Sách bài tập Vật lí 12 Bài 21 (Kết nối tri thức): Cấu trúc hạt nhân

Giải SBT Vật lí 12 Bài 21: Cấu trúc hạt nhân

Câu 21.1 trang 70 Sách bài tập Vật Lí 12: Đánh dấu (x) vào các cột (đúng) hoặc (sai) tương ứng với các nội dung trong bảng dưới đây

Lời giải:

Câu 21.2 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt nhân nguyên tử gồm

A. electron và proton.

B. neutron và proton.

C. neutron và electron.

D. electron và pozitron.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Hạt nhân nguyên tử gồm neutron và proton.

Câu 21.3 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Các nguyên tử là nguyên tử đồng vị khi hạt nhân của chúng nó

A. cùng số proton.

B. cùng số neutron.

C. cùng số neutron.

D. cùng khối lượng.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Đồng vị là các hạt nhân có cùng số proton.

Câu 21.4 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt nhân ${}_{15}^{31}\text{P}$ có

A. 31 proton và 15 neutron.

B. 16 proton và 15 neutron.

C. 15 proton và 16 neutron.

D. 31 neutron và 15 proton.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Hạt nhân ${}_{15}^{31}\text{P}$ có Z = 15 proton, N = 31 – 15 = 16 neutron.

Câu 21.5 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Hạt nhân nguyên tử ${}_{19}^{41} \text{K}$ gồm

A. 19 proton và 41 nơtron.

B. 19 proton và 22 neutron.

D. 22 proton và 19 neutron.

C. 41 proton và 19 neutron.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Hạt nhân nguyên tử ${}_{19}^{41} \text{K}$ gồm 19 proton, 41 – 19 = 22 neutron.

Câu 21.6 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Có 22 neutron trong đồng vị ⁴²Ca. Số proton trong đồng vị ⁴⁰Ca là

A. 28.

B. 26.

C. 24.

D. 20.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Số proton trong cả 2 đồng vị đều có cùng giá trị là 42 – 22 = 20.

Câu 21.7 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho số Avogadro N_A = 6,02.10²³ mol^-1. Số neutron có trong 3,5 g carbon ${}_6^{14}\text{C}$ có giá trị bằng

A. 3,01.10²³.

B. 6,02.10²³.

C. 9,03.10²³.

D. 12,04.10²³.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Số neutron có trong một nguyên tử carbon ${}_6^{14}\text{C}$ là N = 14 – 6 = 8.

Số nguyên tử có trong m = 3,5 g carbon là: $\frac{\text{m}\cdot {\text{N}}_{\text{A}}}{\text{M}}=\frac{3,5\cdot 6,02\cdot {10}^{23}}{14}=1,505\cdot {10}^{23}$

Số neutron có trong 3,5 g carbon là: 8.1,505.10²³ = 12,04.10²³.

Câu 21.8 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho khối lượng các nguyên tử oxygen và hydrogen lần lượt là 15,999 amu; 1,0078 amu. Số nguyên tử oxygen có trong 5 g nước xấp xỉ bằng

A. 1,67.10²³.

B. 1,51.10²³.

C. 6,02.10²³.

D. 3,34.10²³.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Số nguyên tử oxygen có trong 1 mol (18g) H₂O là: 6,02.10²³

Số nguyên tử oxygen có trong 5 g H₂O là: $\frac{\text{m}\cdot {\text{N}}_{\text{A}}}{\text{M}}=\frac{5\cdot 6,02\cdot {10}^{23}}{18}=1,67\cdot {10}^{23}.$

Câu 21.9 trang 71 Sách bài tập Vật Lí 12: Xác định giá trị gần đúng bán kính của hạt nhân ${}_{92}^{238}\text{U}.$ Hạt nhân ${}_{92}^{238}\text{U}$ có thể tích lớn gấp thể tích của hạt nhân ${}_2^4\text{He}$ khoảng mấy lần?

Lời giải:

Áp dụng công thức: $R=1,{2.10}^{-15}{A}^{\frac{1}{3}}\left(m\right);V=\frac{4}{3}\pi R^3\Rightarrow V~A.$

$\Rightarrow \frac{V_U}{V_{He}}=\frac{A_U}{A_{He}}=\frac{238}{4}=59,5$lần.

Câu 21.10 trang 72 Sách bài tập Vật Lí 12: Đánh giá kích thước hạt nhân bằng thí nghiệm tưởng tượng sau: Khi cho một quả bóng lăn theo hướng ngẫu nhiên vào một dãy các quả bóng có đường kính a = 25 cm được gắn chặt cách đều nhau một khoảng cách không đổi là b = 50 cm (Hình 21.1) thì có thể tính được xác suất xảy ra va chạm giữa quả bóng chuyển động với một trong những quả bóng đứng yên rồi bật trở lại gần đúng là: P_bật =$\frac{a}{b}=50\%.$ Còn xác suất quả bóng chuyển động đi xuyên qua dãy các quả bóng đứng yên là P_xuyên = 1 – P_bật = 50%. Nếu đường kính a của tất cả các quả bóng bằng 5 cm thì hai xác suất trên sẽ lần lượt là P_bật = 5% và P_xuyên = 95%, và nếu a = 5 mm thì hai xác suất này sẽ chỉ còn lần lượt là P_bật = 0,5% và P_xuyên = 99,5%.

Hãy dựa vào sự tượng tự của thí nghiệm tưởng tượng trên với thí nghiệm của Rutherford bằng cách coi a là kích thước của hạt nhân nguyên tử vàng, coi b là kích thước của nguyên tử vàng, coi P_bật là tần suất đốm sáng ở vị trí 3 và p_xuyên là tần suất đốm sáng ở trị trí 1, để chứng tỏ rằng thí nghiệm của Rutherford cho thấy kích thước hạt nhân nguyên tử chỉ bằng khoảng $\frac{1}{10000}$ kích thước của nguyên tử, và điều này phù hợp với sự so sánh kích thước đã nêu trong thí nghiệm của Rutherford được nêu trong SGK.

Lời giải:

Trong Hình 21.1 SGK có chú thích: “chỉ 1 trong khoảng 10% hạt a bị lệch hơn 90°”. Lệch hơn 90° có nghĩa là bật ngược trở lại, do vậy ${\text{p}}_{\text{bat}}=\frac{\text{a}}{\text{b}}=\frac{1}{{10}^4}.$ Tức là hạt nhân nguyên tử vàng chỉ bằng khoảng $\frac{1}{{10}^4}$kích thước của nguyên tử vàng.

Câu 21.11 trang 72 Sách bài tập Vật Lí 12: Người ta gọi khối lượng nguyên tử của một nguyên tố hoá học là khối lượng trung bình của một nguyên tử chất đó (tính theo đơn vị amu). Vì trong một khối chất hoá học trong thiên nhiên bao giờ cũng chứa một số đồng vị của chất đó với những tỉ lệ xác định, nên khối lượng nguyên tử của một nguyên tố hoá học không bao giờ là một số nguyên, trong khi đó số A của một hạt nhân bao giờ cũng là một số nguyên. Neon thiên nhiên có ba thành phần là ${}_{10}^{20}\text{Ne}{;}_{10}^{21}\text{Ne}$ và ${}_{10}^{22}\text{Ne}$; trong đó thành phần ${}_{10}^{21}\text{Ne}$ chỉ chiếm 0,26%, còn lại chủ yếu là hai thành phần kia. Khối lượng nguyên tử của neon là 20,179 amu. Tính tỉ lệ phần trăm của các thành phần ${}_{10}^{20}\text{Ne}$ và ${}_{10}^{22}\text{Ne}.$

Lời giải:

Ta có: 20x + 22y + 21.0,26:100 = 20,179

Lại có: x + y = 1 – 0,26:100 = 0,9974

Từ hai phương trình trên ta xác định được: x = 0,9092; y = 0,0882. Vậy thành phần neon ${}_{10}^{20}\text{Ne}$ trong neon thiên nhiên là 90,92% và thành phần neon ${}_{10}^{20}\text{Ne}$ là 8,82%.

Câu 21.12 trang 72 Sách bài tập Vật Lí 12: Khí chlorine là hỗn hợp của hai đồng vị bền là ³⁵Cl có khối lượng nguyên tử 34,969 amu, hàm lượng 75,4% và ³⁷Cl có khối lượng nguyên tử 36,966 amu, hàm lượng 24,6%. Tính khối lượng nguyên tử của nguyên tố hoá học chlorine

Lời giải:

Khối lượng nguyên tử của chlorine: 34,969.75,4% + 36,966.24,6% = 35,46 amu.

Lý thuyết Cấu trúc hạt nhân

I. Thí nghiệm tán xạ hạt alpha

Thí nghiệm tán xạ hạt $\alpha$ đã cung cấp bằng chứng cho sự tồn tại của hạt nhân. Hạt nhân mang điện tích dương, có đường kính cỡ ${10}^{-14}\text{m},$ nằm tại tâm của nguyên tử và tập trung gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử.

Hiện tượng lệch hướng chuyển động của hạt alpha khi đến gần hạt nhân vàng gọi là hiện tượng tán xạ hạt alpha.

II. Nucleon và kí hiệu hạt nhân

1. Nucleon

Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt là proton và neutron, hai loại hạt này có tên chung là nucleon.

$m_p\approx 1,{67262.10}^{-27}kg;m_n\approx 1,{67493.10}^{-27}kg$

Đơn vị khối lượng nguyên tử được kí hiệu là amu (viết tắt là u):

$1\text{amu}=1,66054\cdot {10}^{-27}\text{kg}=931,5\text{MeV}/{\text{c}}^2$

Hạt nhân cấu tạo gồm A nucleon, trong đó có Z proton và N = A - Z neutron.

Công thức gần đúng tính bán kính của hạt nhân: $R=\left(1,2\cdot {10}^{-15}\text{m}\right)\cdot A^{1/3}$

2. Kí hiệu hạt nhân

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 ($1_{3}T$).