Hình vẽ bên minh họa một thí nghiệm khảo sát tác dụng của lực từ lên dây dẫn mang dòng điện: Khung dây dẫn phẳng hình vuông cạnh \(a = 10{\rm{\;cm}}\) gồm 100 vòng được treo thẳng đứng dưới một đĩa cân bằng dây cách điện. Cạnh dưới của khung nằm ngang trong từ trường đều của nam châm và vuông góc với đường sức từ, các cạnh còn lại coi như không chịu ảnh hưởng của từ trường. Dòng điện chạy qua cạnh dưới của khung có cường độ \(I = 0,5{\rm{\;A}}\) và có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, chiều hướng vào trong. Khoảng cách từ điểm treo hai đĩa cân đến trục quay là bằng nhau. Ban đầu phải đặt quả cân lên đĩa bên trái để đòn cân thăng bằng. Sau đó đảo ngược các cực từ của nam châm để đổi chiều của đường sức từ, để cân thăng bằng trở lại phải thêm vào đĩa cân bên trái một quả cân có khối lượng 150 g. Cho biết gia tốc trọng trường \(g = 10{\rm{\;m}}/{{\rm{s}}^2}\). Tính độ lớn cảm ứng từ trong lòng của nam châm ra đơn vị tesla (kết quả làm tròn đến chữ số hàng phần trăm).

Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích cho phản ứng \({\rm{X}} + \;_{13}^{27}{\rm{Al}} \to \;_{15}^{30}{\rm{P}} + \;_0^1{\rm{n}}\), ta có:

\({A_X} + 27 = 30 + 1 \Rightarrow {A_X} = 4\)

\({Z_X} + 13 = 15 + 0 \Rightarrow {Z_X} = 2\)

Vậy hạt nhân X là \(\;_2^4{\rm{He}}\) (hạt \(\alpha \)).

a) Sai. Phản ứng phân hạch là hiện tượng một hạt nhân rất nặng hấp thụ một neutron chậm rồi vỡ thành hai hạt nhân trung bình. Phản ứng trên là quá trình dùng hạt nhân nhẹ \(\left( {\rm{X}} \right)\) bắn phá hạt nhân trung bình \(\left( {{\rm{Al}}} \right)\) để tạo ra hạt nhân khác, đây là phản ứng hạt nhân nhân tạo thông thường.

b) Đúng. Hạt nhân \({\rm{X}}\left( {\;_2^4{\rm{He}}} \right)\) có số proton là \(Z = 2\) và số neutron là \(N = A - Z = 4 - 2 = 2\).

c) Sai. Trong các phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lượng (khối lượng nghỉ). Sự chênh lệch khối lượng trước và sau phản ứng (độ hụt khối) sẽ được chuyển hóa thành năng lượng tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng theo hệ thức Einstein. Phản ứng hạt nhân chỉ tuân theo định luật bảo toàn năng lượng toàn phần.

d) Đúng.

Gọi \(\vec v\) là vận tốc chung của hai hạt P và n sinh ra sau phản ứng.

Theo định luật bảo toàn động lượng:

\({\vec p_X} = {\vec p_P} + {\vec p_n} = {m_P}\vec v + {m_n}\vec v = \left( {{m_P} + {m_n}} \right)\vec v\)

Về độ lớn, ta có: \({m_X}{v_X} = \left( {{m_P} + {m_n}} \right)v\)

Lấy gần đúng khối lượng hạt nhân bằng số khối (\(m \approx A\)), ta được:

\(4{v_X} = \left( {30 + 1} \right)v = 31v \Rightarrow v = \frac{4}{{31}}{v_X}\)

Tổng động năng của các hạt sau phản ứng (\({K_{{\rm{sau\;}}}}\)) so với động năng của hạt X \(\left( {{K_X}} \right)\) là:

\({K_{{\rm{sau\;}}}} = {K_P} + {K_n} = \frac{1}{2}\left( {{m_P} + {m_n}} \right){v^2} = \frac{1}{2}.31.{\left( {\frac{4}{{31}}{v_X}} \right)^2} = \frac{1}{2}.31.\frac{{16}}{{{{31}^2}}}v_X^2 = \frac{8}{{31}}v_X^2\)

Mà \({K_X} = \frac{1}{2}{m_X}v_X^2 = \frac{1}{2}.4.v_X^2 = 2v_X^2 \Rightarrow v_X^2 = \frac{{{K_X}}}{2}\)

Thay \(v_X^2\) vào, ta được:

\({K_{{\rm{sau\;}}}} = \frac{8}{{31}}.\frac{{{K_X}}}{2} = \frac{4}{{31}}{K_X}\)

Mặt khác, do phản ứng thu năng lượng (\({\rm{\Delta }}E = 2,64{\rm{MeV}}\)), theo định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:

\({K_X} = {K_{{\rm{sau\;}}}} + {\rm{\Delta }}E\)

\( \Leftrightarrow {K_X} = \frac{4}{{31}}{K_X} + 2,64\)

\( \Leftrightarrow \frac{{27}}{{31}}{K_X} = 2,64 \Rightarrow {K_X} = \frac{{2,64.31}}{{27}} \approx 3,03\left( {{\rm{MeV}}} \right)\).

Đáp án đúng là D

Khi nước đá đang tan (quá trình nóng chảy), ta cần liên tục cung cấp nhiệt lượng cho nó (vật thu nhiệt). Ở \({0^{\rm{o}}}C\), nhiệt độ không đổi nên động năng trung bình của các phân tử không đổi. Tuy nhiên, nhiệt lượng thu vào dùng để phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể, làm tăng khoảng cách và biến đổi thế năng tương tác giữa các phân tử. Do vật nhận thêm năng lượng nên tổng thể nội năng của vật tăng lên.