skkn phát triển năng lực của học sinhTHPT qua hệ thống bài tập vận dụng các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân” chương hạt nhân nguyên tử – vật lí 12

MỤC LỤC Trang 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……………………………………………………… 2.1.1 Khái niệm tập vật lí 2.1.2 Vai trò tập dạy học vật lí 2.1.3 Phân loại tập vật lí 2.1.4 Phương pháp giải tập vật lí 2.1.5 Nguyên tắc xây dựng, tuyển chọn phân loại tập theo logic nhận thức hệ thống tập chọn lọc 2.1.6 Các tiêu chí dùng để xây dựng hệ thống tập 2.2 Thực trạng đề tài 2.3 Các giải pháp thực hiện…………………………………………… 2.3.1 Kiến thức phản ứng hạt nhân vật lí lớp 12………… 2.3.2 Bài tập vận dụng định luật bảo toàn phản tứng hạt nhân vật lí lớp 12 THPT ………………………………… 2.3.2.1 Bài tập vận dụng định luật bảo tồn điện tích bảo tồn số khối 2.3.2.2 Bài tập tìm lượng phản ứng hạt nhân biết khối lượng độ hụt khối hạt nhân phản ứng 2.3.2.3 Bài tập xác định lượng, động vận tốc hạt phản ứng hạt nhân … 2.4 Hiệu SKKN Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận…………………………………………………………… 3.2 Kiến nghị………………………………………………………… Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 1 2 3 3 3 4 5 7 10 16 17 17 17 19 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1.1 Lý khách quan Nhân loại kỷ XXI - kỷ mà tri thức, kĩ người coi yếu tố định phát triển xã hội Trong xã hội tương lai- xã hội dựa vào tri thức, giáo dục phải đào tạo người thông minh, trí tuệ phát triển, sáng tạo giàu tính nhân văn Muốn thực tốt nhiệm vụ này, nhà trường phổ thông trước hết phải cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức phổ thông, bản, đại, phù hợp với thực tế đất nước, tư hệ thống kĩ năng, kĩ xảo tương ứng  7 Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức bản, có hệ thống vật lí Hệ thống kiến thức phải thiết thực có tính kỹ thuật tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý đại Trong dạy học vật lí, nâng cao chất lượng học tập phát triển lực giải vấn đề học sinh nhiều biện pháp, phương pháp khác Bài tập vật lý với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý học sinh có những kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp Đặc biệt tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn Tuy nhiên, số lượng tập sách giáo khoa sách tập nhiều, xếp chưa hợp lý, gây khó khăn cho nhiều giáo viên việc lựa chọn tập cho học sinh Vì vậy, cần phải có lựa chọn, phân loại, xếp lại tập theo hệ thống tối ưu phù hợp với chương trình giáo dục thời gian dành cho học sinh lớp học, nhà 1.1.2 Lý chủ quan Trong chương trình vật lí 12, chương “Hạt nhân nguyên tử” phần kiến thức khó, bổ ích lượng hạt nhân nguồn lượng vô tận tương lai không xa Đây sở để giáo dục kiến thức tổng hợp hướng nghiệp cho học sinh Phần kiến thức có nhiều tập hay giúp học sinh đào sâu suy nghĩ phát triển tư thực tiễn Tuy nhiên thực tế giảng dạy, nhận thấy hệ thống tập phần sách giáo khoa sách tập chưa thực khoa học, sáng tạo Dẫn đến khó khăn cho giáo viên học sinh việc chọn lựa tập có hệ thống phù hợp, từ khơng phát triển lực học sinh Vì kết học tập phần kiến thức không cao Nhận thức điều này, tơi mạnh dạn trình bày sáng kiến kinh nghiệm với đề tài:“Phát triển lực học sinhTHPT qua hệ thống tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân” Chương hạt nhân nguyên tử – vật lí 12 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xác định hệ thống tập tối thiểu đề cách sử dụng trình dạy học tập định luật bảo tồn phản ứng hạt nhân - vật lí 12 THPT, nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức phát triển lực giải vấn đề thơng qua giải tập vật lí 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống kiến thức tập “phản ứng hạt nhân” vật lí 12 THPT 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Học sinh lớp: 12C2; 12C3; 12C9 năm học 2016-2017 học sinh lớp 12A2; 12A3; 12A9 năm học 2017-2018 trường THTP Quảng Xương II 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng phân tích lí luận, thực nghiệm sư phạm kết hợp phương pháp khác, điều tra kiểm tra viết, quan sát, trò chuyện Để đưa cách phân loại tập vật lí dựa vào hoạt động tư học sinh trình tự lực giải vấn đề cách giáo viên hướng dẫn học sinh giải tập Đề tài nghiên cứu sở lí luận tập vật lí, đồng thời, qua điều tra thực trạng nắm vững kiến thức học sinh, xem xét thực tiễn sử dụng tập giáo viên, việc giải tập học sinh mà lựa chọn tập phù hợp hướng dẫn giải loại tập vật lí 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2.1.1 Khái niệm tập vật lí Bài tốn vật lí, hay đơn giản gọi tập vật lí, phần hữu trình dạy học vật lí cho phép hình thành làm phong phú khái niệm vật lí, phát triển tư thói quen vận dụng kiến thức vào thực tiễn  6 2.1.2 Vai trò tập dạy học vật lí + Bài tập giúp cho việc ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức: + Bài tập vật lí phương tiện củng cố, ơn tập kiến thức sinh động Khi giải tập, học sinh phải nhớ lại kiến thức học, có phải sử dụng tổng hợp kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần chương trình + Bài tập điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức + Bài tập vật lí phương tiện quý báu để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát thu nhận để giải vấn đề thực tiễn + Giải tập hình thức làm việc tự lực cao học sinh + Giải tập vật lí góp phần làm phát triển tư sáng tạo học sinh + Bài tập vật lí phương tiện có hiệu để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh  6 2.1.3 Phân loại tập vật lí  6 2.1.3.1 Phân loại theo phương thức giải Theo phương thức giải, người ta phân biệt thành tập định tính, tập định lượng, tập thí nghiệm, tập đồ thị 2.1.3.2 Phân loại theo nội dung Theo nội dung, người ta phân biệt tập có nội dung trừu tượng, tập có nội dung cụ thể, tập có nội dung thực tế, tập vui 2.1.3.3 Phân loại theo mục đích lí luận dạy học Có thể phân biệt thành tập luyện tập, tập sáng tạo (bài tập nghiên cứu, tập thiết kế) 2.1.3.4 Phân loại theo hình thức làm Theo hình thức này, tập phân thành tập tự luận, tập trắc nghiệm khách quan 2.1.4 Phương pháp giải tập vật lí  6 Có thể vạch dàn chung gồm bước sau: + Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt kiện; + Phân tích tượng; + Xây dựng lập luận; + Lựa chọn cách giải cho phù hợp; + Kiểm tra, xác nhận kết biện luận 2.1.5 Nguyên tắc xây dựng, tuyển chọn phân loại tập theo logic nhận thức hệ thống tập chọn lọc  6 Bài tập vật lí nói chung có tác dụng lớn mặt: giáo dục, giáo dưỡng, phát triển tư giáo dục kỹ thuật tổng hợp Tác dụng tích cực q trình dạy học có lựa chọn thật cẩn thận hệ thống tập: chặt chẽ nội dung, thích hợp phương pháp bám sát mục đích, nhiệm vụ dạy học trường phổ thơng 2.1.6 Các tiêu chí dùng để xây dựng hệ thống tập  6 Hệ thống tập lựa chọn cần thỏa mãn tiêu chí sau: +Tiêu chí 1: Các tập phải từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp +Tiêu chí 2: Mỗi tập chọn phải mắt xích hệ thống kiến thức vật lý, +Tiêu chí 3: Hệ thống tập phải giúp cho học sinh có kỹ vận dụng toán học tốt để sau dễ tiếp thu kiến thức phần có thời gian nhiều dành cho phần chất vật lí tập phải giải +Tiêu chí 4: Hệ thống tập phải đảm bảo tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh học tập +Tiêu chí 5: Hệ thống tập chọn lọc phải giúp cho học sinh nắm phương pháp giải loại, dạng cụ thể +Tiêu chí 6: Hệ thống tập phải giúp học sinh tự tìm vấn đề +Tiêu chí 7: Nội dung tập phải phù hợp yêu cầu kì thi phải đảm bảo phù hợp với thời gian học tập học sinh lớp nhà 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 2.2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường Trường THPT Quảng Xương II trải qua 50 năm xây dựng trưởng thành Nhà trường đóng địa bàn xã Quảng Ngọc, Quảng Xương, Thanh Hóa Vùng tuyển sinh nhà trường vùng đồng bằng, với học sinh chủ yếu em nông Trường có đội ngũ giáo viên vững vàng tay nghề, nhiệt tình, tâm huyết với cơng tác giáo dục giảng dạy, em học sinh đa phần ngoan, chịu khó, với khả tư mức 2.2.2 Thực trạng đề tài Thực trạng vấn đề giải tập “Phản ứng hạt nhân” vật lí 12 THPT - Về kiến thức: Đa phần học sinh chưa nắm vững kiến thức định luật bảo toàn động lượng (đã học chương trình vật lí lớp 10), định luật bảo toàn lượng toàn phần, kiến thức véc tơ toán học; hiểu mơ hồ đơn vị khối lượng hạt nhân nguyên tử hay chưa hiểu rõ chất vật lí cách xây dựng cơng thức tính cho phần mà dừng lại mức độ thuộc vẹt số công thức đơn giản - Về kỹ năng: Học sinh chưa biết cách sử dụng linh hoạt định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân, cách đổi đơn vị khối lượng hạt nhân nguyên tử phép tốn để giải Vì em giải cách mị mẫm, khơng có định hướng rõ ràng, áp dụng cơng thức máy móc nhiều khơng giải - Mặt khác , đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với khả nhận thức, tư khác nên cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tích cực, chủ động học tập em nhằm phát triển tư cho em - HS chưa có phương pháp khoa học để giải tập vật lí - Thực tế, kết khảo sát chất lượng vật lí 12 lớp 12C2, 12C3, 12C9 trường THPT Quảng Xương 2, năm học 2016-2017 chương “Hạt nhân nguyên tử”: Số Trung Giỏi Khá Yếu Kém bình Lớp kiểm SL % SL % SL % SL % SL % tra 12C2 45 8,9 25 55,5 13 28,8 6,8 0 12C3 44 0 18 40,9 15 34,1 18,2 6,8 12C9 45 0 10 22,2 20 44,4 10 22,2 11,2 2.3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 2.3.1 Kiến thức phản ứng hạt nhân – Vật lý 12 THPT 2.3.1.1 Cấu tạo hạt nhân 1 - Hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclơn Có hai loại nuclơn: prơtơn, kí hiệu p, khối lượng mp = 1,67262.10-27 kg, mang điện tích nguyên tố dương +e, nơtron kí hiệu n, khối lượng m n = 1,67493.10-27 kg, không mang điện Prơtơn hạt nhân ngun tử hiđrơ - Số prôtôn hạt nhân số thứ tự Z nguyên tử; Z gọi nguyên tử số Tổng số nuclôn hạt nhân gọi số khối, kí hiệu A Số nơtron hạt nhân là: N = A – Z - Kí hiệu hạt nhân: ZA X 2.3.1.2 Đơn vị khối lượng nguyên tử 1 Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường đo đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u Một đơn vị u có giá trị khối lượng đồng vị 12 cacbon 126 C; u = 1,66055.10-27 kg Khối lượng nuclôn xấp xĩ u Nói chung nguyên tử có số khối A có khối lượng xấp xĩ A.u 2.3.1.3 Khối lượng lượng 1 - Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 (Trong m E khối lượng nghỉ lượng nghỉ hạt nhân) - u = 1,66055.10-27 kg = 931,5 MeV/c2 2.3.1.4 Phản ứng hạt nhân  2 - Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân - Phản ứng hạt nhân thường chia thành hai loại: + Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt khác + Phản ứng hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác - Phản ứng hạt nhân dạng tổng quát: A + B ® C + D 2.3.1.5 Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân  2 - Định luật bảo tồn số nuclơn (số khối A): Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn hạt tương tác tổng số nuclôn hạt sản phẩm A1 + A2 = A3 + A4 - Định luật bảo tồn điện tích: Tổng đại số điện tích hạt tương tác tổng đại số điện tích hạt sản phẩm Z1 + Z2 = Z3 + Z4 - Định luật bảo toàn động lượng: Véc tơ tổng động lượng của hạt    tương tác véc tơ tổng động lượng hạt sản phẩm P1 + P2 = P3 + P4 - Định luật bảo toàn lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ): Tổng lượng toàn phần hạt tương tác tổng lượng toàn phần hạt sản phẩm E1  K  E  K  E  K  E4  K4 Trong đó: Ei lượng nghỉ hạt nhân; K i  mi vi2 động chuyển động hạt - Mối quan hệ động lượng pi động Ki : pi2= 2miKi 1 2.3.1.6 Năng lượng phản ứng hạt nhân - Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (mT –mS)c2 mT =mA+mB tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng; + ET = mTc2 tổng lượng nghỉ hạt trước phản ứng; + mS =mC+mD tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng; + ES = mSc2 tổng lượng nghỉ hạt sau phản ứng + Nếu mT > ms phản ứng toả lượng E =|EET – ES|E + Nếu mT < ms phản ứng thu lượng E =|EET – ES|E - Một số cách tính E :  5 Từ biểu thức định luật bảo toàn lượng toàn phần phản ứng hạt nhân: E1  K1  E  K  E3  K  E4  K4 E = (mT –mS)c2= ET – ES E =K3 +K4 – K1 – K2 =KS – KT - Độ hụt khối hạt nhân tương ứng m1, m2, m3, m4 E = (m3 + m4 - m1 - m2)c2=(mS – mT)c2 - Năng lượng liên kết hạt nhân tương ứng Wlk1, Wlk2; Wlk3; Wlk4 E =Wlk3+ Wlk4- Wlk1- Wlk2= WlkS- WlkT 2.3.1.7 Mội số kiến thức véc tơ  8 - Các quy tắc cộng véc tơ: Vận dụng quy tắc hình bình hành quy tắc tam giác - Một số phép toán véc tơ    góc hợp hai véc tơ a; b ) ( Trong a.b  a b cos    ( a  b ) a  b  2a.b cos    (a  b ) a  b  2a.b cos  2.3.2 Bài tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân – Vật lý 12 THPT 2.3.2.1 Bài tập vận dụng định luật bảo tồn điện tích bảo toàn số khối: Đây loại tập xác định tính chất cấu tạo hạt nhân chưa biết số hạt (tia phóng xạ) phản ứng hạt nhân a) Phương pháp giải: - Phương trình phản ứng: A1 Z1 A A2 Z2 B® A3 Z3 C A4 Z4 D A A A - Trường hợp phóng xạ: Z A ® Z C  Z D - Vận dụng định luật bảo toàn: + Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo tồn điện tích (ngun tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 A - Từ kí hiệu hạt nhân Z X  A, Z , N = A-Z ; Từ biết cấu tạo hạt nhân; vị trí hạt nhân bảng HTTH Menđêleep - Loại xác định số hạt ( tia ) phóng xạ phát phản ứng : b) Bài tập có hướng dẫn giải Bài Cho phản ứng hạt nhân sau: 105 Bo + ZA X → α + 48 Be Xác định hạt nhân X  3 Hướng dẫn giải: Xác định hạt X có Điện tíc Z= ? Số khối A= ? + α ≡ 42 He + Áp dụng định luật bảo tồn số khối điện tích + X có Z = 2+ – =1 A = + – 10 = Vậy X hạt nhân 21 H –  9 Bài Hạt nhân 24 11 Na phân rã β biến thành hạt nhân X Xác định X Hướng dẫn giải : – + Ta có phản ứng : 24 11 Na → X +  β + Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối + X có Z = 11 – (-1) = 12 số khối A = 24 – = 24 , Vậy X 24 12 Mg 4 19 16 Bài 3.Cho phản ứng hạt nhân F  p® O  X , Xác định hạt nhân X? X có vị trí bảng HTTH Mendeleep?  9 Hướng dẫn giải: Xác định hạt X có Z= ? A= ? + p 11H + Áp dụng định luật bảo tồn số khối điện tích + X có điện tích Z = 9+ – =2 số khối A = 19 + – 16 = +Vậy X hạt nhân 42 He (đứng thứ bảng HTTH) – 95 139 Bài Trong phản ứng sau : n + 235 ; Xác 92 U → 42 Mo + 57 La + 2X + 7β định hạt nhân X  4 Hướng dẫn giải : + Ta phải xác định điện tích số khối tia hạt cịn lại phản ứng : 01 n ;  01 β– + Áp dụng định luật bảo tồn điện tích số khối ta : Hai hạt nhân X có 2Z = 0+92 – 42 – 57 – 7.(-1) = 2A = + 235 – 95 – 139 – 7.0 = + Vậy X có Z = A = Đó hạt nơtron 01 n Bài Urani 238 sau loạt phóng xạ α β– biến thành chì Phương trình – 206 – phản ứng : 238 92 U → 82 Pb + x He + y  β Tìm số phóng xạ α β phản ứng  4 Hướng dẫn giải: + Bài tập loại tốn giải phương trình hai ẩn, ý hạt β có số khối A = 0, phương trình bảo tồn số khối có ẩn x hạt α Sau thay giá trị x tìm vào phương trình bảo tồn điện tích ta tìm y + Từ định luật bảo tồn điện tịch số khối : + Kết phóng xạ α phóng xạ β– c) Bài tập trắc nghiệm vận dụng  9 25 22 Bài Cho phản ứng hạt nhân 12 Mg  X ® 11 Na   , X hạt nhân sau đây? A α; B 1T ; C D ; D p Đáp án : D 37 37 Bài Cho phản ứng hạt nhân 17 Cl  X ® 18 Ar  n , X hạt nhân sau đây? A H ; B D ; C 1T ; D He Đáp án : A Bài Cho phản ứng hạt nhân 1T  X ®   n , X hạt nhân sau đây? A H ; B D ; C 1T ; D He Đáp án : B 235 207 Bài Trong dãy phân rã phóng xạ 92 X ® 82Y có hạt  - phát ra? A 3 7 B 4 7 C 4 8 D 7 4 Đáp án : B  Bài Đồng vị 234 biến đổi thành 206 92 U sau chuỗi phóng xạ   82 Pb Số phóng xạ    chuỗi A phóng xạ , phóng xạ   ; B phóng xạ , phóng xạ   C 10 phóng xạ , phóng xạ   ; D 16 phóng xạ , 12 phóng xạ   Đáp án : A 226 222 Bài Hạt nhân 88 Ra biến đổi thành hạt nhân 86 Rn phóng xạ A  - B - C  D + Đáp án : C 2.3.2.2 Bài tập tìm lượng phản ứng hạt nhân biết khối lượng độ hụt khối hạt nhân phản ứng a) Phương pháp giải - Sử dụng số cách tính lượng phản ứng hạt nhân E (Đã nêu 2.3.1.6) - Đơn vị lượng phản ứng hạt nhân: MeV b) Bài tập có hướng dẫn giải: 95 139 Bài 235 phản ứng phân 92 U + n → 42 Mo + 57 La +2 n + 7e hạch Urani 235 Biết khối lượng hạt nhân : mU = 234,99 u ; mMo = 94,88 u ; mLa = 138,87 u ; mn = 1,0087 u Cho suất toả nhiệt xăng 46.106 J/kg Xác định khối lượng xăng cần dùng để toả lượng tương đương với gam U phân hạch ?  9 Hướng dẫn giải - Số hạt nhân nguyên tử 235U gam U : – 4 x  y 238  206 32  x 8  x 8      2 x  (  1) y 92  82 10 2 x  y 10  y 6 N = m N A A = 235 6,02.10 23 2,5617.10 21 hạt - Năng lượng toả giải phóng hồn toàn hạt nhân 235 U E = ( 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 –13 = 8,8262.1010 J - Lượng xăng cần để có lượng tương đương Q = E Vậy m  Q 46.106 1919 kg Bài Cho phản ứng hạt nhân: 12 D  31T ® 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 Tìm lượng tỏa phản ứng  9 Hướng dẫn giải: Đây phản ứng nhiệt hạch toả lượng tính theo độ hụt khối hạt nhân - Phải xác định đầy đủ độ hụt khối hạt nhân trước sau phản ứng - Hạt nhân X ≡ 01 n nơtron nên có Δm = - Năng lượng tỏa phản ứng E = ( Δm sau – Δm trước)c2 = (ΔmHe + Δmn – ΔmH + ΔmT ).c2 = 17,498 MeV Bài Tìm lượng tỏa hạt nhân 23492 U phóng xạ tia α tạo thành đồng vị Thơri 23090Th Cho lượng liên kết riêng hạt α 7,1 MeV, 234U 7,63 MeV, 230Th 7,7 MeV  9 Hướng dẫn giải: Đây tốn tính lượng toả phân rã phóng xạ biết Wlk hạt nhân phản ứng Nên phải xác định W lk từ kiện Wlkr đề Wlk U = 7,63.234 = 1785,42 MeV ; Wlk Th = 7,7.230 = 1771 MeV; Wlk α = 7,1.4= 28,4 MeV Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = Wlk sau – Wlk trước = Wlk Th + Wlk α – Wlk U = 13,98 MeV Bài Trong phản ứng tổng hợp hêli: 73 Li 11 H® 42 He 42 He Biết mLi = 7,0144u; mH = 1,0073u; mHe4 = 4,0015u, 1u = 931,5MeV/c2 Nhiệt dung riêng nước c = 4,19kJ/kg.k-1 Nếu tổng hợp hêli từ 1g Li lượng toả đun sơi kg nước 00 C  9 Hướng dẫn giải: - Năng lượng toả tạo He từ hạt nhân Li E = ( mLi + mH – 2mHe ).c2 =(7,0144+1,0073 – 4,0015)931,5= 17,42 MeV - Số nguyên tử hêli có 1g Li: N = m.N A 1.6,023.10 23 = = 8,61.1022 A - Năng lượng toả gấp N lần lượng phản ứng : E = N E = 8,61.1022.17,42 = 150.1023 MeV= 24.1010 J  m = 5,7.105kg; - Lượng nước đun sôi từ 0oC: E = Q = mct; c) Bài tập vận dụng  9 Bài Cho phản ứng: 31 H + 21 H ® 42 He + 01 n + 17,6 MeV Tính lượng tỏa tổng hợp gam khí heli Đáp số 4,24.1011 (J) Bài Cho phản ứng hạt nhân: 31 T + 21 D ® 42 He + X Cho độ hụt khối hạt nhân T, D He 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u 1u = 931,5 MeV/c2 Tính lượng tỏa phản ứng Đáp số: 17,498 MeV 37 Bài Cho phản ứng hạt nhân 17 Cl + X ® n + 3718 Ar Hãy cho biết phản ứng tỏa lượng hay thu lượng Xác định lượng tỏa thu vào Biết khối lượng hạt nhân: m Ar = 36,956889 u; mCl = 36,956563 u; mp=1,007276u; mn = 1,008665 u; u = 1,6605.10-27 kg; c = 3.108 m/s Đáp số: 1,602 MeV Bài Cho phản ứng hạt nhân Be + H ® He + 63 Li Hãy cho biết phản ứng tỏa lượng hay thu lượng Xác định lượng tỏa thu vào Biết mBe = 9,01219 u; mp = 1,00783 u; mLi = 6,01513 u; mX = 4,0026 u; 1u = 931,5 MeV/c2 Đáp số: 2,132MeV 37 Bài 5: Cho phản ứng hạt nhân 17 Cl  p® 37 18 Ar  n , khối lượng hạt nhân m(Ar) = 36,956889u, m(Cl) = 36,956563u, m(n) = 1,008670u, m(p) = 1,007276u, 1u = 931,5MeV/c2 Năng lượng mà phản ứng toả thu vào bao nhiêu? Đáp số: Thu vào 1,60132MeV 2.3.2.3 Năng lượng, động vận tốc hạt phản ứng hạt nhân a) Phương pháp giải: - Sử dụng định luật bảo toàn lượng toàn phần phản ứng hạt nhân: E1  K  E  K  E  K  E4  K4 - Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (mT –mS)c2= ET – ES ; E =K3 +K4 – K1 – K2 =KS – KT - Khi biết khối lượng không đầy đủ vài điều kiện động vận tốc hạt nhân, ta áp dụng định luật bảo tồn động lượng:     ® ® ® ®  m1 v + m v = m v + m v P1 + P2 = P3 + P4 - Sử dụng phép toán véc tơ (Đã nêu 2.3.1.7) - Liên hệ động lượng ® p = m v động K = ® mv2; p2 = 2mK - Có thể áp dụng quy tắc hình bình hành quy tắc tam giác để xác định động lượng, từ xác định động góc hợp véc tơ vận tốc hạt nhân phản ứng b) Bài tập có hướng dẫn giải: 30 Bài 1: Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng : α + 27 13 Al → 15 P + n phản ứng thu lượng 2,7 MeV Biết hai hạt sinh có vận tốc, tính động hạt α (coi khối lượng hạt nhân tính theo u số khối chúng)  9 Hướng dẫn giải: 30 - Phương trình: α + 27 13 Al → 15 P + n 10 - Ta có Kp Kn  mP mn =30  Kp = 30 Kn ; - E = ( Kp + Kn ) - Kα (1) (Với E =-2,7MeV)   - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: P = PP + Pn    v P v n  v m v   = PP + Pn  mα vα = ( mp + mn)v  v  m  m P n - Tổng động hệ hai hạt : - Do  P m m Kp + Kn== (m P  mn )v  P n 2  m v   m P  mn   1(m v )  m K   2( m P  mn ) m P  mn  ( 2) - Thế (2) vào (1) ta K = 3,1MeV Bài 2: Người ta dùng hạt prơtơn có động 2,69 MeV bắn vào hạt nhân 37 Li đứng yên thu hạt α có động cho mp = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α=4,0015u ; 1u = 931.5 MeV/c2 Tính động tốc độ hạt α tạo thành?  9 Hướng dẫn giải: - Phương trình: 11 p  37Li ® 24   24 - Năng lượng phản ứng hạt nhân : ΔE = ( mp + mLi – 2mHe ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV - Áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có: ΔE = Kα + Kα - (Kp + KLi ) 2Kα =2,69 + + 17,4097 =>Kα = 10,05MeV - Tốc độ hạt  : K  m v2  v  K m - Với Kα = 10,04985MeV = 10,04985.1,6.10-13 = 1,607976.10-12 J ; mα = 4,0015u = 4,0015.1,66055.10-27kg Vậy tốc độ hạt α tạo thành: vα = 2,199.107m/s Bài 3: Một nơtơron có động 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây phản ứng: 01 n + 63 Li → X+ 42 He Biết hạt nhân He bay vng góc với hạt nhân X Xác định động hạt nhân X Biết m n = 1,00866u; mx=3,01600u; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u  9 Hướng dẫn giải: - Năng lượng phản ứng: ΔE = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV - Áp dụng định luật bảo tồn động lượng: ® ® ® p n  p He  p X  Pn2 PHe  PX2  2mnKn= 2mHe K He + 2mx Kx (1) - Áp dụng định luật bảo tồn lượng tồn phần ta có : ΔE =Kx +KHe - Kn = - 0,8 MeV (2) - Từ (1),(2) ta giải KX = 0,1 MeV Bài : Cho phản ứng hạt nhân 23090 Th ® 22688 Ra + 42 He + 4,91 MeV Tính động hạt nhân Ra Biết hạt nhân Th đứng yên lấy khối lượng gần hạt nhân tính đơn vị u có giá trị số khối chúng  9 11 Hướng dẫn giải: ® ® - Theo định luật bảo tồn động lượng ta có: pRa  pHe =  pRa = pHe = p mv p2 - Động năng: K = = : 2m - Áp dụng định luật bảo toàn lượng toàn phần phản ứng: ΔE= KRa + KHe p2 p2 p2 p2 p2   = = 2mRa mRa = 57,5 = 57,5KRa 2mRa 2mHe 2mRa 56,5 E - Vậy KRa = 57,5 = 0,0853MeV Bài 5: Cho prơtơn có động 1,46 MeV bắn phá hạt nhân 73 Li đứng yên sinh hai hạt  có động Xác định góc hợp véc tơ vận tốc hai hạt  sau phản ứng Biết mp = 1,0073 u; mLi = 7,0142 u; m = 4,0015 u 1u = 931,5 MeV/c2  9 Hướng dẫn giải: - Năng lượng phản ứng: ΔE = (m p + m Li - 2m  ).c2 = 0,0185 MeV - Mặt khác: ΔE = 2K  - Kp  K  = 0,54 MeV - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: ® ® ® 2 p p = p + p  p p = p  + p  + 2p1p2cos - Vì p1 = p2 = p p2 = 2mK  cos   2m p k p  4m K 4m K  0,66 =131,3o - Vậy góc hợp véc tơ vận tốc hai hạt  =131,3o Bài 6: Dùng prơtơn có động 5,45 MeV bắn vào hạt nhân 94 Be đứng yên Phản ứng tạo hạt nhân X hạt α Hạt α bay theo phương vng góc với phương tới prơtơn có động MeV Tính động hạt nhân X lượng tỏa phản ứng Lấy khối lượng hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối chúng  9 Hướng dẫn giải: - Phương trình phản ứng hạt nhân: 11 p + 94 Be → 63 X+ 42 He - Áp dụng định luật bảo tồn động lượng: ® ® ® ® ® ® ® ® ® ® 2 p p  p  p X Vì v p  v  p p  p  p p  p  p X p X = p p + p     2mXKX = 2mpKp + 2mK  KX = K p  K = 3,575 MeV - Năng lượng phản ứng: ΔE = K + KX - Kp = 2,125 MeV 230 Bài 7: Hạt nhân 234 92 U đứng yên phóng xạ phát hạt  hạt nhân 90 Th (không kèm theo tia ) Tính động hạt  Cho mU = 233,9904 u; mTh = 229,9737 u; m = 4,0015 u 1u = 931,5 MeV/c2  9 Hướng dẫn giải: - Theo định luật bảo toàn động lượng: 12 m ® ® p + pTh =  p = pTh  2mK = 2mThKTh  KTh = m K Th m  mTh - Năng lượng tỏa phản ứng là: E =K Th + K = m K Th - E = (mU – mTh - m)c2 = 14,16 MeV K = 0,01494 uc2 = 13,92 MeV Bài 8: Bắn prôtôn vào hạt nhân 73 Li đứng yên Phản ứng tạo hai hạt nhân X giống bay với tốc độ theo phương hợp với phương tới prôtôn góc 600 Lấy khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u số khối Xác định tỉ số tốc độ prôtôn tốc độ độ hạt nhân X sau phản ứng  9 Hướng dẫn giải: 4 - Phương trình phản ứng hạt nhân: 11 p 37Li ® He  He    - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: Pp  P  P - Ta có hình vẽ: P He 600 Pp PHe - Từ hình vẽ ta có Pp = PHe  m p v p mHevHe  vp m  He 4 vHe mp Bài 9: Cho prơtơn có động 2,25MeV bắn phá hạt nhân 37 Li đứng yên Sau phản ứng xuất hai hạt X giống nhau, có động có phương chuyển động hợp với phương chuyển động prơtơn góc φ Cho biết mp = 1,0073u; mLi = 7,0142u; mX = 4,0015u; 1u = 931,5 MeV/c2 Coi phản ứng khơng kèm theo phóng xạ  Xác định giá trị φ Hướng dẫn giải: 4 - Phương trình phản ứng: H  Li ® X  X - Năng lượng phản ứng toả : E = (mp + mLi – 2mX) c2 = 17,23MeV - Mặt khác: E = 2KX - KP  KX =9,74 MeV - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: Pp  P  P - Áp dụng quy tắc hình bình hành ta có hình vẽ: M O PX   N PX PH 13 2 - Tam giác OMN: PX PX  PP  PX PP cos PP 2mP K P 2.1, 0073.2, 25   0,1206 PX 2mX K X 2.4, 0015.9, 74 Vậy φ = 83,070 Bài 10: Cho phản ứng hạt nhân 01n + 63 Li ® 31H + α Hạt nhân 63 Li đứng yên, nơtron Cosφ = có động Kn = Mev Hạt  hạt nhân 31H bay theo hướng hợp với hướng tới nơtron góc tương ứng θ = 150 φ = 300 Lấy khối lượng hạt nhân theo đơn vị u số khối chúng để tìm động Bỏ qua xạ gamma Hỏi phản ứng tỏa hay thu lượng ?  9 Hướng dẫn giải:    - Áp dụng định luật bảo tồn động lượng ta có: pn  pH  p (1) - Theo quy tắc hình binh hành ta có hình vẽ:  p   pH  pn  - Chiếu (1) lên phương cuả pn phương vng góc với pn , ta được: Pn  P cos   PH cos  P sin   PH sin  (1) (2) - Với p =2mK thay vào (1) (2) ta có: mn K n  m K cos  mH K H cos m H K H sin  m K sin   K H  m sin  K ( ) mH sin  - Thay vào phương trình ta tính KH = 0,16 MeV K  =0,25 MeV - Năng lượng phản ứng: E K H  K  K n  1, 66MeV (Phản ứng thu lượng) c) Bài tập vận dụng  9 206 Bài Chất phóng xạ 210 84 Po phát tia  biến đổi thành 82 Pb Biết khối lượng hạt mPb = 205,9744u, mPo = 209,9828u, m = 4,0026u Giả sử hạt nhân mẹ ban đầu đứng yên phân rã không phát tia  Xác định động hạt nhân 206 Đáp số: KPb = 0,1MeV 82 Pb Bài Cho hạt prôtôn có động KP = 1,8MeV bắn vào hạt nhân 73 Li đứng yên, sinh hai hạt  có độ lớn vận tốc không sinh tia  nhiệt Cho biết: mP =1,0073u; m=4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u=931,5MeV/c2 Xác định động hạt sinh ra? Đáp số: 9,60485MeV 14 Bài Cho hạt prơtơn có động KP = 1,8MeV bắn vào hạt nhân 37 Li đứng yên, sinh hai hạt  có độ lớn vận tốc khơng sinh tia  nhiệt Cho biết: mP=1,0073u; m  =4,0015u; mLi = 7,0144u; 1u= 931,5 MeV/c2= 1,66.10—27kg Xác định tốc độ hạt  Đáp số: 2,15.107 m/s Bài Dùng hạt prơton có động 5,58MeV bắn vào hạt nhân 23 11 Na đứng yên Sau phản ứng thu hạt α hạt nhân Ne cho khơng có xạ γ kèm theo phản ứng động hạt α 6,6 MeV hạt Ne 2,64MeV Tính lượng toả phản ứng góc vectơ vận tốc hạt α hạt nhân Ne ?(xem khối lượng hạt nhân theo đơn vị u số khối chúng) Đáp số: 3,36 MeV; 1700 Bài Người ta dùng hạt protôn bắn vào hạt nhân 49 Be đứng yên để gây phản ứng 1p + 49 Be ® 4X + 36 Li Biết động hạt p , X 36 Li 5,45MeV ; MeV 3,575 MeV Lấy khối lượng hạt nhân theo đơn vị u gần khối số chúng Xác định góc lập hướng chuyển động hạt p X Đáp số: 900 Bài Hạt α có động 4MeV bắn vào hạt nhân Nitơ đứng yên gây phản ứng : α + 147 N ─> 1 H + X Tìm lượng phản ứng vận tốc hạt nhân X Biết hai hạt sinh có động Cho mα = 4,002603u; mN = 14,003074u; mH = 1,0078252u; mX = 16,999133u;1u = 931,5 MeV/c2 Đáp số thu 1,193MeV; 0,399.107 m/s 2.4 HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Thông qua tiến hành nghiên cứu lớp 12 nhà trường hai năm liên tục với đề tài“ Phát triển lực học sinh THPT qua hệ trống tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân” - Vật lí 12, tơi thu số kết là: Đa số em nắm vững kiến thức, vận dụng linh hoạt kiến thức vào việc giải tập, giải thích tượng liên quan phát triển tư sáng tạo Để chứng minh xin đưa minh chứng sau: Kết khảo sát chất lượng Vật lí 12 ba lớp 12C2, 12C3, 12C9 trường THPT Quảng Xương 2, năm học 2016-2017 phần “Hạt nhân nguyên tử “: Trung Giỏi Khá Yếu Kém Số bình Lớp KT SL % SL % SL % SL % SL % 12C2 45 8,9 25 55,5 13 28,8 6,8 0 12C3 44 0 18 40,9 15 34,1 18,2 6,8 12C9 45 0 10 22,2 20 44,4 10 22,2 11,2 15 Kết khảo sát chất lượng Vật lí 12 lớp 12A2, 12A3, 12A9 trường THPT Quảng Xương 2, năm học 2017-2018 phần “Hạt nhân nguyên tử”: Trung Số Giỏi Khá Yếu Kém bình Lớp KT SL % SL % SL % SL % SL % 12A2 45 10 22,2 30 66,7 11,1 0 0 12A3 45 6,7 24 53,3 16 35,5 4,5 0 12A9 45 0 18 40 20 44,4 11,1 4,5 Đối chứng kết kiểm tra kì hai năm học liên tiếp với chất lượng lớp gần tương đương thực hai cách dạy khác Năm 2017 dạy theo cách làm tập theo hệ thống SGK sách tập, năm 2018 dạy theo hệ thống tập đề tài, tơi thấy có chiều hướng tốt thể tỉ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi tăng mạnh, tỉ lệ yếu giảm Điều khẳng định tính phù hợp sáng kiến kinh nghiệm việc làm tài liệu tham khảo cho giáo viên học sinh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Thơng qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm“ Phát triển lực học sinh THPT qua hệ trống tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân”,trong số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học 2016-2017 2017-2018, tự nhận thấy: - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu có giá trị công tác giảng dạy chương “Hạt nhân nguyên tử” góp phần củng cố kiến thức nâng cao lực vận dụng kiến thức giải vấn đề - Việc lựa chọn tập giúp giáo viên, học sinh chủ động nghiên cứu, phát huy khả tư sáng tạo học, qua hiểu sâu hơn, có hứng thú môn học Một số tập khơng tìm thấy tương tự làm trước từ tổ hợp đơn giản hơn, học sinh sa lầy vận dụng kiến thức tốn khó, dễ dẫn đến chán nản Lựa chọn tập theo hướng giúp giáo viên chọn lọc tinh hoa từ nguồn tài liệu khác nhau, vận dụng linh hoạt phù hợp với kế hoạch giảng dạy đối tượng học sinh Khi vận dụng vào giảng dạy ta cung cấp tập cho 16 học sinh theo thứ tự cho sau học sinh dễ tìm thấy hướng giải từ trước - Với cách làm này, giáo viên tự xây dựng cho hệ thống tập phù hợp học sinh mà khơng phụ thuộc nhiều vào tài liệu tham khảo Với hệ thống tập vậy, giảng dạy, tùy theo trình độ học sinh, ta lược bỏ trung gian Từ kết nghiên cứu, thân rút học kinh nghiệm sau: - Đối với giáo viên phải khơng ngừng tìm tịi, sáng tạo để nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ sư phạm cho thân, phải ý việc phát triển tư cho học sinh thông qua giảng lí thuyết, thơng qua giải tập từ đơn giản đến phức tạp Từ tập cho em cách phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin để hiểu sâu hơn, ham mê môn học ứng dụng môn học vào sống Tất nhiên cần lựa chọn đối tượng để áp dụng cho hợp lí, tránh ơm đồm - Đối với học sinh muốn vận dụng linh hoạt kiến thức học trở thành học sinh giỏi thật ngồi khả thân cần phải ý giảng tưởng đơn giản giáo viên Bởi cách giúp em nghe để làm, để phát triển, để học cách phân tích, xử lí tình khác, nghĩa học để làm người 3.2 KIẾN NGHỊ Nhằm giúp đỡ giáo viên nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lơgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin Theo tơi, hàng năm phịng trung học phổ thông thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thông số sáng kiến, viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để triển khai nhà trường Qua giáo viên có hội học hỏi thêm đồng nghiệp, có hội phát triển thêm sáng kiến để tự người tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với mình, phù hợp với đối tượng học sinh Đây hội để sáng kiến phát huy tính khả thi theo tên gọi Trên số kinh nghiệm suy nghĩ thân tôi, tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong hội đồng khoa học, đồng nghiệp nghiên cứu, bổ sung góp ý để đề tài hoàn thiện hơn, để kinh nghiệm tơi thực có ý nghĩa có tính khả thi Tơi xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, ngày 03 tháng 05 năm 2018 XÁC NHẬN CỦA THỦ Tôi xin cam đoan SKKN TRƯỞNG ĐƠN VỊ viết, khơng chép nội dung người khác Người viết 17 Đinh Thị Phương TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lý 12 – NXB giáo dục - Năm 2013 Sách giáo khoa Vật lý 12 NC – NXB giáo dục - Năm 2013 Sách tập Vật lý 12 CB - NXB giáo dục - Năm 2013 Sách tập Vật lý 12 NC - NXB giáo dục - Năm 2013 Bí luyện thi Đại học mơn vật lí – NXB ĐHQG Hà Nội- Năm 2010 Lí luận dạy học vật lí trường phổ thơng - NXBGD – Năm 2008 Nguồn SKKN giáo viên Tỉnh Thanh Hóa Sách giáo khoa hình học 10 – NXB giáo dục – Năm 2013 Nguồn Internet 18 ... tài:? ?Phát triển lực học sinhTHPT qua hệ thống tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân? ?? Chương hạt nhân nguyên tử – vật lí 12 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xác định hệ thống tập tối thiểu đề cách... QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Thông qua tiến hành nghiên cứu lớp 12 nhà trường hai năm liên tục với đề tài“ Phát triển lực học sinh THPT qua hệ trống tập vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân? ?? - Vật lí. .. đề cách sử dụng q trình dạy học tập định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân - vật lí 12 THPT, nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức phát triển lực giải vấn đề thông qua giải tập vật lí 1.3 ĐỐI TƯỢNG