Vật lí lớp 12

Giải bài 1 2 3 4 trang 203 sgk Vật Lí 12

Hướng dẫn giải Bài 39. Phản ứng nhiệt hạch sgk Vật Lí 12. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 trang 203 sgk Vật Lí 12 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 12, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

1. Phản ứng nhiệt hạch là quá trình trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn.

2. Năng lượng tỏa ra bởi các phản ứng nhiệt hạch gọi là năng lượng nhiệt hạch. Năng lượng nhiệt hạch lớn hơn nhiều năng lượng phân hạch.

Người ta chủ yếu quan tâm đến các phản ứng nhiệt hạch tạo nên heli

\( _{1}^{1}\textrm{H}\) + \( _{1}^{2}\textrm{H}\) → \( _{2}^{3}\textrm{He}\)

\( _{1}^{2}\textrm{H}\) + \( _{1}^{2}\textrm{H}\) → \( _{2}^{4}\textrm{He}\)

\( _{1}^{2}\textrm{H}\) + \( _{1}^{3}\textrm{H}\) → \( _{2}^{4}\textrm{He}\) + \( _{0}^{1}\textrm{n}\)

3. Điều kiện để thực hiện phản ứng nhiệt hạch:

– Nhiệt độ cao (50 triệu đến 100 triệu độ).

– Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn.

– Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao phải đủ lớn.

4. Năng lượng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lượng của hầu hết vì sao.

5. Năng lượng nhiệt hạch trên Trái Đất, với những ưu viết không gây ô nhiễm (sạch) và nguyên liệu dồi dào, sẽ là nguồn năng lương của thế kỉ XXI.

CÂU HỎI (C)

Trả lời câu hỏi C1 trang 200 Vật Lý 12

Hãy tìm ra kết quả này dựa vào các số liệu cho trong bảng ở cuối sách.

Trả lời:

Phương trình:

\({}_1^2H + {}_1^3H \to {}_2^4He + {}_0^1n\)

Khối lượng tỏa ra khi tổng hợp 1 hạt nhân \(\alpha \) là:

MD = 2,012345u; mT = 3,0155u

\(\eqalign{& {m_\alpha } = 4,0015u;\,{m_n} = 1,00866u \cr & {\rm{W}} = \left( {{m_D} + {m_T} – {m_\alpha } – {m_n}} \right).{c^2} \cr & = \left( {2,012345u + 3,0155u – 4,0015u – 1,00866} \right).{c^2} \cr & = 0,01879.{c^2} = 0,1879.1,{66055.10^{ – 27}}{.9.10^{16}} \cr & = 0,{2808.10^{ – 11}} \cr & = {{0,{{2808.10}^{ – 11}}} \over {1,{{6.10}^{ – 19}}}}ev = 0,{1755.10^8}eV = 17,55\,\,\left( {MeV} \right) \cr} \)

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 trang 203 sgk Vật Lí 12 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 203 Vật Lý 12

Hãy nêu lên các điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra.

Trả lời:

Các điều kiện để phản ứng nhiệt hạch có thể xảy ra là:

– Nhiệt độ của hỗn hợp phải cỡ 100 triệu độ.

– Mật độ hạt trong khối plasma phải đủ lớn.

– Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao (100 triệu độ) phải đủ lớn.

2. Giải bài 2 trang 203 Vật Lý 12

So sánh (định tính) phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch về các đặc điểm:

a) nhiên liệu phản ứng;

b) điều kiện thực hiện;

c) năng lượng tỏa ra ứng với cùng một khối lượng nhiên liệu;

d) ô nhiễm môi trường.

Trả lời:

a) Nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch dồi dào hơn.

b) Điều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch khó khăn hơn (nhiệt độ rất cao).

c) Với cùng một khối nhiên liệu thì năng lượng tỏa ra trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn nhiều so với phản ứng phân hạch.

d) Ô nhiễm môi trường tái sản phẩm cuối cùng của phản ứng nhiệt hạch không có tính phóng xạ nên không gây ô nhiễm môi trường.

?

1. Giải bài 3 trang 203 Vật Lý 12

Trên một số sao người ta tìm thấy các hạt nhân cacbon có vai trò xuất phát điểm của một chuỗi phản ứng tổng hợp (được gọi là chi trình CNO). Hãy hoàn chỉnh các phản ứng đó.

1. \( _{6}^{12}\textrm{C}\) + ? → \( _{7}^{13}\textrm{N}\)

2. \( _{7}^{13}\textrm{N}\) → \( _{6}^{13}\textrm{C}\) + ?

3. \( _{6}^{13}\textrm{C}\) + ? → \( _{7}^{14}\textrm{N}\)

4. \( _{7}^{14}\textrm{N}\) + ? → \( _{8}^{15}\textrm{O}\)

5. \( _{8}^{15}\textrm{O}\) → \( _{7}^{15}\textrm{N}\) + ?

6. \( _{7}^{15}\textrm{N}\) + \( _{1}^{1}\textrm{H}\) → \( _{6}^{12}\textrm{C}\) + ?

Bài giải:

1. \(_6^{12}C + _Z^AX \to _7^{13}N\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}6 + {Z_X} = 7\\12 + {A_X} = 13\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_X} = 1\\{A_X} = 1\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow X\) là \(_1^1H\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_6^{12}C + _1^1H \to _7^{13}N\)

2. \(_7^{13}N \to _6^7C + _Z^AY\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}7 = 6 + {Z_Y}\\13 = 13 + {A_X}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_Y} = 1\\{A_Y} = 0\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow Y\) là \(_1^0e\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_7^{13}N \to _6^7C + _1^0e\)

3. \(_6^{13}C + _Z^AM \to _7^{14}N\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}6 + {Z_M} = 7\\13 + {A_M} = 14\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_M} = 1\\{A_M} = 1\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow M\) là \(_1^1H\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_6^{13}C + _1^1H \to _7^{14}N\)

4. \(_7^{14}N + _Z^AB \to _8^{15}O\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}7 + {Z_B} = 8\\14 + {A_B} = 15\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_B} = 1\\{A_B} = 1\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow B\) là \(_1^1H\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_7^{14}N + _1^1H \to _8^{15}O\)

5. \(_8^{15}O \to _7^{15}N + _Z^AE\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}8 = 7 + {Z_E}\\15 = 15 + {A_E}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_E} = 1\\{A_E} = 0\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow E\) là \(_1^0e\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_8^{15}O \to _7^{15}N + _1^0e\)

6. \(_7^{15}N + _1^1H \to _6^{12}C + _Z^AF\)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}7 + 1 = 6 + {Z_F}\\15 + 1 = 12 + {A_F}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_F} = 2\\{A_F} = 4\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow F\) là \(_2^4He\)

Viết lại phương trình phản ứng:

\(_7^{15}N + _1^1H \to _6^{12}C + _2^4He\)

2. Giải bài 4 trang 203 Vật Lý 12

Xét phản ứng.

\( _{1}^{2}\textrm{H}\) + \( _{1}^{2}\textrm{H}\) → \( _{2}^{3}\textrm{He}\) + \( _{0}^{1}\textrm{n}\)

a) Xác định năng lượng tỏa ra bởi phản ứng đó (tính ra MeV và ra J)

b) Tính khối lượng đơteri cần thiết để có thể thu được năng lượng nhiệt hạch tương đương với năng lượng tỏa ra khi đốt 1kg than.

Cho biết: \( _{1}^{2}\textrm{H}\) = 2,0135 u

      \( _{2}^{3}\textrm{He}\) = 3,0149 u

      \( _{0}^{1}\textrm{n}\) = 1,0087 u

Năng lượng tỏa ra khi đốt 1 kg than là 30 000kJ.

Bài giải:

a) Xét phản ứng:

\( _{1}^{2}\textrm{H}\) + \( _{1}^{2}\textrm{H}\) → \( _{2}^{3}\textrm{He}\) + \( _{0}^{1}\textrm{n}\)

Năng lượng toả ra bởi phản ứng:

\(\eqalign{
& {W_{toa}}\; = \left( {{m_H} + {m_H} – {m_{He}} – {m_n}} \right){{\rm{c}}^2}\cr&{\rm{ = }}\left( {2,0135u + 2,0135u – 3,0149u – 1,0087u} \right){{\rm{c}}^2} \cr
& {{\rm{W}}_{toa}}{\rm{ = 3}}{\rm{,4}}{\rm{.1}}{{\rm{0}}^{ – 3}}.931,5MeV \cr&= {\rm{3}},1671MeV = {3,1671.1,6.10^{ – 13}}\;J \cr&\approx {5,07.10^{ – 13}}J \cr} \)

b) Mỗi phản ứng cần 2 hạt nhân \({}_1^2H\) và cho ra 1 hạt \({}_2^3He\)

Đốt 1kg than cho 3.107 J, tương đương với năng lượng tỏa ra bởi N hạt \({}_2^3He\):

\(N = {{{{3.10}^7}} \over {{{5,07.10}^{ – 13}}}} = {5,917.10^{19}}\)

Mỗi phản ứng cần 2 hạt nhân \({}_1^2H\) ⇒ số hạt \({}_1^2H\) tổng cộng cần dùng là:

\({N_H} = 2N = {2.5,917.10^{19}} = {1,1834.10^{20}}\)

⇒ Khối lượng hạt nhân \({}_1^2H\) tổng cộng cần dùng là:

\({m_H} = {{{N_H}A} \over {{N_A}}} = {{{{1,1834.10}^{20}}.2} \over {{{6,02.10}^{23}}}} = {3,93.10^{ – 4}}g \)

\(= {39,3.10^{ – 8}}kg\)

Bài trước:

Bài tiếp theo:

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 trang 203 sgk Vật Lí 12 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 12 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“