(Luận văn thạc sĩ) cải tiến và sử dụng các thí nghiệm để dạy học một số kiến thức về phóng xạ nhằm khắc phục quan niệm

Các quan niệm về phóng xạ

Các quan niệm về phóng xạ của học sinh ngoài nước

- Quan niệm về phóng xạ của học sinh ngoài nước: Đã có bài báo nghiên cứu về quan niệm của học sinh ở lưới tuổi THPT về phóng xạ như ―Ba quan điểm sai lầm về phóng xạ‖ của Susanne Neuman, ―Kiến thức về phóng xạ của học sinh Bồ Đào Nha‖ của Rego và Pelarta,… Các bài báo đều đã chỉ ra rằng có một số quan niệm sai lần ở học sinh.

- Phóng xạ là nhân tạo Theo nghiên cứu của Hiệp hội giáo viên vật lí Mỹ, nhiều sinh viên cho rằng phóng xạ là nhân tạo [18] Ở Bồ Đào Nha hơn 50% sinh viên trẻ và từ 30% đến 40% những người lớn tuổi tuyên bố chưa bao giờ nghe về phóng xạ tự nhiên [19] 84% học sinh Anh cho rằng phóng xạ xuất phát từ nhà máy điện hạt nhân [20] Thực tế phóng xạ có cả nguồn tự nhiên và nhân tạo Trong tự nhiên, phóng xạ được tìm thấy trong đất, đá, than đá, nước, không khí, gỗ… Gỗ chứa đồng vị Carbon

C - đồng vị phóng xạ của nguyên tố carbon.

- Sợ tiếp xúc với nguồn phóng xạ trong tự nhiên Phóng xạ có trong nước, không khí, cây gỗ….những thứ mà ta tiếp xúc hằng ngày nhưng hầu như không ai biết về điều đó Khi được hỏi về việc tiếp xúc với phóng xạ trong tự nhiên, 36% học sinh nói rằng họ không muốn tiếp xúc vì sợ bị phơi nhiễm phóng xạ [21]

- Phóng xạ luôn nguy hiểm 78% học sinh Anh cho rằng phóng xạ gây nguy hiểm chết người [22] Phóng xạ nguy hiểm đến con người phụ thuộc vào mật độ phóng xạ.

Tháng 3 năm 2019, Trường Trung học phổ thông Trần Khai Nguyên đã cho học sinh tiến hành TN quan sát chuyển động của các tia phóng xạ alpha, beta Trước khi cho học sinh làm TN, giáo viên trường đã kiểm tra và đảm bảo an toàn cho học sinh.

- Các vật dễ bị nhiễm phóng xạ khi đặt gần nguồn phóng xạ Một quả dâu tây được đặt gần nguồn phóng xạ, kết quả của Harrington chỉ ra rằng, 68% sinh viên vật lí tính toán nghĩ rằng dâu tây sẽ vẫn phóng xạ khi nguồn đã được gỡ bỏ [22] 70% học sinh Thổ Nhĩ Kỳ cho rằng dâu tây trở thành một nguồn phóng xạ và do đó có hại [21]

Các quan niệm về phóng xạ của học sinh trong nước

Phóng xạ hiện nay là một qua niệm khá quen thuộc đối với học sinh, sinh viên Việt Nam Các thông tin về phóng xạ được truyền đạt tới mọi người qua báo chí, truyền hình, mạng internet nhưng hầu hết những thông tin mà mọi người tiếp nhận là những tiêu cực, nguy hiểm mà phóng xạ mang lại Từ đó, mọi người có những quan niệm, cách nhìn nhận không đúng về phóng xạ.

Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu quan niệm về phóng xạ của học sinh lớp

12 sau khi các em đã được học về phóng xạ theo bảng phụ lục 1.

Sau khi khảo sát và thống kê thì chúng tôi thu được kết quả như sau:

Bảng 1-1 : Kết quả khảo sát quan niệm của học sinh lớp 12.4 về phóng xạ.

Câu 1: Nguồn phóng xạ Đồng ý Phân vân Không đồng ý

1 Phóng xạ được phát ra từ lò phản 97% 3% 0% ứng hạt nhân, phòng thí nghiệm hạt nhân.

2 Phóng xạ có trong môi trường tự 63% 27% 20% nhiên xung quanh chúng ta như đất đá, nước

3 Phóng xạ được phát ra từ điện 43% 33% 24% thoại, laptop, wifi, lò vi sóng

4 Tia alpha, tia beta, tia gamma là tia 90% 7% 3% phóng xạ.

5 Tia tử ngoại, tia X (trong chụp X- 43% 14% 43% quang) là tia phóng xạ.

Câu 2: Ứng dụng của phóng xạ Đồng ý Phân vân Không đồng ý

1 Phóng xạ được ứng dụng trong nhà 97% 3% 0% máy điện hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân.

2 Phóng xạ được ứng dụng trong soi 50% 17% 33% chiếu hành lí, kiểm tra an ninh tại sân bay.

3 Xạ trị ung thư, điều trị bướu cổ hay 87% 13% 0% chẩn đoán các khối u trong cơ thể

4 Chiếu xạ thực phẩm diệt khuẩn 63% 23% 14%

5 Định tuổi các vật liệu khảo cổ 80% 17% 3%

Câu 3: Tác hại của phóng xạ Đồng ý Phân vân Không đồng ý

1 Phóng xạ luôn rất nguy hiểm khi 73% 10% 17% tiếp xúc gần nguồn phóng xạ.

2 Các bác sĩ làm việc ở phòng xạ trị 57% 40% 3% với tần suất lớn sẽ gây ung thư.

3 Phóng xạ gây chết người ngay lập 20% 33% 47% tức khi vừa tiếp xúc với nguồn phóng xạ.

4 Đồng vị phóng xạ nhân tạo được 70% 30% 0% ứng dụng trong y học để khám, chữa bệnh.

5 Một trái táo đặt rất gần nguồn 70% 27% 3% phóng xạ, trái táo đó bị nhiễm phóng xạ.

Từ kết quả khảo sát, ta có thể thấy một số học sinh còn mắc qua niệm sai lầm như:

+ 43,3% học sinh cho rằng tia tử ngoại, tia X (trong chụp X-quang) là tia phóng xạ.

+ 50% học sinh cho rằng phóng xạ đứng ứng dụng trong soi chiếu hành lý, kiểm tra an ninh trong sân bay.

+ 57% học sinh cho rằng bác sĩ làm việc ở phòng xạ trị với tần suất lớn sẽ bị ung thư.

+ 70% học sinh cho rằng đặt trái táo gần nguồn phóng xạ, trái táo sẽ bị nhiễm phóng xạ.

Phân tích nội dung kiến thức bài ―Phóng xạ‖

- Phóng xạ là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững (tự nhiên hay nhân tạo).

- Quá trình phân rã này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ điện từ Hạt nhân tự phân rã gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau phân rã gọi là hạt nhân con.

- Tia  thực chất là dòng các hạt

4 He chuyển động với tốc độ cỡ 20.000 km/s.

Quãng đường đi được của tia  trong không khí chừng vài xentimét và trong vật rắn chừng vài micrômét.

- Tia  thực chất là dòng các hạt êlectron hay dòng các hạt pôzitron + Phóng xạ 

 là quá trình phân rã phát ra tia   Tia   là dòng các êlectron

 chuyển động với tốc độ rất lớn, xấp xỉ tốc độ ánh sáng Tia truyền đi được vài

1 mét trong không khí và vài milimét trong kim loại.

 là quá trình phân rã phát ra tia 

0 e chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng Pôzitron có điện tích +e và khối

 1  lượng bằng khối lượng êlectron Tia truyền đi được vài mét trong không khí và vài milimét trong kim loại.

- Tia  có bản chất là sóng điện từ Các tia  có thể đi qua được vài mét trong bê tông và vài xen-ti-mét trong chì.

- Trong quá trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ của một nguồn giảm theo quy luật hàm số mũ Trong đó, N

0là số nguyên tử ban đầu của chất phóng xạ, N là số nguyên tử chất ấy ở thời điểm t,  là hằng số phóng xạ.

- Hệ thức của định luật phóng xạ: N  N 0 e  t

- Chu kỳ bán rã T là đại lượng đặc trưng cho chất phóng xạ, được đo bằng thời gian qua đó số lượng hạt nhân còn lại là 50% (nghĩa là phân rã 50%), được xác định bởi: T  ln

- Ngoài các đồng vị có sẵn trong thiên nhiên gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, người ta còn tạo ra được nhiều đồng vị phóng xạ khác, gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo.

- Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều ứng dụng trong sinh học, hoá học, y học Trong y học, 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 người Đây là phương pháp nguyên tử đánh dấu, có thể dùng để theo dõi được tình trạng bệnh lí Trong ngành khảo cổ học, người ta sử dụng phương pháp cacbon 14

C, để xác định niên đại của các

Thí nghiệm vật lí

Khái niệm thí nghiệm vật lí

Khái niệm TN vật lí được hiểu theo các quan điểm sau:

- Trong vật lí học, TN vừa là nguồn kiến thức và là một phương pháp nghiên cứu.

TN Vật lí trong trường phổ thông (còn gọi là TN giáo khoa hay TN học tập) là sự phản ánh phương pháp nghiên cứu khoa học trong việc nghiên cứu các hiện tượng vật lí, vì vậy chúng mang những yếu tố cơ bản của TN khoa học vật lí TN vật lí học tập được hiểu là sự tái tạo nhờ các dụng cụ đặc biệt, các hiện tượng vật lí trên lớp học, trong những điều kiện thuận tiện nhất để nghiên cứu chúng Vì vậy, TN vật lí đồng thời là nguồn kiến thức, PPDH và là một dạng trực quan [3]

- Theo Nguyễn Đức Thâm và cộng sự, TN vật lí được hiểu là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận tri thức mới [4]

- Mặt khác, TN là một phương pháp dạy học vật lí Đó là cách thức, là biện pháp tổ chức các hoạt động dạy học của người GV thể hiện qua sự cộng tác giữa thầy và trò trong quá trình giảng dạy và học tập nhằm đạt được hiệu quả cao nhất trong việc truyền thụ, lĩnh hội tri thức vật lí và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo thực hành [5]

Chức năng của thí nghiệm vật lí

- Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức.

+ TN là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thức của con người, thông qua TN con người đã thu nhận được những tri thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tác động và cải tạo thực tiễn Trong dạy học,

TN là phương tiện của hoạt động nhận thức của HS, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết.

+ Trong dạy học VL, TN được sử dụng như một công cụ phân tích hiện thực khách quan, từ đó HS thu nhận tri thức về đối tượng, nếu ban đầu HS chưa biết hoặc biết một ít về đối tượng cần nghiên cứu, thì TN được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó, thông qua TN, HS có thể trả lời được các câu hỏi về hiện tượng xảy ra của đối tượng.

+ TN là nguồn cung cấp thông tin chính xác về các sự vật, hiện tượng và chỉ có

TN thì kiến thức mà HS thu nhận mới đạt chất lượng, hiệu quả và chính việc sử dụng TN trong dạy học VL mới đem lại cho HS sự tự tin vào kiến thức được lĩnh hội.

- Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của những tri thức thu nhận + Trong dạy học VL, TN là một trong những phương tiện tốt để kiểm tra kiến thức VL đã được khái quát hoá từ lí thuyết Thực tế cho thấy, từ sự khái quát hoá lí thuyết rồi đưa ra TN để kiểm tra lí thuyết không những làm cho hoạt động nhận thức của HS tích cực hơn mà còn tạo được niềm tin về sự đúng đắn của kiến thức mà HS đã lĩnh hội.

- Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn.

+ Trong dạy học VL, TN không những có vai trò rất lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, thể hiện ở khía cạnh cung cấp kiến thức, rèn luyện thao tác chân tay, tác động đến giác quan của HS , mà TN còn có một vai trò rất lớn khác trong việc giúp HS củng cố và vận dụng kiến thức một cách vững chắc.

+ TN VL giúp cho HS có điều kiện vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, từ đó xoá bỏ dần lối học vẹt, lí thuyết suông đã tồn tại nhiều năm trước đây.

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức.

+ Đối với phương pháp thực nghiệm, TN luôn có mặt ở nhiều khâu khác nhau: làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết,…

+ Trong phương pháp mô hình, TN giúp ta thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình.

+ Nhờ những kết quả của các TN được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đối chiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúng đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó.

Một số loại hình thí nghiệm vật lí

- Có nhiều cách phân loại TN trong DH vật lí, tuỳ vào từng tiêu chí khác nhau, sẽ có các kết quả phân loại khác nhau Ví dụ: căn cứ vào đối tượng sử dụng, TN vật lí ở trường phổ thông có thể chia thành hai loại: TN biểu diễn (TN do GV tiến hành là chính, tuy có thể có sự hỗ trợ của HS) và TN thực hành (TN do HS tự tiến hành dưới sự hướng dẫn của GV) [4]

- Căn cứ vào môi trường trình diễn TN, TN vật lí có thể phân loại thành TN thực và TN trên máy vi tính.

- Đối với TN thực, tập trung vào hai loại hình chính: TN được trang cấp ở trường phổ thông (gọi tắt là TN) và TN tự tạo Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài tập trung vào các loại hình TN tự tạo.

Là phương pháp dạy học vật lí trong đó giáo viên tiến hành các TN vật lí, tác động lên các đối tượng vật lí nhằm thông qua đó trình bày lại cho học sinh phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu đối tượng vật lí [7]

Các loại TN biểu diễn: [7]

- Thí nghiệm vật lí mở đầu: là những TN đơn giản về dụng cụ và về quá trình thực hiện Về thời gian chúng chỉ chiếm khoảng từ 1 đến 2 phút vào đầu tiết học Mục đích của loại TN này là nhằm tạo ra một hiện tượng vật lí Từ đó đặt ra cho học sinh một vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết trong lớp học Một mục đích khác của loại TN này là nhằm kích thích học sinh hứng thú giải quyết vấn đề.

- Thí nghiệm nghiên cứu: Là những TN có mức độ và qui mô lớn (Trong phạm vi dạy học) về thiết bị, hệ thống các thao tác và thời gian Chúng thường chiếm phần lớn thời gian của tiết học trên lớp, hoặc phải tiến hành trên phòng TN với các thiết bị đặc biệt Mục đích của TN là tác động trực tiếp lên đối tượng để nghiên cứu những thuộc tính vật lí của chúng hoặc tìm ra các quy luật vật lí Trong loại TN này, người ta còn phân biệt hai loại là thí nghiệm khảo sát và thí nghiệm kiểm chứng – minh họa.

+ Thí nghiệm khảo sát: Là loại TN được tiến hành theo con đường qui nạp Từ những kết quả của nhiều lần TN, trong cùng những điều kiện nhất định mà khái quát hóa thành một kết luận chung cho các hiện tượng cùng loại.

+ Thí nghiệm kiểm chứng minh họa: Là loại TN được tiến hành theo con đường diễn dịch Những kết quả của các TN này sẽ kiểm chứng hoặc minh họa cho những kết luận rút ra theo con đường tiên đề hoặc là từ những suy luận toán học, từ những giả thuyết.

- Thí nghiệm củng cố: Là loại TN trình bày những ứng dụng của vật lí vào trong khoa học, kĩ thuật và đời sống hoặc nhưng TN thể hiện những hiện tượng vật lí đã học. Mục đích của TN này là để học sinh thấy được vai trò của vật lí trong thực tế và để vận dụng lí thuyết đã học vào việc giải thích chúng, qua đó nắm vững kĩ năng vật lí.

 Kĩ thuật và phương pháp tiến hành biểu diễn: [7]

- Kĩ thuật tiến hành thí nghiệm biểu diễn: + TN phải được đặt đúng cách.

+ Phải tìm cách đánh dấu và làm nổi bật những đại lượng thay đổi để học sinh có thể theo dõi được.

+ Phải làm cho toàn bộ học sinh theo dõi được các dụng cụ và tiến hành TN. + Phải cho học sinh theo dõi được số chỉ của các dụng cụ đo.

+ Phải cho học sinh thấy được sự thay đổi của các đại lượng phụ thuộc sự thay đổi yếu tố nào của TN.

+ Bước 1: Nêu rõ mục đích và phương hướng tiến hành TN.

+ Bước 2: Vạch rõ kế hoạch TN.

+ Bước 3: Giới thiệu dụng cụ và lắp đặt TN.

+ Bước 4: Kiểm tra toàn bộ TN trước khi tiến hành.

+ Bước 5: Tiến hành TN theo kế hoạch đã định.

+ Bước 6: Phân tích kết quả và rút ra kết luận.

Là phương pháp dạy học vật lí trong đó giáo viên tổ chức và hướng dẫn cho học sinh thực hành các TN vật lí nhằm mục đích tác động trực tiếp lên đối tượng vật lí để nghiên cứu chúng.

Các TN thực hành cũng có thể là những TN nghiên cứu trong vật lí, cũng có thể là những TN lịch sử nhưng đã được cải biến và nhiều TN do các nhà sư phạm thiết kế nhằm mục đích tổ chức học tập cho học sinh.

Các loại thí nghiệm thực hành:

+ Thí nghiệm thực hành trên lớp: Là loại TN do học sinh thực hiện trên lớp học, trong giờ học, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên nhằm mục đích nghiên cứu một kiến thức vật lí mới.

+ Thí nghiệm thực hành trên phòng thí nghiệm: Là các TN do học sinh thực hiện trên Các phòng TN vật lí của nhà trường với thời gian nhiều hơn, từ một đến hai tiết học. Điểm khác biệt của loại TN này là học sinh trước khi tiến hành TN đã nắm được cơ bản những vẫn đề lí thuyết và hệ thống thao tác nên tự chủ và nâng cao hơn được khả năng hoạt động độc lập cũng như phát triển được tư duy hơn.

+ Thí nghiệm thực hiện ở nhà: là loại TN do học sinh thực hiện ở nhà dưới sự hướng dẫn trên lớp của giáo viên Các loại TN này chủ yếu là quan sát, định tính vì học sinh không thể tự làm các TN định lượng nếu không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên.

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng TNTT, các tác giả đã đưa ra những định nghĩa khác nhau về TNTT.

Theo tác giả Hans-Joachim Wilke (Đức) “Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm được dùng trong dạy học vật lí và được tự tạo ra với những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày” [25]

Các thí nghiệm ứng dụng trong dạy học chương ―Nguyên tử hạt nhân‖

Buồng sương Wilson

- Cơ sở khoa học để tạo ra thiết bị này là kết quả công trình nghiên cứu sự tạo thành những đám mây hay sương mù Trước Wilson, trong các điều kiện phòng TN, người ta đã chỉ ra rằng hơi bão hòa có thể bị ngưng tụ và tạo thành những giọt chất lỏng, nếu trong thể tích đã cho có các tâm ngưng tụ.

- Wilson đã chỉ ra rằng các ion có thể là tâm ngưng tụ của hơi bão hòa Hơn nữa các giọt chất lỏng đươc tạo thành sẽ phát triển đến kích thước nhìn thấy được Có thể quan sát và chụp ảnh được chúng một cách dễ dàng.

Năm 1897, Wilson chứng minh được rằng trong những điều kiện xác định, mỗi ion tích điện đều trở thành tâm ngưng tụ hơi nước Vì thế có thể nhận ra sự hiện diện của các ion bằng mắt thường Đầu năm 1911, Wilson là người đầu tiên nhìn thấy và chụp ảnh vết của các hạt alpha, beta và các electron riêng biệt Từ những lý thuyết trên,năm 1912 ông đã phát minh ra một dụng cụ để theo dõi và chụp ảnh các vết của điện tích (sau này được gọi là buồng Wilson).

Buồng Wilson còn được gọi là buồng sương Theo lời của nhà vật lí người Anh

Ernest Rutherford, buồng sương là một ―dụng cụ độc đáo và đáng ngạc nhiên nhất‖ để ghi lại hoạt động của các hạt Các nhà khoa học giải thích rằng để tạo ra sương cần có các tâm ngưng tụ Wilson phát hiện ra rằng các tâm ngưng tụ của hơi nước có thể là các ion tạo thành khi hơi nước bão hòa bị chiếu rọi bởi các tia X hoặc các bức xạ khác như các tia alpha, beta và gamma Sau khi tiến hành nghiên cứu trong nhiều năm, ông đã chế tạo ra một dụng cụ có thể ghi nhận các hạt Đến năm 1923, buồng sương được hoàn thiện và dẫn đến có hai bài báo kinh điển của ông về vết của các electron.

Thí nghiệm ―Khảo sát tính đâm xuyên của tia gamma‖

1.4.2.1 Tương tác của tia gamma với môi trường vật chất a) Giới thiệu tia gamma

Bản chất của bức xạ gamma là sóng điện từ có bước sóng nhỏ hơn 10-8 cm, được tạo ra khi hạt nhân nguyên tử ở trạng thái kích thích có mức năng lượng cao chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và dần chuyển về trạng thái cơ bản phát ra lượng tử có mức năng lượng đúng bằng hiệu hai mức năng lượng mà nó chuyển đổi và có dạng phổ vạch thì nó được gọi là bức xạ gamma. hf  E i  E k

Trong đó: h là hằng số Planck ( h  6, 625.10

), f là tần số sóng điện từ, E i , E k lần lượt là năng lượng liên kết của electron của lớp điện tử thứ i, k trong nguyên tử.

Bức xạ gamma khi tương tác với vật chất có tính chất cơ bản là tương tác với môi trường vật chất theo các quá trình hấp thụ hay tán xạ và mất dần năng lượng theo quy luật suy giảm hàm mũ, được mô tả theo công thức:

I 0 là cường độ chùm tia gamma ban đầu; gamma khi đi qua lớp vật chất có bề dày x; m là hệ số suy độ khối của vật chất suy giảm.

I là cường độ chùm giảm tuyến tính và r tia là mật

Trong quá trình hấp thụ: Tia gamma truyền toàn bộ năng lượng cho vật chất

Năng lượng đó làm cho các hạt thứ cấp chuyển động trong môi trường đồng thời tia gamma biến mất.

Trong quá trình tán xạ: Tia gamma truyền một phần năng lượng cho các hạt vật chất và thay đổi phương chuyển động đồng thời giảm năng lượng.

Lượng tử gamma không tích điện do đó quá trình làm chậm của lượng tử gamma trong môi trường vật chất không được thực hiện liên tục như những hạt tích điện vì khi tương tác với electron và nguyên tử của môi trường, lượng tử gamma tương tác theo các cơ chế hấp thụ (mất toàn bộ năng lượng) hoặc tán xạ (mất một phần năng lượng).

Trong thực tế, để ghi nhận được bức xạ gamma khi nó tương tác với vật chất, ba hiệu ứng sau đây là quan trọng và có ý nghĩa mà chúng ta cần quan tâm:

+ Hiệu ứng tạo cặp trong trường hạt nhân sinh ra electron và positron. b) Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện xảy ra khi chùm bức xạ gamma tới có năng lượng thấp ( không mang điện.

+ Có khả năng ion hóa yếu. + Chuyển động với vận tốc ánh sáng.

Hoạt động 2 (10p) : Tìm hiểu về phóng xạ nhân tạo và nguồn phóng xạ.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học Kiến thức cần đạt đƣợc sinh

II ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

- Giới thiệu 2 dạng phóng NHÂN TẠO VÀ PHÓNG xạ: phóng xạ nhân tạo và XẠ TỰ NHIÊN phóng xạ tự nhiên 1 Phóng xạ nhân tạo

- Giới thiệu về phóng xạ - Lắng nghe - Định nghĩa: Phóng xạ nhân nhân tạo tạo là hiện tượng phóng xạ sinh ra khi bắn phá các vật chất không phải đồng vị phóng xạ bằng các nucleon.

- Bằng phương pháp phóng xạ nhân tạo người ta người ta có thể tạo ra được các hạt

- Giới thiệu phóng xạ trong tự nhiên.

- HS lắng nghe nhân khác theo sơ đồ tổng quát sau:

A1 X là đồng vị phóng xạ của

X, các hạt nhân phóng xạ

A1 X được gọi là các nguyên

2 Phóng xạ trong tự nhiên.

- Phóng xạ có ở mọi nơi trong Trái Đất hoặc ngoài vũ trụ Rất nhiều những vật dụng quen thuộc thậm chí là nhu yếu phẩm đều chứa các chất phóng xạ:

+ Từ mặt trời: Ước tính mỗi giây, Mặt Trời sản sinh ra năng lượng (do phản ứng nhiệt hạch) tương đương 1 tỉ tấn thuốc nổ Chúng hầu hết bị cản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất Trên đỉnh núi cao hoặc bên ngoài máy bay, độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với ở mặt biển.+ Thức ăn: Thức ăn mà chúng ta ăn hằng ngày như rau, thịt có chứa một lượng

- Nêu một số ứng dụng của phóng xạ trong một số lĩnh vực.

+ Trong các phòng thí nghiệm hóa chất.

3) Ứng dụng của phóng xạ

- Tìm sự rò rỉ, vết nứt trong các sản phẩm.

- Định tuổi các mẫu vật.

- Phát ra năng lượng từ đồng vị phóng xạ ( Máy phát nhiệt đồng vị).

- Chuẩn đoán và điều trị một số bệnh.

Hoạt động 3 (25p) : Tìm hiểu và quan sát thí nghiệm ống ―Khảo sát tính đâm xuyên của tia gamma‖

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học Kiến thức cần đạt đƣợc sinh

- Nêu tác hại của tia III) Thí nghiệm “Khảo sát

Gamma: Gây ung thư, tính đâm xuyên của tia hủy diệt tế bào,… và nhấn gamma” mạnh tính chất đâm - Lắng nghe 1) Mục đích thí nghiệm xuyên của tia gamma - Nhận biết được bức xạ

- Dẫn dắt mục đích thí - Quan sát dụng cụ thí phông. nghiệm ―Khảo sát tính nghiệm, ghi chép - Kiểm nghiệm tính chất đâm xuyên của tia đâm xuyên của tia phóng xạ gamma‖ qua từng loại vật liệu.

41 nghiệm và các bước thực tia phóng xạ tốt nhất. hiện thí nghiệm 2) Dụng cụ thí nghiệm

- Các tấm vật liệu mỏng: bằng nhựa mica, bằng giấy,

- Cho học sinh tiến hành bằng nhôm, bằng chì được thí nghiệm và nhân xét dát mỏng sẵn 1mm.

- Tiến hành thí 3) Nguyên lý hoạt động nghiệm và ghi lại kết Khi tia bức xạ đi vào môi quả và rút ra kết luận trường trong ống, sẽ kích thích các nguyên tử, phân tử có trong ống.

Khi nguyên tử, phân tử trong ống chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cân bằng, chúng sẽ phát ra các bức xạ điện từ với bước sóng nằm trong vùng tia UV hoặc ánh sáng nhìn thấy được.

Các photon này sẽ được các vật liệu dẫn sáng dẫn vào ống nhân quang điện. Ống nhân quang điện sẽ tạo xung tín hiệu điện cho máy đếm hiển thị.

- B1: Tiến hành đo phông nền, ghi lại số đếm.

- B2: Đặt nguồn phóng xạ vào bộ đựng nguồn và để cách đầu dò 10cm.

- B3: Đặt 1 tấm vật liệu. Tiến hành đo cường độ phóng xạ trong 12 giây và ghi lại số đếm.

- B4: Sau đó đặt thêm các tấm vật liệu và đo tương tự đến khi số lượng vật liệu đủ theo bảng.

- B5: Đổi vật liệu và làm tương tự từ bước 4.

Hoạt động 4 (35p): Tìm hiểu thí nghiệm buồng sương Wilson.

Hoạt động của giáo viên

- Giới thiệu lịch sử thí nghiệm ―Buồng sương

- Giới thiệu dụng cụ TN và nguyên lý hoạt động của thí nghiệm.

- Đặt câu hỏi: Trong các loại tia phóng xạ mình đã học, tia nào dễ quan sát nhất? Vì sao?

Hoạt động của học sinh

- “Tia  và tia  vì 2 loại này mang điện, có thể trở thành tâm ngưng tụ.‖

Kiến thức cần đạt đƣợc

IV) Thí nghiệm Buồng sương Wilson

- Nhận biết, quan sát được dấu hiệu của tia phóng xạ.

- Nắp thủy tinh đã được dán kính nica.

- Thông báo và giải thích các bước tiến hành thí nghiệm:

+ B1: Bôi keo tản nhiệt vào mặt nóng của sò để dán vào miêng nhôm tản nhiệt sẽ đảm bảo nhiệt độ truyền từ sò sang miếng

- Miếng nilon đã được cắt sẵn.

- Khi cho miếng đệm mút có cồn vào một hộp kín có gắn sò nóng lạnh Cồn bốc hơi tạo thành hiện tương hơi bão hòa Các phân tử cồn là phân cực, có thể coi nó như thanh nam châm nhỏ Khi một ion hay một hạt tích điện bay qua đám mây phân tử này thì các lưỡng cực chịu ảnh hưởng và bắt đầu di chuyển lại gần ion và xếp sát vào nhau hơn Tạo thành một đường dọc theo đường đi của ion đó.

4) Các bước tiến hành thí nghiệm

-Bước 1: Bôi keo tản nhiệt vào mặt nóng của 2 sò nóng lạnh và dính chúng vào miếng nhôm tản nhiệt.

- Bước 2: Đặt miếng nhôm vào thau nước và đổ 10- nhôm với hiệu suất cao.

Tránh trường hợp không truyền nhiệt được sẽ làm sò cháy.

+ B2, B3: Chúng ta vừa đổ cồn vào phần nằm và phần mút vì muốn tối đa hóa lượng cồn có ở trong hộp Khi đổ cồn vào nắp, tránh việc đổ cồn ngập sò sẽ làm hiệu suất làm lạnh sẽ k còn cao.

+ B4: Vì các vệt tia phóng xạ là rất nhỏ nên chúng ta sẽ quan sát chúng trên nền tối.

Việc giữ nguồn phóng xạ bằng nam châm để nguồn không bị ướt và tránh việc tia phóng xạ chìm xuống dưới nước.

+ B6: Tránh việc đổ mực nước tràn vào sò sẽ gây rò rỉ điện và hư sò.

- Cho học sinh tiến hành thí nghiệm và nhận xét, đánh giá kết quả thí nghiệm.

20ml cồn vào phần nắp.

- Bước 3: Đổ một lượng cồn vừa phải vào các miếng mút đã được dán ở hộp thủy tinh sao cho các miếng mút chứa đầy cồn nhưng khi úp ngược hộp lại, không có cồn chảy ra.

- Bước 4: Đặt miếng ni-lông đen lên mặt lạnh của 2 con sò và đặt nguồn phóng xạ vào hộp thủy tinh và giữ bằng nam châm.

- Bước 5: Úp ngược hộp thủy tinh lên nắp và đợi 2-

- Bước 6: Bỏ nước vào thau sao cho mực nước không được tràn vào sò và bật điện.

- Bước 7: Sau khi đợi - HS tiến hành thí khoảng 2-3 phút, tắt đèn nghiệm trong phòng và dùng đèn pin chiếu vào xung quanh nguồn để quan sát.

- Quan sát được vệt tia phóng xạ để lại.

- Học sinh hoàn thành phiếu khảo sát theo mẫu phụ lục.

Dựa vào cơ sở lí luận ở chương I, chương II chúng tôi:

- Cải tiến TN tự tạo ―Buồng sương Wilson‖.

- Nghiên cứu, lựa chọn những kiến thức phù hợp trong TN ―Khảo sát tính đâm xuyên của tia Gamma‖ để xây dựng kế hoạch dạy học.

- Xây dựng các hoạt động dạy học cụ thể để đạt được mục tiêu đề ra. Để kiểm chứng giả thuyết khoa học cho đề tài, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THTH với nội dung được thể hiện ở chương III.

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

Mục đích thực nghiệm sư phạm

Chúng tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm: ―Ứng dụng thí nghiệm vào dạy học chương Hạt nhân – Nguyên tử‖ nhằm:

+ Kiểm chứng giả thuyết khoa học đã đề ra.

+ Đánh giá hiệu quả việc sử dụng TN vật lí trong dạy học chương Hạt nhân –Nguyên tử.

Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

Trong quá trình TNSP chúng tôi thực hiện các nhiệm vụ sư phạm sau:

+ Khảo sát quan niệm của học sinh lớp 12 về phóng xạ tại trường Trung học Thực Hành ĐHSP.

+ Chuẩn bị các nội dung và thiết bị cần thiết phục vụ cho công tác TNSP.

+ Trao đổi với giáo viên hướng dẫn thực tập và nhóm HS thực nghiệm về phương pháp và nội dung tiết học.

+ Lập các phiếu học tập cho HS trước khi học.

+ Triển khai dạy học theo tiến trình đã soạn thảo.

+ Ghi lại diễn biến các hoạt động của học sinh và giáo viên.

+ Ghi nhận quan niệm của học sinh sau tiết học.

+ Xử lý, phân tích so sánh kết quả và rút ra kết luận về hiệu quả của đề tài.

3.3 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm

- Học sinh lớp 12.1 ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP.HCM.

3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Xin phép giáo viên hướng dẫn và ban giám hiệu của trường về việc tổ chức TNSP.

- Điều chỉnh các TN và giáo án để thực nghiệm trong 1 tiết học.

- Từ kết quả thực nghiệm, chúng tôi đánh giá kết quả và thu thập những hạn chế cần phải chỉnh sửa.

3.5 Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm

- Ban giám hiệu nhà trường và giáo viên hướng dẫn đã tạo điều kiện cho học sinh tham gia.

- Học sinh tham gia thực nghiệm năng động, tích cực.

- Học sinh đã được học qua nội dung bài ―Phóng xạ‖ nên không tốn nhiều thời gian tìm hiểu phần lý thuyết.

- Việc chuẩn bị thiết bị để tổ chức dạy học rất mất thời gian và cần sự hỗ trợ của nhiều người.

- Thời gian cho tiết thực nghiệm ngắn (1 tiết) so với lượng kiến thức và TN.

- Số lượng mẫu khảo sát chưa đủ độ tin cậy cho những kết luận.

3.6 Kế hoạch dự kiến TNSP

- Ngày 1/6: Chọn lớp thực nghiệm và thời gian thực nghiệm.

- Ngày 2/6-3/6: Chuẩn bị cho tiết thực nghiệm.

- Ngày 4/6: Tiến hành tiết thực nghiệm cho 10 học sinh lớp đã chọn, thu thập mẫu khảo sát của các em học sinh.

- Ngày 5/6: Tổng hợp, so sánh mẫu báo cáo và tổng kết.

3.7 Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm

 Giai đoạn 1: Chuẩn bị o Chuẩn bị tư liệu dạy học: GV chuẩn bị giáo án, mẫu phiếu học tập và bản khảo sát cho các em học sinh. o Chuẩn bị thiết bị dạy học: GV lên phòng TN trước để chuẩn bị các bộ phận đã gia công và điều chỉnh các thiết bị, cụ thể:

- Thí nghiệm ―Buồng sương Wilson‖:

+ Hộp thủy tinh đã được dán keo cách nhiệt và mút.

+ Nắp thủy tinh đã được gắn 2 sò nóng lạnh Trong đó, sò nóng lạnh đã được nối với phích cắm.

+ Thau đựng nước và đá lạnh.

- Thí nghiệm ―Khảo sát tính đâm xuyên của tia Gamma‖:

+ Bộ vật liệu che chắn (chì, nhựa, giấy).

+ GV chuẩn bị điều chỉnh trước máy đếm.

 Giai đoạn 2: Tiến hành dạy học

- Do thời lượng tiết học không như mong đợi nên chúng tôi đã rút gọn lại phần dạy học kiến thức với nội dung như sau:

Bảng 3-1: Tóm tắt tiến trình dạy học.

Tên hoạt động Nội dung thực hiện Thời gian

- Dạy học kiến thức về - GV dạy học khái niệm phóng xạ, phóng xạ nguồn gốc phóng xạ.

- GV dạy học về các loại tia phóng xạ 15 phút và các tính chất của các tia phóng xạ.

- GV giới thiệu về 2 thí nghiệm.

- Thí nghiệm ―Khảo sát - GV hướng dẫn cách tiến hành thí tính đâm xuyên của tia nghiệm 20 phút

Gamma‖ - HS tiến hành thí nghiệm và thu thập kết quả, nhận xét và kết luận.

- Thí nghiệm ―Buồng - GV lắp ráp thí nghiệm ―Buồng sương sương Wilson‖ Wilson‖ 10 phút

- Học sinh quan sát và ghi lại kết quả. o Dạy học kiến thức về phóng xạ

- GV giảng dạy các kiến thức về phóng xạ, trong đó nhấn mạnh về nguồn gốc của phóng xạ.

Nhận xét: Do đã được học kiến thức về phóng xạ nên có một số em không tập trung khi GV dạy phần ―Khái niệm phóng xạ‖ và ―Các loại tia phóng xạ‖. o Thí nghiệm “Khảo sát tính đâm xuyên của tia gamma”

- GV đặt vấn đề cần giải quyết: ―Tia gamma nguy hiểm khi tiếp xúc thường xuyên, vậy vật liệu nào phù hợp nhất trong việc che chắn các tia này?‖.

- GV mô tả thí nghiệm.

- GV giải thích về phông bức xạ.

- GV hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm.

- GV chia lớp thành 2 nhóm A và B để làm thí nghiệm.

Hình 3-1: Giáo viên giới thiệu về thí nghiệm ―Khảo sát tính đâm xuyên của tia gamma‖.

- GV cho học sinh tiến hành thí nghiệm, ghi lại dữ kiệu và báo cáo kết quả.

- Khi cho HS tiến hành thí nghiệm chúng tôi nhận thấy các em còn thắc mắc một số vấn đề sau:

+ Số đo trên máy đếm thay đổi nhiều sau những lần đo với cùng vật chắn.

+ Khi cho thêm vật chắn cùng loại thì số đếm lại có trường hợp lớn hơn hoặc ngang bằng với kết quả ban đầu.

 GV có nhiệm vụ nhấn mạnh rõ tính ngẫu nhiên của hiện tượng phóng xạ để giúp học sinh hiểu rõ hơn.

Hình 3-2 : Học sinh nhóm A tiến hành thí nghiệm.

Hình 3-3 : Học sinh nhóm B tiến hành thí nghiệm.

Kết quả: Cả 2 nhóm đều nhận thấy được chì là vật liệu che chắn tia gamma tốt nhất.

Nhận xét: Khi theo dõi quá trình, chúng tôi nhận thấy các em rất hứng thú và tập trung với việc làm thí nghiệm. o Thí nghiệm “Buồng sương Wilson”

- GV giới thiệu về thí nghiệm.

- GV nêu nguyên lý hoạt động của buồng sương.

- GV nêu các bước thí nghiệm và giải thích.

Hình 3-4 : Giáo viên giới thiệu về thí nghiệm ―Buồng sương Wilson‖.

- GV lắp ráp thí nghiệm cho học sinh quan sát.

- Trong quá trình quan sát, học sinh có một số câu hỏi như:

+ Tại sao phải phân biệt cực của sò nóng lạnh?

+ Tại sao phải sử dụng đúng loại cồn 99,7%?

+ Sử dụng 1 sò nóng lạnh có ảnh hưởng gì đến thí nghiệm không?

Hình 3-5 : Giáo viên lắp ráp thí nghiệm ―Buồng sương Wilson‖

Nhận xét: Do GV đã chuẩn bị dụng cụ sẵn nên HS có thắc mắc về công dụng của chúng Tất cả các em đều rất hào hứng quan sát thí nghiệm. o Tiến hành khảo sát

- Đối tượng khảo sát: 10 em học sinh lớp 12.1 tham gia buổi học và các em học sinh lớp 12.4 không tham gia buổi học thí nghiệm.

- Nội dung khảo sát: theo mẫu phụ lục 1.

3.8 Kết quả khảo sát của lớp 12.1.

Sau khi khảo sát và thông kê, chúng tôi thu được kết quả như sau:

Bảng 3-2: Kết quả khảo sát quan niệm của học sinh lớp 12.1 về phóng xạ.

5 Tia tử ngoại, tia X(trong chụp X- 60% 10% 30% quang) là tia phóng xạ.

+ 100% học sinh cho rằng phóng xạ xuất phán từ điện thoại, laptop, wifi, lò vi sóng,…

+ 60% học sinh cho rằng tia tử ngoại, tia X (trong chụp X-quang) là tia phóng xạ. + 70% học sinh cho rằng phóng xạ ứng dụng trong soi chiếu hành lí, kiểm tra an ninh tại sân bay.

+ 70% học sinh cho rằng phóng xạ luôn nguy hiểm khi tiếp xúc gần nguồn phóng xạ.

+ 70% học sinh cho rằng các bác sĩ làm việc ở phòng xạ trị với tần suất lớn sẽ bị ung thư.

+ 80% học sinh cho rằng đặt trái táo gần nguồn phóng xạ, trái táo đó sẽ bị nhiễm phóng xạ.

3.9 Đánh giá kết quả TNSP

Qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy vẫn còn nhiều những quan niệm sai lầm mà các em chưa khắc phục được Sau khi thực nghiệm sư phạm, các em chỉ khắc phục được quan niệm ―Phóng xạ gây chết người ngay lập tức khi chạm vào.‖ (0% đồng ý của lớp 12.1 và 20% đồng ý của lớp 12.4).

Bên cạnh đó, HS rất quan tâm và hứng thú với những TN hơn những kiến thức hàn lâm Các TN VL tạo điều kiện cho các em vận dụng các kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng mà các em quan sát được.

Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm chưa kiểm chứng được giả thuyết khoa học đã đề ra Một số nguyên nhân dẫn đến việc thực nghiệm chưa hoàn hảo như mong muốn: + Do tình hình dịch bệnh kéo dài, học sinh phải học gấp rút để chuẩn bị cho kì thi cuối năm nên số lượng học sinh có thể xin được cho thực nghiệm quá ít.

+ Thời gian của tiết dạy học là 1 tiết, đã ngắn hơn so với dự kiến do đó các nội dung truyền đạt cho học sinh không được đảm bảo Bên cạnh đó, chúng tôi vừa phải đảm bảo hoạt động dạy học và khảo sát đều chỉ diễn ra trong 1 tiết học nên học sinh không có đủ thời gian để tập trung cho việc khảo sát.

Sau khi xác định được mục đích, nội dung, đối tượng và tính trình TNSP, chúng tôi đã tiến hành TNSP theo quy trình đã đề ra Để đánh giá chất lượng học tập của HS, chúng tôi đã tiến hành khảo sát theo mẫu phụ lục 1 Kết quả khảo sát cho thấy học sinh đã bước đầu khắc phục được một số quan niệm sai lầm.

Như vậy, việc đưa TN VL vào chương ―Nguyên tử hạt nhân‖ nhằm nâng cao chất lượng dạy học và kích thích sự hứng thú tò mò, vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn là khả thi Các TN VL còn giúp các em phát triển những kĩ năng sau: + Kĩ năng thực hành TN.

+ Kĩ năng làm việc nhóm.

Mặc dù vậy, do thời gian và số lượng HS còn ít nên chưa thể đi đến kết luận mang tinh tổng quát cao Chúng tôi sẽ tiếp tục tiến hành nghiên cứu kĩ hơn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Từ kết quả thu được của luận văn, đối chiếu với những vấn đề đã đặt ra, chúng tôi đã giải quyết được những vấn đề sau:

- Phân tích và làm rõ được tầm quan trọng của TN trong dạy học VL.

- Cải tiến thành công TNTT ―Buồng sương Wilson‖.

- Dựa trên các cơ sở lí luận, chúng tôi đã xây dựng thành công tiết học TN VL

Do vấn đề thời gian và tình hình diễn biến phức tạp, quá trình thực nghiệm chỉ tiến hành tổ chức dạy học trên nhóm nhỏ khoảng 10 HS nên chưa có tính khái quát cao. Để việc sử dụng TN VL vào dạy học mang lại hiệu quả cao, chúng tôi có một số kiến nghị:

- Tăng số lượng đối tượng khảo sát và thực nghiệm để kết quả khảo sát có độ tin cậy cao hơn.

- Kéo dài thời gian thực nghiệm để đảm bảo các tiến trình dạy học.

[1]: Trần Nguyễn Hoàng Duy (2019), ―Chế tạo và sử dụng buồng sương Wilson trong dạy học bài ―phóng xạ‖ vật lí 12‖, Luận văn tốt nghiệp, Trường ĐHSP TPHCM. [2]: Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lí 12 (Ban cơ bản), NXB Giáo dục Việt Nam.

[3]: Tô Văn Bình (2002), Thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông, Đại học Sư phạm Thái Nguyên.

[4]: Nguyễn Đức Thâm (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, Nxb Đại học Sư Phạm.

[5]: Phạm Hữu Tòng (1999), Hình thành vận dụng các phương pháp nhận thức khoa học trong dạy học vật lí (Sách bồi dưỡng thường xuyên chu kỳ 1997-2000 cho giáo viên THPT), Bộ Giáo dục và Đào tạo, Nxb Giáo dục.

[6]: Nguyễn Thanh Hải, Chuyên đề ―Sử dụng thí nghiệm và các phương tiện hiện đại trong dạy học vật lí‖, Khoa Cơ bản - trường ĐH Phạm Văn Đồng.

[7]: Nguyễn Mạnh Hùng (2001), Phương pháp dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông, Khoa vật lí, Trường Đại học Sư phạm TPHCM.

Phương pháp thực nghiệm sư phạm