PHƯƠNG PHÁP GIÚP HỌC SINH LỚP 12 GIẢINHANH DẠNG BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIÚP HỌC SINH LỚP 12 GIẢI NHANH DẠNG BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Người thực hiện: Nguyễn Thị Kiều Oanh Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Vật lý THANH HĨA, NĂM 2022 MỤC LỤC TT Mục Trang Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 16 Kết luận, kiến nghị 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Kiến nghị 17 Tài liệu tham khảo Danh mục đề tài sáng kiến kinh nghiệm tác giả 1.2 Lý chọn đề tài: Trong chương trình vật lí 12, tập ứng dụng đồng vị phóng xạ có tính thực tế cao: ngành khảo cổ học, sinh học y học Tuy nhiên trình dạy học dạng toán ứng dụng đồng vị phóng xạ lại chưa giáo viên học sinh ý nhiều, hệ thống tập dẫn đến đa số em không làm phương pháp giải chưa đủ tối ưu nên nhiều thời gian để làm tập phần Do việc lĩnh hội kiến thức lý thuyết, vận dụng lý thuyết để có kỹ giải làm chủ cách giải dạng toán phần vấn đề khơng dễ, địi hỏi người thầy phải chủ động kiến thức phải có phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập cách ngắn gọn, dễ hiểu, dễ nhớ đáp ứng yêu cầu Bản thân giáo viên trực tiếp giảng dạy mơn vật lí trường phổ thơng, với kiến thức kinh nghiệm thực tiễn mình, tơi ln trăn trở phải tìm giải pháp tối ưu để hệ thống kiến thức lý thuyết kết hợp với tập điển hình, sau phân chúng thành dạng từ đưa phương pháp giải cho dạng Chính vậy, chọn đề tài “PHƯƠNG PHÁP GIÚP HỌC SINH LỚP 12 GIẢI NHANH DẠNG BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ’’ cho SKKN với hy vọng tập tài liệu giúp ích cho em học sinh trình kiểm tra, thi cử để đạt kết cao hơn, bồi dưỡng hứng thú, tạo niềm tin niềm vui học tập cho học sinh Trong đề tài tập hệ thống lại phân dạng đầy đủ, lơgic, xúc tích ý nghĩa vật lí nhấn mạnh đồng thời đảm bảo tính thực tiễn tính cập nhật theo đề thi GDĐT Nên tin sau giáo viên hướng dẫn học sinh tự học tiến trình đề tài tơi hiệu học tập nâng lên rõ rệt tất phân loại thành dạng có phương pháp giải cụ thể, dễ hiểu, ngắn gọn, ví dụ minh hoạ rõ ràng 1.3 Mục đích nghiên cứu * Đối với giáo viên: Dùng kiến thức để làm phong phú hấp dẫn giảng liên quan * Đối với học sinh: Giúp em hiểu sâu thêm kiến thức học lớp, biết thêm nhiều kiến thức có liên quan, đồng thời phần cảm nhận vẻ đẹp mơn Vật lí mà em yêu thích 1.4 Đối tượng nghiên cứu - Học sinh lớp 12 trường THPT Nguyễn Trãi năm học 2021- 2022 - Lý thuyết ứng dụng đồng vị phóng xạ - Phân loại dạng tập phần ứng dụng đồng vị phóng xạ đưa phương pháp giải 1.5 Phương pháp nghiên cứu Để hồn thành đề tài tơi chọn phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Đọc sách giáo khoa phổ thông, sách đại học, sách tham khảo phần toán ứng dụng đồng vị phóng xạ - Phương pháp thống kê: Chọn tốn có chương trình phổ thông gần gũi với đời sống ngày - Phương pháp phân tích tổng hợp kinh nghiệm trình giảng dạy thực tế đời sống 2 Nội dung 2.2 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm: KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ HIỆN TƯỢNG PHĨNG XẠ Khái niệm Hiện tượng phóng xạ tượng hạt nhân không bền vững tự phá phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Người ta quy ước gọi hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ hạt nhân sản phẩm phân rã hạt nhân Đặc điểm Q trình phân rã phóng xạ nguyên nhân bên gây hoàn toàn khơng chịu tác động yếu tố bên ngồi như: nhiệt độ, áp suất, Các tia phóng xạ 3.1 Tia α Hạt nhân mẹ X phân rã tạo thành hạt nhân Y, đồng thời phát tia phóng xạ α theo phản ứng: A Z X →AZ−−24 Y + 24 He - Bản chất dòng hạt nhân 42 He mang điện tích dương, bay vào điện trường hai tụ điện bị lệch tụ âm - Ion hóa chất khí mạnh, khả đâm xun yếu (khơng xun qua bìa dày cỡ mm) - Hạt α phóng từ hạt nhân có vận tốc khoảng 2.107 m / s bay ngồi khơng khí khoảng cm - Phóng xạ α làm hạt nhân lùi ô bảng hệ thống tuần hoàn 3.2 Tia β Tia β gồm loại: - Tia β− hay: loại tia phổ biến, có chất chùm electron mang điện tích −e Hạt sinh bên hạt nhân có biến đổi n →0−1 e +11 p + v% Ở 00 v% hạt phản nơtrinô - Tia β+ hay 0+1 e : β− , chất chùm hạt có khối lượng electron mang điện tích +e, gọi pozitron Hạt sinh bên hạt nhân có biến đổi 1 p →0+1 e +10 n + ν Ở 00 ν hạt nơtrinô 3.3 Tia γ Tia γ có chất sóng điện từ có bưóc sóng ngắn Đây chùm photon mang lượng lớn, có khả đâm xuyên mạnh tia nguy hiểm với người Khả đâm xuyên lớn nhiều so với tia α tia β Định luật phóng xạ 4.1 Đặc tính q trình phóng xạ - Có chất q trình biến đổi hạt nhân - Có tính tự phát khơng điều khiển được, khơng phụ thuộc vào tác động yếu tố phụ thuộc vào mơi trường bên ngồi nhiệt độ, áp suất - Là trình ngẫu nhiên: với hạt nhân phóng xạ cho trước, thời điểm phân hủy khơng xác định Ta nói đến xác suất phân hủy hạt nhân Như ta khảo sát biến đổi hạt nhân đơn lẻ 4.2 Định luật phóng xạ 4.2.1 Chu kỳ bán rã (T) Mỗi mẫu chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã, khoảng thời gian mà nửa lượng chất phóng xạ bị phân rã thành hạt nhân nguyên tử khác 4.2.2 Định luật phóng xạ - Xét mẫu phóng xạ +) N o số hạt nhân ban đầu mẫu −t +) N số hạt nhân lại sau thời gian t là: N = N o T = N o e− λt Với λ = ln −1 ( s ) gọi số phóng xạ, đặc trưng cho chất phóng xạ T Trong mục 1, 2, tác giả tham khảo tài liệu tham khảo 1,2, Số hạt nhân phóng xạ giảm theo quy luật hàm số mũ 4.2.3 Hoạt độ phóng xạ (H) - Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã giây Kí hiệu: H, đơn vị Becơren (Bq) Curi (Ci) giây rã/giây = Bq; 1Ci = 3,7.1010 Bq - Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với quy luật: H ( t ) = − ∆N = λ.N o e − λt = λ N ( t ) ∆t t  H o = λ N o − T ⇒ ⇒ H = H = H o e − λt , với H o độ phóng xạ ban đầu o ( t)  H ( t ) = λ N ( t ) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: Với hình thức đề thi trắc nghiệm môn vật lý năm gần ngày dài khó Hơn nữa, yêu cầu xã hội ngày cao nên nội dung đề thi phải đáp ứng sàng lọc phân hóa rõ nét, u cầu kiến thức ngày cao tất yếu Mặt khác, với hình thức thi này, thời gian dành cho câu hỏi tập ngắn có 1,25 phút Nếu học sinh không cung cấp công thức tổng quát công thức hệ dạng tập để tìm kết nhanh khơng thể đủ thời gian để hồn thành tốt làm kỳ thi kiểm tra Ngồi khó khăn chung phần tập ứng dụng đồng vị phóng xạ ln phần khó học sinh chương trình Vật lí THPT, đọc đề học sinh thường khơng định hướng cách giải chưa nói đến giải nhanh, xác để phù hợp với đề thi TNKQ 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề Trong đề tài này, tơi xin chia tốn ứng dụng đồng vị phóng xạ thành dạng : DẠNG 1: BÀI TỐN VỀ ĐỘ PHĨNG XẠ CỦA LƯỢNG CHẤT Phương pháp  → H = λN =  • Độ phóng xạ ban đầu:  ln  ÷N  T   ln ữt ã phúng x thi điểm t:  → H = H 0e  T   → N0 =  • Với m0(g) khối lượng chất phóng xạ ngun chất thì:  m0 ữN A A ã Nu cht phúng xạ chứa hỗn hợp thì:  ln  m(g).a1 % NA A1 → H0 =  m0 = mhh Phần trăm  ÷  T  H0 = → • Chú ý:  H= ∆N ∆t ∆N ∆t  ln  − ÷t  T   ln  ÷t T  ∆N ∆N −  → = e ∆t ∆t H = H e Ví dụ 1: Cho biết chu kỳ bán rã 224 Ra 3,7 ngày NA = 6,02.1023 Một nguồn phóng xạ 224 Ra có khối lượng 35,84 µg độ phóng xạ A 3,7 (Ci) B 5,6 (Ci) C 3,5 (Ci) D 5,4 (Ci) Giải: Áp dụng công thức:  ln   35,84.10 −6   1Ci   ln   ln   m   → H0 =  N = N = = 5, ( Ci ) ÷ A   ÷N A  ÷  ÷ ÷ 10 ÷ 224  T   T   A me   3, 7.86400    3, 7.10   ⇒ Chọn B Ví dụ 2: 224 Cm nguyên tố phóng xạ với số phóng xạ `m21.10 -9 (s-1) Ban đầu mẫu có độ phóng xạ 104 (phân rã/s) độ phóng xạ sau 3650 ngày A 0,68 (Bq) B 2,21.10 (Bq) C 6,83.103 (Bq) D 6,83.102 (Bq) Giải:Áp dụng công thức:  → H = H 0e −λt = 10 4.e −1,21.10 Ví dụ 3: Chất phóng xạ Một đồng vị khác 59 27 −9 3650.86400 60 27 = 6,83.103 ( Bq ) Chọn C Co có chu kỳ bán rã 5,33 năm (1 năm có 365 ngày) Co khơng có tính phóng xạ Một loại Coban tự nhiên hỗn hợp hai đồng vị 2760 Co 2759 Co với tỉ lệ khối lượng tương ứng 1:49 Biết N A = 6,02.1023 Độ phóng xạ ban đầu 15 g hỗn hợp A 274 (Ci) B 275 (Ci) C 336 (Ci) D 97,4 (Ci) Giải: H0 = ln m ( a ) a1 % NA T A1 H0 = 12 ( g ) 2% ln 1Ci 6, 023.10 23 ( Bq ) x ≈ 336 ( Ci ) ⇒ 5,33.365.86400 60 3, 7.1010 Chọn C Ví dụ 4: Một khối phóng xạ có độ phóng xạ ban đầu H 0, gồm hai chất phóng xạ có số hạt nhân ban đầu Chu kỳ bán rã chúng T = 2h T2 = 3h Sau 6h độ phóng xạ khối chất cịn lại A 7H0/40 B 3H0/16 C 9H0/40 D 5H0/16 Giải: H0 = ln ln N0 + N ⇒ N ln = H T1 T2 ln ⇒H= ln − t − t 7H ln ln N e T1 + N e T2 = ⇒ T1 T2 40 Chú ý: Chọn A ∆N  ln  H = ∆t t ∆N ∆N − lnT2 t H = H0e T → = e  ∆t ∆t  H = ∆N ∆t  Ví dụ 5: Một mẫu phóng xạ 31Si ban đầu phút có 196 nguyên tử bị phân rã sau 5,2 (kể từ t = 0) phút có 49 nguyên tử bị phân rã Tính chu kỳ bán rã 31Si A 2,6 B 3,3 C 4,8 D 5,2 Giải: ∆N ∆N − lnT2 t 49 196 − lnT2 t = e ⇒ = e ⇒ T ≈ 2, ( h ) ⇒ Chọn A ∆t ∆t 5 DẠNG 2: SỐ HẠT BỊ PHÂN RÃ TRONG THỜI GIAN NGẮN Phương pháp Lý thuyết: • Để tìm quan hệ số hạt bị phân rã thời gian ngắn ∆t