liên hệ với nhau bởi hệ thức
A. Wđ =

3E0
.
2

B. Wđ =

8 E0
.
15

C. Wđ =

2 E0
.
3

D. Wđ =

15 E0
.
8

2 (CĐ 2012). Biết động năng tương đối tính của một hạt bằng năng lượng nghỉ của nó.
Tốc độ của hạt này (tính theo tốc độ ánh sáng trong chân không c) bằng
A.

1
c.
2

B.

2
c.
2

C.

3
c.
2

D.

3
c.
4

3 (ĐH 2009). Một vật có khối lượng nghỉ 60 kg chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc
độ của ánh sáng trong chân không) thì khối lượng tương đối tính của nó là
A. 100 kg.
B. 80 kg.
C. 75 kg.
D. 60 kg.
4 (ĐH 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 (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là
A. 1,25m0c2.
B. 0,36m0c2.
C. 0,25m0c2.
D. 0,225m0c2.

[email protected]

Page 3

Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân

5 (ĐH 2011). Theo thuyết tương đối, một electron có động năng bằng một nữa năng
lượng nghỉ của nó thì electron này chuyển động với tốc độ bằng
A. 2,41.108 m/s. B. 1,67.108 m/s.
C. 2,24.108 m/s.
D. 2,75.108 m/s.
-27
8
6. Cho 1u = 1,66055.10 kg; c = 3.10 m/s; 1 eV = 1,6.10-19 J. Hạt prôtôn có khối
lượng mp = 1,007276 u, thì có năng lượng nghỉ là
A. 940,86 MeV. B. 980,48 MeV.
C. 9,804 MeV.
D. 94,08 MeV.
7. Một electron được gia tốc đến vận tốc v = 0,5c thì năng lượng sẽ tăng bao nhiêu %
so với năng lượng nghỉ?
A. 50%.
B. 20%.
C. 15,5%.
D. 10%.
8. Một hạt sơ cấp có động năng lớn gấp 3 lần năng lượng nghỉ của nó. Tốc độ của hạt
đó là
A.

15
c.
4

B.

1
c.
3

C.

13
c.
4

D.

5
c.
3

9 (CĐ 2009). Biết NA = 6,02.1023 mol-1. Trong 59,5 g 238 U có số nơtron xấp xỉ là
92
23
25
25
A. 2,38.10 .
B. 2,20.10 .
C. 1,19.10 .
D. 9,21.1024.
10. Biết số Avôgađrô là NA = 6,02.1023 hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số
khối của nó. Số prôtôn trong 0,27 gam 27 Al là
13
22
22
A. 9,826.10 .
B. 8,826.10 .
C. 7,826.1022.
D. 6,826.1022.
11 (ĐH 2013). Một hạt có khối lượng nghỉ m0. Theo thuyết tương đối, khối lượng động
(khối lượng tương đối tính) của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ
ánh sáng trong chân không) là
A. 1,75 m0.
B. 1,25 m0.
C. 0,36 m0.
D. 0,25 m0.
12 (ĐH 2013). Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200 MW. Cho rằng toàn bộ
năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của 235U và đồng vị này
chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi năm có 365 ngày; mỗi phân hạch sinh
ra 200 MeV; số A-vô-ga-đrô NA = 6,02.1023 mol-1. Khối lượng 235U mà lò phản ứng
tiêu thụ trong 3 năm là
A. 461,6 g.
B. 461,6 kg.
C. 230,8 kg.
D. 230,8 g.
* Đáp án: 1C. 2C. 3C. 4C. 5C. 6A. 7C. 8A. 9B. 10C. 11B. 12C.
* Giải chi tiết:
1. Ta có: Wđ =

m0
1

2. Ta có: Wđ =

v2
c2

m0
1

v2
c2

c2 - m0c2 = m0c2(

2
2
1
- 1) = m0c2 = E0. Đáp án C.
3
3
0, 6

c2 - m0c2 = m0c2 

1
1

v2
c2

=21-

1
3
v2
= v=
c.
2
4
2
c

Đáp án C.
3. Ta có: m =

m0
v2
1 2
c

=

60

 0, 6c 
1

2

= 75 (kg). Đáp án C.

c2

[email protected]

Page 4

Phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lý 12 – Phần: Vật lí hạt nhân

4. Wđ =

m0
1

2

m0

c2 - m0c2 =

v
c2

1

 0, 6c 

2

c2 - m0c2 = 0,25m0c2. Đáp án C.

c2
1
m0
5. Ta có: Wđ =
c2 - m0c2 = m0c2 
2
v2
1 2
c

v=

1
1

v2
c2

=

3
4
v2
1- 2 =
9
2
c

5
c = 2,24.108 m/s. Đáp án C.
3

6. Ta có: E0 = m0c2 = 15,05369.10-11 J = 940,86 MeV. Đáp án A.
m0

7. Ta có: E = mc2 =

1

8. Ta có: Wđ =

m0
1

v2
c2

2

m0

c2 =

v
c2

1

(0,5c)
c2

2

c2 - m0c2 = 3m0c2 

c2 = 1,1547m0c2. Đáp án C.

1
1

v2
c2

=41-

1
v2
=
v=
2
16
c

15
c.
4

Đáp án A.
m
.NA.(A – Z) = 220.1023. Đáp án B.
A
m
10. Ta có: Np = .NA.Z = 0,7826.1023. Đáp án C.
A
m0
m
11. Ta có: m =
= 0 = 1,25 m0. Đáp án B.
2
0,8
v
1 2
c
P.t 200.106.3.365.86400

12. Ta có: N =
= 5913.1023;
E
200.1,6.1013

9. Ta có: Nn =

m=

N . A 5913.1023.235

= 230823 (g). Đáp án C.
NA
6, 02.1023

II. Năng lượng hạt nhân
* Công thức:
+ Liên hệ giữa năng lượng và khối lượng: E = mc2.
+ Độ hụt khối của hạt nhân: m = Zmp + (A – Z)mn – mhn.
+ Năng lượng liên kết: Wlk = mc2.
+ Năng lượng liên kết riêng:  =

Wlk
. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn
A

thì càng bền vững (các hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn ứng với:
50 < A < 80 có năng lượng liên kết riêng cở 8,8 MeV là bền vững hơn cả).
A
A
A
A
+ Năng lượng tỏa ra hoặc thu vào trong phản ứng: Z 1 X1 + Z 1 X2  Z 1 X3 + Z 1 X4.
1
1
1
1
- Khi mtrước = m1 + m2 > msau = m3 + m4: phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
- Khi mtrước = m1 + m2 < msau = m3 + m4: phản ứng hạt nhân thu năng lượng.
+ Năng lượng tỏa ra hoặc thu vào trong phản ứng hạt nhân:

[email protected]

Page 5