Tải bản đầy đủ
Giao thoa ánh sáng trắng: Kết quả thu được vân trung tâm có màu trắng, các vân sáng ở hai bên vân trung tâm có màu như màu cầu vồng với vân tím ở trong (gần vân trung tâm hơn), vân đỏ ở ngoài cùng.

Giao thoa ánh sáng trắng: Kết quả thu được vân trung tâm có màu trắng, các vân sáng ở hai bên vân trung tâm có màu như màu cầu vồng với vân tím ở trong (gần vân trung tâm hơn), vân đỏ ở ngoài cùng.

Tải bản đầy đủ

QUANG PHỔ ÁNH SÁNG - TIA HỒNG NGOẠI – TIA TỬ NGOẠI – TIA RƠNGEN – TIA GAMMA
Các loại quang
phổ và các bức
xạ
Quang phổ liên
tục

Quang
phổ
vạch phát xạ

Quang
phổ
vạch hấp thụ

Tia hồng ngoại

Tia tử ngoại
(Tia cực tím)

Tia X

Định nghĩa

Nguồn phát

Đặc điểm

Ứng dụng

Là dải màu biến
thiên liên tục.
(không nhất thiết
phải đủ từ đỏ đến
tím!)
Gồm các vạch
màu riêng lẻ bị
ngăn cách bởi
các vạch tối xen
kẽ.

Do các vật được
nung nóng ở trạng
thái rắn, lỏng hoặc
khí ở áp suất lớn
phát ra.
Do các chất khí hay
hơi có áp suất thấp
và bị kích thích (bởi
nhiệt độ cao hay
điện trường mạnh…)
phát ra.

Phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn
sáng

Xác định nhiệt độ các
vật, đặc biệt những vật
không thể tiếp cận như
mặt trời, ngôi sao ở xa,
lò nung...
Nhận biết sự có mặt
của nguyên tố trong
hợp chất cho dù thành
phần của nguyên tố rất
ít (nhanh, nhạy hơn
phương pháp hóa
học).

Quang phổ vạch
hấp thụ của một
nguyên tố là
những vạch tối
nằm trên nền của
quang phổ liên
tục.

Do các chất khí hay
hơi có áp suất thấp
và bị kích thích (bởi
nhiệt độ cao hay
điện trường mạnh)
và được đặt cắt
ngang đường đi của
quang phổ liên tục.

Có bản chất là
các bức xạ điện
từ có bước sóng
lớn hơn bước
sóng ánh sáng đỏ
và nhỏ hơn bước
sóng của sóng vô
tuyến. (1mm ≥ λ
≥ 0,76μm)

- Mọi vật có nhiệt độ
> OoK (-2730C) đều
phát ra tia hồng
ngoại.
- Các vật nung nóng
là nguồn phát hồng
ngoại thông dụng.
- Muốn phát tia hồng
ngoại ra môi trường
thì nhiệt độ của vật
phải cao hơn nhiệt
độ của môi trường .
- Đèn hơi thủy ngân.
Mặt trời
- Vật nóng trên
20000C.
- Hồ quang điện,
hoặc vật nóng sáng
trên 30000 là nguồn
tự ngoại phổ biến.

Có bản chất là
các bức xạ điện
từ có bước sóng
nhỏ hơn bước
sóng của ánh
sáng tím. (0,38
μm ≥ λ ≥ 10-9 m)

Có bản chất là
các bức xạ điện
từ có bước sóng
nhỏ hơn bước
sóng của tia tử
ngoại. (10-8 m ≥
λ ≥ 10-11m)

- Ống rơn-ghen
- Máy phát tia X
- Tia X cứng có
bước sóng nhỏ, tần
số và năng lượng
lớn, đâm xuyên tốt.
Tia X mềm thì
ngược lại

Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo
của nguồn sáng
Đặc trưng cho từng nguyên tố hóa
học . Mỗi nguyên tố hóa học phát ra
quang phổ vạch khác nhau về cường
độ, màu sắc, vị trí các vạch, độ sáng
tỉ đối của các vạch. (vạch quang phổ
không có bề rộng)
- Để thu được quang phổ vạch hấp
thụ thì nhiệt độ của đám khí hay hơi
hấp thụ phải nhỏ hơn nhiệt độ của
nguồn sáng phát ra quang phổ liên
tục.
- Trong cùng điều kiện (áp suất
thấp, nhiệt độ cao) 1 nguyên tố bị
kích thích có khả năng phát ra
những bức xạ nào thì cũng có khả
năng hấp thụ những bức xạ đó (hiện
tượng đảo vạch)
- Tác dụng chủ yếu của tia hồng
ngoại là tác dụng nhiệt, dùng sấy
khô, sưởi...
- Gây là phản ứng quang hóa nên
được dùng chụp ảnh đêm.
- Ít bị tán xạ, dùng chụp ảnh qua
sương mù, khói, mây...
- Có khả năng biến điệu nên có thể
dùng ở các thiết bị điều khiển…
- Gây ra hiện tượng quang điện
trong ở một số chất bán dẫn.
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh
- Ion hóa chất khí.
- Bị nước và thủy tinh hấp thụ mạnh
nhưng ít bị thạch anh hấp thụ.
- Kích thích phát quang nhiều chất
- Gây ra các phản ứng quang hóa
- Diệt tế bào, làm mờ mắt, đen da,
diệt khuẩn, nấm mốc.
- Gây ra một số hiện tượng quang
điện.
- Khả năng xuyên thấu tốt.
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh.
- Gây ion hóa không khí (ứng dụng
để chế máy đo liều lượng tia X)
- Gây phát quang nhiều chất.
- Gây hiện tượng quang điện với
mọi kim loại.
- Tác dụng sinh lý mạnh, hủy diệt tế
bào, diệt khuẩn…

THANG SÓNG ĐIỆN TỪ.

22

Nhận biết sự có mặt
của nguyên tố trong
hợp chất, khối chất
cho dù thành phần của
nguyên tố rất ít hoặc
khối chất không thể
tiếp cận như mặt trời,
ngôi sao ở xa…

- Dùng sấy khô, sưởi...
- Nhìn đêm, quay
phim, chụp ảnh đêm,
qua sương mù, tên lửa
tầm nhiệt…
- Dùng ở các thiết bị
điều khiển, báo động.

- Khử trùng nước, thực
phẩm, dụng cụ y tế,
diệt nấm mốc…
- Chữa bệnh còi
xương.
- Tìm vết nứt trên bề
mặt nhẵn.

- Chụp chiếu trong y
học
- Chữa ung thư nông
- Nghiên cứu cấu trúc
vật rắn, kiểm tra sản
phẩm đúc, kiểm tra
hành lý…

CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN
1. Thí nghiệm của Hertz về hiện tượng quang điện.
* Hiện tượng: Gắn tấm kẽm tích điện âm vào một tĩnh điện kế, kim của tĩnh điện kế lệch đi một góc. Sau
đó chiếu ánh sáng hồ quang vào tấm kẽm, quan sát thấy góc lệch của kim tĩnh điện kế giảm đi sau đó lại
tăng (cụp vào rồi xòe ra). Nếu thay tấm kẽm bằng kim loại khác ta thấy hiện tượng tương tự xảy ra. Hiện
tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài).
* Giải thích: Khi chiếu ánh sáng tử ngoại vào bề mặt tấm kẽm tích điện âm, các electron trong tấm kẽm
hấp thụ năng lượng photon tử ngoại và có động năng lớn hơn thắng được lực liên kết giữa các e với các
nguyên tử kẽm và bật ra ngoài làm cho điện tích âm giảm dần (kim tĩnh điện kế cụp lại). Vẫn tiếp tục
chiếu tia tử ngoại vào tấm kẽm thì đến lượt các electron hóa trị của nguyên tử kẽm (e lớp ngoài cùng) tiếp
tục bị bật ra và làm tấm kẽm thiếu e nên bắt đầu tích điện tích dương (kim tĩnh điện kế lại xòe ra). Điện
tích dương của tấm kẽm chỉ tăng đến một giá trị xác định rồi không tăng thêm vì khi đó điện tích dương
đủ lớn để ngăn cản các electron không bật ra thêm (số e bật ra bằng số e bị hút về, đây gọi là trạng thái
cân bằng động).
2. Định luật về giới hạn quang điện: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ
ngắnhơn hay bằng giới hạn quang điện λ 0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện (λ ≤
λ0). Giới hạn quang điện (λ0) của mỗi kim loại là đặc trưng riêng của kim loại đó.
3. Thuyết lượng tử ánh sáng.
Giả thuyết lượng tử năng lượng của Max-plank: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay
phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó ƒ là tần số của ánh sáng bị
hấp thụ hay phát xạ ra, còn h là một hằng số. Lượng tử năng lượng ε = hƒ trong đó (h = 6,625.10-34Js).
Nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein:
a. Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn.
b. Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng h.f.
c. Cường độ chùm sáng tỷ lệ với số photon trong chùm (cường độ sáng càng lớn số photon càng nhiều và
ngược lại)
d. Phôtôn là hạt vật chất rất đặc biệt, nó không có kích thước, không có khối lượng nghỉ (m 0 = 0), không
mang điện tích nhưng nó có năng lượng (tỷ lệ với tần số ε = hƒ ) có khối lượng tương đối tính m = ε/c2 và
có động lượng p (với p = m.c = h/λ), và nó chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc ánh sáng (không có
photon đứng yên). Electron chỉ hấp thụ hay hay bức xạ 1 photon trong 1 lần và khi đã hấp thụ thì sẽ hấp
thụ toàn bộ năng lượng của photon (không có sự hấp thụ nửa vời). Nếu không bị hấp thụ bởi môi trường
thì đặc tính của photon (năng lượng, vận tốc, tần số) không thay đổi tức là không phụ thuộc vào khoảng
cách mà nó lan truyền.
4. Ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt: Các hiện tượng quang học chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng như
giao thoa sóng; khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ… cũng có nhiều hiện tượng quang học khác chứng tỏ ánh
sáng có tính chất hạt như hiện tượng quang điện, phát quang, quang dẫn, quang hóa, đâm xuyên.... Điều
đó cho thấy ánhsáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt ⇒ ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt.
5. Hiện tượng quang điện trong: Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectrôn liên kết để chúng trở
thành các êlectrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong. Hiện
tượng quangđiện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn từ
đó ta ⇒ λ0 trong > λ0 ngoài và f0 trong < f0 ngoài. (λ0 và f0 là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang điện).
6. Quang điện trở, pin quang điện:
Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn (chất bán dẫn, chất khí…). Điện trở của nó
có thể thay đổi từ vài mêgaôm (10 6 Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu
sáng. Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó
biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra
bên cạnh một lớp chặn.
II) Công thức vận dụng:
1. Lượng tử ánh sáng: ε = h.ƒ =
* ε: Lượng tử ánh sáng hay năng lượng 1 photon (jun).
* f: tần số của bức xạ (Hz).
* λ: bước sóng của bức xạ chiếu tới (m).
* c = 3.108 m/s: vận tốc ánh sáng trong chân không.
23

* h = 6.625.10-34 (J.s): hằng số Max Planck; 1eV = 1,6.10-19J; 1MeV = 106eV = 1,6.10-13J
h.c
1
= p.c = A + m.v02 = A + e.U h = A + e Vh
2. Hệ thức Einstein: ε = h. f =
λ
2
* A: Công thoát của electron ra khỏi bề mặt kim loại.
* v0max: Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron ⇒ các electron quang điện có vận tốc v ≤ v0max
* Uh: Hiệu điện thế hãm.
* e: Là điện tích nguyên tố (điện tích electron), e = 1,6.10-19(C); me = 9,1.10-31kg
* Vh: Điện thế hãm cực đại của vật cô lập tích điện:
* p: Là động lượng của hạt photon, p = h/λ
3. Giới hạn quang điện: λ0 =
4. Công suất của nguồn sáng: P = nλ.ε ⇒ nλ = với nλ: số phôtôn ứng với bức xạ λ phát ra 1s
5. Cường độ dòng điện bão hoà: Ibh = ne.|e| ⇒ ne = Với ne: số electron bức ra trong 1s
n

I .ε

I .h.f

I .h.c

e
bh
bh
bh
6. Hiệu suất lượng tử: H = n ⇒ H = P. e = P. e = P.λ e
λ
1 2
7. Hiệu điện thế hãm: e.U h = mv0 max
2
Các lưu ý:
* Trong hiện tượng quang điện khi ta tăng cường độ chùm sáng tới mà không làm thay đổi bước
sóng tới thì số lượng photon tới sẽ tăng nên số lượng electron quang điện được giải phóng sẽ tăng tức là
cường độ dòng quang điện sẽ tăng nhưng năng lượng photon, vận tốc cực đại của electron, điện thế và
hiệu điện thế hãm sẽ không thay đổi.
* Giá trị đại số của Uh < 0. Trong một số bài toán hay biểu thức người ta lấy U h > 0 thì đó được hiểu
là độ lớn.
* Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại lượng:
Vận tốc ban đầu cực đại v0max, hiệu điện thế hãm U h, điện thế cực đại V max,… đều được tính ứng với bức
xạ có λmin (hoặc fmax)
* Đối với một hợp kim thì giới hạn quang điện λ 0 của hợp kim là giới hạn quang điện của kim loại
thành phần có λ0 lớn nhất.(VD.Hợp kim của đồng- bạc-kẽm có giới hạn quang điện λ0 = 0,35µm)
8. Bức xạ có bước sóng ngắn nhất và tần số lớn nhất mà nguyên tử có thể phát ra là λmin và fmax thì năng
lượngcần thiết để ion hóa nguyên tử đó là: ε = hfmax =
9. Định lý động năng trong hiện tượng quang điện – điều kiện để electron không đến được Anốt:
a. Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại V Max và khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động
1
2
trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức: e VMax = m.v0 max = e .E.d max
2
2
mv
b. Động năng electron trước khi va đập vào Anot: Wđ = e e = e( U h + U AK )
2
Wđ ↑ khi U AK ≥ 0

⇒ Wđ ↓ khi U AK ≤ 0
Với UAK ≤ - |Uhãm| là điều kiện để electron không đến được anốt
W = 0 khi U ≤ − U
AK
hãm
 đ

11. Bảng giới hạn quang điện của một số kim loại.
Chất
λ0 (µm)
Bạc
0,26
Đồng
0,30
Kẽm
0,35
Nhôm
0,36
BÀI TOÁN TIA X

Chất
Canxi
Natri
Kali
Xesi

1. Bước sóng nhỏ nhất, tần số lớn nhất của tia X phát ra từ ống Rơn ghen:
hf Max =

hc
1
= m e v e2 = e.U AK ; ve là vận tốc electron khi đập vào catốt
λ Min 2

24

λ0 (µm)
0,75
0,5
0,55
0,66

1
m e v e2 = e.U AK
2
hc
3. Bước sóng cực tiểu Tia X: λ X Min =
eU AK

2. Công của lực điện trường:

4. e.UAK = ε + Q = h.fX + Q; Năng lượng electron khi va đập vào
đối Catốt, một phần nhỏ biến đổi thành năng lượng tia Ron-ghen
một phần lớn thành nội năng Q làm nóng catot
5. Độ tăng nhiệt độ ∆t0 của đối catot: Q = m.C.∆t0. Trong đó
m(kg) là khối lượng catot, C nhiệt dung riêng của chất làm catot.
6. Cường độ dòng điện qua ống Rơnghen: I = n.e = .e; N là số e
đập vào catot trong thời gian t(s).
SỰ PHÁT QUANG
Tóm tắt lý thuyết
1. Quang phát quang là: Hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này (λkt
bước sóng kích thích) để rồi phát ra ánh sáng có bước sóng khác thuộc vùng khả kiến ( λphát bước sóng
phát ra) được gọi là sự phát quang.
VD: Chất bột bên trong đèn ống; lớp sơn ở cọc tiêu đèn đường; áo của công an hay công nhân vệ
sinh đường sử dụng khi trời tối; dung dịch fluorexêin khi bị chiếu tia tử ngoại; công tắc điện, các vùng
chứng thật trên tiền giấy….là hiện tượng quang phát quang.
2. Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó và phát ra các bức
xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó được gọi chung là sự
phát quang.
VD: Hóa phát quang (đom đóm, nấm sáng, san hô sáng...), điện phát quang
(đèn LEP), Catot phát quang (màn hình máy tính, tivi...)
3. Sự phát quang có khác biệt với các hiện tượng phát ánh sáng khác, hai đặc điểm
quan trọng:
Một là, mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho chất.
Hai là, sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục
kéo dài thêm một khoảng thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẳn.
4. Phân biệt sự huỳnh quang và lân quang:
* giống nhau: Đều là sự phát quang.
* khác nhau:
Sự huỳnh quang
Sự lân quang
- Huỳnh quang là hiện tượng mà ánh sáng phát - Lân quang là hiện tượng mà ánh sáng phát quang
quang tắt ngay khi ngừng ánh sáng kích thích. Nó cònkéo dài từ vài phần giây, đến hàng giờ (tuỳ theo
thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.
chất) sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường
-8
- Thời gian pht quang nhỏ hơn 10 s.
xảy ra với các chất rắn.
- Thời gian phát quang lớn hơn 10-6s
- Các loại sơn biển báo giao thông có thời gian sáng
kéo dài vài phần mười giây nên là những chất lân
quang
5. Giải thích đặc điểm của sự phát quang bằng thuyết lượng tự ánh sáng
Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ một phôtôn tia tử ngoại có năng lượng hƒ thì nó chuyển sang trạng
thái kích thích. Thời gian của trạng thái kích thích rất ngắn và trong thời gian này nó va chạm với các
phân tử xung quanh, mất bớt năng lượng nhận được. Vì thế, khi trở về trạng thái ban đầu, nó bức xạ
phôtôn có năng lượng hfphát nhỏ hơn: h.fkích thích > h.fphát hay > ⇒ λphát > λkích thích. Như vậy, phát quang là
hiện tượng trong đó xảy ra sự hấp thụ ánh sáng, năng lượng photon bị hấp thụ là: ∆ε = - = hfkt - hfphát
Chú ý: Trong hiện tượng quang phát quang, ánh sáng phát quang có bước sóng lớn hơn bước sóng của
ánh sáng kích thích (λphát > λkích thích) nên tia hồng ngoại không thể gây ra hiện tượng phát quang (tia hồng
ngoại chỉ có thể kích thích chất phát quang phát ra những bức xạ ta không thể nhìn thấy nên không coi đó
là hiện tượng phát quang).

25

NGUYÊN TỬ HIĐRÔ.
1. Quang phổ Hiđrô
* Tần số bức xạ hấp thụ hay phát xạ: ƒ =

E  1
c Em − En
1 
=
= 0 2 − 2
λ
h
h m
n 

* Bán kính quỹ đạo dừng mức n: rn = n2.r0 (r0 = 5,3.10-11m là bán kính Bo)
* Số bức xạ tối đa mà nguyên tử Hidro có thể phát ra khi từ mức năng lượng En chuyển về các mức
năng lượng thấp hơn là: N =
13,6(eV )
* En = −
Mức năng lượng ở trạng thái n (với n = 1,2,3, …) và 1eV = 1,6.10-19(J)
2
n
* Năng lượng ion hóa nguyên tử hiđrô (∆E) là năng lượng cần thiết đưa e từ E 1 = -13,6eV lên E∞ =
0eV ⇒ ∆E =E∞- E1 = 13,6 eV
2. Cơ chế phát các bức xạ của quang phổ hiđrô:

SƠ LƯỢC VỀ LASER
* Sơ lược về laze: Hoạt động dựa trên nguyên tắc khuếch đại ánh sáng nhờ
vào hiện tượng phát xạ cảm ứng. Sự khuếch đại càng được nhân lên, nếu ta
làm cho các phôtôn kết hợp đi lại nhiều lần trong môi trường, bằng cách bố
trí hai gương song song ở hai đầu, trong đó có một gương là nửa trong suốt,
hình thành hộp cộng hưởng, tạo ra chùm phôtôn rất mạnh cùng pha. Sau khi
phản xạ một số lần lên hai gương, phần lớn phôtôn sẽ đi qua gương nửa trong
suốt và tạo thành tia laze. Đó là nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy
phát tia laze
* Một số đặc điểm của tia laze
Tia laze là ánh sáng kết hợp; Tia laze rất đơn sắc; Chùm tia laze rất song song;
Chùm tia laze có năng lượng có thể nhỏ nhưng do thời gian mỗi xung và diện tích tập trung rất nhỏ
nên mật độ công suất (hay cường độ) rất lớn I = P/S
* Ứng dụng của laze: Trong Y học lợi dụng khả năng tập trung năng lượng của chùm tia laze vào một
vùng rất nhỏ, người ta dùng tia laze như một con dao mổ trong các phẫu thuật,…
Trong thông tin liên lạc, vô tuyến; Trong công nghiệp dùng trong các việc như khoan, cắt, tôi chính
xác trên nhiều chất liệu như kim loại, compozit,…

26

CHƯƠNG VII: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

CẤU TẠO HẠT NHÂN
1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử:
* Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các prôtôn (p) (mang điện tích nguyên tố dương), và các nơtron (n)
(trung hoà điện), gọi chung là nuclôn. Kí hiệu hạt nhân: ZA X
* Hạt nhân có nguyên tử số Z thì chứa Z prôton và N nơtron; A = Z + N, trong đó A gọi là số khối.
* Trừ các đồng vị của Hidro và Heli, nói chung các hạt nhân của các nguyên tố khác đều có số proton nhỏ
hơn hặc bằng số notron: Z ≤ N ≤ 1,5Z. Hệ thức này có thể giúp xác định loại tia phóng xạ là β+ hay β- của
1 chất phóng xạ.
30
VD. Phốtpho 15 P chỉ có thể là chất phóng xạ β+
* Các nuclon liên kết với nhau bởi lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện
hay lực hấp dẫn, nó là loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân (lực tương tác mạnh).
Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10-15m).
* Bán kính 1 hạt nhân phụ thuộc vào khối lượng hạt nhân đó: r = r 0.A1/3(m). Trong đó A là số khối, r0 ≈
1,2.10-15(m)
* Đồng vị (cùng vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn): Là các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôton Z
nhưng khác số nơtron N và số khối A.
VD. Nguyên tố Hiđro có 3 đồng vị: 11 H ; 12 H ; 13 H
* Đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u. Đơn vị u có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng
12
vị 6 C , cụ thể là: 1u = 1,66055.10-27kg hay ⇒ 1gam = 1u.NA. 1u xấp xỉ bằng khối lượng của một nuclôn,
nên hạt nhân có số khối A thì có khối lượng xấp xỉ bằng A(u). Đơn vị khối lượng: u; MeV/c 2; kg với mối
quan hệ 1u = 931,5 MeV/c2.
2. Hệ thức Anh - xtanh giữa khối lượng - năng lượng – động lượng:
* Hạt nhân có khối lượng nghỉ m 0, chuyển động với vận tốc v, có năng lượng toàn phần tính theo công
thức:


1

E = m0c2 + Wđ. Trong đó Wđ = 
2
 1− v

c2





2
m 0 c




VD: Hạt electron có khối lượng nghỉ m 0e = 9,1/10-31 kg, trong ống Rownghen, ngay trước khi va vào catot




hc
1


m 0 c 2 = hfmax =
electron có vận tốc rất lớn bởi vậy động năng của e khi đó là: Wđ = 
= e.UAK
2 
λmin
 1− v 


c2 


* Một vật có khối m0 ở trạng thái nghỉ, khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng vật sẽ tăng lên thành m
với:
m=

m0
1−

v2
c2

Ta có thể viết hệ thức Anh-xtanh về năng lượng toàn phần: E = mc 2.
* Hệ thức liên hệ giữa năng lượng toàn phần E và động lượng p của 1 vật: E2 = m.c4 + p2.c2
* Hạt photon có khối lượng nghỉ bằng m0 = 0 nhưng vẫn có khối lượng tương đối tính m và động lượng p:
ε
m = 2 ; p = m.c = =
c
* Một hạt có khối lượng nghỉ m0 chuyển động với vận tốc v thì sẽ có:
Động lượng là p = m.v =

m=

Năng lượng toàn phần E = c.

m 0 .v
v 2 ; Vận tốc v =
1− 2
c

( m 0 c) 2 + p 2
27

p.c

( m 0 c) 2 + p 2





1


2
− 1m 0 c 2 = c.
Động năng chuyển động Wđ = E - m0c = 
2
 1− v



2
c



( m 0 c) 2 + p 2 - m0c2

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
I) Phản ứng hạt nhân:
Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân, phản ứng hạt nhân chia thành hai loại:
+ Phản ứng hạt nhân tự phát (phóng xạ): Quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững
thành các hạt nhân khác: A  C + D.(Trong đó: A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (α, β,
γ))
+ Phản ứng hạt nhân kích thích: Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau thành các hạt nhân
khác.
A+BC+D
II. Độ hụt khối - năng lượng liên kết - năng lượng phản ứng hạt nhân:
1. Độ hụt khối, năng lượng liên kết hạt nhân :
1
1
A
Xét hạt nhân ZA X được tạo thành bởi Z proton và N notron: Z .1 p + N .0 n→ Z X
Gọi m0 là tổng khối lượng các nuclôn: m 0 = Z.mp + N.mn = Z.mp + (A - Z).m n và m là khối lượng
hạt nhân X (Với mỗi hạt nhân tổng khối lượng các nucleon luôn lớn hơn khối lượng hạt nhân tạo thành
m0 > m)
Độ hụt khối của hạt nhân ZA X : ∆m = m0 – m
Năng lượng liên kết hạt nhân X là năng lượng tỏa ra khi các nuclon riêng rẽ liên kết thành hạt nhân
hoặc la năng lượng tối thiểu cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nuclon riêng rẽ: ∆E = ∆m.c2 = (m0 m)c2
Năng lượng liên kết riêng ε (là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn): ε = ΔE/A.
Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng là đại lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, năng lượng
liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững và ngược lại. Thực tế các hạt nhân có số khối A trong
khoảng 50u đến 90u có năng lượng liên kết riêng lớn nhất (∆E0 ≈ 8,8MeV/1nucleon) nên bền hơn các hạt
nhân có số khối ngoài khoảng.
2. Phản ứng hạt nhân – các định luật bảo toàn:
A
A
A
A
a. Phương trình phản ứng: Z11 X 1 + Z 22 X 2 → Z 33 X 3 + Z 44 X 4
Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như: nơtron

1
0

n , proton 11 p , eletrôn

0
−1

e , poziton

0
+1

e,

photon γ , Heli α ...
Trường hợp đặc biệt là sự phóng xạ: X1  X2 + X3, (X1 là hạt nhân mẹ, X2 là hạt nhân con, X3 là hạt
α hoặc β)
b. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân:
- Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4
- Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
 
 




- Bảo toàn động lượng: p1 + p 2 = p3 + p 4 hay m1v1 + m2 v 2 → m3 v3 + m4 v 4
- Bảo toàn năng lượng toàn phần: K X + K X + ∆E = K X + K X hoặc ΣKtrước pứ + ∆E = ΣKsau pứ.
(Trong đó: ∆E là năng lượng phản ứng hạt nhân (∆E > 0 toả năng lượng, ∆E < 0 thu năng lượng); KX là
động năng chuyển động của hạt X.)
Lưu ý: Phóng xạ hay phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật bảo toàn khối lượng, năng lượng
nghỉ, số proton, notron, electron, cơ năng (năng lượng cơ học).
A
A
A
A
3) Năng lượng thu – tỏa của phản ứng hạt nhân: ∆E = (m0 - m).c2 ( Z11 X 1 + Z 22 X 2 → Z 33 X 3 + Z 44 X 4 )
Trong đó:
m0 = mX1 + mX2 là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.
m = mX3 + mX4 là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng.
* Nếu m0 > m ⇔ ∆E > 0 phản ứng toả năng lượng ∆E dưới dạng động năng của các hạt X 3, X4 hoặc
phôtôn γ. Trong phản ứng toả năng lượng các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn.
0
0

4
2

1

2

3

28

4

* Nếu m0 < m ⇔ ∆E < 0 phản ứng thu năng lượng |∆E| dưới dạng động năng của các hạt X 1, X2
hoặc phôtôn γ. Trong phản ứng thu năng lượng các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững.
Các hiện tượng: phóng xạ, phân hạnh, nhiệt hạch luôn là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.
4)Tính năng lượng thu – tỏa của phản ứng hạt nhân theo độ hụt khối và năng lượng liên kết:
A
A
A
A
Xét ứng hạt nhân: Z11 X 1 + Z 22 X 2 → Z 33 X 3 + Z 44 X 4
Trong đó: X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng là ε1, ε2, ε3, ε4. Năng lượng liên
kết tương ứng là ∆E1, ∆E2, ∆E3, ∆E4. Độ hụt khối tương ứng là ∆m1, ∆m2, ∆m3, ∆m4.
Khi đó năng lượng của phản ứng hạt nhân ∆E là:
∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2∆2 = ∆E3 + ∆E4 – ∆E1 – ∆E2
= (m0 - m)c2 = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c2 = ΣKsau pứ - ΣKtrước pứ
(∆E > 0 toả năng lượng, ∆E < 0 thu năng lượng).
5) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng trong bài toán hạt nhân:
* Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng K X =


p X = m X v X ⇔ p 2X = 2m X K X hay p = m.v =

m X v 2X
p2
= X của hạt X là:
2
2m X

* Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình
hành:







 

Ví dụ: p = p1 + p 2 biết ϕ = ( p1 , p 2 ) ⇒ p 2 = p12 + p 22 + 2p1 p 2 cos ϕ
hay (mv)2 = (m1v1)2 + (m2v2)2 + 2m1m2v1v2cosϕ
hay: mK = m1K1 + m2K2 + 2
 
 
(Tương tự khi biết ϕ = ( p1 , p ) hoặc ϕ = ( p 2 , p ) )


 
* Trường hợp đặc biệt: ϕ = ( p1 , p 2 ) = 900 hay p1 ⊥ p 2 ta có p 2 = p12 + p 22




* Tương tự khi p1 ⊥ p hay p 2 ⊥ p thì tương ứng ta có p 22 = p12 + p 2 hay p12 = p 22 + p 2
K 1 v1 m 2 A 2


=
=

* Khi v = 0 hay p =0 ta có p1 = p2 ⇒
K2

v2

m1

A1

6) Áp dụng các định luật bảo toàn cho bài toán phóng xạ:
Một hạt chất phóng xạ A đứng yên phân rã thành 2 hạt B và C theo phương trình: A  B + C.
* Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

K C vC mB




=
=
0 = m B v B + m C v C ⇔ m B v B = − m C v C hay mBvB = mCvC ⇔ 2mBKB = 2mCKC ⇔
K B vC mC

⇒ Các hạt B, C chuyển động cùng phương ngược chiều có tốc độ v và động năng K tỉ lệ nghịch
với khối lượng.
* Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần ta có:
mC

K B + K C = ∆E
K B = m + m .∆E =


B
C
KC mB


mB
K = m
K =
.∆E =
C
 B
 C m B + m C

mC
.∆E
mA
mB
.∆E
mA

(mA, mB, mC thường lấy bằng số khối)

7) Các hằng số và đơn vị thường sử dụng:
Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023 mol-1⇒ 1gam = 1u.NA
Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10-27kg = 931 MeV/c2
Điện tích nguyên tố: |e| = 1,6.10-19 C
Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10-19 J; 1MeV = 1,6.10-13 J
Khối lượng prôtôn: mp = 1,0073u
Khối lượng nơtrôn: mn = 1,0087u
Khối lượng electrôn: me = 9,1.10-31kg = 0,000548u ≈ 0,511MeV/c2

29

HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ
1. Hiện tượng phóng xạ: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử của một
số nguyên tố (kém bền vững) tự phóng ra các bức xạ rồi biến đổi thành hạt nhân
nguyên tử của các nguyên tố khác (bền vững hơn).
Các nguyên tố phóng xạ có sẵn trong tự nhiên gọi là phóng xạ tự nhiên.
Các nguyên tố phóng xạ do con người tạo ra gọi là phóng xạ nhân tạo (phóng xạ
nhân tạo có nhiều hơn phóng xạ tự nhiên)
2. Các loại tia phóng xạ (phóng ra từ hạt nhân):
4
a. Tia alpha (α): thực chất là hạt nhân nguyên tử 2 He
- Bị lệch về phía bản (-) của tụ điện vì mang q = +2e.
- Phóng ra với vận tốc 107m/s.
- Có khả năng ion hoá chất khí.
- Đâm xuyên kém. Trong không khí đi được 8cm.
b. Tia Bêta (β): Gồm β+ và β−
- β−: lệch về bản (+) của tụ điện, thực chất là chùm electron, có điện tích -e.
- Do sự biến đổi: n  p + e + v ( v là phản hạt notrino)
- β+ lệch về phía (-) của tụ điện (lệch nhiều hơn tia α và đối xứng với β−);
- β+ thực chất là electron dương hay pôzitrôn có điện tích +e.
- Do sự biến đổi: p  n + ν + β+ (ν là hạt notrino)
- Phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.
- Ion hoá chất khí yếu hơn α.
- Khả năng đâm xuyên mạnh, đi được vài trăm mét trong không khí.
- Trong từ trường các tia β−, β+, α đều bị lệch theo phương vuông góc với đường
sức từ , do lực Lorentz nhưng vì tia β− có điện tích trái dấu với các tia β+, α nên có xu hướng lệch ngược
hướng với các tia β+, α.
c. Tia gammar (γ)
- Có bản chất là sóng điện từ bước sóng rất ngắn (λ < 0,01nm), là chùm phôtôn năng lượng cao.
- Không bị lệch trong điện trường, từ trường.
- Có các tính chất như Tia X.
- Khả năng đâm xuyên lớn, có thể đi qua lớp chì vài cm và rất nguy hiểm.
- Phóng xạ γ không làm biến đổi hạt nhân nhưng phóng xạ γ luôn đi kèm với các phóng xạ α, β.
3) Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ:
4
A
4
A− 4
* Phóng xạ α ( 2 He ): Z X → 2 He+ Z −2Y . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần
hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị.
0
A
0
A
* Phóng xạ β− ( −1 e ): Z X → −1 e+ Z +1Y . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần
1
1
0 −
hoàn và có cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β− là: 0 n→1 p + −1 e + ν p (νp là phản hạt nơtrinô)
0
A
0
A
* Phóng xạ β+ ( +1 e ): Z X → +1 e+ Z −1Y . So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần
hoàn vàcó cùng số khối. Thực chất của phóng xạ β+ là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt
1
1
0 +
pôzitrôn và một hạt nơtrinô: 1 p → 0 n + −1 e + ν và bản chất của tia phóng xạ β+ là dòng hạt pôzitrôn (e+).
(hạt và phản hạt nơtrinô ν phải xuất hiện trong các phóng xạ β+, β− là do sự bảo toàn mômen động lượng)
* Phóng xạ γ (hạt phôtôn). Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E 1
chuyểnxuống mức năng lượng E 2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng: ε = h.ƒ = =E1 - E2.
Trong phóng xạ γ không có sự biến đổi hạt nhân ⇒ phóng xạ γ thường đi kèm theo phóng xạ α và β.
* Hạt phôtôn: Không có khối lượng nghỉ m0 = 0, không có kích thước, không có điện tích, không
tồn tại ở trạng thái đứng yên. Nhưng có năng lượng, có động lượng p = h/c, có khối lượng tương đối tính
m = ε/c2, có phản hạt là chính nó và chỉ tồn tại khi chuyển động với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng!
Hạt nơtrinô có khối lượng nghỉ ≈ 0, không mang điện, có năng lượng, động lượng và mômen động
lượng.
4. Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ: Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị
phóng xạ tự nhiên, người ta chế tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ, gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo.
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong Y học chẳng hạn như xạ trị... Người ta đưa các
đồng vị khác nhau vào cơ thể để theo dõi sự xâm nhập và di chuyển của nguyên tố nhất định trong cơ thể
30

người. Gọi là nguyên tử đánh dấu, qua đó có thể theo dõi được tình trạng bệnh lí. Trong ngành khảo cổ
học, sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon C 14 để xác định niên đại của các cổ vật hữu
cơ. Trong quân sự các chất phóng xạ được ứng dụng để tạo ra bom nguyên tử có tính hủy diệt lớn, trong
công nghiệp ứng dụng sản xuất điện nguyên tử...
5. Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ có 1 chu kì phân rã đặc trưng, đó là khoảng thời gian sau đó
lượng chất phóng xạ giảm đi một nửa.
Chú ý:
- Định luật phóng xạ có tính thống kê, nó chỉ đúng với lượng rất lớn số hạt chất phóng xạ.
- Với mỗi hạt nhân phóng xạ thì quá trình phân rã xảy ra ngẫu nhiên không biết trước tức là không
thể áp dụng định luật phóng xạ cho 1 hạt hay một lượng rất ít hạt chất phóng xạ.
A
A
A
Xét quá trình phóng xạ: Z X → Z11 X + Z22Y
t

* Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: N = N 0 2 − T = N 0 .e −λt
* Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành: ∆N = N0 - N =N0(1 - e-λt)
t

* Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: m = m 0 2 − T = m 0 .e −λt
* Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t: ∆m = m0 - m =m0(1 - e-λt)
∆m
.100% = 1 − e −λt .100%
* Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã:
m0

(

)

t


m
.100% = 2 T .100% = e −λt .100%
* Phần trăm chất phóng xạ còn lại:
m0

* Khối lượng chất mới được tạo thành sau thời gian t: m1 =

A N (1 − e − λt ) A1m 0 (1 − e − λt )
∆N
.A1 = 1 0
=
NA
NA
A

Trong đó: N0, m0 là số nguyên tử và khối lượng chất phóng xạ ban đầu, T là chu kỳ bán rã với λ=
là hằng số phóng xạ. Còn A, A1 là số khối của chất phóng xạ ban đầu và của chất mới được tạo thành, N A
là số Avôgađrô NA = 6,023.1023 mol-1. Trường hợp phóng xạ β+ thì A = A1 ⇒m1 = ∆m
Chú ý: λ và T đặc trưng cho chất phóng xạ, nó không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài (nhiệt
độ, áp suất, độ ẩm và lượng chất phóng xạ nhiều hay ít) mà chỉ phụ thuộc loại chất phóng xạ (nhưng nếu
dùng các bức xạ mạnh gamma hay tia X chiếu vào chất phóng xạ thì sự phóng xạ có thể thay đổi mà
thường là làm tăng tốc độ phóng xạ).
6. Độ phóng xạ: (H = λ.N) Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng - chất
phóng xạ, nó phụ thuộc vào cả loại chất phóng xạ (λ) và lượng chất phóng xạ (N), được đo bằng: số phân
t

rã/1s: H = H 0 2 − T = H 0 .e −λt = λ.N (H0 = λ.N0 là độ phóng xạ ban đầu).
Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây; 1Curi (Ci) , 1Ci = 3,7.10 10 Bq (1Ci bằng độ phóng xạ
của 1g Ra)
* Lưu ý:
- Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s).
- Với một chất phóng xạ có chu kì phân rã T rất lớn hơn so với thời gian phân rã ∆t thì trong suốt
thời gian ∆t độ phóng xạ H được coi như không đổi và số hạt bị phân rã trong thời gian đó là ∆N = H.∆t
- Một mẫu gỗ cổ có độ phóng xạ C 14 bằng k lần độ phóng xạ của mẫu gỗ cùng loại và lượng mới
chặt (k<1). Chu kỳ phân rã của C14 là T thì tuổi của mẫu gỗ cổ là: t = .T

31

Phụ lục: Công thức toán học

Cung đối nhau
Cung bù nhau
(α và -α)
α và (π - α)
cos(-α) = cosα
cos(π - α)= -cosα
sin(-α) = -sinα
sin(π - α) = sinα
tan(-α) = -tanα
tan(π - α) = -tanα
cot(-α) = -cotα
cot(π - α) = -cotgα
2) Các hằng đẳng thức lượng giác cơ bản:
sin2α + cos2α = 1;

α=1

Cung hơn kém π
(α và π + α)
cos(π + α) = -cosα
sin(π + α) = -sinα
tan(π + α) = tanα
cot(π + α) = cotgα

Cung phụ nhau
(α và π/2 -α)
cos(π/2 -α)= sinα
sin(π/2 -α) = cosα
tan(π/2 -α) = cotα
cot(π/2 -α) = tanα

Cung hơn kém π/2
(α và π/2 +α)
cos(π/2 +α) = -sinα
sin(π/2 +α) = cosα
tan(π/2+α)= -cotα
cot(π/2 +α) = -tanα

1
= 1 + tan 2 α
cos 2 α

1
= 1 + cot 2 α
sin 2 α

3. Công thức biến đổi
a. Công thức cộng
cos(a + b) = cosa.cosb - sina.sinb cos(a - b) = cosa.cosb + sina.sinb
sin(a + b) = sina.cosb + sinb.cosa sin(a - b) = sina.cosb - sinb.cosa
tan(a - b) =

tan a − tan b
1 + tan a. tan b

tan(a + b) =

tan a + tan b
1 − tan a. tan b

b. Công thức nhân đôi, nhân ba
cos2a = cos2a - sin2a = 2cos2a - 1 = 1 - 2sin2a;
sin3a = 3sina – 4sin3a
sin2a = 2sina.cosa;
cos3a = 4cos3a – 3cosa;
2 tan a
tan2a =
1 − tan 2 a
c. Công thức hạ bậc: cos2a = ; sin2a = ; tan2a = ; cotan2a =
d. Công thức tính sinα, cosα, tanα theo t = tan
sin α =

2t
1+ t2

cos α =

1− t2
1+ t2

tan α =

2t
(α ≠ + kπ, k ∈ Z)
1− t2

e. Công thức biến đổi tích thành tổng
cosa.cosb = [cos(a-b) + cos(a+b)] sina.sinb =[cos(a-b) - cos(a+b)]
sina.cosb = [sin(a-b) + sin(a+b)]
f. Công thức biến đổi tổng thành tích
cosa + cosb = 2cos cos sina + sinb = 2sincos
cosa - cosb = -2sinsin sina - sinb = 2cossin
tana + tanb =
tana - tanb =(a,b ≠ +kπ )
5. PHƯƠNG TRÌNH VÀ HỆ PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC
a. Các công thức nghiệm – pt cơ bản:
 x = α + k 2π

sinx = a = sinα ⇒ 
cosx = a = cosα ⇒ x = ± α + k2π
 x = π − α + k 2π
tanx = a = tanα ⇒ x = α +kπ
cotx = a = cotα⇒ x = α +kπ
b. Phương trình bậc nhất với sin và cos:
Dạng phương trình: a.sinx + b.cosx = c (1) với điều kiện (a2 + b2 ≠ 0 và c2 ≤a2 + b2)
32