Nghiên cứu, vận dụng phương pháp dạy học theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý xây dựng các dạng bài tập vật lý hạt nhân ( ban cơ bản)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÍ HẠT NHÂN (BAN CƠ BẢN ) Người thực hiện: Dương Thị Hương Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường PT Nguyễn Mộng Tuân SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật lí THANH HOÁ NĂM 2016 -1- MỤC LỤC I MỞ ĐẦU I.1 Lý chọn đề tài I.2 Mục đích nghiên cứu I.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu I.4 Nhiệm vụ nghiên cứu I.5 Phương pháp nghiên cứu II.NỘI DUNG II.1 Cơ sở lí luận vấn đề nghiên cứu II.2 Thực trạng học sinh làm tập Vật lý trường THPT Nguyễn Mông Tuân Đông Sơn III.GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ III.1.SỬ DỤNG LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ III.1.1 Khái niệm phát triển tập vật lý III.1.2 Phương pháp phát triển tập vật lý III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT LÝ 12 BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL III.2.1 Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ tập vật lí hạt nhân” theo hướng phát triển BT III.2.2 Các tập III.2.3 Phát triển tập theo lý thuyết phát triển BTVL III.2.4 Các dạng tập phát triển từ tập III.3.THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM III.3.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm III.3.2 Về kết kiểm tra đánh giá thực nghiệm sư phạm III.3.3 Phân tích kết thực nghiệm IV.KẾT LUẬN -2- Trang 1 1 2 3 4 10 13 13 13 13 14 DANH MỤC VIẾT TẮT -3- BTCB Bài tập BTPH Bài tập phức hợp BTVL Bài tập vật lí BT Bài tập GV Giáo viên HS Học sinh ĐC Đối chứng TN Thực nghiệm I- MỞ ĐẦU I.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Có thể nói phân dạng chương sách vật lý 12 nhiều tác giả biên soạn thiết thực giúp nhiều cho học sinh để tham khảo dùng làm tài liệu ôn thi kì thi quốc gia Tuy nhiên bám sát Sách giáo khoa dẫn tới việc có nhiều dạng toán đề thi có mà Sách giáo khoa mà ta phải suy luận, việc phân dạng tập chương đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức tổng hợp xuyên suốt chương điều làm cụ thể hóa lượng kiến thức chương giúp học sinh tiếp cận nhanh nhớ lâu lượng kiến thức Đối với học sinh có học lực yếu, đặc biệt kiến thức đổi đơn vị, biến đổi biểu thức hạn chế nên để làm tập em gặp nhiều khó khăn, qua thực tế dạy dỗ nhận thấy, việc nhớ công thức để tính toán không khó em việc biến đổi biểu thức, tính toán đến kết cuối khó em Các kiến thức sách giáo khoa bản, nhiên hạn chế suy luận nên gặp tập đòi hỏi phải có suy luận em lúng túng làm nào? Để giúp học sinh nắm bắt dạng tập có sách giáo khoa đề thi quốc gia nên chọn đề tài : NGHIÊN CỨU, VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÍ HẠT NHÂN (BAN CƠ BẢN ) để làm đề tài cho nghiên cứu với mong muốn em nắm vững dạng tập chương IX.Tuy đề tài nằm phạm vi nhỏ tổng thể chương trình vật lí lớp 12 hy vọng giúp đỡ học sinh nắm vững dạng tập xuất đề thi quốc gia gần “Bài tập vật lí hạt nhân” Tôi mong nhận xét quý lãnh đạo, đồng nghiệp để hoàn thiện sáng kiến kinh nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn! I.2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Phân loại hướng dẫn học sinh làm tập Vật lí 12 chương IX Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 12 Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân Đông Sơn I.3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Kết thúc chương IX môn Vật lí lớp 12 để thực việc dạy - học theo phương pháp đổi đạt hiệu cao đòi hỏi giáo viên phải nghiên cứu, tìm tòi để để đưa phương pháp giảng dạy có hiệu nhằm hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp làm tập liên quan đến tập vật lí hạt nhân xuất đề thi quốc gia gần -4- I.4.NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển tập Vật lý - Xây dựng dạng tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển tập chương “Vật lí hạt nhân ” Vật lý 12 (ban bản) - Thực nghiệm sư phạm phương án dạy học thiết kế I.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : Trong trình nghiên cứu sử dụng số phương pháp sau : - Phương pháp điều tra giáo dục - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh - Phương pháp mô tả - Phương pháp vật lý II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: II.1.Cơ sở lí luận vấn đề nghiên cứu Đối với môn vật lý trường phổ thông, tập vật lý đóng vai trò quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm tập Vật lý hoạt động dạy học, công việc khó khăn, bộc lộ rõ trình độ người giáo viên vật lý việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ học sinh, đòi hỏi người giáo viên học sinh phải học tập lao động không ngừng Bài tập Vật lý giúp học sinh hiểu sâu qui luật vật lý, tượng vật lý Thông qua tập dạng khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành công tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc hoàn thiện trở thành vốn riêng học sinh Trong trình giải vấn đề, tình cụ thể tập đề học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá để giải vấn đề, từ giúp giải giúp phát triển tư sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập suy nghĩ, suy luận Nên tập Vật lý gây hứng thú học tập cho học sinh II.2.Thực trạng học sinh làm tập Vật lý trường THPT Nguyễn Mông Tuân Đông Sơn II.2.1.Đặc điểm tình hình nhà trường : - Trường PT Nguyễn Mông Tuân có sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy tương đối tốt, phòng học khang trang, đẹp có phòng thí nghiệm dụng cụ thí nghiệm sử dụng thành công đồ dùng thí nghiệm chất lượng thấp hạn chế để học sinh nắm bắt tượng Vật lí -Trường PT Nguyễn Mông Tuân tuyển học sinh đầu vào có chất lượng thấp, đa phần học sinh có học lực tương đối yếu, dẫn tới học môn Khoa học thực nghiệm môn Vật lí em thường chán nản học đối phó, tập mang tính suy luận em gặp nhiều khó khăn -5- -Đội ngũ giảng dạy môn Vật lí trường trẻ, thâm niên nghề chưa cao, nên việc học hỏi từ đồng nghiệp hạn chế, phải dạy kiêm nhiệm thêm môn công nghệ nên thời gian đầu tư chuyên môn chưa nhiều Tuy nhiên với sức trẻ toàn giáo viên môn Vật lí trường không ngừng học hỏi, trau dồi chuyên môn thuận lợi lớn cho môn Vật lí II.2.2.Thực trạng việc hướng dẫn học sinh làm tập Vật lí chương IX lớp - Trong chương IX : Vật lí hạt nhân khái niệm quen thuộc học sinh, nhiên chất phản ứng hạt nhân em lại mơ hồ, song việc cho em quan sát thí nghiệm mô máy tính em hình dung đặc tính phản ứng hạt nhân - Về kỹ học sinh: Do có học lực yếu việc nắm vững khái niệm, công thức tính như: lượng phản ứng ,năng lượng liên kết , động ,vận tốc khó em nên việc suy luận mở rộng để làm tập đề quốc gia lại khó Trước thực trạng nhận thấy phải hướng dẫn em trước hết phải nắm vững tượng sau kiến thức sách giáo khoa cung cấp, sau từ từ đưa dạng toán ví dụ thực tế đề thi cho em làm quen - Trong trình giảng dạy môn Vật lí giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinh thảo luận tìm kết cho câu hỏi giáo viên thường kết luận đúng, sai không hướng dẫn thêm, việc giảng dạy Vật lý tập vật lí không đạt kết cao, lớp có đối tượng học sinh khá, trung bình, yếu, nên khả tư em khác nhau, học sinh yếu, hay trung bình tư kịp nhanh học sinh khá, nên thảo luận em chưa thể kịp hiểu vấn đề thảo luận nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian thi xem nhóm đưa kết nhanh thường kết tư học sinh nhóm mà cộng tác toàn thành viên nhóm, giáo viên không trọng đến việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải tập Vật lí học sinh đoán mò không nắm vững kiến thức chương Do đưa dạng tập tự học sinh phải tự làm theo hướng dẫn III.GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ III.1 SỬ DỤNG LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ III.1.1.Khái niệm phát triển tập vật lý - BTCB(Bài tập bản): tập mà giải cần sử dụng đơn vị kiến thức (một khái niệm định luật vật lý): -6- - BTPH(Bài tập phức hợp): tập mà giải cần sử dụng từ hai đơn vị kiến thức trở lên Như vậy, BTPH tổ hợp tập Thực chất việc giải BTPH việc nhận BTCB tập - Phát triển tập biến đổi BTCB thành BTPH theo phương án khác III.1.2.Phương pháp phát triển tập vật lý -Việc phát triển BTVL cần phải trải qua hoạt động: Chọn BTCB, phân tích cấu trúc BTCB theo phương pháp khác -Việc chọn BTCB hành động có tính định cho việc củng cố kiến thức, kỹ -Từ BTCB, phát triển thành BTPH muôn hình, muôn vẻ Về mặt lý luận khái quát thành ba hướng phát triển tập sau: Phương án 1: Hoán vị giả thuyết kết luận BTCB để BTCB khác có độ khó tương đương Phương án 2: Phát triển giả thuyết BTCB Dữ kiện toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số phương trình biểu diễn kiến thức mà kiên hệ gián tiếp thông qua chưa biết trung gian a, b, nhờ phương trình biểu diễn kiến thức khác Phát triển giả thuyết BTCB thay giả thuyết tập số BTCB khác buộc tìm đại lượng trung gian chưa biết liên hệ kiện với ẩn số -Mức độ phức tạp phụ thuộc vào số toán trung gian (số chưa biết) Tuỳ thuộc vào đối tượng học sinh mà tăng giảm số toán trung gian Phương án 3: Phát triển kết luận BTCB -Cái cần tìm (ẩn số) không liên hệ trực tiếp với kiện kiến thức mà thông qua ẩn số trung gian Phát triển kết luận thay kết luận BTCB số BTCB trung gian để tìm ẩn số trung gian X, Y, liên kết liệu a, b, c ẩn số x1, y1 -Mức độ phức tạp phụ thuộc số toán trung gian (số ẩn số toán trung gian) III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT LÝ 12 BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL III.2.1.Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ tập vật lí hạt nhân” theo hướng phát triển BT III.2.1.1.Cơ sở lựa chọn tập Ta biết tập tập mà lời giải cần thiết lập mối liên hệ đại lượng cho đại lượng cần tìm dựa vào kiến thức học Các tập phải đảm bảo cho HS ôn tập sử dụng công thức chương III.2.1.2.Kiến thức trọng tâm A.Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân -7- a) Bảo toàn số khối A: Tổng số A hạt trước phản ứng sau phản ứng AA + AB = AC + AD b) Bảo toàn điện tích Z A + Z B = Z C + Z D c) Bảo toàn lượng bảo toàn động lượng: “Trong phản ứng hạt nhân, lượng động lượng bảo toàn” Lưu ý: Không có định luật bảo toàn khối lượng hệ Xét phản ứng hạt nhân: A + B → C + D Do độ hụt khối hạt nhân khác nhau, khiến tổng khối lượng m hạt nhân sau phản ứng khác tổng khối lượng m hạt nhân trước phản ứng.Đặt mtr­íc = m A + mB vµ msau = mC + mD mtr­íc ≠ msau B.Phóng xạ t Khối lượng lại X sau thời gian t : m = m −T Số hạt nhân X lại sau thời gian t : Công thức liên hệ : n = = m e −λ.t t N = N − T = N e −λ.t 0 N m = NA A Chú ý: + t T phải đưa đơn vị + m m0 đơn vị không cần đổi đơn vị C.Phản ứng hạt nhân toả lượng + Nếu mtr­íc > msau ban đầu hệ có lượng ( Etr­íc = mtr­íc c ) lớn lượng hệ sau phản ứng ( Esau = msau.c ) nên theo định luật bảo toàn phản ứng phải toả lượng: ∆E = ( mtr­íc − msau ) c2 dạng động hạt nhân sinh phôtôn γ + Các hạt nhân sinh bền hạt nhân ban đầu + Vậy, phản ứng hạt nhân hạt sinh ra, có tổng khối lượng bé tổng khối lượng hạt ban đầu, nghĩa bền vững hơn, phản ứng toả lượng D.Phản ứng hạt nhân thu lượng + Nếu mtr­íc < msau Etr­íc < Esau , nghĩa phản ứng tự xẩy Muốn phản ứng xẩy ra, phải cung cấp lượng dạng động hạt A B Năng lượng cung cấp cho phản ứng W bao gồm ∆E = ( msau − mtr­íc ).c động Wd hạt nhân sinh: W = ∆E + Wd + Vậy, phản ứng hạt nhân sinh hạt có tổng khối lượng lớn tổng khối lượng hạt ban đầu, nghĩa bền vững hơn, phản ứng thu lượng E.Hai loại phản ứng hạt nhân toả lượng -8- Nghiên cứu lượng liên kết riêng hạt nhân, người ta nhận thấy: + Các hạt nhân có số khối trung bình bền vững + Các nguyên tố cuối bảng tuần hoàn như: Urani, Plutoni có số khối lớn bền vững + Các nguyên tố đầu bảng tuần hoàn H, He có số khối nhỏ bền vững Vậy có hai loại phản ứng hạt nhân toả lượng, gọi lượng hạt nhân + Một hạt nhân nặng Urani, Plutoni hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình Gọi phản ứng phân hạch + Hai hạt nhân nhẹ hidro, hêli kết hợp với thành hạt nhân nặng Gọi phản ứng nhiệt hạch III.2.2.Các tập Bài tập 1: Cho:­mC­=­12,00000­u;­mp­=­1,00728­u;­mn­=­1,00867­u; 1u­=­1,66058.10-27­kg;­1eV­= 1,6.10-19­J­;­c­=­3.108­m/s.­Năng­lượng tối­thiểu­để­tách­hạt­nhân ­ 126 C ­ thành­các­nuclôn­riêng­biệt­bằng bao­nhiêu­? Giải 12 12 Xét­phản­ứng­tách­ C ­­­­­­­­­­­­­ C → p + 6n Ta­có­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ m0 = 12u m = 6( m p + mn ) = 6(1,00728 + 1,00867 ) = 12,0957u ∆E = Suy lượng tối thiểu ( m − m0 ) c = (12,0957 − 12) uc e e ( 12,0957 − 12 ).1,66058.10 −27.( 3.108 ) ∆E = = 0,894.108 ( eV ) 1,6.10 −19 Bài tập 2: Biết số Avôgađrô 6,02.10 23 mol-1, khối lượng mol hạt nhân urani 238 Số nơtron 119 gam urani 238 92 U 238 gam / mol 92 U ? Giải - Số hạt nhân có 119 gam urani 238 92 U : N= m N A A = 119 6,02.10 23 = 3.01.10 23 238 hạt Suy số hạt nơtron có N hạt nhân urani 238 92 U : (A-Z) N = ( 238 – 92 ).3,01.1023 = 4,4.1025 hạt ­ Bài tập 3:Hạt nhân 104 Be có khối lượng 10,0135u Khối lượng nơtrôn (nơtron) mn = 1,0087u, khối lượng prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 104 Be ? Gi¶i : - -9- Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 104 Be : ∆E lk ( 4mp + 6mn − mBe ) c ε= = = 6,3215MeV A 10 Bài tập 4: Cho phản ứng hạt nhân: 31T + 12 D → 24 He + X Lấy độ hụt khối hạt nhân T, hạt nhân D,hạt nhân He 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa phản ứng xấp xỉ ? Giải: Nhiệt lượng tỏa : W= ( m trước – m sau).c2 = ( ∆m sau - ∆m trước )c2 X hạt nơtrôn nên ∆mx = W= (∆mHe − ∆mT − ∆mD )c = (0, 030382 − 0, 009106 − 0, 002491)uc =0,018785.931,5=17,498MeV Bài tập 5: Khối lượng hạt 104 Be mBe = 10,01134u, khối lượng nơtron mN = 1,0087u, khối lượng proton mP = 1,0073u Tính độ hụt khối hạt nhân 104 Be bao nhiêu? Gi¶i 10 - Xác định cấu tạo hạt nhân Be có Z = 4proton, notron - Vận dụng công thức độ hụt khối : ∆m =  Z m p + ( A − Z ).mN − mhn  = 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u ∆m = 0,069u Bài tập 6: Cho biết mα = 4,0015u; mO = 15,999 u; m p = 1,007276u , mn = 1,008667u Hãy xếp hạt nhân 24 He , 126C , 168 O theo thứ tự tăng dần độ bền vững : Giải - Đề không cho khối lượng C ý dùng đơn vị u, mà theo định nghĩa đon vị u 1/12 khối lượng đồng vị 12C ⇒ lấy khối lượng 12C 12 u - Suy lượng liên kết riêng hạt nhân : He : Wlk = (2.mp + 2.mn – m α )c2 = 28,289366 MeV ⇒ Wlk riêng = 7,0723 MeV / nuclon C : Wlk = (6.mp + 6.mn – mC )c2 = 89,057598 MeV ⇒ Wlkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon O : Wlk = (8.mp + 8.mn – mO )c2 = 119,674464 meV ⇒ Wlk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Vậy chiều bền vững hạt nhân tăng dần : He < C < O Bài tập 7: Chất Iốt phóng xạ 131 53 I dùng y tế có chu kỳ bán rã ngày đêm Nếu nhận 100g chất sau tuần lễ bao nhiêu? 12 - 10 - Giải Ta có : t = tuần = 56 ngày = 7.T Suy sau thời gian t khối lượng chất phóng xạ m = m0 t − T 131 53 I­còn lại : = 100.2 −7 = 0,78 gam Bài tập 8: Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân Sau năm, lại phần ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã Sau năm nữa, số hạt nhân lại chưa phân rã chất phóng xạ Giải N - Ta có : t1 = 1năm số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) : N = t T = - Sau 1năm tức t2 = 2t1 năm số hạt nhân lại chưa phân rã :  N2 1 = t = 2t1 ⇔ N =  N0 N  Tt 2T T 2 2  N1 N N  = 1 = = =    Hoặc N2 = 3  Bài tập 9: Chất phóng xạ Poloni 210 84 Po có chu kì bán rã T = 138 ngày phóng tia α biến thành đồng vị chì 206 82 Pb ,ban đầu có 0,168g poloni Hỏi sau 414 ngày đêm có : a Bao nhiêu nguyên tử poloni bị phân rã? b Tim khối lượng chì hình thành thời gian Giải : t = 414 ngày = 3T a.Số nguyên tử bị phân rã sau chu ki: ∆N = N − N = N − N −3 = N hay khối lượng chất bị phân rã ∆m = m0 = 0,147g ∆N = m0 7.0,168 NA = 6,023.10 23 = 4,214.10 20 nguyên tử 8A 8.210 b.Khối lượng chì hình thành 414 ngày đêm: ∆mme 0,147 206 = 0,144 g mcon = A Acon = 210 me III.2.3.Phát triển tập theo lý thuyết phát triển BTVL Ta phát triển BTCB thành BTPH theo lý thuyết phát triển tập theo phương án vạch ra, dạng BTCB1 phát triển dạng toán khác sau: Phương án : Hoán đổi giả thuyết kết luận tập - 11 - Bài tập 1: Tổng hợp hạt nhân heli 24 He từ phản ứng hạt nhân 11H + 37 Li → 24 He + X Mỗi phản ứng tỏa lượng 17,3 MeV Năng lượng tỏa tổng hợp 0,5 mol heli ? Giải: Khi tạo hạt Hêli lượng tỏa 17,3 MeV  Năng lượng tỏa ra: E = 17,3.N = 17,3 0,5.6,02.1023 = 5,2.1024MeV 95 139 Bài tập 2: 235 phản ứng phân hạch 92 U + n → 42 Mo + 57 La +2 n + 7e Urani 235 Biết khối lượng hạt nhân : m U = 234,99 u ; mMo = 94,88 u ; mLa = 138,87 u; mn = 1,0087 u.Cho suất toả nhiệt xăng 46.106 J/kg.Khối lượng xăng cần dùng để toả lượng tương đương với gam U phân hạch Giải 235 Số hạt nhân nguyên tử U gam vật chất U : N = m N A A = 235 6,02.10 23 = 2,5617.10 21 hạt Năng lượng toả giải phóng hoàn toàn hạt nhân 235U mn = 1,0087 u ∆E = ( M0 – M ).c2 = ( mU + mn – mMo– mLa – 2mn ).c2 = 215,3403 MeV Năng lượng gam U phản ứng phân hạch : E = ∆E.N = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.1023 1,6.10 –3 J = 8,8262J Khối lượng xăng cần dùng để có lượng tương đương Q=E m = Q 46.106 ≈ 1919 kg Bài tập 3: ­Cho phản ứng hạt nhân: 12 D + 12D→ 23He+ 01n Xác định lượng liên kết hạt nhân 23 He Cho biết độ hụt khối 12 D ∆m D = 0,0024u tổng lượng nghỉ hạt trước phản ứng nhiều tổng lượng nghỉ hạt sau  Mev    c  phản ứng 3,25 ( MeV ) Lấy 1u = 931  Giải : + Theo công thức tính lượng liên kết hạt nhân ZA X : ∆Elk = ( Zm p + ( A − z ) mn − mhn ) Đối với hạt nhân 23 He có prôtôn nơtrôn: ∆Elk = ( 2m p + mn − m He )c (1) + Tổng lượng nghỉ hạt trước lớn tổng lượng nghỉ hạt sau phản ứng 3,25 ( MeV ) , tức là: - 12 -  Mev  E − E = ,25 ( Mev ) ⇔ 2m Dc − ( m α + m n ) c = ,25 ( Mev ) ⇒ 2m D − m He − m n = ,25   ( 2)  c  + Độ hụt khối hạt nhân D :   Mev   ∆m D = m P + m n − m D ⇔ ,0024.931  c  = m P + m n − m D     ⇒ 2m + 2m − 2m = ,4688  Mev  ( ) P n D   c   Mev  +­LÊy­(2)­+­(3):­ 2m p + mn − m He = ,7188   ( 4)  c  +­Thay­(4)­vµo­(1):­ ∆Elk = ,7188 ( Mev ) Bài tập 4: ­Bắn hạt α vào hạt nhân nitơ 147 N đứng yên, xẩy phản ứng hạt nhân: α +147N →178 O + p Biết hai hạt sinh có véc tơ vận tốc 1) Phản ứng toả hay thu lượng? 2) Xác định động hạt tạo thành động hạt α Cho khối lượng hạt nhân: ( mα = 4,0015u; m N = 13,9992u; mO = 16,9947u; mP = 1,0073u; 1u = 931 Mev / c ) Giải: 1) Năng lượng phản ứng tính theo công thức: [ ] ∆E = ( mα + m N ) − ( mO + m p ) c = [ ( ,0015u + 13,9992u ) − (16 ,9947u + 1,0073u ) ]c ( ∆E = −1,21 Mev / c ) + Giá trị âm chứng tỏ phản ứng thu lượng 1,21 ( Mev / c ) 2) Sử dụng định luật bảo toàn động lượng lượng toàn phần:       mα vα = mO vO + mP v P mα vα = mO vO + m P v P (1) ⇒  2 ( ) ( ) W + m + m c = W + W + m + m c WO + WP = Wα + ∆E ( ) α α N O P O P       2 Mà vO = v P = v : (1) ⇔ mα vα = ( mO + mP ) v ⇔ mα2 vα2 = ( mO + mP ) v ⇔ 2mαWα = ( mO + mP ) v  mO v m mW 16,9947u 4,0015u Wα = O α α2 = ≈ 0,21.Wα ( 3) WO = ( mO + mP ) (16,9947u + 1,0073u ) 2mαWα  ⇒v = ⇒ ( mO + mP )  m P mαWα 1,0073u 4,0015u Wα m v2 WP = P = = ≈ 0,012.Wα ( 4) 2  ( ) ( ) m + m 16 , 9947 u + , 0073 u O P  , 21 W + , 012 W + Thay (3), (4) vào (2): α α = Wα − 1,21 ⇒ Wα ≈ 1,555 ( Mev ) ( 5) + Thay (5) vào (3) (4): WO = 0,21.1,555 ≈ 0,326 ( Mev ) ; WP = 0,012.1,555 ≈ 0,019 ( Mev ) III.2.4.Các dạng tập phát triển từ tập Khi nghiên cứu nhận thấy, việc giải tập liên quan đến đại lượng vật lí thấy học sinh lúng kết hợp phương pháp , trước tiên phải hướng dẫn học sinh cách đổi đơn vị cách chi tiết nhất,sau hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức vào tập - 13 - Bài tập 1: Hạt nhân 234 92 U đứng yên phóng xạ hạt α Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành Tính lượng toả dạng động hạt nhân hạt α Tính vận tốc hạt m α = ,0015u ; m U = 233 ,99u ; m Th = 229 ,9737u ; 1u = 931 ( Mev / c ) Giải: 234 Phương trình phân rã phóng xạ: 92 U→ 42 He+ AZ X + Theo định luật bảo toàn điện tích số khối: Z + = 92 ; A + = 234 , suy ra: z = 90 ; A = 230 Vậy X 23090Th + Năng lượng phản ứng tính theo công thức: ∆E = ( m U − m α − m Th ) c = ( 233 ,99u − ,0015u − 229 ,9737u ) c = ,0148.931 Mev c ≈ 13 ,78 ( Mev ) c2 + Giá trị dương chứng tỏ phản ứng toả lượng + Định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn lượng (nếu phôtôn):    0 = m α v α + m X v X m α Wα = m X WX 4 ,0015Wα − 229 ,9737 WX = ⇔ ⇔    m U c = Wα + WX + ( m α + m X ) c  Wα + WX = ∆E  Wα + WX = 13 ,78  WX ≈ ,24 ( Mev ) ⇒  Wα ≈ 13 ,54 ( Mev ) + Tính vận tốc từ công thức: W = Cách 1: Thay 1u = 931 ( Mev / c ) mv 2.W ⇒v= có hai cách sau: m  2.Wα 2.13,54 ( Mev ) 2.13,54 = =c = 0,256.108 ( m / s )  vα = m , 0015 931 Mev / c , 0015 931 α   2.0,24 ( Mev ) 2.0,24  v = 2.WTh = =c = 0,45.106 ( m / s )  Th m 229 , 9737 931 Mev / c 229 , 9737 931 Th  Cách 2: Thay 1u = 1,66.10 −27 ( kg ) ( ) ( )  2.13 ,54.1 ,6.10 − 19 ( J ) 2.Wα = = ,256.108 ( m / s )  vα = − 27 mα ,0015.1 ,66.10 ( kg )   2.0 ,24.1 ,6.10 − 19 ( J ) 2.WTh  = = ,45.106 ( m / s ) − 27  v Th = m 229 ,9737.1 ,66.10 ( kg ) Th  Bài tập 2: Dùng proton có động 5,45MeV bắn vào hạt nhân 49 Be đứng yên Phản ứng tạo hạt nhân X hạt nhân α Hạt α bay theo phương vuông góc với phương tới proton có động MeV Khi tính động hạt, lấy khối lượng hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối chúng Năng lượng tỏa phản ứng ? Giải: - 14 - Phương trình phản ứng hạt nhân +) W = Wđα + WđLi - Wđp = WđLi - 1,45 (MeV)  Pp = Pα + PLi +)   Pα ⊥ Pp 2 1 p + 49Be→ 24 He+ 36Li ⇒ PLi = Pα + Pp ⇔ mLiWdLi = mα Wdα + m pWdp ⇒ WdLi = 3,575MeV ⇒ Năng lượng tỏa phản ứng W = 2,125 MeV Bài tập 3: Dùng hạt α có động 4,5 ( Mev ) bắn phá hạt nhân 12 37Al đứng yên tạo hạt nhân X nơtron 1) Xác định X Phản ứng thu hay toả lượng? Xác định lượng 2) Biết lượng toả phản ứng chuyển hết thành động hạt tạo thành hạt nhân X chuyển động theo phương hợp với phương chuyển động hạt α góc ϕ = 150 Tính động hạt nhân Cho khối lượng hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử ( mα = 4,0015u; m Al = 26,97435u; m X = 29,97005u; mn = 1,0087u; 1u = 931 Mev / c ) Giải: 1) Phương trình phản ứng hạt nhân: α +1327Al → 01n+1530X + X hạt nhân phốt 1530 P + Năng lượng phản ứng: ∆E = [ mα + m Al − ( mn + m X ) ] c = [ 4,0015 + 26,97435 − (1,0087 + 29,97005) ]uc ≈ −2,7 ( MeV ) < : phản ứng thu lượng 2) áp dụng định luật bảo toàn động lượng lượng (nếu phôtôn       mα vα = mn v n + m X v X mα vα − m X v X = m P v P ⇔ phản ứng):  2 Wn + W X = Wα + ∆E Wα + ( mα + m Al ) c = Wn + W X + ( mn + m X ) c    mα vα − m X v X = mP v P (1) ⇔ Wn = Wα + ∆E − W X = 4,5 − 2,7 − W X = 1,8 − W X ( )   + Cho ( v X , vα ) = 150 bình phương hai vế phương trình (1): mα2 vα2 + m X2 v X2 − 2.mα m X vα v X cos150 = mn2 v n2 ⇔ mα Wα + m X W X − mα Wα m X W X cos15 = mnWn ⇔ mα m m m Wα + X W X − α Wα X W X cos15 = Wn ( 3) mn mn mn mn + Thay (2) vào (3) sau thay số vào: 4,0015 29,97005 4,0015 29,97005 4,5 + WX − 4,5 W X 0,9659 = 1,8 − W X 1,0087 1,0087 1,0087 1,0087 + Đặt t = W X phương trình viết lại: W = t ≈ 0,59 ( Mev ) t ≈ 0,77 17,85 + 29,71.t − 44,487.t = 1,8 − t ⇔ 30,71.t − 44,487.t + 16,05 = ⇒  ⇒ X t ≈ 0,68 W X = t ≈ 0,46 ( Mev ) - 15 - Bài tập 4: Hạt α có động Wα = ( MeV ) đến bắn phá hạt nhân 147 N đứng yên, gây phản ứng hạt nhân, tạo hạt prôtôn hạt nhân X 1) Xác định hạt nhân X tính xem phản ứng toả hay thu vào lượng Mev? 2) Giả sử hai hạt sinh có độ lớn vận tốc Hãy tính động vận tốc hạt prôtôn Cho biết khối lượng hạt nhân: ( mα = 4,0015u ; mP = 1,0073u ; m N = 13,9992u ; m X = 16 ,9947u ; 1u = 931 Mev / c ) Giải: 1) Phương trình phản ứng hạt nhân: He+147N →11H + ZAX Z + = + Z = ⇒ Ta tìm  A + = 14 +  A = 17 + Theo định luật bảo toàn điện tích số khối:  hạt nhân X hạt nhân 178 O , có prôtôn nơtrôn + Năng lượng phản ứng: ∆E = [ mα + m N − ( mH + mO ) ]c = −1,21 ( MeV ) < : phản ứng thu lượng m X v X2 WX m X 16 ,9947u 2) Từ điều kiện phụ suy ra: W = m v = m = 1,0073u ≈ 16,87 ⇒ W X = 16,87W p (1) p p p p + áp dụng định luật bảo toàn lượng (nếu phôtôn phản ứng): Wα + ( mα + m N ) c = WP + W X + ( m P + m X ) c ⇔ WP + W X = Wα + ∆E ⇔ WP + W X = ,79 + Thay (1) vào (2) ta có: WP + 16,87WP = 2,79 ⇒ WP ≈ 0,156 ( Mev ) + Vận tốc: W p = m p v 2p ⇒ vp = 2W p mp = ( 2) 2.0 ,156 ( Mev ) ≈ ,0182.c = 5,5.10 ( m / s ) 1,0073.931 Mev / c ( ) III.3.THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM III.3.1.Đối tượng thực nghiệm sư phạm - Đối tượng chọn lớp 12 thuộc trường THPT Nguyễn Mộng Tuân giảng dạy 12A1 làm thực nghiệm (TN) lớp 12A3 đối chứng (ĐC) cho đề tài - Giảng dạy : “CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÍ HẠT NHÂN” Vật lí 12 ban III.3.2.Về kết kiểm tra đánh giá thực nghiệm sư phạm Do số kiểm tra hai nên tính điểm trung bình học sinh đạt theo công thức sau: Trong đó: xi = x15 + ( 2.x1T ) x15 điểm kiểm tra 15 phút x1T điểm kiểm tra tiết Bảng : Kết thực nghiệm - 16 - Lớp Sĩ số 39 TN 100% ĐC 39 Số học sinh đạt điểm xi 0 % 0% 2% 4 10% 23% 10 10 26% 7 8 10 21% 13% 5% % 100 05 13% 21% 26% 18% 10 5% 2% % % % % % III.3.3.Phân tích kết thực nghiệm Dựa vào số liệu tính toán rút nhận xét sau đây: -Tỉ lệ học sinh kiểm tra đạt loại trung bình yếu lớp TN giảm đáng kể so với lớp ĐC Ngược lại số học sinh đạt loại khá, giỏi lớp TN cao lớp ĐC.Như vậy, mặt chất lượng vận dụng kiến thức (cả phương pháp kiến thức khoa học) học sinh lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng - Từ việc phân tích số liệu thực nghiệm đến kết luận: + Giả thiết nêu kiểm chứng kiểm nghiệm thông qua thực nghiệm + Việc tổ chức dạy học theo tiến trình đề xuất đem lại hiệu việc nâng cao kiến thức học sinh Nếu áp dụng hệ thống tập phát triển vào trình dạy học vật lý trường phổ thông chắn góp phần phát triển tư sáng tạo học sinh góp phần nâng cao chất lượng dạy học IV.KẾT LUẬN Dựa vào kết trình nghiên cứu, kết thực nghiệm sư phạm, đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu đề tài, đạt kết sau: IV.1 Về mặt lý luận: Đưa hình thức sử dụng tập phát triển dạy học vật lí IV.2 Về mặt nghiên cứu ứng dụng: Hình thức đưa tập phát triển theo kiểu định hướng tìm tòi, khái quát chương trình hóa có tác dụng tốt việc phát triển lực tư khả sáng tạo cho HS IV.3 Khả ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn - Qua kết đợt thực nghiệm sư phạm tiến hành, cho phép rút kết luận bước đầu tính khả thi hiệu việc sử dụng hệ thống tập phát triển trình dạy học để rèn luyện tư sáng tạo cho HS để góp phần nâng cao hiệu dạy học môn Vật lí - Trong điều kiện việc đưa hệ thống BT lồng ghép với BTPH khả thi cần thiết Bởi hệ thống tập phát triển gây hứng thú cao độ, kích thích lòng ham hiểu biết, trí tò mò, phát huy tính tích cực, độc lập cuả HS - 17 - Những kết luận lần khẳng định việc sử dụng hệ thống tập phát triển vào dạy học nhằm rèn luyện lực tư sáng tạo cho HS đắn thiết thực, phù hợp với yêu cầu đổi phương pháp dạy học nước ta KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT - Để nâng cao hiệu dạy học đòi hỏi nỗ lực vươn lên không ngừng học sinh mà phải có nghiên cứu tìm tòi học hỏi giáo viên giảng dạy - Phải có hợp tác toàn diện đồng nghiệp tổ chuyên môn Bởi theo tôi, nên trọng đến buổi họp tổ chuyên môn, nhóm chuyên môn để thảo luận đến vấn đề đổi mới, tập khó chương trình phổ thông hành XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày16 tháng5 năm2016 Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết Dương Thị Hương - 18 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Sách tập Vật lí 12 CB Bài giảng trọng tâm chương trình Vật lí 12 PGS.TS Vũ Thanh Khiết NXB Đại học Quốc gia Hà nội Website : http://thuvienvatli.com - 19 - ... niệm phát triển tập vật lý III.1.2 Phương pháp phát triển tập vật lý III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT LÝ 12 BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL III.2.1 Xây dựng hệ thống... nên chọn đề tài : NGHIÊN CỨU, VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÍ HẠT NHÂN (BAN CƠ BẢN ) để làm đề tài cho nghiên cứu với mong... III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT LÝ 12 BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL III.2.1 .Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ tập vật lí hạt nhân theo hướng phát triển BT III.2.1.1.Cơ