Giáo án Vật lý Lớp 12 - Bài 52: Cấu tạo hạt nhân nguyên tử độ hụt khối

CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ĐỘ HỤT KHỐI I / MỤC TIÊU : Biết cấu tạo hạt nhân nguyên tử, nắm vững ý nghĩa của thuật ngữ : nuclôn, nguyên tử số, số khối, đồng vị, đơn vị khối lượng nguyên tử; viết được đúng kí hiệu một hạt nhân. Hiểu lực hạt nhân, độ hụt khối, năng lượng liên kết hạt nhân. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Vẽ trên giấy khổ lớn mô hình các nguyên tử 1 2 31 1 1, ,H H H (3 đồng vị của hiđrô) và 41 He (Hình 69.1) Hình 69.1 Mô hình cấu tạo một số nguyên tử 2 / Học sinh : Xem lại kiến thức hóa học về cấu tạo nguyên tử. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Nhân và vỏ HS : Electron HS : Prôtôn và nơtrôn. HS : p và mang điện dương. HS : n và không mang điện. HS : Nuclôn HS : Số thứ tự Z HS : Nguyên tử số. HS : Số khối. GV : Nguyên tử được cấu tạo mấy phần ? GV : Phần vỏ được cấu tạo từ những hạt nào ? GV : Phần nhân được cấu tạo từ những hạt nào ? GV : Prtôtôn được viết ký hiệu như thế nào và mang điện gì ? GV : Nơtrôn được viết ký hiệu như thế nào và mang điện gì ? GV : Giáo viên giới thiệu tên chung để gọi prôtôn và nơtrôn. GV : Số prôtôn trong hạt nhân bằng với đại lượng nào nguyên tử trong bảng tuần hoàn Menđêlêép ? GV : Z có tên gọi là gì ? HS : N = A  Z HS : XAZ HS : ZA Hoạt động 2 : HS : Hình cầu. HS : R = 1,2.10  15 . 3 1 A HS : Cùng Z khác N HS : Prôtôn hay hydrô thường : 11 H ; Đơtêri 21 H ( hay 21 D ) ; Triti 31 H ( hay 3 1 T ). Hoạt động 3 : HS : Kg HS : u HS : eV/c2 ; MeV/c2 GV : Tổng số các nuclôn trong hạt nhân có tên gọi là gì ? GV : Số nơtrôn trong hạt nhân được xác định như thế nào ? GV : Hạt nhân nguyên tử của nguyên tố có hiệu hóa học X được viết như thế nào ? GV : Muốn viết gọn ký hiệu ? GV : Người ta có thể coi hạt nhân nguyên tử hình gì ? GV : Giới thiệu công thức xác định bán kính hình cầu ? GV : Đồng vị là gì ? GV : Cho ví dụ ? GV : Trong hệ thống đo lường quốc tế SI đơn vị của khối lượng là gì ? GV : Giới thiệu đơn vị của khối lượng dùng trong vật lý hạt nhân ? Hoạt động 4 : HS : Lực hạt nhân. HS : Liên kết các nuclôn với nhau. HS : Lực điện từ, lực hấp dẫn. HS : R = 10  15 Hoạt động 5 : HS : Z . mp HS : ( A  Z ). mn HS : M0 = Z . mp + ( A  Z ). mn HS : M HS : M < M0 HS : E0 = [ Z . mp + ( A  Z ). mn ] . c2 GV : Giới thiệu hai đơn vị của khối lượng thường được dùng trong vật lý hạt nhân ? GV : Giới thiệu tên gọi lực tương tác giữa các nuclôn ? GV : Lực hạt nhân có tác dụng gì ? GV : Giới thiệu bản chất và độ lớn của lực hạt nhân so với các lực trong tự nhiên ? GV : Giới thiệu bán kính tác dụng và ý nghĩa của nó ? GV : Giả sử ta có Z prôtôn và mỗi prôtôn có khối lượng mp thì tổng khối lượng của các hạt prôtôn bằng bao nhiêu ? GV : Giả sử ta có ( A  Z ) nơtrôn và mỗi nơtrôn có khối lượng mn thì tổng khối lượng của các hạt nơtrôn bằng bao nhiêu ? GV : Tổng khối lượng của các hạt nuclôn bằng bao nhiêu ? HS : E = M . c2 HS : E < E0 HS : E = E0  E = M . c2 HS : E = E0  E = M . c2 HS : E = M . c2 HS : A E GV : Khối lượng của hạt nhân được tạo từ các hạt nuclôn đó bằng bao nhiêu ? GV : Giáo viên giới thiệu kết quả thực nghiệm ? GV : Các nuclôn trước khi liên kết có năng lượng được xác định như thế nào ? GV : Các nuclôn sau khi liên kết có năng lượng được xác định như thế nào ? GV : Giáo viên hướng dẫn học sinh tìm mối quan hệ giữa E0 và E ? GV : Do năng lượng toàn phần được bảo toàn nên đã có một lượng năng lượng tỏa ra khi các nuclôn tạo nên hạt nhân. Năng lượng này được xác định như thế nào ? GV : Ngược lại, nếu muốn tách hạt nhân đó thành các nuclôn riêng rẽ, có tổng khối lượng [ Z . mp + ( A  Z ). mn ] > M thì ta phải tốn một lượng năng lượng là bao nhiêu ? GV : Năng lượng liên kết hạt nhân là gì ? GV : Năng lượng liên kết cho một hạt nhân được tính như thế nào ? GV : Lập luận cho học sinh thấy tính bền vững của hạt nhân ? IV / NỘI DUNG : 1. Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn. a) Cấu tạo hạt nhân Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn, gọi là nuclôn. Có hai loại nuclôn : prôtôn, kí hiệu p, mang một điện tích nguyên tố dương +e, và nơtron, kí hiệu n, không mang điện. Số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ép; Z được gọi là nguyên tử số. Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối, kí hiệu A. Như vậy số nơtron trong hạt nhân là : N = A – Z. b) Kí hiệu hạt nhân. Hạt nhân nguyên tử của nguyên tố có kí hiệu hóa học X được kí hiệu là AZ X c) Kích thước hạt nhân Có thể coi hạt nhân nguyên tử như một quả cầu bán kính R. R = 1,2.10-15 1 3A (m) 2. Đồng vị Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z nhưng có số nơtron N khác nhau. Hiđrô có 3 đồng vị : hiđrô thường 11H ; đơteri 21H (hay 21D ) và triti 31H (hay 31T ). 3. Đơn vị khối lượng nguyên tử a) Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử. Kí hiệu là u. Theo định nghĩa, u có trị số bằng 1 12 khối lượng của đồng vị cacbon 126C 1u = 23 1 12. 12 6,022.10 g  1,66.10-27kg b) Khối lượng còn có thể đo bằng đơn vị của năng lượng chia cho c2, cụ thể là có thể đo bằng eV/c2 hoặc MeV/c2. 1u = 931,5MeV/c2 4. Năng lượng liên kết a) Lực hạt nhân Lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân được gọi là lực hạt nhân, có tác dụng liên kết các nuclôn với nhau. b) Độ hụt khối. Năng lượng liên kết Khối lượng M của hạt nhân AZ X bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó, một lượng M bằng : M = [Zmp + (A – Z)mn] – M M được gọi là độ hụt khối của hạt nhân. Theo thuyết tương đối, hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng. Eo = [Zmp + (A – Z)mn]c2 còn hạt nhân được tạo thành từ chúng thì có năng lượng E = Mc2 < Eo. Vì năng lượng toàn phần được bảo toàn, nên đã có một lượng năng lượng E = Eo – E = M.c2 tỏa ra khi hệ các nuclôn tạo nên hạt nhân. Ngược lại, nếu muốn tách hạt nhân đó thành các nuclôn riêng rẽ, có tổng khối lượng Zmp + (A – Z)mn > M, thì ta phải tốn năng lượng E = M.c2 để thắng lực tương tác giữa chúng. E càng lớn thì càng tốn nhiều năng lượng để phá vỡ liên kết giữa các nuclôn. Vì vậy, đại lượng E = M.c2 được gọi là năng lượng liên kết các nuclôn trong hạt nhân, hay gọn hơn, năng lượng liên kết hạt nhân. Năng lượng liên kết tính cho một nuclôn, E A  , gọi là năng lượng liên kết riêng, đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1 Xem bài 44