Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 91
Đề bài: Kích thước nguyên tử nhỏ tới mức kính hiển vi quang học hiện đại nhất cũng không thể giúp chúng ta quan sát rõ. Hạt nhân có kích thước còn nhỏ hơn rất nhiều (khoảng 0,0001 lần) so với nguyên tử. Các nhà khoa học đã làm thế nào để phát hiện ra điều đó?
Lời giải:
Các nhà khoa học đã phát hiện ra hạt nhân nguyên tử thông qua thí nghiệm tán xạ hạt alpha do Rutherford tiến hành năm 1911.
Bằng cách bắn chùm hạt alpha (mang điện tích dương) vào lá vàng rất mỏng rồi quan sát sự lệch hướng của các hạt alpha sau khi đi qua lá vàng, Rutherford đã rút ra được kết luận về cấu tạo bên trong nguyên tử: nguyên tử có một hạt nhân rất nhỏ, mang điện tích dương ở tâm, còn phần lớn không gian nguyên tử là khoảng trống.
I. Thí nghiệm tán xạ hạt alpha
Hoạt động trang 92
Đề bài:
- Dựa vào kết quả thí nghiệm tán xạ hạt α để trả lời các câu hỏi sau:a) Tần suất đốm sáng xuất hiện khi kính hiển vi ở vị trí (1) (vị trí đối diện với nguồn phát tia α – Hình 21.2b) là lớn nhất chứng tỏ điều gì?
b) Tại sao có một số hạt α đổi hướng chuyển động khi đi qua lá vàng?
c) Số hạt α không đi qua lá vàng mà bật lại tới vị trí (2) với tần suất chỉ bằng $10^{-4}$ lần tần suất hạt α đi qua lá vàng tới vị trí (1) chứng tỏ điều gì?
- Dựa trên thí nghiệm tán xạ hạt α, Rutherford đề xuất một mô hình hành tinh nguyên tử (Hình 21.5 a).a) Mô tả mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford.
b) Giải thích mô hình cấu tạo nguyên tử của Rutherford dựa vào các câu trả lời ở ý 1.
Lời giải:
1.
a) Tần suất đốm sáng lớn nhất ở vị trí (1) (đối diện với nguồn phát) → phần lớn hạt α đi thẳng qua lá vàng mà không bị lệch hướng.
Điều này chứng tỏ: nguyên tử vàng có cấu trúc gần như rỗng, phần lớn không gian trong nguyên tử là khoảng trống nên hạt α dễ dàng xuyên qua.
b) Một số hạt α đổi hướng chuyển động khi đi qua lá vàng vì trong nguyên tử có một phần mang điện tích dương (chính là hạt nhân). Khi hạt α (cũng mang điện tích dương) đến gần phần này, lực đẩy tĩnh điện giữa chúng làm hạt α bị lệch hướng.
c) Số hạt α bật ngược trở lại tới vị trí (2) rất ít (tần suất chỉ bằng $10^{-4}$ lần) chứng tỏ:
- Phần mang điện tích dương của nguyên tử (hạt nhân) có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử, nên xác suất một hạt α “va chạm” với nó rất nhỏ.
- Hạt nhân này có khối lượng rất lớn, đủ để làm hạt α bật ngược trở lại khi va chạm trực diện.
2.
a) Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford:
- Nguyên tử có một hạt nhân ở tâm, mang điện tích dương, có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử.
- Hạt nhân tập trung gần như toàn bộ khối lượng của nguyên tử.
- Các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo, giống như các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời.
b) Giải thích mô hình dựa trên kết quả thí nghiệm:
- Phần lớn hạt α đi thẳng qua lá vàng (câu 1a) → không gian trong nguyên tử phần lớn là trống rỗng → hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử.
- Một số hạt α bị lệch hướng (câu 1b) → trong nguyên tử có phần mang điện tích dương gây lực đẩy lên hạt α → đó chính là hạt nhân.
- Rất ít hạt α bật ngược trở lại (câu 1c) → hạt nhân rất nhỏ nhưng có khối lượng lớn, tập trung gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử.
II. Nucleon và kí hiệu hạt nhân
Câu hỏi trang 93
Đề bài: Xác định khối lượng của proton và neutron theo đơn vị amu.
Lời giải:
Ta có:
- Khối lượng proton: $m_p \approx 1{,}67262 \cdot 10^{-27}$ kg
- Khối lượng neutron: $m_n \approx 1{,}67493 \cdot 10^{-27}$ kg
- $1 \text{ amu} \approx 1{,}66054 \cdot 10^{-27}$ kg
Khối lượng proton theo đơn vị amu:
$$m_p = \dfrac{1{,}67262 \cdot 10^{-27}}{1{,}66054 \cdot 10^{-27}} \approx 1{,}00728 \text{ amu}$$
Khối lượng neutron theo đơn vị amu:
$$m_n = \dfrac{1{,}67493 \cdot 10^{-27}}{1{,}66054 \cdot 10^{-27}} \approx 1{,}00867 \text{ amu}$$
Nhận xét: Khối lượng của proton và neutron đều xấp xỉ 1 amu.
Câu hỏi trang 94
Đề bài: Công thức 21.1 cho kết quả tốt hơn với $A > 12$. Nghiệm lại sự chính xác của công thức này cho các hạt nhân trong Bảng 21.1.
Lời giải:
Áp dụng công thức (21.1): $R = 1{,}2 \cdot 10^{-15} \cdot A^{1/3}$ (m) cho các hạt nhân có $A > 12$ trong Bảng 21.1, ta được kết quả tính toán so với giá trị trong bảng như sau:
| Hạt nhân | Số khối $A$ | $R$ tính theo (21.1) ($10^{-15}$ m) | $R$ trong bảng ($10^{-15}$ m) |
|---|---|---|---|
| Oxygen | 16 | $1{,}2 \cdot 16^{1/3} \approx 3{,}0$ | 2,7 |
| Silicon | 28 | $1{,}2 \cdot 28^{1/3} \approx 3{,}6$ | 3,1 |
| Sắt | 56 | $1{,}2 \cdot 56^{1/3} \approx 4{,}6$ | 3,7 |
| Cadmium | 114 | $1{,}2 \cdot 114^{1/3} \approx 5{,}8$ | 4,6 |
| Vàng | 197 | $1{,}2 \cdot 197^{1/3} \approx 7{,}0$ | 5,4 |
| Uranium | 238 | $1{,}2 \cdot 238^{1/3} \approx 7{,}4$ | 5,9 |
Nhận xét:
- Công thức (21.1) phản ánh đúng xu hướng: bán kính hạt nhân $R$ tăng dần khi số khối $A$ tăng.
- Giá trị tính theo công thức tương đối gần với giá trị đo trong bảng, tuy nhiên vẫn có sai lệch (công thức cho kết quả lớn hơn thực tế).
- Do đây là công thức gần đúng nên sai lệch này có thể chấp nhận được.
Câu hỏi trang 95
Đề bài:
- Trong kí hiệu hạt nhân, đại lượng $N = A – Z$ cho biết số lượng của loại hạt nào trong hạt nhân? Vì sao?
- Bằng cách nào có thể tìm được số $Z$ và số $N$ của hạt nhân có kí hiệu dạng $^{A}X$?
- Viết kí hiệu hạt nhân vàng (Au), helium (He) và nitrogen (N), biết rằng số lượng nucleon của các hạt nhân này lần lượt là 197; 4 và 14.
Lời giải:
1. Đại lượng $N = A – Z$ cho biết số neutron có trong hạt nhân.
Vì:
- $A$ là tổng số nucleon trong hạt nhân (gồm proton và neutron).
- $Z$ là số proton trong hạt nhân.
- Do đó: $N = A – Z$ = tổng số nucleon – số proton = số neutron.
2. Với hạt nhân có kí hiệu dạng $^{A}X$:
- Tìm số $Z$: Dựa vào kí hiệu hoá học $X$ của nguyên tố, tra bảng tuần hoàn để xác định số hiệu nguyên tử $Z$.
- Tìm số $N$: Sau khi biết $Z$, tính $N = A – Z$.
3. Viết kí hiệu các hạt nhân:
- Vàng có $Z = 79$, $A = 197$ → kí hiệu: $^{197}_{\phantom{1}79}\text{Au}$
- Helium có $Z = 2$, $A = 4$ → kí hiệu: $^{4}_{2}\text{He}$
- Nitrogen có $Z = 7$, $A = 14$ → kí hiệu: $^{14}_{\phantom{1}7}\text{N}$
Câu hỏi trang 95 (phần Đồng vị)
Đề bài: Giải thích tại sao các chất cấu tạo từ cùng một loại nguyên tố nhưng khối lượng riêng vẫn có thể khác nhau.
Lời giải:
Các chất cấu tạo từ cùng một loại nguyên tố có thể có khối lượng riêng khác nhau vì:
- Mỗi nguyên tố hoá học thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp của nhiều đồng vị khác nhau.
- Các đồng vị có cùng số proton ($Z$) nhưng khác số neutron ($N$) → khối lượng nguyên tử khác nhau.
- Tỉ lệ các đồng vị trong các mẫu chất khác nhau có thể khác nhau → dẫn đến khối lượng nguyên tử trung bình của chất khác nhau.
- Khối lượng nguyên tử trung bình khác nhau → khối lượng riêng khác nhau (dù thể tích và cấu trúc mạng như nhau).
Em có thể
Giải thích được thế giới vật chất vĩ mô đa dạng quanh ta đều được tạo thành bởi các hạt proton, neutron và electron
Lời giải:
- Mọi vật chất trong thế giới vĩ mô đều được cấu tạo từ các nguyên tử (hoặc phân tử — là tập hợp các nguyên tử).
- Mỗi nguyên tử gồm:
- Hạt nhân ở tâm, chứa các proton và neutron.
- Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân.
- Sự đa dạng của thế giới vật chất là do:
- Số lượng proton, neutron, electron khác nhau → tạo ra các nguyên tố hoá học khác nhau.
- Các nguyên tử kết hợp với nhau theo nhiều cách → tạo ra vô số loại phân tử, chất khác nhau.
→ Như vậy, chỉ với ba loại hạt cơ bản là proton, neutron và electron, tự nhiên đã tạo nên toàn bộ thế giới vật chất đa dạng quanh ta.
Đánh giá được kích thước của hạt nhân từ thí nghiệm tán xạ hạt α
Lời giải:
Từ thí nghiệm tán xạ hạt α của Rutherford, ta có thể đánh giá kích thước hạt nhân như sau:
- Phần lớn hạt α đi thẳng qua lá vàng → nguyên tử phần lớn là khoảng trống.
- Chỉ khoảng 1 trong $10^4$ hạt α bị lệch hơn $90°$ hoặc bật ngược lại → xác suất “va chạm” với hạt nhân rất nhỏ.
Điều này chứng tỏ hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử. Cụ thể:
- Bán kính nguyên tử: cỡ $10^{-10}$ m.
- Bán kính hạt nhân: cỡ $10^{-14}$ đến $10^{-15}$ m.
- → Kích thước hạt nhân nhỏ hơn nguyên tử khoảng $10^4$ đến $10^5$ lần.
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn