Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Năng lượng liên kết - Nguyễn Anh Tuấn

ặc điểm của lực hạt nhân 
Nếu 2 proton hoặc 2 nuclon ở cách nhau 
1 khoảng lớn hơn kích thước hạt nhân 
Kích thước hạt nhân 
Lực hạt nhân có tác dụng hay không ? 
Đặc điểm của lực hạt nhân 
Lực hạt nhân không tác dụng , 
Lực Cu Lông đẩy các hạt ra xa 
Kích thước hạt nhân 
Đặc điểm của lực hạt nhân 
Nếu 2 proton hoặc 2 nuclon ở cách nhau 
khoảng cỡ kích thước hạt nhân 
Kích thước hạt nhân 
Lực hạt nhân có tác dụng hay không ? 
Đặc điểm của lực hạt nhân 
Lực hạt nhân phát huy tác dụng , lực hút 
lớn hơn lực đẩy , lực hạt nhân hút các 
nuclon lại và liên kết thành hạt nhân 
Kích thước hạt nhân 
Nếu khoảng cách giữa các nuclon lớn hơn 
kích thước hạt nhân (1,2.10 – 15 m) thì lực hạt 
nhân giảm nhanh xuống bằng 0. 
Kết luận : Lực hạt nhân 
là lực hút giữa các nuclon gọi ( còn gọi là 
tương tác mạnh hay tương tác hạt nhân ) 
- không cùng bản chất với lực tĩnh điện 
( lực Cu Lông ) hay lực hấp dẫn 
chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích 
thước hạt nhân 
II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN 
1. Độ hụt khối : 
Xét hạt nhân 4 2 He: 
Hỏi hạt nhân 4 2 He có bao nhiêu proton, bao 
nhiêu nơtron ? 
Trả lời : có 2 proton và 2 nơtron 
Biết m p = 1,00728.u ; m n = 1,00866.u 
Tìm tổng khối lượng các proton và nơ tron 
 2 m p = 2.1,00728.u = 2,01456.u 
 2 m n = 2.1.00866.u = 2,01723.u 
Tổng khối lượng các nuclon trước khi tạo thành hạt 
nhân là : 
m 0 = 2 m p + 2 m n = (2,01456 + 2,01723).u 
m 0 = 4,03188.u ( khối lượng các nuclon khi chúng 
chưa tạo thành hạt nhân ) 
Sau khi các nuclon kết hợp lại thành hạt nhân 4 2 He 
có khối lượng : m hn = 4,0015.u ( khối lượng hạt nhân 
tạo thành ) 
So sánh m 0 và m ? 
m 0 > m hn 
Khối lượng hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối 
lượng các hạt nuclon tạo thành hạt nhân đó 
Hiệu (m 0 – m) là độ hụt khối . 
Xét hạt nhân A Z X có Z proton và (A – Z) 
nơtron . 
Tổng khối lượng các nuclon khi chưa tạo 
thành hạt nhân có giá trị ? 
Trả lời : m 0 = Z.m p + (A – Z).m n 
Khối lượng hạt nhân sinh ra có giá trị ? 
Trả lời : m hn = m X 
Độ hụt khối bằng : m = m 0 – m hn 
 m = [ Z.m p + (A – Z).m n – m X ] 
Độ hụt khối c ủa hạt nhân A Z X là  
m = [ Z.m p + (A – Z).m n – m X ] 
Ví dụ : Tìm độ hụt khối của đồng vị 2 1 H có khối 
lượng 2,0135.u . 
Cho m p = 1,00728.u; m n = 1,00866.u 
2 1 H có 1 proton và 2 – 1 = 1 nơtron 
m = [ 1.1,00728 + (2 – 1).1,00866 – 2,0135].u 
 = (2,01594 – 2,0135).u 
 = 0,00244.u 
2. Năng lượng liên kết : 
Xét hạt nhân 4 2 He: 
Trạng thái 1 
Trạng thái 2 
Năng lượng theo công thức Anhstanh 
Trạng thái 1 
Trạng thái 2 
W lk là năng lượng cung cấp cho hệ khi chuyển từ 
trạng thái 1 sang trạng thái 2 
Hay W lk là năng lượng cung cấp để phá vỡ liên 
kết giữa các nuclon trong hạt nhân , tạo thành 
các hạt proton và nơtron 
Trạng thái 1 
Trạng thái 2 
Ngược lại khi chuyển từ trạng thái 2 sang trạng 
thái 1 ta có : 
W lk là năng lượng tỏa ra khi các proton và 
nơtron liên kết lại thành hạt nhân 
Vậy ta gọi W lk là năng lượng 
liên kết hạt nhân 
3. Năng lượng liên kết riêng : 
là năng lượng liên kết cho 1 nuclon 
Hạt Nhân 
( MeV/nuclon ) 
7,6 
8,8 
8,3 
8,7 
Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ 
bền vững của hạt nhân . 
Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng 
lớn càng bền vững . 
Các hạt nhân bền vững có số khối A cỡ 
50 < A < 95 
Lưu ý: năng lượng liên kết tĩnh điện của 
electron với hạt nhân cỡ 20 eV 1000 eV 
Còn năng lượng liên kết riêng cỡ MeV chứng 
tỏ tương tác hạt nhân mạnh hơn tương tác 
tĩnh điện nhiều lần . 
đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt 
nhân 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
1. Nêu kết luận về lực hạt nhân 
A. Lực hạt nhân không cùng bản chất với 
lực Cu Lông ( lực tĩnh điện ), hay lực hấp 
dẫn 
B. Nó là một loại lực mới truyền tương 
tác giữa các hạt nhân 
C. Nó chỉ phát huy tác dụng trong phạm 
vi kích thước hạt nhân 
D. Cả ba câu trên đều đúng 
2. Độ hụt khối của hạt nhân là : 
A. Sự giảm khối lượng của hạt nhân 
B. Sự hao hụt khối lượng theo thời gian 
C. hiệu m 0 – m (m 0 là tổng khối lượng các 
proton và nơtron khi chưa tạo thành liên kết và 
m là khối lượng hạt nhân tạo thành ) 
D. hiệu m – m 0 (m 0 là tổng khối lượng các 
proton và nơtron khi chưa tạo thành liên kết và 
m là khối lượng hạt nhân tạo thành ) 
3. Công thức độ hụt khối của hạt 
nhân A z X là : 
4 . Cho m p ; m n ; m H là khối lượng của 
proton, nơtron , hạt nhân 3 1 H. Công 
thức độ hụt khối của hạt nhân 3 1 H là : 
5. Chọn câu phù hợp nhất . Năng 
lượng liên kết của một hạt nhân là : 
A. Năng lượng cần thiết thu vào để phá vỡ liên 
kết của 1 hạt nhân 
B. Năng lượng tỏa ra khi các proton và nơtron 
liên kết lại thành 1 hạt nhân 
C. Năng lượng để liên kết các đồng vị với 
nhau 
D. Câu A và B đúng 
6. Năng lượng liên kết riêng là : 
A. Năng lượng liên kết của riêng một proton 
B. Năng lượng liên kết của riêng một proton 
hay nơtron 
C. Năng lượng liên kết của riêng một electron 
D. Năng lượng liên kết cho 1 nuclon 
7. Năng lượng liên kết riêng của hạt 
nhân càng lớn thì : 
A. hạt nhân càng dễ bị phá vỡ , không bền 
vững 
B. hạt nhân càng khó bị phá vỡ , rất bền vững 
C. hạt nhân vẫn luôn bền vững , không phụ 
thuộc vào năng lượng liên kết riêng . 
D. Cả A, B, C đều sai . 
8. Các hạt nhân bền vững có số 
khối : 
A. rất lớn 
B. rất nhỏ 
C. lớn hơn 50 và nhỏ hơn 95 
D. Cả A, B, C đều sai 
9. Công thức tính năng lượng liên 
kết của hạt nhân A Z X là : 
10 . Cho m p = 1,00728.u; m n = 1,00866.u. 
m H = 2,0135.u. 1u = 931 MeV/c 2 
Năng lượng liên kết của hạt nhân 2 1 H là 
A. W lk = 1,64 MeV 
B. W lk = 2,27 MeV 
C. W lk = 6,73 MeV 
D. W lk = 8,65 MeV 
BÀI 36 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 
 I . Lực hạt nhân 
 II . Năng lượng liên kết của hạt nhân 
 1. Độ hụt khối 
 2. Năng lượng liên kết 
 3. Năng lượng liên kết riêng 
 III . Phản ứng hạt nhân 
 1. Định nghĩa và đặc tính 
 2. Các định luật bảo toàn 
 3. Năng lượng phản ứng hạt nhân 
BÀI 36 
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 
Bài 36 
 NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 
 I . Lực hạt nhân 
 Lực nào ràng buộc các nuclon lại với nhau ? 
 Các nuclon trong hạt nhân hút nhau bằng một lực rất mạnh tạo nên hạt nhân bền vững . Đó là lực hạt nhân 
 Bản chất lực hạt nhân là gì ? 
 Lực hạt nhân không phải là lực hấp dẫn , không phải là lực tĩnh điện ; nó là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon gọi là lực tương tác mạnh . 
 Lực hạt nhân gây tác dụng trong phạm vi nào ? 
 Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân , nếu khoảng cách giữa các nuclon lớn hơn kích thước hạt nhân (10 -15 m) thì lực hạt nhân giảm nhanh xuống bằng 0 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
- Khối lượng của hạt nhân Hêli là : m He = 4,00150u 
Hạt nhân Hêli 
1. Độ hụt khối : 
có 2 proton và 2 nơtron 
Tổng khối lượng của các nuclon (2proton+2 nơtron ) là : 
2m p +2m n = 2.1,00728+2.1,00866 = 4,03188u 
So sánh m He và 2m p +2m n ? 
2m p +2m n > m He 
Tổng quát : 
 m = Zm p + (A- Z)m n - m X 
 Độ chênh lệch giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân , kí hiệu m. 
 Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó 
 m = Zm p + (A- Z)m n - m X 
 Độ hụt khối của hạt nhân 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
1. Độ hụt khối : 
 Khối lượng hao hụt đi đâu ?????????????? 
 W LK = (2m p + 2m n )c 2 - m He. c 2 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
2. Năng lượng liên kết 
Trạng thái 1 
Trạng thái 2 
 W LK 
W LK gọi là năng lượng liên kết 
của hạt nhân Hêli 
	 Tổng quát , 
 năng lượng liên kết của hạt nhân X là : 
 W LK = { Zm p + (A-Z)m n }c 2 - m X. c 2 
Z là số proton, (A-Z) là số nơtron 
 Hay: W LK = m.c 2 
 W LK = m.c 2 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
2. Năng lượng liên kết 
	 Ví dụ , năng lượng liên kết của hạt nhân Hêli : 
 W LK = (2m p + 2m n - m He ) . c 2 
 W LK = (4,03188 – 4,00150)uc 2 
 W LK = 0,03038.931,5MeV 
 W LK = 28,30MeV 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
3. Năng lượng liên kết riêng 
	 Năng lượng liên kết riêng là thương số giữa năng lượng liên kết và số nuclon A 
 Năng lượng liên kết đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân 
 Các hạt nhân bền vững có 
 Đó là các hạt nhân có : 50 < A < 95 
III. Phản ứng hạt nhân 
1. Định nghĩa và đặc tính 
	 Phản ứng hạt nhân là quá trình tương tác giữa các hạt nhân và biến đổi thành các hạt nhân khác . Có hai loại : 
	a) Phản ứng hạt nhân tự phát 
	b) Phản ứng hạt nhân kích thích 
III. Phản ứng hạt nhân 
1. Định nghĩa và đặc tính 
Phản ứng hóa học 
Phản ứng hạt nhân 
Biến đổi các phân tử 
Biến đổi các hạt nhân 
Bảo toàn các nguyên tử 
Biến đổi các nguyên tố 
Không bảo toàn 
khối lượng nghỉ 
Bảo toàn 
khối lượng nghỉ 
III. Phản ứng hạt nhân 
2. Các định luật bảo toàn trong PƯHN 
1. Bảo toàn điện tích . 
2. Bảo toàn số nuclon ( bảo toàn số A) 
3. Bảo toàn năng lượng toàn phần 
4. Bảo toàn động lượng 
Z 1 +Z 2 =Z 3 +Z 4 
A 1 + A 2 = A 3 + A 4 
Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân , số nơtron không bảo toàn , khối lượng không bảo toàn 
II. Năng lượng liên kết của hạt nhân 
2. Các định luật bảo toàn trong PƯHN 
1. Bảo toàn điện tích . 
2. Bảo toàn số nuclon ( bảo toàn số A) 
3. Bảo toàn năng lượng toàn phần 
4. Bảo toàn động lượng 
2 +7 = 8+1 
4 + 14 = 17 + 1 
Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân , số nơtron không bảo toàn , khối lượng không bảo toàn 
Ví dụ : 
3. Năng lượng phản ứng hạt nhân 
W tỏa = W = ( m trước – m sau )c 2 
Gọi : m trước và m sau lần lượt là tổng khối lượng của các hạt nhân trước và sau phản ứng . 
+ Nếu m trước > m sau thì phản ứng tỏa năng lượng : 
+ Nếu m trước < m sau thì phản ứng thu năng lượng : 
W thu = | W |= - W 
Phản ứng hạt nhân tỏa nhiệt 
Mỗi hạt nhân U235 phân rã tỏa năng lượng 200MeV 
Năng lượng hũy diệt của bom nguyên tử là 
năng lượng phản ứng hạt nhân 
Năng lượng phản ứng hạt nhân 
từ nhà máy điện nguyên tử 
Mặt Trời – nguồn năng lượng hạt nhân vô tận .