GIAO AN 12 NC C8 + C9

Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 138 Ngày soạn : 25/02/2010 Tiết : 83 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Hiểu và phát biểu được hai tiên đề của thuyết tương đối hẹp. - Nêu được hệ quả của thuyết tương đối về tính tương đối của không gian và thời gian. 2. Kỹ năng: - Dựa vào thuyết tương đối giải thích sự liên hệ giữa không gian và thời gian, sự thay đổi khối lượng của vật chuyển động, năng lượng của vật. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên: - Nội dung về tính tương đối của chuyển động theo cơ học cổ điển. - Một vài mẩu truyện viễn tưởng về thuyết tương đối (nội dung một số phim truyện viễn tưởng) 2. Học sinh: - Ôn lại một số kiến thức lớp 10 phần cơ học. (cộng vận tốc, các định luật Niu-tơn, động lượng ) III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức 2. Giới thiệu mục tiêu chương V: (5 / ) 3. Tạo tình huống học tập B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Hạn chế của cơ học cổ điển. 10 + khối lượng và kích thước của ôtô không đổi. Vận tốc thay đổi + Vận tốc thay đổi phụ thuộc vào việc chọn hệ quy chiếu 12 13 31 v v v= + r r r Ví dụ: (từng học sinh lấy ví dụ cụ thể) + Một chiếc ôtô chuyển động thẳng biến đổi đều đại lượng vật lý nào không thay đổi? đại lượng nào thay đổi ? + Vậy vận tốc thay đổi phụ thuộc vào yếu tố nào? lấy ví dụ ? + Nhưng đến cuối thế kỷ XIX đến đầu thế kỷ XX khoa học phát triển đã làm thí nghiệm cho thấy vận tốc của ánh sáng truyền trong môi trường chân không là 300000km/s (bất biến) không phụ thuộc vào nguồn sáng đứng yên hay chuyển động 1. Hạn chế của cơ học cổ điển. + Cơ học cổ điển (cơ học Niu- tơn) không còn đúng đối với những trường hợp vật chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng HĐ 2: Các tiên đề của Anhxtanh. 15 + Mọi định luật vật lý đều xảy ra như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính + Nếu ánh sáng phát ra cùng chiều chuyển động của xe thì tốc độ của nguồn sáng là v+c. Nếu ánh sáng phát ra ngược + Năm1905 Anh-xtanh đã xây dựng thuyết tổng quát hơn gọi là thuyết tương đối hẹp Anh-xtanh + Từ thí nghiệm về vận tốc của ánh sáng trong chân không ta rút ra được điều gì? + Cho một đèn phát ra ánh sáng, đèn đó được đặt lên một xe chuyển động với tốc độ là v trong môi trường chân không. Hãy xác 2. Các tiên đề của Anhxtanh. Tiên đề I (nguyên lí tương đối): Các định luật vật lý (cơ học, điện từ học…) có cùng một dạng như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Hiện tượng vật lí diễn ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính. Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo CHƯƠNG VIII: SƠ LƯỢT VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP BÀI 50: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 139 chiều chuyển động của xe thì tốc độ của nguồn sáng là c-v + theo thí nghiệm đo được thì tốc độ ánh sáng trong hai trường hợp đo được là như nhau không thay đổi + Phát biểu hai tiên đề định tốc độ của nguồn sáng theo: - cơ học cổ điển: khi ánh sáng phát ra cùng chiều với chiều chuyển động của xe và ngược chiều với chiều chuyển động của xe ? - theo Anh-xtanh? + Hãy rút ra kết luận về hai tiên đề của Anh-xtanh Tiên đề II (nguyên lí về sự bất biến của tốc độ ánh sáng): Tốc độ ánh sáng trong chân không có cùng độ lớn bằng c trong mọi hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và vào tốc độ của nguồn sáng hay máy thu: c=299 792 458m/s ≈ 3.10 8 m/s Đây là giá trị tốc độ lớn nhất của hạt vật chất trong tự nhiên (hiện nay) HĐ 3: Các hệ quả của thuyết tương đối hẹp 10 + Sự co lại của độ dài và sự chậm lại của đồng hồ chuyển động + Hs đọc SGK nêu hệ quả + C1: 2 o 2 v 1 c = −l l = 0,8m + C2: o 2 2 t t v 1 c ∆ ∆ = − = 1,25giờ Đồng hồ chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên là 0,25 giờ = 900giây. + Khái niệm không gian và thời gian là tương đối nó phụ thuộc vào việc chọn hệ quy chiếu quán tính + Đọc SGK công thức (2) đã được thực nghiệm xác nhận (phần chữ in nhỏ) + Từ thuyết tương đối hẹp của Anh-xtanh người ta đã xây dựng hai hệ quả nào? + Nêu hệ quả sự co lại của độ dài? +C1: Hãy tính độ co chiều dài của một cái thước có chiều dài riêng 1m chuyển động với tốc độ v = 0,6c + Nêu hệ quả sự chậm lại của đồng hồ chuyển động? + C2: Sau một giờ tính theo đồng hồ chuyển động với tốc độ v = 0,6c thì đồng hồ chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên bao nhiêu giây? + Từ hai hệ quả ta nhận xét gì về khái niệm không gian và thời gian? 3. Hệ quả của thuyết tương đối hẹp: a) Sự co của độ dài: Độ dài của một thanh bị co lại dọc theo phương chuyển động của nó 2 o o 2 v 1 c = − <l l l (1) l o : độ dài riêng: độ dài của thanh khi đứng yên dọc theo trục tọa độ trong hệ quy chiếu K l: độ dài của thanh đo được trong hệ K, khi thanh chuyển động với tốc độ v dọc theo trục tọa độ trong hệ K b) Sự chậm lại của đồng hồ chuyển động: Đồng hồ gắn với quan sát viên chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên. o o 2 2 t t t v 1 c ∆ ∆ = >∆ − (2) t∆ : khoảng thời gian đo được theo đồng hồ gắn vào quan sát viên đứng yên o t∆ : khoảng thời gian đo được theo đồng hồ chuyển động C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (5 / ) Bài tập 3 & 4 SGK. IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 140 Ngày soạn: 26/2/2010 Tiết thứ: 84 I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: - Nêu được hệ quả của thuyết tương đối về tính tương đối của khối lượng và về mối quan hệ giữa khối lượng và năng lượng . - Viết được hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng và giải được các bài tập vận dụng hệ thức này. 2. Kĩ năng: - Giải được các bài tập áp dụng hệ thức Anh-xtanh. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ: 1. Chuẩn bị của thầy: 2. Chuẩn bị của trò: Học bài cũ . Ôn khái niệm động lượng ở lớp 10 III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ : (8 / ) 1. Nêu hai tiên đề của Anh- xtanh và các hệ quả của thuyết tương đối hẹp 2. Bài tập 3. 4SGK? 3. Tạo tình huống học tập B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Tìm hiểu khối lượng tương đối tính 10 + Động của lượng của một vật là đại lượng đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật. + Động lượng là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác. P F t ∆ = ∆ uur r + o o 2 2 m p mv v v 1 c = = − r r r + Khối lượng của vật có ính tương đối và phụ thuộc vào hệ quy chiếu. + (2) o m m⇒ ≈ m= o 2 2 m 60 100kg 0,6 v 1 c = = − + Động lượng của một vật là gì? Viết biểu thức? Hãy cho biết ý nghĩa vật lý của động lượng ? + Trong thuyết tương đối, động lượng tương đối tính của một chất điểm chuyển động với vận tốc v r cũng được định nghĩa bằng công thức giống như trong cơ học cổ điển. Viết biểu thức? + Thông báo m khối lượng của vật khi chuyển động với tốc độ v gọi là khối lượng tương đối tính, m o khối lượng của vật khi đứng yên gọi là khối lượng nghỉ. Từ đó nêu nhận xét gì khối lượng của một vật? + Với những vật chuyển động với tốc độ << c. Hãy so sánh khối lượng tương đối tính và khối lượng nghỉ? + C1: Tính khối lượng tương đối tính m của một người có khối lượng nghỉ m o =60kg chuyển động với tốc độ 0,8c. 1) Khối lượng tương đối tính + Động lượng tương đối tính của một chất điểm chuyển động với vận tốc v được định nghĩa o o 2 2 m p mv v v 1 c = = − r r r (1) Trong đó đại lượng m = o o 2 2 m m v 1 c ≥ − (2) gọi là khối lượng tương đối tính của chất điểm chuyển động, và m o gọi là khối lượng nghỉ. + Cơ học cổ điển chỉ xét những vật chuyển động với tốc độ << c, nên o m m≈ Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo BÀI 51: HỆ THỨC ANH-XTANH GIỮA KHỐI LƯỢNG & NĂNG LƯỢNG Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 141 HĐ2: Tìm hiểu hệ thức giữa năng lượng và khối lượng 15 + Hs tham khảo SGK + Khi vật có khối lượng m thì nó có một năng lượng E và ngược lại. Hai đại lượng này luôn tỉ lệ với nhau. + Khối lượng cũng thay đổi một lượng ∆m tương ứng và ngược lại. + E = E o = m o c 2 : năng lượng nghỉ + E ≈ m o c 2 + 1 2 m o v 2 Năng lượng nghỉ + động năng + Theo vật lý học cổ điển m o và E o được bảo toàn. Còn theo thuyết tương đối thì không nhất thiết được bảo toàn. + Năng lượng toàn phần + Nêu hệ thức giữa năng lượng và khối lượng và ý nghĩa của hệ thức. Hướng dẫn hs đọc SGK và trả lời các câu hỏi sau: + Theo hệ thức hai đại lượng năng lượng toàn phần và khối lượng của vật có mối quan hệ với nhau như thế nào? + Khi năng lượng ∆E thay đổi thì dẫn đến đại lượng nào thay đổi? + Khi v = 0 thì năng lượng E được xác định như thế nào? Từ đó nhận biết năng lượng nghỉ ? + Khi v << c thì năng lượng E được xác định như thế nào ? C2: Tính năng lượng toàn phần E của một vật đứng yên có khối lượng nghỉ m o = 1kg. So sánh năng lượng này với điện năng do Nhà máy thủy điện Hòa Bình (có P = 1,92 triệu KW ) có thể phát ra trong 1 năm + Theo vật lý học cổ điển, đối với hệ kín khối lượng nghỉ và năng lượng nghỉ có đặc điểm gì? Còn theo thuyết tương đối thì như thế nào? + Theo thuyết tương đối, đối với hệ kín đại lượng nào được bảo toàn? 2) Hệ thức giữa năng lượng và khối lượng + E = mc 2 = 2 o 2 2 m c v 1 c − (3) - Khi vật có khối lượng m thì nó cũng có một năng lượng E, và ngược lại, khi vật có năng lượng E thì nó có khối lượng m. Hai đại lượng này luôn tỉ lệ với nhau. E = mc 2 - Khi năng lượng thay đổi lượng ∆E thì khối lượng cũng thay đổi một lượng ∆m tương ứng và ngược lại. ∆E = ∆m.c 2 (4) + Các trường hợp riêng. - Khi v = 0 thì E = E o = m o .c 2 (5) E o được gọi là năng lượng nghỉ - Khi v << c (với các trường hợp của cơ học cổ điển) hay v c << 1, ta có 2 2 2 2 1 1 v 1 2 c v 1 c ≈ + − ⇒ E ≈ m o c 2 + 1 2 m o v 2 (6) Như vậy khi vật chuyển động, năng lượng toàn phần của nó bao gồm năng lượng nghỉ và động năng của vật. + Đối với hệ kín, khối lượng nghỉ và năng lượng nghỉ tương ứng không nhất thiết được bảo toàn, nhưng vẫn có định luật bảo toàn của năng lượng toàn phần E, bao gồm năng lượng nghỉ và động năng. HĐ3: Vận dụng cho phôtôn 5 + hc hfε = = λ ; v = c + ε = m ph c 2 ⇒ m ph = 2 2 hf h c c c ε = = λ + m oph = 0 Hướng dẫn hs vận dụng: + Năng lượng của phôtôn? Tốc độ của phôtôn? + Khối lượng tương đối tính của phôtôn? + Khối lượng nghỉ của phôtôn? 3. Áp dụng cho phôtôn + Khối lượng tương đối tính của phôtôn: m ph = 2 2 hf h c c c ε = = λ (7) + Khối lượng nghỉ của phôtôn m oph = 2 2 v m 1 c − ⇒ m oph =0 (8) C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC Củng cố kiến thức: (5 / ) Bài tập 3/259SGK IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 142 Ngày soạn: 02/03/2010 Tiết thứ: 85 I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: - Viết được hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng và giải được các bài tập vận dụng hệ thức này. - Nêu được hệ quả của thuyết tương đối về tính tương đối của không gian và thời gian và vận dụng để giải bài tập có liên quan. 2. Kĩ năng: - Hệ thống kiến thức - Rèn luyện kỹ năng tính toán bằng số (chuyển đổi đơn vị, làm tròn số có nghĩa …). 3. Thái độ: - Tình cảm: ý thức tự học. II. CHUẨN BỊ: 1. Chuẩn bị của thầy: - Hệ thống câu hỏi và bài tập 2. Chuẩn bị của trò: - Làm bài tập trong SGK và SBT. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức 2. Kiểm tra bài cũ Kết hợp trong hướng dẫn giải bài tập 3. Tạo tình huống học tập: B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức Hoạt động 1: Vận dụng công thức về hệ quả của thuyết tương đối hẹp 15 l = l o 2 2 v 1 c − l o : độ dài riêng: độ dài của thanh khi đứng yên trong hệ quy chiếu K l: độ dài của thanh đo dược trong hệ K, khi thanh chuyển động với tốc độ v + o 2 2 t t v 1 c ∆ ∆ = − t∆ : khoảng thời gian đo được theo đồng hồ gắn vào quan sát viên đứng yên o t∆ : khoảng thời gian đo được theo đồng hồ chuyển động Bài 1: Tính độ co chiều dài của một cái thước có chiều dài riêng 30cm, chuyển động với tốc độ v = 0,8c. + Độ co lại theo phương chuyển động độ dài theo tỉ lệ nào? Bài 2: Một đồng hồ chuyển động với tốc độ v = 0,8c. Hỏi sau 30 phút (tính theo đồng hồ đó) thì đồng hồ này chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên bao nhiêu giây + Nêu công thức sự chậm lại của đồng hồ chuyển động? cho biết tên các đại lượng trong biểu thức? Bài 1: Độ dài l của thanh, khi thanh chuyển động l = l o 2 2 v 1 c − = 18cm Vậy thước đã bị co lại so lúc đầu một đoạn: 30-18 = 12cm Bài 2: Khoảng thời gian t∆ đo được theo đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên o 2 2 t t v 1 c ∆ ∆ = − = 30 0,6 = 50 ph Vậy đồng hồ này chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên: 50 – 30 = 20 ph Hoạt động 2: Vận dụng hệ thức giữa năng lượng và khối lượng 20 Tóm tắt: W đ = m o c 2 . v? + 2 2 0 2 2 m c W mc v 1 c = = − Bài 3: Một hạt có động năng bằng năng lượng nghỉ của nó. Tính tốc độ của hạt. + Hệ thức giữa năng lượng và khối lượng Bài 3: 2 2 d 0 0 2 0 2 2 W W m c 2m c (1) m c W (2) v 1 c = + = = − Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo BÀI: BÀI TẬP VỀ HỆ THỨC ANH-XTANH Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 143 + 2 d 0 W W m c= + Tóm tắt: U = 10 5 V. Tìm v? + W đ – W đo = eU + E = W đ + m o c 2 ⇒ W đ = E - m o c 2 = mc 2 - m o c 2 = 2 o 2 2 m c v 1 c − - m o c 2 = 2 o 2 2 1 m c 1 v 1 c    ÷  ÷ −  ÷  ÷ −   + Biểu thức năng lượng toàn phần của hạt. + Từ (1) & (2) tìm v Bài 4: Tính tốc độ của 1 êlectron được tăng tốc bởi hiệu điện thế 10 5 V + Định lí động năng? + Từ biểu thức năng lượng toàn phần. Hãy xác định động năng theo năng lượng toàn phần và năng lượng nghỉ. + Hướng dẫn hs đặt v c β = . Tìm β ⇒ v 2 2 1 3 2 v c 2 v 1 c ⇒ = ⇒ = − 8 2,6.10 m / s≈ Bài 4: 2 d o 2 1 W 1 m c eU 1   = − =  ÷  ÷ −β   , với v c β = ⇒ 2 2 0 1 eU 1 m c 1 = + −β ⇒ 2 2 0 1 1 eU 1 m c − β = + ⇒ 2 2 2 0 1 1 eU 1 m c − β =   +  ÷   2 2 2 0 1 1 eU 1 m c β = −   +  ÷   ⇒ 0,55β ≈ v = 3.10 8 .0.4 = 1,65.10 8 m/s. C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC Củng cố kiến thức: (10 / ) Cơ học Newton Cơ học tương đối tính a) Phương trình chuyển động: dv d(mv) m F dt dt = = r r r 0 2 2 m v d ( ) F dt v 1 c = − r r b) Xung lượng: p mv= r r o 2 2 m v p v 1 c = − r r c) Khối lượng: m o 2 2 m m v 1 c = − d) Động năng: 2 2 1 mv 2 0 2 2 1 m c ( 1) v 1 c − − e) năng lượng nghỉ: 0 m o c 2 f) Liên hệ giữa năng lượng và động lượng 2 d p W 2m = 2 2 0 E p (m c) c = + IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 144 Ngày soạn : 05/03/2010 Tiết : 86&87 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Nêu cấu tạo hạt nhân nguyên tử, biết kí hiệu hạt nhân và đơn vị khối lượng nguyên tử. - Nêu được lực hạt nhân là gì và đặc điểm của lực hạt nhân. - Nêu được độ hụt khối của hạt nhân là gì, viết được công thức tính độ hụt khối. - Nêu được năng lượng liên kết hạt nhân là gì, viết được công thức tính năng lượng liên kết hạt nhân. 2. Kỹ năng: - Viết đúng kí hiệu hạt nhân nguyên tử. - Tìm năng lượng liên kết hạt nhân, năng lượng liên kết riêng. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên: - Hình vẽ mô hình cấu tạo các đồng vị của Hyđrô, hêli. 2. Học sinh : - Ôn lại một số kiến thức về cấu tạo hạt nhân trong hoá học, cấu tạo nguyên tử, bảng HTTT. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ: 3. Tạo tình huống học tập: Khối lượng hạt nhân có bằng tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành nó hay không? Tại sao các prôtôn mang điện tích dương lại có thể gắn kết chặt với nhau trong hạt nhân chứ không đẩy nhau ra xa? B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Nhận biết cấu tạo hạt nhân 18 + Hs thảo luận theo nhóm trả lời: + Cấu tạo nguyên tử: Hạt nhân ở giữa mang điện tích dương, các êlectrôn chuyển động xung quanh hạt nhân. Khối lượng hạt nhân ≈ khối lượng nguyên tử + Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclôn: prôtôn (p), khối lượng m p =1,67262.10 -27 kg, mang một điện tích nguyên tố dương +e và nơtron (n), khối lượng m n = 1,67493.10 -27 kg, không mang điện tích. + Điện tích hạt nhân Z (nguyên tử số) chính là số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng hệ thống tuần hoàn và đây chính là số prôtôn trong hạt nhân. + Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là số khối A - Số nơtron trong hạt nhân N: N = A – Z +Yêu cầu hs nhắc lại kiến thức đã học ở môn Hóa học 10 - Cấu tạo nguyên tử - Cấu tạo hạt nhân - Điện tích và số khối hạt nhân? + Kí hiệu hạt nhân? Ví dụ kí hiệu hạt nhân heli, hạt nhân urani. 1. Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn. a) Cấu tạo hạt nhân. + Gồm các hạt: nuclôn, có 2 loại: prôton (p) & nơtron (n). + Số prôton (p) trong hạt nhân bằng Z (bằng số TT trong bảng HTTH) Z gọi là nguyên tử số. + Số nơtron (n) trong hạt nhân bằng N + Số nuclôn: Z + N = A; A gọi là số khối. b) Kí hiệu hạt nhân: A Z X , A X hoặc XA A: số khối; Z : nguyên tử số. 4 2 He , 4 He hoặc He4 238 92 U , 238 92 U hoặc U238 c) Kích thước hạt nhân: - Hạt nhân có kích thước rất nhỏ, coi hạt nhân là hình cầu thì đường kính của nó vào khoảng 10 -14 m đến 10 -15 m Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo CHƯƠNG IX HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ BÀI 52: CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ. ĐỘ HỤT KHỐI Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 145 + C1: R U =1,2.10 -15 3 238 ≈ 7,4.10 -15 m U U He He V A 238 V A 4 = = =59,5 + Thông báo kích thước hạt nhân. C1: Tính bán kính của hạt nhân U238 . Hạt nhân U238 có thể tích lớn hơn hạt nhân 4 2 He mấy lần? - Công thức gần đúng xác định bán kính: 1 15 3 R 1,2.10 A (m) − = HĐ2: Nhận biết khái niệm đồng vị. Đơn vị khối lượng nguyên tử 20 + Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số prôtôn Z (có cùng vị trí trong bảng tuần hoàn), nhưng có số nơtron khác nhau. Ví dụ: - Hiđrô có 3 đồng vị: hiđrô thường 1 1 H , hiđrô nặng (hay đơteri) 2 1 H (hay 2 1 D ), hiđrô siêu nặng (hay triti) 3 1 H (hay 3 1 T ). + 1u = C12 1 m 12 + 1u = 23 1 12 g 12 6,0221.10 27 1,66055.10 kg − ≈ + E = mc 2 + 1u = 931,5 2 MeV c . + Nêu khái niệm đồng vị đã học ở hoá học? Cho ví dụ. + Có những loại đồng vị nào? + Nêu đơn vị đơn vị cácbon đã học trong hoá học? + Vậy 1u bằng bao nhiêu kg? + 1u = 23 1 12 g 12 6,0221.10 27 1,66055.10 kg − ≈ + Hệ thức Anh-xtanh được viết như thế nào? +Trong vật lí hạt nhân người ta thường dùng đơn vị eV hoặc MeV. Vậy đơn vị khối lượng nguyên tử ngoài u ra thì còn dùng đơn vị 2 eV c , 2 MeV c . Vậy 1u bằng bao nhiêu 2 MeV c 2. Đồng vị: là những nguyên tử mà hạt nhân có cùng Z, nhưng có số N khác nhau (A≠) H 1 1 , H 2 1 và H 3 1 C 11 6 , C 12 6 , C 13 6 và C 14 6 - Có hai loại đồng vị: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ (không bền). 3. Đơn vị khối lượng nguyên tử: a) kí hiệu u. u có trị số bằng 1/12 khối lượng nguyên tử C12. 1u = C12 1 m 12 = A A 1 12 1 g 12 N N = + 1u ≈ 1,66.10 =27 kg + Khối lượng 1 nuclôn ≈ u, + Khối lượng nguyên tử m ≈ A.u b) Từ hệ thức: E = mc 2 ⇒ m = E/c 2 1u = 931,5 2 MeV c . - Chú ý: + Một vật có khối lượng m 0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với 0 2 2 1 m m v c = − + Năng lượng toàn phần: = − − 2 2 0 2 2 1 m c E mc v c Trong đó: E 0 = m 0 c 2 gọi là năng lượng nghỉ. E – E 0 = (m - m 0 )c 2 chính là động năng của vật HĐ 3: Nhận biết lực hạt nhân, khái niệm độ hụt khối, năng lượng liên kết, năng lượng lkết riêng 10 - Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân và là lực hút. - Lực hạt nhân chỉ xảy ra khi khoảng cách giữa hai nuclôn + Lực hạt nhân là gì? + Lực hạt nhân chỉ xảy ra khi nào? + Điều đó giải thích vì sao các prôtôn mang điện tích 4. Năng lượng liên kết: a) Lực hạt nhân: là lực hút giữa các nuclon. Có bán kính tác dụng khoảng 10 -15 m. Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 146 30 nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của hạt nhân. + Tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân 4 2 He : 2m p + 2m n = 2.1,00728 + 2.1,00866 = 4,03188u 2m p + 2m n > m( 4 2 He ) + Khối lượng m bao giờ cũng nhỏ hơn một lượng m∆ so với tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó + Độ hụt khối: p n m Zm (A Z)m m ∆ = + − −   + 2 o p n E Zm (A Z)m c   = + −   + E = mc 2 < E o + Phải có một lượng năng lượng được tỏa ra và được xác đinh: 2 .cmEEW olk ∆=−= dương lại có thể gắn kết chặt với nhau trong hạt nhân chứ không đẩy nhau ra xa Đặt vấn đề: Muốn phá vỡ hạt nhân ta phải dùng năng lượng như thế nào để thắng lực hạt nhân? + Hạt nhân 4 2 He có khối lượng 4,0015u so sánh với tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân? + m∆ được gọi là độ hụt khối của hạt nhân. Vậy độ hụt khối m ∆ được xác định như thế nào? + Theo thuyết tương đối thì: - hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng được xác định như thế nào? - hạt nhân được tạo thành có năng lượng được xác định như thế nào? + Theo định luật bảo toàn năng lượng thì như thế nào? + Vậy muốn tách hạt nhân có khối lượng m thành các nuclôn thì cũng tốn một năng lượng cũng là 2 .cmW lk ∆= để thắng lực hạt nhân. Do đó 2 .cmW lk ∆= được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. Chú ý: Lực hạt nhân cường độ rất lớn so với lực điện từ, lực hấp dẫn b) Độ hụt khối. Năng lượng liên kết. + Khối lượng m của hạt nhân A Z X bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclôn tạo thành. ∆m = [Zm p + (A – Z)m n ] – m: độ hụt khối. + Có năng lượng ∆E = ∆mc 2 = E 0 – E toả ra khi hệ nuclôn tạo thành hạt nhân. + Muốn phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng rẽ phải cung cấp năng lượng bằng ∆E để thắng lực hạt nhân. Nên ∆E gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. + Năng lượng liên kết tính cho một nuclon là E A ∆ ε = gọi là năng lượng liên kết riêng + Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng lớn hơn sẽ bền vững hơn. Chú ý: Đối với hạt nhân có số khối từ 50 đến 70, năng lượng liên kết riêng của chúng có giá trị lớn nhất C HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (10 / ) Tiết 1: (5/) Câu hỏi C3: Tính 1 ra đơn vị kg. Prô tôn có khối lượng nghỉ là m p = 1,007278u ≈ 938 2 MeV c ; Nơtron có khối lượng nghỉ là m n = 1,008665u ≈ 939 2 MeV c ; Êlectron có khối lượng nghỉ là m e = 5,486.10 -4 u ≈ 0,511 2 MeV c Tiết 2: (5/) Câu hỏi C4: Biết khối lượng hạt nhân 4 2 He là m He = 4,0015u, hãy so sánh khối lượng này với tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân Heli m He < 2m p + 2m n = 4,0319 Câu hỏi C5: Tính là năng lượng liên kết và là năng lượng liên kết riêng của hạt nhân.hạt nhân 4 2 He W lk = 28,32MeV; lk W 7,08MeV / nuclon A = IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 Trang 147 Ngày soạn : 07/03/2010 Tiết : 88 & 89 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Nêu được hiện tượng phóng xạ là gì? - Nêu được thành phần và bản chất các tia phóng xạ. - Phát biểu định luật phóng xạ và viết được hệ thức của định luật này. - Nêu được độ phóng xạ là gì và viết được công thức tính độ phóng xạ. - Nêu được ứng dụng của các đồng vị phóng xạ. Biết các đơn vị phóng xạ. 2. Kỹ năng: - Giải thích hiện tượng phóng xạ, phân biết các loại tia phóng xạ. - Vận dụng định luật phóng xạ và độ phóng xạ để giải một số bài tập liên quan. - Giải thích ứng dụng của phóng xạ. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên: - Vẽ hình 53.1 và 53.3 SGK. 2. Học sinh : - Ôn lại một số kiến thức lớp 11 về lực Lo-ren-xơ và lực điện trường, từ trường. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ: 8 ’ 1. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo như thế nào? Nêu cấu tạo hạt nhân nguyên tử 16 8 O và 238 92 U 2. Độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân là gì? Chúng có liên quan như thế nào về sự bền vững của hạt nhân? 3. Tạo tình huống học tập: B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Nhận biết hiện tượng phóng xạ & các tia phóng xạ 10 20 + Đọc SGK - Nêu định nghĩa. - Do các nguyên nhân bên trong gây ra. Dù nguyên tử của chất phóng xạ có nằm trong các hợp chất khác nhau, dù ta có làm thay đổi nhiệt độ của mẫu phóng xạ, làm tăng áp suất tác dụng lên nó, thì nó cũng không hề chịu ảnh hưởng gì. - Quá trình biến đổi hạt nhân. + Các loại tia phóng xạ: α; β - ; β + ; γ. + Tia α chính là các hạt nhân của nguyên tử heli (kí hiệu 4 2 He , gọi là hạt α), Mang điện tích dương + Được phóng ra từ hạt nhân với vận tốc khoảng 2.10 7 m/s. Tia α làm ion hóa mạnh các + Yêu cầu hs đọc SGK và trả lời: - Hiện tượng phóng xạ là gì? - Quá trình phân rã phóng xạ do đâu mà có? Vậy nó không phụ thuộc vào những yếu tố nào? + Hãy cho biết thực chất của quá trình phân rã phóng xạ là gì ? + Yêu cầu hs đọc SGK và nêu các loại tia phóng xạ - Tia α chính là các hạt nhân của nguyên tử nào? mang điện gì? - Tia α phóng ra từ hạt nhân với vận tốc bằng bao nhiêu? tia α có khả năng gì? Gv thông báo: Tia α chỉ đi được tối đa khỏang 8 cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1 mm. 1. Hiện tượng phóng xạ: + Định nghĩa: Hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ + Là quá trình biến đổi hạt nhân, không phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài. 2. Các tia phóng xạ: a) Các loại tia phóng xạ: + α; β - ; β + ; γ. + Tia phóng xạ là tia không nhìn thấy được, nhưng có những tác dụng như: kích thích một số phản Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo BÀI 53: PHÓNG XẠ [...]... α: A Z X → 4 He+ A −−42Y 2 Z A 0 A 0 b) Phân rã β-: Z X → −1 e+ Z +1 Y ; n → p + −1 e + υ A 0 A 0 c) Phân rã +: Z X → +1 e+ Z −1Y ; p → n + +1 e + υ d) Phân rã γ: Kèm theo một trong 3 tia trên, +Năng lượng trong phản ứng hạt nhân: ∆m = m0 – m; m0 = mA + mB; m = mC + mD ∆E = ∆mc2 ∆E > 0 toả NL; ∆E < 0 thu NL IV: RÚT KINH NGHIỆM Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo D 16.106 m / s và Giáo án Vật Lý 12 nâng cao –... m0c + Wα = mc + WX + Wp (1) Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2009 – 2010 + m0c2 + Wα = mc2 + WX + Wp + Theo giả thiết: vX = vp m ⇒ WX = X Wp mp + HS thực hiện 10 Trang 159 Theo giả thiết: vX = vp b) hướng dẫn hs giải WX m X m = ⇒ WX = X Wp (2) + Viết phương trình của ⇒ Wp mp mp định luật bảo toàn năng Thay (2) vào (1) : lượng + Theo giả thiết hãy tìm (m 0 − m)c 2 + Wα... 1,0073u; mn = 1,0087u; 1u = 931MeV/c2 25 + Viết phương trình phản ứng + Viết phương trình phản a) ứng? Phương trình phản ứng: 4 4 14 → 1H + A X + Bản chất của hạt α ? + Hạt nhân 2 He 2 He + 7 N 1 Z + Vận dụng định luật bảo + 4 +1 4 = 1 + A ⇒ A = 17 Theo định luật bảo toàn số khối: toàn số khối và bảo toàn 2 + 7 = 1 + Z ⇒ Z = 8 điện tích, hãy xác định số 4 +1 4 = 1 + A ⇒ A = 17 khối và điện tích của hạt... prôtôn 6C 1 Z 0 + Viết phương trình phản ứng + Viết phương trình phản Theo định luật bảo toàn số khối: ứng? + Vận dụng định luật bảo 14 = 0 + A ⇒ A = 14 +1 4 = 0 + A ⇒ A = 14 toàn số khối và bảo toàn điện Theo định luật bảo toàn điện tích: + 6 = -1 + Z ⇒ Z = 7 + Dựa vào bảng hệ thống tích, hãy xác định số khối và 6 = -1 + Z ⇒ Z = 7 14 điện tích của hạt nhân X? tuần hoàn X là 7 N A 14 + Nêu cấu tạo và... điện tích: nhân X? 2 + 7 = 1 + Z ⇒ Z = 8 A 17 + Nêu cấu tạo và tên gọi của + ⇒ ZX = 8O ⇒ A X = 17 O Z 8 hạt nhân X? m0 = ma + mN = 18,0007u + Nếu m < m0 thì pư tỏa năng + So sánh tổng khối lượng m = m + m = 18,0020u p X của các hạt nhân sản phẩm lượng W = (m0-m).c2 ⇒ p/ư thu năng lượng và tổng khối lượng của các m > m0 + Nếu m > m0 thì pư tỏa năng W = (m-m0).c2 = 1,2103MeV hạt nhân ban đầu lượng W = (m-m0).c2... hai ô 226 hạt nhân con trong bảng tuần Ra → 4 He + 222 Rn 88 2 86 trong Bảng tuần hoàn hoàn ? b) Phân ra β phân rã β + Viết phương trình phân rã βA 0 − A' 210 Z X → −1 e + Z 'Y Bi → 0 e − + 210 Po + Hạt nhân con có số khối −1 83 phân rã β 30 15 84 + 30 P → 0 e + + 14 Si 1 + Trong các phân rã α và β Giáo viên: Nguyễn Hữu Thảo được xác định như thế nào? + Hạt nhân con có nguyên tử số được xác định như... Z ⇒ Z = 82 A 206 + Z X = 82 Pb có 82 prôtôn và + Nêu cấu tạo và tên gọi của A 206 Vậy Z X = 82 Pb có 82 prôtôn và số hạt nhân X? số nơtrôn là N= 206-82 = 124 b) nơtrôn là N = 206-82 = 124 b) Công thức xác định H sau b) Độ phóng xạ H +H=λN khoảng thời gian t? + Số hạt nhân Pôlôni lúc đầu: + N = No 2.-t/T = No.2-3 = No/8 + Tìm N còn lại sau khoảng N0 = m o NA, với m0 = 0,168g, thời gian t = 3T A mo Với... hạt nhân A+B → C+D Đặt m0 = mA + mB + Vì năng lượng toàn phần + Nếu m < m0 Giả sử A, B m = mC + mD được bảo toàn nên theo hệ thức đứng yên, thì năng lượng trong a Nếu m < m0 Anh-xtanh ta có phản ứng tỏa phản ứng hạt nhân như thế Phản ứng tỏa một lượng năng ra một lượng năng lượng: nào? lượng: W = (m0 – m)c2 (3) 2 W = (m0 – m)c + So sánh tính bền vững hạt Năng lượng này tồn tại dưới dạng + Nếu m . 3 1 T ). + 1u = C12 1 m 12 + 1u = 23 1 12 g 12 6,0221.10 27 1,66055.10 kg − ≈ + E = mc 2 + 1u = 931,5 2 MeV c . + Nêu khái niệm đồng vị đã học ở hoá học? Cho ví dụ. + Có những loại đồng vị nào? +. 0,1706. 25 + Hạt 0 1 e − + Biến đổi nơtrôn thành prôtôn. + Viết phương trình phản ứng +1 4 = 0 + A ⇒ A = 14 + 6 = -1 + Z ⇒ Z = 7. + Dựa vào bảng hệ thống tuần hoàn X là 14 7 N + HS giải. vị cácbon đã học trong hoá học? + Vậy 1u bằng bao nhiêu kg? + 1u = 23 1 12 g 12 6,0221.10 27 1,66055.10 kg − ≈ + Hệ thức Anh-xtanh được viết như thế nào? +Trong vật lí hạt nhân người ta thường