Giáo án vạt lý - Tiết 87: độhụt khối -năng lượng hạt nhân

TIẾT 87: ĐỘ HỤT KHỐI - NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: Vận dụng hệ thức Einstein để giải thích nguồn gốc năng lượng hạt nhân. Học sinh cần hiểu độ hụt khối là gì, điều kiện để một phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở. II. CHUẨN BỊ: HS xem Sgk. III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Phát biểu hệ thức Einstein giữa năng lượng và khối lượng? Chứng tỏ rằng các đại lượng trong hai vế của hệ thức được đo bằng cùng một đơn vị. C. Bài mới: PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I/ 1. Giả sử có Z hạt p và N hạt n riêng rẽ => khối lượng của chúng: m0 = ? I. ĐỘ HỤT KHỐI VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT: 1. Độ hụt khối: Giả sử có Z proton và N nơtron lúc đầu chưa liên kết với nhau và đứng yên, thì tổng khối lượng của chúng là: - Điều đặc biệt trong hạt nhân, sau khi liên kết chúng lại  khối lượng của hạt nhân m<m0 . Vậy sự chênh lệch khối lượng m trước và sau khi liên kết m =? m0 = Z.mp + N.mn Nhưng khi chúng liên kết lại với nhau tạo thành một hạt nhân có khối lượng m, thì m < m0 Vậy, hiệu số m = mo – m gọi là độ hụt khối của hạt nhân đó. 2. Áp dụng hệ thức Einstein, năng lượng của chúng trước liên kết E0 = ? sau liên kết E = ? Nhận xét gì giữa E và E0 ? => E = ? Học sinh có thể cho biết năng lượng E có thể được giải phóng như thế nào? Theo định luật bảo toàn năng lượng, muốn phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng lẽ thì ta phải làm gì? 2. Năng lượng liên kết: Theo hệ thức Einstein, khi các nuclon tồn tại riêng rẽ, thì tổng năng lượng của chúng là:Eo = moc2 Và, hạt nhân tạo thành có năng lượng là:E = mc2 Vì: m E < Eo Theo định luật bảo toàn năng lượng, thì trước và sau khi liên kết có một năng lượng được tỏa ra là: E = Eo – E = (mo – m)c2 E được gọi là năng lượng liên kết 3. Học sinh đã biết E là năng 3. Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng tính cho 1 lượng liên kết của Z proton và N nơtron. Mà Z + N = ? (= A: số nuclon) Vậy nếu chỉ xét 1 nuclon, thì năng lượng tính cho 1 nuclon: Er = ? Từ biểu thức: Er = A E , nếu Er lớn thì năng lượng liên kết như thế nào?  hạt nhân đó như thế nào? (E  hạt nhân bền vững) nuclon. Với hạt nhân có số nuclon là A (số khối), thì năng lượng liên kết riêng là: Er = A E Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn, thì càng bền vững. II/ Từ phương trình phản ứng: A + B = C + D Tính khối lượng của các hạt nhân: + Trước phản ứng: M0 = ? + Sau phản ứng: M = ? Nếu: + M0 > M=>năng lượng E0 ? E => E?  nhận xét gì về phản ứng này? II. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG VÀ THU NĂNG LƯỢNG: Xét phản ứng hạt nhân sau: A + B = C + D Gọi M0 = mA + mB: là tổng khối lượng hạt nhân ban đầu. M = mC + mD: là tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng. + Khi M0 > M => E0 > E => E = E0 – E > 0  ta có phản ứng tỏa năng lượng => một phản ứng trong đó các hạt sinh ra có tổng khối lượng bé hơn các hạt ban đầu, + M0 năng lượng E0 ? E => E? => Nhận xét gì về phản ứng này? nghãi là bền vững hơn, là phản ứng tỏa năng lượng. + Ngược lại, M > M0 => E > E0 => E = E0 – E < 0  ta có phản ứng thu năng lượng => một phản ứng trong đó các hạt sinh ra có khối lượng lớn hơn các hạt ban đầu (kém bền vững) là phản ứng thu năng lượng. Phản ứng thu năng lượng không tự nó sinh ra, mà phải cung cấp cho A hoặc B một năng lượng dưới dạng động năng đủ lớn Wđ. Vậy năng lượng của hạt nhân được cung cấp là: W = E + Wđ III/ Trong phản ứng tỏa nhiệt có 2 loại phản ứng là: - Phản ứng phân hạch - Phản ứng nhiệt hạch Học sinh nắm trước định nghĩa, sẽ xét cụ thể từng loại ở các bài sau. III. HAI LOẠI PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG: 1. Phản ứng phân hạch: Phản ứng phân hạch là khi một hạt nhân nặng hấp thụ một nuclon, thì nó nở ra thành 2 hạt nhân có số khối trung bình và trong phản ứng tỏa ra một năng lượng xác định. 2. Phản ứng nhiệt hạch: Phản ứng nhiệt hạch là khi hai hạt nhân hợp với nhau để tạo thành một hạt nhân nặng hơn và trong phản ứng này cũng tỏa ra một năng lượng xác định. D. Củng cố: Nhắc lại: - Độ hụt khối, năng lượng liên kết - Thế nào là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng, thu năng lượng? - Phản ứng phân hạch, nhiệt hạch (định nghĩa) E. Dặn dò: BTVN: 4, 5,6 Sgk trang 227, 228 Xem bài: “Sự phân hạch”