(SKKN HAY NHẤT) PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tập về HIỆN TƯỢNG PHÓNG xạ và PHẢN ỨNG hạt NHÂN TRONG CHƯƠNG vật lí hạt NHÂN lớp 12 THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT ĐÔNG SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG VẬT LÍ HẠT NHÂN LỚP 12 THPT Người thực hiện: Lê Thị Thúy Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật Lý THANH HOÁ NĂM 2021 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Cơ sở lí luận đề tài 2.2 Thực trạng trước áp dụng đề tài 2.3 Giải pháp giải vấn đề 2.3.1 Bài tập tượng phóng xạ Trang 1 2 2 3 2.3.1.1 Kiến thức tượng phóng xạ 2.3.1.2 Phương pháp giải số dạng tập ví dụ 11 11 12 18 19 20 21 2.3.2 Bài tập phản ứng hạt nhân 2.3.2.1 Kiến thức phản ứng hạt nhân 2.3.2.2 Phương pháp giải số dạng tập ví dụ 2.3.3 Phần tập vận dụng 2.4 Hiệu đề tài tổ chức áp dụng KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG VẬT LÍ HẠT NHÂN LỚP 12 THPT MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài - Trong trình dạy học mơn Vật lí, phương pháp giải tập đặt hệ thống phương pháp giảng dạy (phương pháp luyện tập), phương pháp coi phương pháp quan trọng để nâng cao chất lượng giảng dạy môn Thông qua việc giải tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thơng minh, tính sáng tạo bồi dưỡng hứng thú học tập - Trong đề thi THPT Quốc Gia để giải tập đòi hỏi người học phải biết phân loại tập, nắm vững phương pháp giải mà chương trình vật lí phổ thơng với lượng thời gian hạn chế chưa đề cập sâu vấn đề - Hầu hết học sinh chưa biết cách phân loại áp dụng phương pháp giải cách hợp lý cho tập Vì thường lúng túng dẫn đến tốc độ hiệu chưa cao trắc nghiệm - Hiện với xu phát triển ngành Công nghiệp, Quốc phòng phục vụ sinh hoạt xã hội Nhà nước ta trọng việc giải vấn đề lượng quốc gia mà lượng hạt nhân giải pháp chiến lược Thực tế thể việc khảo sát tiến tới xây dựng Nhà máy điện Hạt nhân dự kiến đặt tỉnh Bình Thuận nước ta Xuất phát từ thực tế trên, số kinh nghiệm sau năm công tác, mạnh dạn nêu sáng kiến về “Phương pháp giải bài tập tượng phóng xạ phản ứng hạt nhân chương vật lí hạt nhân lớp 12 PTTH ” 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đề tài trình bày số dạng bài tập, trình bày về các định luật, phân loại và chỉ rõ việc áp dụng các định luật vào tập cụ thể từ việc hiểu chất tốn rút cơng thức để vận dụng nhanh tập trắc nghiệm khách quan - Đề tài áp dụng cho chương trình Vật lí 12 - Đề tài áp dụng tốt hiệu cho ôn, luyện thi THPT Quốc Gia A đặc biệt vận dụng vấn đề thực tế ngành Khảo cổ, Địa chất nhiên liệu nhà máy sản xuất điện R A L,R0 i2đ Đỏ C B N LUAN VAN CHAT LUONG downloadi :Madd luanvanchat@agmail.com r r i 1 2t (n) Tím Trắng B C 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Đề tài đặt yêu cầu người học phân loại dạng tập, đưa các định luật, ứng dụng của mỗi định luật để giải cho dạng tập, đưa nhận xét ý giúp phát triển thêm hướng tìm tịi khác - Trong chương trình cịn có nhiều dạng tập Vật lí hạt nhân, việc phân loại khó khăn phức tạp Trong khuôn khổ đề tài này, tập trung vào số dạng tập sau: – Bài tập tượng phóng xạ Gồm: - Bài tập áp dụng định luật phóng xạ - Bài tập vận dụng vào thực tiễn xác định tuổi cổ vật, mẫu vật - Bài tập vận dụng vào thực tiễn y tế xác định thể tích máu bệnh nhân, xạ trị điều trị bệnh nhân ung thư – Bài tập phản ứng hạt nhân Gồm: - Bài tập lượng tỏa ( thu ) phản ứng hạt nhân - Bài tập động hạt sau phản ứng hạt nhân - Bài tập vận dụng thực tiễn hoạt động nhà máy hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết - Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế thu thập kết - Phương pháp thống kê xử lý số liệu NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Cơ sở lí luận đề tài - Phân loại phương pháp giải số dạng bài tập phóng xạ, phản ứng hạt nhân chương vật lí hạt nhân lớp 12 PTTH dựa vào nội dung kiến thức sách giáo khoa Định luật phóng xạ phóng xạ hay định luật bảo tồn phản ứng hạt nhân v.v… truyền tải đến người học theo chương trình Vật lí 12 THPT cho Ban Cơ Nâng cao ( cụ thể chương Hạt nhân nguyên tử SGK Vật Lí 12 ) với tham khảo tài liệu có đề cập đến nội dung 2.2 Thực trạng trước áp dụng đề tài - Khó khăn: Bài tập Vật lí đa dạng phong phú Học sinh cần phải tư cách lôgic, biết cách phân loại áp dụng phương pháp, định luật khác vào tập cụ thể Chương trình vật lí phổ thơng chưa đề cập sâu tới vấn đề phân loại phương pháp giải tập Do đại phận học sinh thường gặp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhiều khó khăn giải tập Vật lí nói chung tập phần Hạt nhân nói riêng - Thuận lợi: Khoa học công nghệ phát triển tạo nguồn tài liệu tham khảo lớn mạng internet vấn đề Các loại sách tham khảo thị trường với số lượng lớn có chất lượng tạo điều kiện thuận lợi giúp nghiên cứu kĩ sâu đề tài 2.3 Giải pháp giải vấn đề 2.3.1 BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ 2.3.1.1 Kiến thức tượng phóng xạ Định nghĩa - Hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ Phương trình phóng xạ: A B+C Trong đó: A: Hạt nhân mẹ; C: Hạt nhân con; B: Tia phóng xạ Định luật phóng xạ - Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kỳ nửa số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác - Biểu thức xác định số hạt nhân lại sau thời gian t: N = No = No e-t Với: No số hạt nhân ban đầu = Hằng số phóng xạ, đặc trưng cho loại chất phóng xạ Do khối lượng tỉ lệ với số hạt ta có biểu thức xác định khối lượng phóng xạ cịn lại: m = mo = mo e-t Với: mo khối lương phóng xạ ban đầu Nội dung định luật phóng xạ: Trong q trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ Độ phóng xạ - Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ đo số phân rã giây - Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với qui luật: H = N =  No = No e-t Với Ho = No độ phóng xạ ban đầu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com H = Ho e-t = Ho - Đơn vị độ phóng xạ Beccơren (Bq) hay Curi (Ci): Bq = 1phân rã/giây ; 1Ci = 3,7.1010 Bq 2.3.1.2 Phương pháp giải dạng tập ví dụ Dạng 1: Bài tập áp dụng định luật phóng xạ Phương pháp giải: Sử dụng công thức định luật phóng xạ, độ phóng xạ: - Số nguyên tử lại sau thời gian phóng xạ t: N = N0 = N0 - Số nguyên tử bị phóng xạ sau thời gian phóng xạ t: N = N0 - N = N0(1 - ) = N0(1 - - Khối lượng lại sau thời gian phóng xạ t : ) m = m0 = m0 - Khối lượng bị phóng xạ sau thời gian phóng xạ t: m = m0 - m = m0(1 - ) = m0(1 - ) - Số nguyên tử có m(g) lượng chất : NA = 6,023.1023 hạt/mol số Avôgađrô Chú ý: + Khi t t = - T.log2 N0 = N0 = = -138 log2 NA = = 69 ngày 6,023.10 23 H0 = 1,667.1014 Bq Lưu ý: Đối với toán xác định độ phóng xạ thời gian cần phải đổi đơn vị theo hệ SI s ( giây ) Nhiều học sinh hay mắc phải sai lầm không đổi đơn vị đại lượng Ví dụ 3: Hạt nhân phóng hạt , photon tạo thành Một nguồn phóng xạ có khối lượng ban đầu m0 sau 14,8 ngày khối lượng nguồn lại 2,24g Hãy tìm : m0 ? Số hạt nhân Ra bị phân rã khối lượng Ra bị phân rã ? Khối lượng số hạt nhân tạo thành ? Thể tích khí Heli tạo thành (đktc) Cho biết chu kỳ phân rã 3,7 ngày số Avôgađrô NA = 6,02.1023mol-1 HƯỚNG DẪN GIẢI 1.Tính m0 : m = m0 m0 = m = 2,24 = 2,24.24 = 35,84 g Số hạt nhân Ra bị phân rã : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com N = N0(1- ) = NA(1- 6,02.1023(1- 2-4)= 0,903 1023 (ng )= tử) - Khối lượng Ra bị phân rã : Số hạt nhân tạo thành : - Khối lượng hạt tạo thành: ) = 35,84.(1 - 2-4) = 33,6 g m = m0(1 = N = N0(1= ) = 9,03.1023 hạt = Thể tích khí Heli tạo thành (đktc): V = 22,4 .220 = 33g = 3,36 (lít) Ví dụ 4: Để đo chu kì bán rã chất phóng xạ, người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ Đến thời điểm , máy đếm đươc xung, đến thời điểm máy đếm xung ( Một hạt bị phân rã, số đếm máy tăng lên đơn vị ) Chu kì bán rã chất phóng xạ xấp xỉ bằng ? HƯỚNG DẪN GIẢI Ta có số xung đếm số hạt nhân mẹ bị phân rã: n1 = DN1 = N0(1Nên: = ) = n2 = DN2 = N0(1- ) = N0(1- = + x + x2 (Với x = ) ) Do ta có phương trình: x2 + x + = 2,3 hay x2 + x – 1,3 = Giải phương trình có nghiệm: x1 = 0,745 x2 = - 1,75 < ( loại x > ) Vậy ta có: = 0,745 T= = 14,13h Xác định số nguyên tử ( khối lượng ) hạt nhân tạo thành sau thời gian phóng xạ t Nếu theo phương trình phóng xạ mà hạt nhân mẹ bị phóng xạ sinh hạt nhân số hạt nhân tạo thành sau thời gian phóng xạ t số hạt nhân bị phân rã thời gian = N = N0 - N = N0(1 - ) = N0(1 - ) - Khối lượng hạt nhân tạo thành sau thời gian phóng xạ t: = A’ số khối hạt nhân tạo thành - Tỉ lệ số hạt nhân tạo thành sau phóng xạ số hạt nhân mẹ lại là: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (1) - Tỉ lệ khối lượng hạt nhân tạo thành ( nhân cịn lại (mcl) lượng chất phóng xạ là: = = mtt) khối lượng hạt ( (2) - Tỉ lệ khối lượng hạt nhân tạo thành ( mtt) khối lượng hạt nhân mẹ ban đầu (mo) lượng chất phóng xạ là: Do = = ( Nên: = (1- ) (3) với Abđ số khối hạt nhân mẹ ban đầu - Tỉ lệ khối lượng hạt nhân tạo thành ( mtt) khối lượng hạt nhân mẹ bị phân rã ( m ) lượng chất phóng xạ là: = (4) Ví dụ 1: Giả sử ban đầu có mẫu phóng xạ X nguyên chất, có chu kỳ bán rã T biến thành hạt nhân bền Y Tại thời điểm tỉ lệ hạt nhân Y hạt nhân X Tại thời điểm tỉ lệ A B C D HƯỚNG DẪN GIẢI Tại thời điểm t1: = Tại thời điểm t2: Tương tự ta có tỉ số : = – = = = – = -1 Chọn B LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ 2: Hạt nhân chất phóng xạ , sau phóng xạ trở thành hạt nhân chì - bền Dùng mẫu Po đó, sau 30 ngày thấy tỉ số khối lượng Pb Po mẫu 0,1595 Tính chu kì bán rã Po ? HƯỚNG DẪN GIẢI Tính chu kì bán rã Po: = = T= ( = ) = 0,1595 138,025 ngày Dạng 2: Bài tập vận dụng vào thực tiễn xác định tuổi cổ vật, mẫu vật Phương pháp giải: Tính tuổi mẫu vật cổ dựa vào (Đồng hồ Trái Đất) - Ở khí quyển, thành phần tia vũ trụ có nơtrơn chậm, nơtrôn gặp hạt nhân tạo nên phản ứng: + + Với đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 5560 năm có điơxit cacbon Khi thực vật sống hấp thụ CO khơng khí nên trình phân rã cân với trình tái tạo - Thực vật chết cịn q trình phân rã , tỉ lệ giảm dần Do đó: + Đo độ phóng xạ mẫu vật cổ => H + Đo độ phóng xạ mẫu vật loại, khối lượng thực vật vừa chết => H0 H = H0 2Tương tự: t = - T.log2 => t = - T.log2 = - T.log2 với T 5700 năm = - T.log2 - Động vật ăn thực vật nên việc tính tốn tương tự: Lưu ý: Có thể vận dụng cơng thức (1),(2), (3), (4) cho loại toán dạng Áp dụng cho việc giải trắc nghiệm cần tốc độ hiệu Ví dụ 1: Ở California (Hoa Kì) gần vết nứt San Andreas thường xuyên có xảy động đất Năm 1979, người ta lấy mẫu thực vật bị hủy diệt động đất gây đo độ phóng xạ chúng nhờ đồng vị C14 (có chu kì bán rã T = 5700 năm), thu kết 0,233Bq Biết độ phóng xạ đất khơng bị chơn vùi chứa thực vật cịn sống ln không đổi 0,255Bq Năm xảy động đất HƯỚNG DẪN GIẢI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ta có thời gian từ lúc xảy động đât đến khảo sát: t = - T.log = 742 năm Năm xảy động đất là: 1979 – 742 = 1237 Ví dụ 2: Thành phần đồng vị phóng xạ C14 có khí có chu kỳ bán rã 5568 năm Mọi thực vật sống Trái Đất hấp thụ cacbon dạng CO2 chứa lượng cân C14 Trong ngơi mộ cổ, người ta tìm thấy mảnh xương nặng 18g với độ phóng xạ 112 phân rã/phút Hỏi vật hữu chết cách lâu, biết độ phóng xạ từ C14 thực vật sống 12 phân rã/phút HƯỚNG DẪN GIẢI Ta có: t = - T.log2 = 5268,28 (năm) Chú ý: Khi tính tốn cần lưu ý hai mẫu vật phải khối lượng Ví dụ 3: Hiện quặng thiên nhiên có chứa theo tỉ lệ nguyên tử 140 :1 Giả sử thời điểm tạo thành Trái Đất, tỷ lệ 1:1 Hãy tính tuổi Trái Đất ? Biết chu kỳ bán rã 4,5.109 năm có chu kỳ bán rã 7,13.108năm HƯỚNG DẪN GIẢI Phân tích : t = = 60,4 108 (năm) = 6,04 tỉ năm Ví dụ 4: Trong mẫu quặng Urani người ta thường thấy có lẫn chì Pb206 với Urani U238 Biết chu kỳ bán rã U238 4,5.10 năm, tính tuổi quặng trường hợp sau ? a Khi tỉ lệ tìm thấy 10 ngun tử Urani có nguyên tử chì b Tỉ lệ khối lượng hai chất 1g chì /5g Urani HƯỚNG DẪN GIẢI a Áp dụng công thức (1) : = = 1,2 t = T.log21,2 1,18.109 năm b Áp dụng công thức ( ): = 1,18 tỉ năm = ( )= ( )= LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com t = T.log2(1 + ) 1,35.109 năm 1,35 tỉ năm Dạng 3: Bài tập vận dụng thực tiễn y tế xác định thể tích máu bệnh nhân, xạ trị điều trị bệnh nhân ung thư Ví dụ 1: Người ta hoà lượng nhỏ dung dịch chứa đồng vị phóng xạ 15O (chu kỳ bán rã T = 120s có độ phóng xạ 1,5mCi vào bình nước liên tục khuấy Sau phút, người ta lấy 5mm nước bình đo độ phóng xạ 1560 phân rã/phút Thể tích nước bình xấp xỉ bằng: HƯỚNG DẪN GIẢI Gọi V thể tích nước bình Độ phóng xạ sau phút H = 1560 phân rã/phút = 26 Bq (∆V= mm3) Độ phóng xạ ban đầu H0 = 1,5mCi = 1,5.3,7.1010.10-3 Bq = 5,55.107 Bq H = H0 26 = 5,55.107 = 0,1509.107 với T = 120s = phút; t = phút V = 0,1509.107∆V = 0,7547.107mm3 V = 7,547 dm3 = 7,547 ( lít ) Ví dụ 2: chất phóng xạ β- có chu kỳ bán rã T = 15 Để xác định thể tích máu thể, người ta bơm vào máu người 10cm dung dịch chứa Na với nồng độ 10-3mol/lít (không ảnh hưởng đến sức khỏe người) Sau người ta lấy 10 cm3 máu tìm thấy 1,875.10-8mol Na Giả sử với thời gian chất phóng xạ phân bố Thể tích máu thể ? HƯỚNG DẪN GIẢI Số mol Na24 tiêm vào máu: n0 = 10-3.10-2 =10-5 mol Số mol Na24 lại sau 6h: n = n0 = 10-5 = 10-5 = 0,7579.10-5 mol Thể tích máu bệnh nhân V = Ví dụ 3: Liều lượng chiếu xạ định nghĩa tích số ngun tử phóng xạ khoảng thời gian chiếu xạ Một bệnh nhân điều trị đồng vị phóng xạ, dùng tia γ để diệt tế bào bệnh Thời gian chiếu xạ lần đầu Δt = 20 phút, sau tháng bệnh nhân phải tới bệnh viện khám bệnh tiếp tục chiếu xạ Biết đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã tháng dùng nguồn phóng xạ lần đầu Lần chiếu xạ thứ phải tiến hành để bệnh nhân chiếu xạ với lượng tia γ lần đầu ? HƯỚNG DẪN GIẢI 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lượng tia γ phóng xạ lần đầu: N = No(1 - ) với t = 20 phút Lần chiếu thứ tức sau thời gian tháng hay sau nửa chu kì t = T/2, lượng phóng xạ nguồn phóng xạ sử dụng lần đầu lại là: N = N0 trở thành số hạt ban đầu giai đoạn sau N = N’o Thời gian chiếu xạ lần Dt’: N’ = N’o(1 - ) = N0 (1 - ) Mà liều lượng chiếu xạ lần đầu nên số tia phóng xạ phải nên ta có: N’ = N No(1 - ) = N0 (1 - ) Do giải phương trình ta được: t’ = 28,2 phút Ví dụ 4: Do tượng xói mịn, phần đá bị tan vào nước biển, số hạt có chứa U234 Biết U234 chất phóng xạ phân rã cho ta Th230 Chất Thơri chất phóng xạ α có chu kì bán rã 80000 (năm) Urani tan vào nước biển, Thơri khơng tan lắng xuống đáy biển Nồng độ Urani không đổi nước biển, ta suy tốc độ lắng Thôri xuống đáy biển khơng đổi Một mẫu vật dạng hình trụ có chiều cao h = 10 (mm) lấy đáy biển Phân tích lớp bề mặt phía mẫu người ta thấy chứa 10 –6 (g) Thơri 230, lớp bề mặt phía mẫu chứa 0,12.10 –6 (g) Th230 Tốc độ tích tụ trung bình trầm tích biển vị trí lấy mẫu A 3.10–6 (mm/năm) B 1,25.10–5 (mm/năm) C 0,12 (mm/năm) D 0,41.10–4 (mm/năm) HƯỚNG DẪN GIẢI Các phương trình phóng xạ: Ở lớp mẫu lắng lâu nên lượng Thôri giảm, lớp mẫu vừa lắng nên lượng Thơri cịn nhiều Thời gian tích tụ để có mẫu tính Với mo = 10-6 g; m = 0,12.10–6 (g); T = 80000(năm) ta theo công thức: m = m0 tính được: t = - T.log2 Do tốc độ lắng là: v = = 2,45 105 (năm) = 0,41.10-4 (mm/năm) Chọn D 2.3.2 BÀI TẬP PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2.3.2.1 Kiến thức phản ứng hạt nhân - Cho phản ứng hạt nhân: A + B = C + D 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Năng lượng toả ( thu ) phản ứng hạt nhân WTỏa(thu) = (mA + mB – mC - mD).c2 = (mo - m)c2 - Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân a Định luật bảo toàn số nuclon hay số khối: AA + AB = AC + AD b Định luật bảo toàn điện tích: ZA + ZB = ZC + ZD c Định luật bảo toàn lượng toàn phần: (mA.c2 + KA) + (mB.c2 + KB) = (mC.c2 + KC) + (mD.c2 + KD) Trong đó: E = m c2 lượng nghỉ K= m.v2 động hạt b Định luật bảo toàn động lượng: + = + 2.3.2.2 Phương pháp giải số dạng tập ví dụ Dạng 1: Bài tập lượng tỏa ( thu ) phản ứng hạt nhân Phương pháp giải: Cho phản ứng hạt nhân: A + B = C + D Năng lượng toả ( thu ) phân rã đề cho khối lượng hạt phản ứng: WTỏa(thu) = (mA + mB – mC - mD).c2 = (mo - m)c2 Với mA, mB khối lượng hạt nhân trước tương tác mC, mD khối lượng hạt nhân sau tương tác 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng toả ( thu ) phân rã đề cho độ hụt khối hạt phản ứng: WTỏa(thu) = ( mC + mD - mA - mB )c2 Với mA, mB, mC, mD độ hụt khối hạt nhân trước sau tương tác Năng lượng toả ( thu ) phân rã đề cho biết lượng liên kết hạt phản ứng: WTỏa(thu) = WlkC + WlkD - WlkA - WlkB Với WlkA, WlkB , WlkC, WlkD lượng liên kết hạt nhân trước sau tương tác Năng lượng toả ( thu ) phân rã đề cho biết lượng liên kết riêng hạt phản ứng: WTỏa(thu) = WlkrC.AC+ WlkrD.AD - WlkrA.AA - WlkrB.AB Với WlkrA.AA, WlkrB, WlkrC, WlkrD lượng liên kết riêng hạt nhân trước sau tương tác Lưu ý: Các công thức sau sử dụng với quy ước: “ dương tỏa, âm thu ” WTỏa(thu) > phản ứng tỏa lượng 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com WTỏa(thu) < phản ứng thu lượng Ví dụ 1: Thực phản ứng hạt nhân sau : Na + D → He + Ne Biết mNa = 22,9327u; mHe = 4,0015u; mNe = 19,9870u; mD = 1,0073u Phản ứng toả hay thu lượng ? A thu 2,2375 MeV B tỏa 2,3275 MeV C thu 2,3275 MeV D tỏa 2,2375 MeV HƯỚNG DẪN GIẢI Ta có lượng phản ứng hạt nhân : DE = ( M0 – M ).c2 = ( mNa + mHe ─ mNe ─ mD )c2 = 2,3275 MeV > phản ứng toả lượng 2,3275MeV Chọn B Ví dụ 2: Tìm lượng tỏa hạt nhân phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thôri Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1MeV, 234 U 7,63MeV, 230Th 7,7MeV A 10,82 MeV B 13,98 MeV C 11,51 MeV D 17,24 MeV HƯỚNG DẪN GIẢI Ta có: WTỏa(thu) =7,7.230 + 7,1.4 – 7,63.234 = 13,98 MeV Chọn B Ví dụ 3: Cho phản ứng hạt nhân T + D   + n Biết lượng liên kết riêng của hạt nhân T  2,823MeV 7,076MeV Độ hụt khối hạt nhân D 0,0024u Lấy 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng mà phản ứng tỏa hay thu là: A Tỏa 17,5994MeV B Thu 17,5994MeV C Tỏa 17,7994MeV D Thu 17,7994MeV HƯỚNG DẪN GIẢI W = E - (ET + ED) = 4.7,076 – (3.2,823 + 0,024.931,5) = 17,5994 MeV > tỏa lượng 17, 5994MeV Chọn A Ví dụ 4: Cho phản ứng hạt nhân sau: Biết độ hụt khối m = 0,0024u 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng liên kết hạt nhân A 7,7188 MeV B 77,188 MeV C 771,88 MeV D 7,7188 eV HƯỚNG DẪN GIẢI Năng lượng tỏa phản ứng: DW = ( ∑ Δm sau – ∑ Δm trước)c2 = ∑ Δm sau.c2 – ∑ Δm trước.c2 = Wlksau – 2DmDc2 Þ Wlka = DE + 2DmDc2 = 7,7188MeV Þ Chọn A 139 94 Ví dụ 5: Biết U235 bị phân hạch theo phản ứng sau  01 n + 235 92 U  53 I + 39Y + k n Khối lượng hạt tham gia phản ứng m U = 234,99322u; mn = 1,0087u; mI = 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 138,8970u; mY = 93,89014u; Nếu có lượng hạt nhân U 235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1015 hạt U235 phân hạch để phản ứng dây chuyền xảy với hệ số nhân nơtrôn Năng lượng toả sau 19 phân hạch dây chuyền gần giá trị sau đây: A 2,81.10-11 J B 1,5.1010 J C 2,81.104J D 1,4736.1011J HƯỚNG DẪN GIẢI 235 139 94 235 139 94 Từ ptpư n + 92 U  53 I + 39Y + k 01 n k = 2: n  92 U  53 I  39Y 3 n Năng lượng tỏa sau phân hạch: DW = ( mU + mn - mI - mY - 3mn )c2 DW = 0,18878 uc2 = 175,84857 MeV = 175,85 MeV Khi phân hạch kích thích ban đầu sau 19 phân hạch dây chuyền số phân hạch xảy là: 20 + 21 + 22 + + 218 =  219 = 524287 phản ứng 1 Do số phân hạch sau 19 phân hạch dây chuyền từ 1015 phân hạch ban đầu: N = 524287.1015 » 5,24,1020 Năng lượng tỏa sau 19 phân hạch là: W = N DW = 5,24.1020x175,85 = 921.1020 MeV W = 9,21.1022 MeV » 1,5.1010J Chọn B Dạng 2: Bài tập động hạt sau phản ứng hạt nhân Phương pháp giải: Cho phản ứng hạt nhân: A + B = C + D Áp dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân a Định luật bảo toàn lượng toàn phần (mA.c2 + KA) + (mB.c2 + KB) = (mC.c2 + KC) + (mD.c2 + KD) Trong đó: E = m c2 lượng nghỉ K= m.v2 động hạt b Định luật bảo toàn động lượng: + = + Lưu ý: Nếu hạt nhân ban đầu ( tương tác ) đứng yên thì: + =0 =Hạt C D chuyển động ngược chiều PC = P D Và: mC.vC = mD.vD = + = (PC)2 = (PD)2 Mặt khác: P2 = (m.v)2 = m.v2.2m = 2m.K Ta có mối liên hệ: 2.mC.KC= 2mD.KD = = = 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thường áp dụng cho toán mà đồng vị phóng xạ tự phát phân rã Ví dụ 1: Người ta dùng hạt prơtơn có động K p= 2,69MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên thu hạt α có động Cho m p = 1,0073u; mLi = 7,0144u; m α = 4,0015u; 1u = 931,5MeV/c2 Tính động tốc độ hạt α tạo thành ? HƯỚNG DẪN GIẢI Năng lượng phản ứng là: DW = ( m0 – m)c2 = 0,0187uc2 = 17,41905 MeV Áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có: m0c2 + Kp = m.c2 + 2K Kα = vα = = 2,2.107m/s Ví dụ 2: Bắn hạt nhân a có động 18 MeV vào hạt nhân phản ứng đứng yên ta có Biết hạt nhân sinh vận tốc Cho m = 4,0015u; m = 1,0072u; m = 13,9992u; m =16,9947u; cho u = 931,5MeV/c2 Động hạt prơtơn sinh có giá trị ? HƯỚNG DẪN GIẢI Năng lượng phản ứng: DW = (ma + mN - mO - mp ).c2 DW = - 0,0012uc2 = - 1,1178MeV Phản ứng thu lượng Theo định luật bảo toàn lượng toàn phần: Ka + DW = KO + Kp = 16,8822MeV với KO =  ; Kp = mà vO = vp Ví dụ 3: Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng: α + Al → P + n Phản ứng thu lượng Q = 2,7MeV Coi khối lượng hạt nhân số khối chúng Biết hai hạt sinh có vận tốc, tính động hạt α ? A 1,3 MeV B 13 MeV C 3,1 MeV D 31 MeV HƯỚNG DẪN GIẢI Ta có: = 30 Kp = 30 Kn Mà Q = Kα ─ ( Kp + Kn ) (1) Do hai hạt sinh vận tốc tức độ lớn có phương chiều giống Nên áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mà tổng động hệ hai hạt : Kp + Kn = = = = (2) Thế (2) vào (1) ta Ka = 3,1MeV Chọn C Bài cần lưu ý đề cho vận tốc khơng độ lớn mà hướng Do vận tốc đại lượng vectơ Ví dụ 4: Bắn hạt prôtôn vào hạt nhât đứng yên Phản ứng hạt nhân tạo hai hạt giống có tốc độ hợp với phương chuyển động prơtơn góc 300 Lấy khối lượng hạt nhân theo đơn vị u số khối Tỉ số độ lớn vận tốc hạt prôtôn hạt X A B C D HƯỚNG DẪN GIẢI  Ta có phương trình phản ứng hạt nhân: p Hạt X hạt nhân hay Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: 30o o  Với = = pX = 60 o pp 30 Từ hình biểu diễn vecto theo định lí hàm số cosin ta được:  p mpvp = mXvX =4 Chọn A Dạng 3: Bài tập vận dụng thực tiễn hoạt động nhà máy hạt nhân, lị phản ứng hạt nhân Ví dụ 1: Một nhà máy điện hạt nhân có cơng suất phát điện 0,5(GW), dùng lượng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 35% Giả thiết trung bình phân hạch toả lượng 200MeV Hỏi năm (365 ngày) hoạt động, nhà máy tiêu thụ khối lượng U235 nguyên chất ? A 2333,4kg B 269,2kg C 269204,2kg D 549,4kg HƯỚNG DẪN GIẢI Năng lượng mà nhà máy điện hạt nhân cung cấp năm là: E1 = Pt = 0,5 109 365 24 3600 (J) Với hiệu suất 35% nên cần cung cấp cho nhà máy lượng là: E2 = 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Số hạt U phân hạch cần thiết để tỏa lượng E2 là: N = Khối lượng nhiên liệu U tiêu thụ năm nhà máy là: m= » 549,6 103 g = 549,6 kg Ví dụ 2: Cho phản ứng nhiệt hạch: Chọn D → + n Biết độ hụt khố mD  0, 0024u , m 23 He  0, 0305u , nước tự nhiên có lẫn 0,015% D 2O, với khối lượng riêng nước 1000kg/m3, 1u = 931,5 MeV/c2, NA= 6,022.1023 mol-1 Nếu toàn 12 D tách từ 1m3 nước làm nhiên liệu cho phản ứng lượng tỏa là: A 1,863.1026 MeV B 1,0812.1026 MeV C 1,0614.1026 MeV D 1,863.1026 J HƯỚNG DẪN GIẢI Năng lượng phản ứng: W = ( mHe - mD).c2 = 23,93955MeV Khối lượng D2O có 1m3 nước: m = 1000 0,015% = 0,15kg = 150 (g) Số phân tử D2O: N= = = 4,51725.1014 Số nguyên tử D: ND= 4,51725.1024.2 = 9,0345.1024 Năng lượng tỏa ứng với số nguyên tử D là: = 1,0814.1026 MeV Q= Chọn B Ví dụ 3: U+ n→ Mo + La +2 n + 7e- phản ứng phân hạch U235 Biết khối lượng hạt nhân: m U = 234,9900u; mMo = 94,8800u; mLa = 138,8700u; mn = 1,0087u 1u = 931,5MeV/c2 Cho suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg Khối lượng xăng cần dùng để toả lượng tương đương với 1g U phân hạch A 1616 kg B 1717 kg C.1818 kg D.1919 kg HƯỚNG DẪN GIẢI 235 Số hạt nhân nguyên tử U gam vật chất U là: N = = hạt Năng lượng toả giải phóng hồn tồn hạt nhân 235U là: DW = ( m0 – m).c2 = ( mU + mn – mMo– mLa – 2mn ).c2 = 215,3403MeV Năng lượng gam U phản ứng phân hạch : W = DW.N = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.1023.1,6.10 –3 J = 8,8262 J 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khối lượng xăng cần dùng để có lượng tương đương: Q = W Vậy: m kg Chọn D 2.3.3 PHẦN BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Chất Iốt phóng xạ I dùng y tế có chu kỳ bán rã ngày đêm Nếu nhận 100g chất sau tuần lễ lại bao nhiêu? A 0,87g B 0,78g C 7,8g D 8,7g Câu 2: Biết Ra224 chất phóng xạ Biết hạt nhân Ra224 bị phân rã phát hạt α (đi kèm với hạt nhân khác) Lúc ban đầu ta dùng m = gam Ra224 sau 7,3 ngày ta thu V = 75 cm khí hêli điều kiện tiêu chuẩn Tính chu kì bán rã Ra224: A 0,365 ngày B 3,65 ngày C 365 ngày D 36,5 ngày Câu 3: Để đo chu kì bán rã chất phóng xạ , người ta dùng máy đếm xung Máy bắt đầu đếm thời điểm t = Đến thời điểm t1 = 7,6 ngày, máy đếm n1 xung Đến thời điểm t2 = 2t1 máy điếm n2 = 1,25n1 Chu kì bán rã lượng phóng xạ bao nhiêu ? A 3,8 ngày B 7,6 ngày C 3,3 ngày D 6,6 ngày Câu 4: Đồng vị Na chất phóng xạ β- tạo thành hạt nhân magiê Mg Ban đầu có 12gam Na chu kì bán rã 15h Sau 45h khối lượng Mg tạo thành : A 10,5g B 5,16 g C 51,6g D 0,516g Câu 5: Độ phóng xạ tượng gỗ 0,8 lần độ phóng xạ mẫu gỗ loại khối lượng vừa chặt Biết chu kì 14C 5600 năm Tuổi tượng gỗ A 1900 năm B 2016 năm C 1802 năm D 1890 năm Câu 6: Bệnh nhân điều trị đồng vị phóng xạ để dùng tia gamma diệt tế bào bệnh Thời gian chiếu xạ lần đầu t = 10' Cứ sau tuần bệnh nhân phải tới bệnh viện khám lại tiếp tục trị xạ Biết chu kì bán rã chất phóng xạ T =70 ngày dùng nguồn phóng xạ sử dụng lần đầu Vậy lần trị xạ thứ phải tiến hành thời gian để bệnh nhân trị xạ với lượng tia gamma lần ? A 40s B 10 s C 10 s D 20s Câu 7: Cho phản ứng hạt nhân: Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân D, hạt nhân He 0,009106u; 0,002491u; 0,030382u 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ : A 15,017 MeV B 17,498 MeV C 21,076 MeV D 200,025 MeV Câu 8: Biết U235 bị phân hạch theo phản ứng sau : 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khối lượng hạt tham gia phản ứng: m U = 234,99332u; mn = 1,0087u; mI = 138,8970u; mY = 93,89014u; 1uc2 = 931,5MeV Nếu có lượng hạt nhân U235 đủ nhiều, giả sử ban đầu ta kích thích cho 1010 hạt U235 phân hạch theo phương trình sau phản ứng dây chuyền xảy khối hạt nhân với hệ số nhân nơtrôn k = Coi phản ứng khơng phóng xạ gamma Năng lượng toả sau phân hạch dây chuyền (kể phân hạch kích thích ban đầu): A 175,85MeV B 11,08.1012MeV C 5,45.1013MeV D 8,79.1012MeV Câu 9: Hạt nhân đứng yên phóng xạ , sau phóng xạ động hạt  A động hật nhân B nhỏ động hật nhân C không D lớn động hật nhân Câu 10: Dùng proton có động Kp = 5,58MeV bắn vào hạt nhân đứng yên, ta thu hạt  hạt X có động tương ứng K  = 6,6MeV; KX = 2,64MeV Coi phản ứng không kèm xạ Gamma, lấy khối lượng hạt nhân xấp xỉ số khối tính theo đơn vị u Góc véctơ vận tốc hạt  X là: A 1700 B 1500 C 700 D 300 ĐÁP ÁN Câu Đáp án B B A A C C B C D 10 A 2.4 Hiệu đề tài tổ chức áp dụng Với nội dung phân loại phương pháp trình bày trên, áp dụng giảng dạy lớp khối 12 thu kết tốt Đối tượng áp dụng học sinh lớp 12A5 lớp 12A6 năm học 2020 - 2021 Lớp thực nghiệm 12A6 áp dụng cách phân loại phương pháp giải nêu phần nội dung đề tài, lớp đối chứng 12A không phân loại tập giới thiệu phương pháp truyền thống Đề kiểm tra TNKQ ( PHẦN BÀI TẬP VẬN DỤNG) Kết làm em sau: Điểm Lớp 12A6 Sĩ số 34 Lớp 12A5 Số HS 4,5 Phần trăm 5,9 % 25% Số HS 20 5,5 Phần trăm 20,6 % 55,5 % Số HS 15 8,5 Phần trăm 44,1 % 13,9 % Số HS 10 10 Phần trăm 29,4% 5,6 % 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sĩ số 36 Ngoài việc kiểm tra, đánh giá lấy kết để so sánh trên, giảng thông qua câu hỏi vấn đáp, thấy mức độ nắm vững bài, biết vận dụng kiến thức học sinh lớp có kết tương tự kiểm tra TNKQ Như vậy, với việc phân loại đưa phương pháp giải số dạng bài tập phóng xạ phản ứng hạt nhân chắn việc làm mang lại hiệu cao trình giảng dạy học tập chương Vật lí hạt nhân mơn Vật lí 12 KẾT LUẬN Sau thực đề tài này, thấy em học sinh khơng cịn sợ ngại làm tập phần Vật lí hạt nhân Khi làm tập em biết cách phân loại áp dụng phương pháp giải nhanh, xác cho dạng tập Và điều quan trọng em thấy tự tin, say sưa, hứng khởi tìm tịi q trình học tập Điều chứng tỏ nghiên cứu, tìm tịi, kinh nghiệm tơi góp phần nâng cao kết học tập học sinh Qua thực tế giảng dạy thân trường THPT với nội dung phương pháp nêu giúp học sinh có nhìn tồn diện tốn vật lí hạt nhân nói riêng mơn vật lí nói chung Tơi hi vọng có điều kiện để trình bày, phát triển sâu rộng nội dung đề tài năm Tôi – người viết đề tài – với khả hạn chế kinh nghiệm chưa có nhiều, trình bày dạng tập theo hình thức đề tài, rõ ràng khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận xét, góp ý chân thành đồng nghiệp nhà chun mơn để đề tài hồn thiện hơn, nhằm phục vụ tốt cho việc giảng dạy mơn Vật lí trường THPT Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hố, ngày 20 tháng năm 2021 Tơi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lê Thị Thuý TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Thanh Khiết ( chủ biên ), 121 Bài tốn quang lí vật lí hạt nhân – NXB Đồng Nai, năm 1997 Nguyễn Phú Đồng ( chủ biên ), Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 12 - Tập 3- NXB Tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2012 Nguyễn Thế Khơi ( Tổng chủ biên), SGK Vật lí 12 (nâng cao) - NXB Giáo Dục năm 2008 Đề thi Tuyển sinh Đại học – Cao đẳng năm 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013 2014 Nguồn đề thi thử THPT Quốc Gia trường THPT toàn quốc mạng internet 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Lê Thị Thúy Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên – Trường THPT Đông Sơn TT Tên đề tài SKKN Phương pháp nghiên cứu phổ biến tri thức thuyết tương đối hẹp Einstein Cấp đánh giá xếp loại Kết đánh giá xếp loại (Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh ) (A, B, C) Ngành C Năm học đánh giá xếp loại 2018-2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... TÀI PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG VẬT LÍ HẠT NHÂN LỚP 12 THPT MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài - Trong q trình dạy học mơn Vật lí, phương pháp giải tập. .. phản ứng hạt nhân Gồm: - Bài tập lượng tỏa ( thu ) phản ứng hạt nhân - Bài tập động hạt sau phản ứng hạt nhân - Bài tập vận dụng thực tiễn hoạt động nhà máy hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân 1.4 Phương. .. - Phân loại phương pháp giải số dạng bài tập phóng xạ, phản ứng hạt nhân chương vật lí hạt nhân lớp 12 PTTH dựa vào nội dung kiến thức sách giáo khoa Định luật phóng xạ phóng xạ hay định luật