MasterSchool

Vật lý lớp 12 · KNTT · Chương 4

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 21: Cấu trúc hạt nhân

Chương 4: Vật lí hạt nhân · Kết nối tri thức với cuộc sống

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí 12 Bài 21: Cấu trúc hạt nhân sách Kết nối tri thức hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 12.

Lớp

I. Thí nghiệm tán xạ hạt alpha

Hình ảnh minh họa SGK
Hình ảnh minh họa SGK

Thí nghiệm tán xạ hạt α\alpha đã cung cấp bằng chứng cho sự tồn tại của hạt nhân. Hạt nhân mang điện tích dương, có đường kính cỡ 10−14m,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.

mp≈1,67262.10−27kg; mn≈1,67493.10−27kgm_{p}≈1,67262.10^{-27}kg; \text{ } m_{n}≈1,67493.10^{-27}kg

Hình ảnh minh họa SGK

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

1 amu=1,66054⋅10−27kg=931,5MeV/c21 \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=1,2⋅10−15m⋅A1/3R=1,2 \cdot 10^{-15} \text{m} \cdot A^{1/3}

2. Kí hiệu hạt nhân

Hình ảnh minh họa SGK

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

Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị: hydrogen thường 11H11H ; hydrogen nặng 12H12H còn gọi là deuterium ( 12D12D ); hydrogen siêu nặng 13H13H còn gọi là tritium ( 13T13T ).

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

  • Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: Hạt nhân được cấu tạo từ các nucleon gồm ZZ proton (mang điện tích +e+e) và N=A−ZN = A - Z neutron (không mang điện), với AA là số khối.
  • Kí hiệu hạt nhân: ZAX_Z^A\text{X}. Kích thước hạt nhân: Bán kính xấp xỉ R≈r0A1/3R \approx r_0 A^{1/3} với r0≈1,2×10−15 m=1,2 fmr_0 \approx 1,2 \times 10^{-15}\text{ m} = 1,2\text{ fm}. Hạt nhân có mật độ khối lượng cực kì lớn (khoảng 2×1017 kg/m32 \times 10^{17}\text{ kg/m}^3).
  • Đồng vị là các nguyên tử có cùng số proton ZZ nhưng khác số neutron NN (khác số khối AA). Ví dụ hiđrô có 3 đồng vị: 11H^1_1\text{H} (Proti), 12H^2_1\text{H} (Đơteri D), 13H^3_1\text{H} (Triti T).
  • Đơn vị khối lượng nguyên tử uu: Bằng 112\frac{1}{12} khối lượng của một nguyên tử carbon 612C^{12}_6\text{C}: 1 u≈1,66055×10−27 kg≈931,5 MeV/c21\text{ u} \approx 1,66055 \times 10^{-27}\text{ kg} \approx 931,5\text{ MeV/}c^2.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Câu 1: Trình bày thành phần cấu tạo của hạt nhân nguyên tử và nêu ý nghĩa kí hiệu ZAX_Z^A\text{X}?
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt nucleon gồm hai loại: Proton (mang điện tích +e=+1,6×10−19 C+e = +1,6 \times 10^{-19}\text{ C}) và Neutron (trung hòa điện tích). Trong kí hiệu ZAX_Z^A\text{X}: ZZ là số proton (còn gọi là nguyên tử số, bằng số electron ở vỏ nguyên tử), AA là số khối (tổng số nucleon), và N=A−ZN = A - Z là số neutron trong hạt nhân.
Câu 2: Bán kính và mật độ vật chất của hạt nhân nguyên tử có đặc điểm gì nổi bật?
Bán kính hạt nhân tỉ lệ với căn bậc ba của số khối: R≈r0A1/3R \approx r_0 A^{1/3}, với r0≈1,2×10−15 m=1,2 fmr_0 \approx 1,2 \times 10^{-15}\text{ m} = 1,2\text{ fm}. Thể tích hạt nhân tỉ lệ với AA, do đó mật độ khối lượng của mọi hạt nhân nguyên tử đều gần như không đổi và vô cùng lớn: ρ≈mV≈A⋅u43πr03A≈2×1017 kg/m3\rho \approx \frac{m}{V} \approx \frac{A \cdot u}{\frac{4}{3}\pi r_0^3 A} \approx 2 \times 10^{17}\text{ kg/m}^3 (khoảng 200 triệu tấn trên một centimét khối).
Câu 3: Thế nào là các chất đồng vị? Nêu các đồng vị của nguyên tố hiđrô và cacbon?
Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton ZZ trong hạt nhân (cùng vị trí trong bảng tuần hoàn hóa học, cùng tính chất hóa học) nhưng khác nhau về số neutron NN (khác nhau về số khối AA). Ví dụ: Hiđrô có 3 đồng vị là Proti (11H^1_1\text{H}), Đơteri (12H^2_1\text{H} hay D), Triti (13H^3_1\text{H} hay T). Cacbon có các đồng vị tiêu biểu: 612C,613C^{12}_6\text{C}, ^{13}_6\text{C} (bền) và 614C^{14}_6\text{C} (phóng xạ).
Câu 4: Đơn vị khối lượng nguyên tử uu và hệ thức năng lượng Einstein E=mc2E = mc^2?
Đơn vị khối lượng nguyên tử uu bằng 112\frac{1}{12} khối lượng một nguyên tử đồng vị 612C^{12}_6\text{C}: 1 u≈1,66055×10−27 kg1\text{ u} \approx 1,66055 \times 10^{-27}\text{ kg}. Theo hệ thức Einstein, một vật có khối lượng nghỉ mm thì chứa năng lượng nghỉ E=mc2E = m c^2. Năng lượng nghỉ tương đương với 1 u1\text{ u} là: E=1 u⋅c2≈931,5 MeVE = 1\text{ u} \cdot c^2 \approx 931,5\text{ MeV}, cho phép sử dụng MeV/c2\text{MeV/}c^2 làm đơn vị đo khối lượng hạt nhân.

Đề luyện tập theo bài