Sách bài tập Vật lí 12 Bài 14 (Chân trời sáng tạo): Hạt nhân và mô hình nguyên tử

Giải SBT Vật lí 12 Bài 14: Hạt nhân và mô hình nguyên tử

A. Trắc nghiệm

Câu 14.1 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Cặp nguyên tử của các hạt nhân nào sau đây không được gọi là đồng vị?

A. ${}_{17}^{35}\text{Cl}{,}_{17}^{37}\text{Cl}.$

B. ${}_1^1\text{H}{,}_1^2\text{D}.$

C. ${}_{29}^{63}\text{Cu}{,}_{29}^{65}\text{Cu}.$

D. ${}_1^3\text{H}{,}_2^3\text{He}.$

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Đồng vị là các hạt nhân có cùng số proton (cùng Z), khác số neutron (khác N).

Câu 14.2 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Các nguyên tử được gọi là đồng vị khi hạt nhân của chúng có cùng

A. khối lượng.

B. số neutron.

C. số nucleon.

D. số proton.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Câu 14.3 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt nhân nào sau đây có 136 neutron?

A. ${}_{11}^{23}\text{Na}.$

B. ${}_{92}^{238}\text{U}.$

C. ${}_{86}^{222}\text{Ra}.$

D. ${}_{84}^{209}\text{Po}.$

Lời giải:

Đáp án đúng là C

222 – 86 = 136.

Câu 14.4 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Sử dụng công thức về bán kính hạt nhân, hãy cho biết bán kính hạt nhân ${}_{82}^{207} \text{Pb}$ lớn hơn bán kính hạt nhân ${}_{13}^{27}\text{Al}$ bao nhiêu lần.

A. hơn 2,5 lần.

B. hơn 2 lần.

C. gần 2 lần.

D. 1,5 lần.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Ta có: $\frac{{\mathrm{r}}_{\text{Pb}207}}{{\mathrm{r}}_{\text{A}127}}=\frac{{\mathrm{A}}_{\text{Pb}207}^{1/3}}{{\mathrm{A}}_{\text{Al}27}^{1/3}}=\frac{{207}^{1/3}}{{27}^{1/3}}\approx 2$

Câu 14.5 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Phát biểu nào sau đây sai?

A. Đồng vị bền chỉ có nguồn gốc tự nhiên, đồng vị không bền chỉ có nguồn gốc nhân tạo.

B. Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton nhưng có số neutron khác nhau gọi là đồng vị.

C. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có số neutron khác nhau nhưng tính chất hoá học giống nhau.

D. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Đặc điểm của các đồng vị:

- Các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số proton nhưng có số neutron khác nhau gọi là đồng vị.

- Các đồng vị của cùng một nguyên tố có số neutron khác nhau nhưng tính chất hoá học giống nhau.

- Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Câu 14.6 (B) trang 61 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong các nhận định sau đây về kết quả thí nghiệm tán xạ của hạt alpha lên lá vàng mỏng, có bao nhiêu nhận định đúng?

(1) Phần lớn các hạt alpha xuyên thẳng qua lá vàng mỏng.

(2) Một tỉ lệ khá lớn các hạt alpha bị lệch khỏi hướng ban đầu với góc lệch lớn hơn 90°

(3) Một tỉ lệ rất nhỏ các hạt alpha bị lệch khỏi hướng ban đầu với góc lệch lớn hơn 90°.

(4) Một số ít hạt alpha bị lệch khỏi phương ban đầu với những góc lệch khác nhau.

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Các nhận định đúng là: 1, 3 và 4.

Câu 14.7 (H) trang 62 Sách bài tập Vật Lí 12: So với hạt nhân ${}_6^{12}\text{C}$, hạt nhân ${}_{27}^{56}\text{Co}$ có nhiều hơn

A. 44 neutron và 21 proton.

B. 23 neutron và 21 proton.

C. 44 neutron và 23 proton.

D. 23 neutron và 23 proton.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Hạt nhân ${}_6^{12}\text{C}$ có Z = 6; A = 12; N = 6

Hạt nhân ${}_{27}^{56}\text{Co}$ có Z = 27; A = 56; N = 29.

Vậy hạt nhân ${}_6^{12}\text{C}$, hạt nhân ${}_{27}^{56}\text{Co}$ có nhiều hơn 23 neutron và 21 proton.

Câu 14.8 (H) trang 62 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong nguyên tử của đồng vị phóng xạ ${}_{90}^{210}\text{Th}$ có

A. 90 electron, tổng số proton và electron bằng 210.

B. 90 proton, tổng số neutron và electron bằng 210.

C. 90 neutron, tổng số neutron và electron bằng 210.

D. 90 neutron, tổng số proton và electron bằng 210.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Số electron ở lớp vỏ nguyên tử bằng số proton bên trong hạt nhân.

Câu 14.9 (H) trang 62 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Hạt nhân nguyên tử trung hoà về điện.

b) Một hệ quả của mẫu nguyên tử Rutherford là tính không bền của nguyên tử do electron mất năng lượng khi chuyển động có gia tốc.

c) Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ proton, neutron và electron.

d) Điện tích dương trong nguyên tử phân bố đều, xen kẽ với các electron nên nguyên tử trung hoà về điện.

e) Có thể xem khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng khối lượng nguyên tử.

f) Nguyên tử của đồng vị ${}_{27}^{60}\text{Co}$ có 27 proton, 33 neutron và 27 electron.

g) Khi nguyên tử trung hoà về điện, tổng số electron và neutron bằng số khối của hạt nhân nguyên tử.

h) Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không phát xạ.

Lời giải:

a) Sai; Hạt nhân mang điện tích dương.

b) Đúng;

c) Sai; Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ proton, neutron.

d) Sai; hạt nhân mang điện tích dương, electron ở lớp vỏ nguyên tử mang điện tích âm nên nguyên tử trung hoà về điện.

e) Đúng;

f) Đúng;

g) Đúng;

h) Đúng.

Câu 14.10 (VD) trang 63 Sách bài tập Vật Lí 12: Biết số Avogadro là ${\mathrm{N}}_{\text{A}}\approx 6,022{.10}^{23} {\text{mol}}^{-1}$, khối lượng mol của uranium ${}_{92}^{238}\text{U}$ là $238 \text{g}/\text{mol}.$ Số neutron trong 238 gam ${}_{92}^{238}\text{U}$ là

A. $8,8\cdot {10}^{25}.$

B. $1,2\cdot {10}^{25}.$

C. $4,{4.10}^{25}.$

D. $2,2\cdot {10}^{25}.$

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Số neutron có trong 1 hạt nhân ${}_{92}^{238}\text{U}$ là: 238 - 92 = 146 hạt.

Suy ra: ${\mathrm{N}}_{\text{n}}=146\cdot \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{A}}\cdot {\mathrm{N}}_{\text{A}}=146\cdot \frac{238}{238}\cdot 6,022\cdot {10}^{23}\approx 8,8\cdot {10}^{25}$ hạt.

Câu 14.11 (VD) trang 63 Sách bài tập Vật Lí 12: Số proton trong 17,5 gam ${}_{92}^{238}\text{U}$ là

A. $3,01\cdot {10}^{23}$ hạt.

B. $27,7\cdot {10}^{24}$ hạt.

C. $4,{07.10}^{24}$ hạt.

D. $7,07\cdot {10}^{25}$ hạt.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Số proton trong hạt nhân là 92 hạt.

${\mathrm{N}}_{\text{p}}=92\cdot \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{A}}\cdot {\mathrm{N}}_{\text{A}}=92\cdot \frac{17,5}{238}\cdot 6,022\cdot {10}^{23}\approx 4,07\cdot {10}^{24}$hạt.

B. Tự luận

• Bài 14.1 (B) trang 63 Sách bài tập Vật Lí 12: Điền các số liệu còn thiếu vào bảng sau.

  

  Lời giải:

  

• Bài 14.2 (B) trang 63 Sách bài tập Vật Lí 12: Chọn cụm từ thích hợp trong bảng dưới đây để điền vào chỗ trống.

  

  a) Đồng vị là những nguyên tử mà (1)... của chúng có cùng số (2) ... nhưng có số neutron N khác nhau.

  b) Số proton trong hạt nhân Z bằng (3)... và bằng số thứ tự của nguyên tố trong (4)...

  c) Phần lớn không gian bên trong nguyên tử là (5)..., toàn bộ điện tích dương tập trung ở một vùng có (6)... rất nhỏ, nằm ở (7)..., gọi là (8)...

  d) Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có (9)..., gọi là trạng thái dừng. Ở trạng thái dừng, nguyên tử (10)...

  e) Bán kính hạt nhân có giá trị trong khoảng (11)...

  f) Bán kính hạt nhân thường được đo bằng đơn vị (12)...

  g) Trong hạt nhân nguyên tử, các hạt proton và neutron gọi chung là (13)... Vì vậy, số nucleon trong hạt nhân được tính bằng (14)..

  h) Theo lí thuyết trường điện từ, khi electron chuyển động có gia tốc sẽ (15)... Vậy nên khi electron chuyển động trên quỹ đạo tròn, electron sẽ mất (16)..., tốc độ của electron (17)... và cuối cùng rơi vào hạt nhân.

  Lời giải:

  a) (1) các hạt nhân; (2) proton Z

  b) (3) số hiệu nguyên tử; (4) bảng tuần hoàn hoá học

  c) (5) rỗng; (6) bán kính; (7) trung tâm của nguyên tử; (8) hạt nhân nguyên tử

  d) (9) năng lượng xác định; (10) không phát xạ

  e) (11) 10^-15 m - 10^-14 m

  f) (12) fm (femtômét)

  g) (13) nucleon; (14) tổng số proton và neutron

  h) (15) phát ra năng lượng; (16) năng lượng; (17) giảm dần.

• Bài 14.3 (B) trang 64 Sách bài tập Vật Lí 12: Tính bán kính của các hạt nhân nguyên tử ${}_2^4\text{He}{,}_{92}^{235}\text{U}{,}_{26}^{56}\text{Fe}{,}_{55}^{137}\text{Cs}.$

  Lời giải:

  Áp dụng công thức $\mathrm{r}=1,2.{\mathrm{A}}^{1/3}$, ta có:

  ${\mathrm{r}}_{\text{He}}=1,{2.4}^{1/3}=1,9\text{fm};$

  ${\mathrm{r}}_{\text{U}}=1,{2.235}^{1/3}=7,4\text{fm}$;

  ${\mathrm{r}}_{\text{Fe}}=1,{2.56}^{1/3}=4,59\text{fm};$

  ${\mathrm{r}}_{\text{Cs}}=1,{2.137}^{1/3}=6,19\text{fm}$

• Bài 14.4 (H) trang 64 Sách bài tập Vật Lí 12: Giả sử hạt nhân nguyên tử có dạng hình cầu. Hỏi thể tích hạt nhân ${}_{26}^{56}\text{Fe}$ gấp bao nhiêu lần thể tích hạt nhân ${}_1^3 \text{T}$?

  Lời giải:

  $\frac{{\mathrm{V}}_{\text{Fe}}}{{\mathrm{V}}_{\text{T}}}=\frac{{\mathrm{r}}_{\text{Fe}}^3}{{\mathrm{r}}_{\text{T}}^3}=\frac{{\mathrm{A}}_{\text{Fe}}}{{\mathrm{A}}_{\text{T}}}=\frac{56}{3}\approx 18,7.$

• Bài 14.5 (VD) trang 64 Sách bài tập Vật Lí 12: Nêu cấu tạo nguyên tử và viết kí hiệu hạt nhân của các nguyên tử trong các trường hợp sau:

  

  Lời giải:

  Đáp án đúng là

  a) Nguyên tử carbon: 6 proton, 6 neutron, 6 electron. Kí hiệu hạt nhân: ${}_6^{12}\text{C}$

  b) Nguyên tử aluminium: 13 proton, 14 neutron, 13 electron. Kí hiệu hạt nhân: ${}_{13}^{27}\text{Al}$

  c) Nguyên tử nitrogen: 7 proton, 7 neutron, 7 electron. Kí hiệu hạt nhân: ${}_7^{14} \text{N}$

  d) Nguyên tử silicon: 14 proton, 14 neutron, 14 electron. Kí hiệu hạt nhân: ${}_{14}^{28}\text{Si}$

• Lý thuyết Hạt nhân và mô hình nguyên tử

  1. Giới thiệu về thí nghiệm tán xạ hạt alpha

  Thí nghiệm tán xạ hạt alpha

  

  Nhằm kiểm chứng mô hình nguyên tử do Thompson đề xuất, Ernest Rutherford (O-nớt Rơ-dơ-pho) (Hình 14.2) và các cộng sự gồm Geiger (Gây-gơ) (1882 - 1928) và Marsden (Mát-xđân) (1889 - 1970) đã thực hiện thí nghiệm bắn phá các tấm mica mỏng bằng các chùm hạt nhân helium (hạt alpha - α), là các hạt tích điện dương. Khi động năng của chùm hạt alpha đủ lớn, kết quả thí nghiệm cho thấy một lượng lớn các hạt alpha xuyên qua những tấm mica.

  

  

  Phần lớn không gian bên trong nguyên tử là rỗng, toàn bộ điện tích dương trong nguyên tử chỉ tập trung tại một vùng có bán kính rất nhỏ nằm ở tâm của nguyên tử, được gọi là hạt nhân của nguyên tử.

  Mô hình đơn giản của nguyên tử

  Những kết quả từ thí nghiệm tán xạ hạt alpha đã phủ định mô hình nguyên tử của Thompson và ủng hộ mô hình nguyên tử của Rutherford (Hình 14.5):

  

  - Nguyên tử có cấu trúc rỗng với hạt nhân nằm ở tâm của nguyên tử. Khối lượng của hạt nhân xấp xỉ bằng khối lượng của nguyên tử, điện tích của hạt nhân có giá trị dương (bằng tổng điện tích các hạt proton).

  - Các electron phân bố trong không gian trống xung quanh hạt nhân và chuyển động trong các quỹ đạo khép kín quanh hạt nhân giống như chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt Trời.

  Năm 1913, nhà vật lí Niels Bohr (Nây Bo) (1885 - 1962) đã bổ sung 2 tiên đề vào mô hình nguyên tử của Rutherford để giải quyết hạn chế trên, trong đó có tiên đề liên quan đến trạng thái dừng: Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không phát xạ.

  2. Hạt nhân của nguyên tử

  Cấu tạo hạt nhân

  Các kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ rằng hạt nhân của nguyên tử được tạo nên bởi các hạt proton và neutron, trong đó:

  - Proton được kí hiệu là p, mang điện tích dương, có độ lớn đúng bằng điện tích nguyên tố q_p = +e $\approx$ 1,6.10^-19 C và có khối lượng m_p $\approx$ 1,673.10^-27 kg.

  - Neutron được kí hiệu là n, trung hoà về điện, có khối lượng m_n $\approx$ 1,675.10^-27 kg.

  Số proton trong hạt nhân Z là số hiệu nguyên tử, bằng số thứ tự của nguyên tố đang xét trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học.

  Tổng số các nucleon trong hạt nhân được gọi là số khối: A = Z + N

  với N là số neutron trong hạt nhân.

  Kí hiệu hạt nhân

  

  Đồng vị

  Các hạt nhân đồng vị có cùng số proton Z nhưng khác số neutron N

  Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị: hydrogen thường ${}_1^{1}H$; hydrogen nặng ${}_1^{2}H$ còn gọi là deuterium (${}_1^{2}D$); hydrogen siêu nặng ${}_1^{3}H$ còn gọi là tritium (${}_1^{3}T$).

  Kích thước hạt nhân

  Hạt nhân của nguyên tử được xem gần đúng là một quả cầu có bán kính r. Bán kính của hạt nhân được xác định gần đúng bởi công thức:

  $r\approx 1,2A^{\frac{1}{3}}fm$

  A là số khối, 1fm = 10^-15 m.