SKKN hướng dẫn học sinh phân loại và giải một số bài toán phóng xạ

Trang MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG 2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP 2.3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.3 CÁCH THỰC HIỆN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT B CÁC DẠNG BÀI TẬP MẪU: C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 16 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 3.1 KẾT LUẬN 21 3.2 KIẾN NGHỊ 21 1 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý môn khoa học thực nghiệm, khoa học tư nhiên, gây nhiều hứng thú cho học sinh học tập nghiên cứu Nhưng gây khơng khó khăn học sinh chưa hiểu kỹ sâu vấn đề Đặc biêt khối lớp 12, liên quan trực tiếp đến em ôn thi THPT quốc gia Xuất phát từ thực tiễn dạy học nhiều năm trường THPT, đặc biệt liên quan trực tiếp đến việc dạy ôn thi THPT quốc gia, thân thấy việc phân loại giải tập học sinh gặp nhiều khó khăn, tập “ Vật lí hật nhân ”.Trong đặc biệt toán liên quan đến khảo sát khảo sát tượng phóng xạ Những năm gần xu đề tuyển sinh đại học cao đẳng hay khó nhằm phân loại đối tượng học sinh, đánh giá đối tượng dạy học Việc trăn trở từ số tốn thi THPT quốc gia, mơn vật lí ngồi việc áp dụng tốn vào giải, học sinh cần hiểu tượng vật lí áp dụng vào giải Nếu học sinh không rèn luyện nhiều, khơng giải trước dạng tốn dạng khơng đủ thời gian để giải tập thời gian thi Từ yêu cầu mà thân mạnh dạn nêu lên kinh nghiệm: “Hướng dẫn học sinh phân loại giải số tốn phóng xạ" Trong khn khổ đề tài tơi đưa số tốn thuộc chương trình vật lý 12 để em tiếp cận kiến thức áp dụng giải toán cách dể dàng để em u thích mơn học có kết tốt kỳ thi 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp học sinh phân tích tình huống, chủ động lựa chọn cơng thức hợp lí áp dụng vào tập Rèn luyện kỹ vận dụng lý thuyết vào giải tập 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài áp dụng cho học sinh khối lớp 12 trường THPT ôn thi THPT quốc gia 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp rút kết luận chung cho vấn đề, từ áp dụng vào thực tế toán 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN Đề tài xây dựng công thức tổng quát khảo sát tốn phóng xạ tốn áp dụng thực tế cho tượng NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Từ kiến thức cung cấp sách giáo khoa vật lý 12 tài liệu tham khảo dao động tắt dần chưa hệ thống đầy đủ chưa có độ xác cao áp dụng vào giải 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Trong trình giảng dạy lớp, dạy bồi dưỡng ôn thi Đại học trường THPT Lê Lợi nhận thấy số em học sinh học phần vật lí hạt nhân thường em vận dụng tài liệu mạng Internet cách thụ động, máy móc Việc chúng tơi trăn trở từ số tốn thi THPT quốc gia, mơn vật lí ngồi việc áp dụng toán vào giải, học sinh cần hiểu tượng vật lí áp dụng vào giải Nếu học sinh không rèn luyện nhiều, không giải trước dạng tốn dạng khơng đủ thời gian để giải tập thời gian thi Từ yêu cầu mà thân mạnh dạn nêu lên kinh nghiệm: “Hướng dẫn học sinh phân loại giải số toán phóng xạ" Trong phần tập sách giáo khoa ít, cơng thức định lượng gần khơng đề thi Đại học lại thường gặp Bài toán loại thường sử dụng nhiều kiên thức thời gian để giải câu đề thi lại ngắn 2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - Đề tài giới thiệu, phân loại dạng tốn phóng xạ phương pháp giải tương ứng giúp học sinh dễ dàng nhận biết dạng tập 2.3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Dựa vào cơng trình nghiên cứu tâm lý lứa tuổi nhà khoa học - Dựa vào lý luận chung cho cấp học - Tôi sử dụng đề tài từ năm 2014 – 2018 với tổng số học sinh 270 em 2.3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN -Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài -Trình bày sở lý thuyết tượng phóng xạ -Phương pháp giải nhanh dạng tập tượng phóng xạ -Các ví dụ minh hoạ cho dạng tập -Đưa tập áp dụng dạng để học sinh luyện tập 2.3.3 CÁCH THỰC HIỆN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1) Sự phóng xạ 1.1)Định nghĩa Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự phát phát xạ gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác 1.2)Định luật phóng xạ - Mọi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã Cứ sau chu kì nửa số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác −t −t -Biểu thức: N = No T = No e-λt hay m = mo T = mo e-λt ; λ = 1.3) Độ phóng xạ ln 0,693 = T T - Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ tính số phân rã giây - Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với quy luật: H = λN = λNo e-λt = Ho e-λt ; với Ho = λNo độ phóng xạ ban đầu - Đơn vị Beccơren (Bq) hay Curi (Ci): Bq = 1phân rã/giây; 1Ci = 3,7.1010 Bq 2)Năng lượng phóng xạ A B+C 2.1)Năng lượng toả phân rã + ∆E = (mA – mB – mC).c2 Với mA , mB , mC khối lượng hạt nhân trước sau tương tác 1u = 931 MeV/c2 + ∆E = 931 (mA – mB – mC) (MeV) + ∆E = ( ∆m B + ∆mC − ∆m A ) c2 = 931( ∆m B + ∆mC − ∆m A ) (MeV) Với ∆m A , ∆m B , ∆mC độ hụt khối hạt nhân trước sau tương tác + ∆E = ∆E B + ∆EC − ∆E A Với ∆E A , ∆E B , ∆EC lượng liên kết hạt nhân trước sau tương tác 2.2)Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân a)Định luật bảo toàn động lượng PA = PB + PC Hạt nhân A đứng yên phóng xạ : PA = PB + PC =0 => PB =- PC    Hạt B C chuyển động ngược chiều PB=PC ⇔ mC.vC= mB.vB ⇔ m B vC = mC v B (1) (PB)2 = (PC)2 Mặt khác : P2 = (m.v)2 = m.v2.2m = 2m.Wđ ⇒ 2.mC.WC = 2mB.WB ⇒ Ta có hệ phương trình: WC mB =W mC B vC WC mB = v = W mC B B b)Định luật bảo toàn lượng (2) (3) EA + WA = EB + WB + EC +WC ⇒ EA- EB - EC = WB +WC -WA= ∆E WA= ⇒ WB +WC = ∆E Trong đó: E = m c2 lượng nghỉ (4) B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ I)Xác định đại lượng đặc trưng cho phóng xạ I.1)Phương pháp chung 1)Xác định số nguyên tử (khối lượng ) lại chất phóng xạ sau thời gian phóng xạ t t -Số ngun lại sau thời gian phóng xạ t: N = N0 e − λ t = N0 − T t -Khối lượng lại sau thời gian phóng xạ t: m = m0 e − λ t = m0 − T Với λ = ln 0,693 = T T N m -Số nguyên tử có m(g) lượng chất : N = A A NA = 6,023.1023 hạt/mol số Avôgađrô Chú ý: + Khi t =n với n số tự nhiên áp dụng công thức T t t N = N0 − T ; m = m − T + Khi t số thập phân áp dụng công thức : T N = N0 e − λ t ; m = m0 e − λ t + Khi t ∆m' = ∆N ' (A- 4) N 4)Trong phóng xạ ỏ ,xác định thể tích (khối lượng) khí Heli tạo thành sau thời gian t phóng xạ - Một hạt nhân bị phóng xạ sinh hạt ỏ ,do số hạt ỏ tạo thành sau thời gian phóng xạ t số hạt nhân bị phóng xạ thời gian t ∆N ' He = ∆ N = N0 – N = N0(1- e − λ t ) = N0(1- − T ) ∆N He -Khối lượng khí Heli tạo thành sau thời gian t phóng xạ: mHe = N A ∆N He -Thể tích khí Heli tạo thành(đktc) sau thời gian t phóng xạ: V=22,4 N A (l) 5)Xác định độ phóng xạ chất phóng xạ t H = λ N = H0 e − λ t = H0 − T với H0 = λ N0= ln N0 T Đơn vị độ phóng xạ Bp: 1phân rã /1s= 1Bq (1Ci=3,7.1010Bq) Chú ý: Khi tính H0 theo công thức H0 = λ N0 = ln N0 phải đổi T đơn vị T giây(s) I.2.Các ví dụ: Ví dụ 1: Cơban 2760Co đồng vị phóng xạ phát tia β − γ với chu kì bán rã T=71,3 ngày Xác định tỷ lệ phần trăm chất Co bị phân rã tháng (30 ngày) Có hạt β giải phóng sau 1h từ 1g chất Co tinh khiết Giải: Tỷ lệ phần trăm chất Co bị phân rã tháng (30 ngày) ∆N -%C0 = N 100% = (1- e − λ t ).100% = (1- e −0 , 693.30 71, ).100% = 25,3% Số hạt β giải phóng sau 1h từ 1g chất Co tinh khiết ∆N ' = N0(1- e − λ t ) = −0 , 693 m0 N A (1- e − λ t ) = 6,023.1023.(1- e 71,3.24 ) = 4,06.1018 hạt 60 A Ví dụ 2:Phương trình phóng xạ Pơlơni có dạng: 210 84 Po → ZA Pb + α 1.Cho chu kỳ bán rã Pôlôni T=138 ngày Giả sử khối lượng ban đầu m0=1g Hỏi sau khối lượng Pôlôni 0,707g? Tính độ phóng xạ ban đầu Pôlôni Cho NA=6,023.1023nguyên tử/mol Giải: m m 138 ln T ln − λ t 1.Tính t: m = e => t = 0,707 = 69 ngày m = ln ln 2.Tính H0: H0 = λ N0= ln ln m0 ln N0 = NA = 6,023.10 T T 138.24.3600 210 A 23 H0 = 1,667.1014 Bq Ví dụ 3:Gọi ∆t khoảng thời gian để số hạt nhân lượng chất phóng xạ giảm e lần (e số tự nhiên với lne=1), T chu kỳ bán rã chất phóng xạ Chứng minh ∆t = T Hỏi sau khoảng thời gian 0,51 ∆t chất phóng xạ ln lại phần trăm lượng ban đầu ? Cho biết e0,51=0,6 Giải: Ta có + m0 = e λ ∆ t = m e ⇒ λ ∆t=1 ⇔ ln ∆t=1 ⇒ ∆t= T T ln m + m = e − λ t với t=0,51 ∆t=0,51 m T ⇒% = e −0,51 100%= 60% m0 ln α , photon γ tạo thành ZA Rn Ví dụ 4:Hạt nhân 224 88 Ra phóng hạt Một nguồn phóng xạ 224 88 Ra có khối lượng ban đầu m0 sau 14,8 ngày khối lượng nguồn lại 2,24g Hãy tìm : m0 Số hạt nhân Ra bị phân rã khối lượng Ra bị phân rã ? 3.Khối lượng số hạt nhân tạo thành ? 4.Thể tích khí Heli tạo thành (đktc) Cho biết chu kỳ phân rã 224 88 Ra 3,7 ngày số Avôgađrô NA=6,02.1023mol- Giải 14 ,8 t t 1.Tính m0 : m = m0 − T ⇒ m0 = m T = 2,24 3, = 2,24.24 = 35,84 g 2.- Số hạt nhân Ra bị phân rã : t ∆ N = N0(1- − T ) = 35,84 m0 t NA(1- − T ) = 6,02.1023(1-2-4) 224 A ∆ N = 0,903 1023 (nguyên tử) t -Khối lượng Ra bị phân rã : ∆ m = m0(1- − T )=35,84.(1-2-4)=33,6 g t Số hạt nhân tạo thành : ∆N ' = ∆ N = N0(1- − T ) = 9,03.1023 hạt ∆N ' 23 0,903.10 -Khối lượng hạt tạo thành: ∆m' = N A' = 220 = 33g 6,02.10 23 A ∆N He 0,903.10 23 Thể tích khí Heli tạo thành (đktc): V = 22,4 N = 22,4 = 6,02.10 23 A 3,36 (lit) II) Tính chu kỳ bán rã chất phóng xạ II.1)Phương pháp 1)Tính chu kỳ bán rã biết : a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số ngun tử lại sau thời gian phóng xạ t b)Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử bị phân rã sau thời gian phóng xạ t c)Tỉ số độ phóng ban đầu độ phóng xạ chất phóng xạ thời điểm t Phương pháp: a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số ngun tử lại sau thời gian phóng xạ t N = N0 e − λ t t ln => T = ln N N b) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử bị phân rã sau thời gian phóng xạ t t ln ∆ N ∆ N = N0(1- e − λ t ) => =1- e − λ t => T= - ln(1 − ∆N ) N0 N0 c)Tỉ số độ phóng ban đầu độ phóng xạ chất phóng xạ thời điểm t H = H0 e − λ t t ln => T = ln H H 2)Tìm chu kì bán rã biết số hạt nhân thời điểm t1 t2 N1 = N0 e − λ t ;N2 = N0 e − λ t N1 = e λ (t2 −t1 ) => T = N2 (t − t1 ) ln N ln N2 3)Tìm chu kì bán biết số hạt nhân bị phân rã hai thời gian khác ∆N số hạt nhân bị phân rã thời gian t1 Sau t (s): ∆N số hạt nhân bị phân rã thời gian t2 = t1 ∆N -Ban đầu: H0 = t t ln ∆N − λ t -Sau t(s) H = t mà H = H0 e => T = ln ∆N1 ∆N 4)Tính chu kì bán rã biết thể tích khí Heli tạo thành sau thời gian phóng xạ t V N 22,4 A -Số hạt nhân Heli tạo thành : ∆N = ∆N số hạt nhân bị phân rã ∆ N = N0(1- e − λ t ) = t ln V m0 m0 − λ t Mà N0 = NA => (1- e ) = 22,4 => T = - ln(1 − A.V ) A A 22,4.m II.2)Các ví dụ V N 22,4 A Ví dụ1: Silic 1431Si chất phóng xạ, phát hạt β − biến thành hạt nhân X Một mẫu phóng xạ 1431Si ban đầu thời gian phút có 190 nguyên tử bị phân rã, sau thời gian phút có 85 nguyên tử bị phân rã Hãy xác định chu kỳ bán rã chất phóng xạ Giải: - Ban đầu: Trong thời gian phút có 190 nguyên tử bị phân rã ⇒ H0 = 190 phân rã/5phút - Sau t = giờ: Trong thời gian phút có 85 nguyên tử bị phân rã ⇒ H = 85 phân rã /5phút H = H0 e − λ t t ln ln => T = ln H = ln 190 = 2,585 85 H Ví dụ2:Để đo chu kỳ chất phóng xạ người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ thời điểm t0=0 Đến thời điểm t1=2 giờ, máy đếm n1 xung, đến thời điểm t2=3t1, máy đếm n2 xung, với n2=2,3n1 Xác định chu kỳ bán rã chất phóng xạ Giải: - Số xung đếm số hạt nhân bị phân rã: ∆ N = N0(1- e − λ t ) - Tại thời điểm t1: ∆ N1 = N0(1- e − λ t ) = n1 - Tại thời điểm t2 : ∆ N2 = N0(1- e − λ t ) = n2 = 2,3n1 - e − λ t = 2,3(1- e − λ t1 ) ⇔ 1- e −3λ t1 =2,3(1- e − λ t1 ) ⇔ + e − λ t1 + e −2 λ t1 = 2,3 ⇔ e −2 λ t1 + e − λ t1 - 1,3=0 => e − λ t1 = x > ⇔ X2 + x - 1,3 = => T = 4,71 h Ví dụ3:Hạt nhân Pơlơni chất phóng xạ α , sau phóng xạ trở thành hạt nhân chì bền Dùng mẫu Po đó, sau 30 ngày, người ta thấy tỉ số khối lượng chì Po mẫu 0,1595 Tính chu kì bán rã Po Giải: - − λ t m Pb ∆m' N (1 − e ) A' A' Tính chu kì bán rã Po: m = = = (1- e − λ t ) − λ t N A m0 e m A Po t ln 30 ln m A T = - ln(1 − Pb ) = ln(1 − 0,1595.210 ) = 138 ngày m Po A' 206 Ví dụ 4:Ra224 chất phóng xạ α Lúc đầu ta dùng m0=1g Ra224 sau 7,3 ngày ta thu V=75cm3 khí Heli đktc Tính chu kỳ bán rã Ra224 Giải: 10 t ln 7,3 ln A V 224.0,075 = 3,65 ngày T = - ln(1 − ) = - ln(1 − ) 22,4.m0 22,4.1 III) Tính tuổi cổ vật III.1)Phương pháp 1)Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) lại khối lượng (số nguyên tử) ban đầu lượng chất phóng xạ có mẫu vật cổ m m T ln − λ t = e => t = m m0 ln N N T ln − λ t = e => t = N N0 ln 2) Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) bị phóng xạ khối lượng (số ngun tử) lại lượng chất phóng xạ có mẫu vật cổ A.∆m' N (1 − e − λ t ) A' ∆m' A' T ln( + 1) − λ t = = (1- e ) => t = m A' − λ t N A m0 e m A ln ∆N ∆N T ln(1 + ) λt = e -1 => t = N N ln 3)Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) lại hai chất phóng xạ có mẫu vật cổ N = N 01e − λ1 t ; N = N 02 e − λ2t N N N N 01 t ( λ − λ1 ) ln 02 ln ln = e => => t = N N 01 với λ1 = T , λ = T2 N N 02 λ −λ 4)Tính tuổi mẫu vật cổ dựa vào 146 C (Đồng hồ Trái Đất) -ở khí ,trong thành phần tia vũ trụ có nơtrơn chậm ,một nơtrơn gặp hạt nhân 147 N tạo nên phản ứng 14 n + 14 N 14 C + 11 p C đồng vị phóng xạ β − với chu kỳ bán rã 5560 năm - 146 C có điôxit cacbon Khi thực vật sống hấp thụ CO2 khơng khí nên q trình phân rã cân với trình tái tạo 146 C -Thực vật chết q trình phân rã 146 C ,tỉ lệ 146 C giảm dần Do đó: 11 +Đo độ phóng xạ 146 C mẫu vật cổ => H +Đo độ phóng xạ 146 C mẫu vật loại ,cùng khối lượng thực vật vừa chết =>H0 H=H0 e − λ t => t= H0 H với T=5560 năm ln T ln -Động vật ăn thực vật nên việc tính tốn tương tự III.2)Các ví dụ 235 Ví dụ : Hiện quặng thiên nhiên có chứa 238 92 U 92 U theo tỉ lệ nguyên tử 140 :1 Giả sử thời điểm tạo thành Trái Đất, tỷ lệ 1:1 Hãy 235 tính tuổi Trái Đất Biết chu kỳ bán rã 238 92 U 4,5.10 năm 92U có chu kỳ bán rã 7,13.108năm Giải: Phân tích : N N 02 ln 140 t= N N 01 = ln 2( − ) = 60,4 108 (năm) 7,13.10 4,5.10 λ − λ1 ln Ví dụ :Thành phần đồng vị phóng xạ C14 có khí có chu kỳ bán rã 5568 năm Mọi thực vật sống Trái Đất hấp thụ cacbon dạng CO2 chứa lượng cân C14 Trong ngơi mộ cổ, người ta tìm thấy mảnh xương nặng 18g với độ phóng xạ 112 phân rã/phút Hỏi vật hữu chết cách lâu, biết độ phóng xạ từ C14 thực vật sống 12 phân rã/g.phút Giải: Phân tích :Bài tính tuổi dựa vào C14 H=H0 e − λ t => t= H0 12 5560 ln 112 / 18 = H = ln ln T ln 5268,28 (năm) Chú ý:Khi tính tốn cần lưu ý hai mẫu vật phải khối lượng Ví dụ :Trong mẫu quặng Urani người ta thường thấy có lẫn chì Pb206 với Urani U238 Biết chu kỳ bán rã U238 4,5.109 năm, tính tuổi quặng trường hợp sau: Khi tỷ lệ tìm thấy 10 nguyên tử Urani có ngun tử chì Tỷ lệ khối lượng hai chất 1g chì /5g Urani Giải :Phân tích:Trong tính tuổi biết tỉ số số nguyên tử(khối lượng) lại số nguyên tử (khối lượng ) hạt tạo thành: − λ t ∆m' N (1 − e ) A' A' = = (1- e − λ t ) N A m e − λ t m A 12 ∆m' ∆N = , = m N =>t = T ln( A.∆m' 238 + 1) 4,5.10 ln( + 1) = = 1,35.109 năm m A' 5.206 ln ln ∆N ∆N T ln(1 + ) 4,5.10 ln(1 + ) λt = e -1 => t = N = = 1,18.10 năm N ln ln IV) Năng lượng phóng xạ IV.1)Phương pháp: 1.Động hạt B,C ∆E WC WB + WC mC WB WC mB = W ⇒ m = m = m + m = m + m ⇒ WB = m + m ∆E mC B C B C B B C C B ⇒ WC = mB ∆E m B + mC % lượng toả chuyển thành động hạt B,C % WC= mB WC 100% = 100% m B + mC ∆E %WB=100%-%WC 3.Vận tốc chuyển động hạt B,C WC= mv2 ⇒ v= 2W m Chú ý: Khi tính vận tốc hạt B,C - Động hạt phải đổi đơn vị J(Jun) - Khối lượng hạt phả đổi kg - 1u=1,66055.10-27 kg - 1MeV=1,6.10-13 J IV.2)Các ví dụ α hạt nhân X với Ví dụ : Randon 222 86 Rn chất phóng xạ phóng hạt chu kì bán rã T=3,8 ngày.Biết phóng xạ toả lượng 12,5MeV dạng tổng động hai hạt sinh (W α + WX) Hãy tìm động hạt sinh Khi tính, lấy tỉ số khối lượng hạt gần tỉ số số khối chúng (m α /mX ≈ A α /AX) Cho NA=6,023.1023mol-1 Giải : W α + WX = ∆E =12,5 ⇒ WC = mB 218 ∆E = 12,5= 12,275 MeV m B + mC 222 13 WB = mC ∆E = 12,5 -12,275=0,225MeV mC + m B Ví dụ :Hạt nhân hạt α 226 88 Ra có chu kì bán rã 1570 năm, đứng yên phân rã biết đổi thành hạt nhân X Động hạt α phân rã 4,8MeV Hãy xác định lượng toàn phần toả phân rã.Coi khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ khối lượng chúng m W 4 α X ⇒ WX = Giải : m = W = Wỏ = 4,8= 0,0865 MeV 222 222 222 X α W α + WX = ∆E =4,8 +0,0865 =4,8865 MeV α Trước phóng xạ hạt nhân Po Ví dụ : Hạt nhân 210 84 Po có tính phóng xạ đứng n Tính động hạt nhân X sau phóng xạ Cho khối lượng hạt nhân Po mPo=209,93733u, mX=205,92944u, m α =4,00150u, 1u=931MeV/c2 Giải : ∆E = 931 (mA – mB – mC) = 931.( 209,93733-205,92944 - 00150) = 5,949(MeV) W α + WX = ∆E =5,949 WB = mC ∆E = 5,949 = 0,1133 MeV mC + m B 210 Ví dụ :Hãy viết phương trình phóng xạ α Randon ( 222 86 Rn ).Có phần trăm lượng toả phản ứng chuyển thành động hạt α ? Coi hạt nhân Randon ban đầu đứng yên khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối Giải : % WC = mB 218 WC 100% = 100% = 100% = 98,2% m B + mC 222 ∆E Ví dụ :Pơlơni Tính vận 210 84 Po chất phóng xạ α , có chu kì bán rã T = 138 ngày tốc hạt α , biết hạt nhân Pôlôni phân rã toả lượng E=2,60MeV Giải : W α + WX = ∆E = 2,6 mα WX = = => W α = 0,04952MeV=0,07928 10-13J mX Wα 206 ⇒v = 2W = 1,545.106m/s m 14 C BÀI TẬP TRÁC NGHIỆM Câu Khi nói phóng xạ, phát biểu đúng? A Sự phóng xạ phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên bề mặt khối chất phóng xạ B Chu kì phóng xạ chất phụ thuộc vào khối lượng chất C Phóng xạ phản ứng hạt nhân toả lượng D Sự phóng xạ phụ thuộc vào nhiệt độ chất phóng xạ Câu Hệ thức chu kì bán rã T, số rã λ là: log B T = λ -1 A λ = C.T (C số) C T = ln 2 D T = ln2.λ Câu Hằng số phóng xạ rubidi 0,00077 s -1 Chu kỳ bán rã tính theo đơn vị phút nhận giá trị sau đây: A 150 phút B 15 phút C 900 phút D 600 phút Câu Nếu N0, N số nguyên tử ban đầu, số nguyên tử thời điểm t, λ số rã (hay số phóng xạ) biểu thức định luật phóng xạ là: A N=N0e-λt B N=N0eλ/t C N=N0e1/λt D N0 -λt =Ne Câu Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T thời điểm ban đầu có 32N hạt nhân Sau khoảng thời gian T/2, 2T 3T, số hạt nhân lại bao nhiêu? A 16 N0 , N0 , N0 B 24N0 ,12N0 , 6N0 C 16N0 , 8N0 , 4N0 D 16 N0 , 8N0 , 4N0 Câu Giả sử sau (kể từ thời điểm ban đầu) số hạt nhân mẫu chất đồng vị phóng xạ bị phân rã 75% số hạt nhân ban đầu Chu kỳ bán rã chất phóng xạ bằng: A B C D 25 Câu Chu kỳ bán rã 11 Na T Sau thời gian T/2, lượng đồng vị phóng xạ 25 25 11 Na ban đầu bị 0,250 mg Số hạt 11 Na ban đầu là: A 8,5.1022 B 0,85.1020 C 0,2.1020 D 2.1022 Câu Đồng vị phóng xạ 2511 Na có số phóng xạ 0,011179 s-1 Sau số hạt phóng xạ 1/10 số hạt ban đầu? A 20,597s B 205,96s C 41,194s D 411,93s Câu 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 A N0 16 B N0 C N0 D N0 Câu 10 Chất phóng xạ X có chu kỳ bán rã T1, chất phóng xạ Y có chu kỳ bán rã T2 Biết T2 =2T1 Trong khoảng thời gian, chất phóng xạ Y có số hạt nhân lại 1/4 số hạt nhân Y ban đầu số hạt nhân X bị phân rã bằng: 15 A 1/16 số hạt nhân X ban đầu B 15/16 số hạt nhân X ban đầu C 7/8 số hạt nhân X ban đầu D 1/8 số hạt nhân X ban đầu Câu 11 Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã T Cứ sau khoảng thời gian số hạt nhân bị phân rã khoảng thời gian ba lần số hạt nhân lại đồng vị ấy? A 0,5T B 3T C 2T D T Câu 12 Một chất phóng xạ có chu kì bán rã T, sau tỉ số số hạt số hạt lại chất 15? A T B 2T C 3T D 4T Câu 13 Chu kỳ bán rã hai chất phóng xạ A B 20 ngày 40 ngày Ban đầu hai khối chất A B có số lượng hạt nhân Sau 80 ngày, tỷ số hạt nhân A B lại là: A 1: B 3: C 4: D 1: 238 235 Câu 14 Biết chu kỳ bán rã U 4,5.10 năm, U 7,13.10 năm Hiện tỉ lệ U238 U235 140:1 Giả thiết thời điểm hình thành trái đất tỉ lệ 1:1 Tuổi trái đất xấp xỉ A 6.1012 năm B 6.109 năm C 6.1010 năm D 6.108 năm Câu 15 Một bình đựng đầy chất phóng xạ X Sau lượng chất phóng xạ bình giảm 1/3 bình Hỏi sau lượng chất phóng xạ bình giảm 2/3 bình ? A 1,71 h B 2,71 h C h D 4h 210 Câu 16 Hạt nhân 84 Po phóng xạ α với chu kỳ bán rã T, ban đầu tinh khiết Ở thời điểm t=3T kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng hạt nhân 21084 Po bị phân rã 14g Khối lượng 21084 Po lại chưa bị phân rã A 2g B 7g C 420/206g D 206/420g Câu 17 Một chất phóng xạ X ban đầu có số hạt N Sau hai năm kể từ thời điểm ban đầu số hạt bị phân rã là 0,36N Trước năm số hạt chưa bị phân rã A 0,8N0 B 0,6N0 C 0,2N0 D 0,32N0 Câu 18 Gọi ∆t khoảng thời gian để số hạt nhân lượng chất phóng xạ giảm e lần, e thỏa mãn lne = 1, T chu kì bán rã chất phóng xạ Quan hệ ∆t T A T = ∆t ln B T = ln ∆t C T = ∆t.ln2 D T = ln ∆t Câu 19 Gọi ∆t khoảng thời gian để số hạt nhân nguyên tử giảm e lần, Sau thời gian 0,51∆t số hạt nhân chất phóng xạ lại ? A 13,5% B 35% C 40% D 60% Câu 20 Thời gian τ để số hạt nhân phóng xạ giảm e = 2,7183 lần gọi thời gian sống trung bình chất phóng xạ Có phần trăm nguyên tố phóng xạ bị phân rã sau thời gian t = τ ? A 35% B 36,79% C 63,21% D 65% Câu 21 Một mẫu hạt nhân phóng xạ lúc đầu khơng tạp chất, sau thời gian t, số hạt phân rã gấp lần số hạt chưa phân rã Thời gian từ lúc số hạt giảm 16 nửa đến lúc số hạt giảm e lần (e số tự nhiên) t 8 A  ln −   ln  t 3 B 1 −   ln   C 3t 1 −    ln  D t ( ln − 1) Câu 22 Giải sử ban đầu có mẫu phóng xạ X nguyên chất, có chu kì bán rã T biến thành hạt nhân bền Y Tại thời điểm t tỉ lệ hạt nhân Y hạt nhân X k Tại thời điểm t2 = t1 + 2T tỉ lệ A 4k + B 4k/3 C 4k D k + 24 + Câu 23 11 Na đồng vị phóng xạ β với chu kì bán rã T biến đổi thành 2412 Mg Lúc ban đầu (t = 0) có mẫu 2411 Na nguyên chất Ở thời điểm t 1, tỉ số số hạt nhân 24 12 Mg tạo thành số hạt nhân 24 11 Na lại mẫu Ở thời điểm t2 = t + 2T , tỉ số nói A 12 B C 11 12 D 13 Câu 24 Một mẫu chất phóng xạ, sau thời gian t 20% hạt nhân chưa bị phân rã Đến thời điểm t2 =t1 + 100s số hạt nhân chưa bị phân rã 5% Chu kỳ bán rã đồng vị phóng xạ A 50s B 400s C 300s D 25s Câu 25 Ban đầu (t=0) có mẫu chất phóng xạ nguyên chất Ở thời điểm t mẫu chất phóng xạ lại 40% hạt nhân chưa bị phân rã Đến thời điểm t = t1 + 900 s số hạt nhân chưa bị phân rã 5% so với số hạt nhân ban đầu Chu kỳ bán rã chất A 300 s B 350 s C 500 s D 450 s 24 24 Câu 26 Đồng vị 11 Na phóng xạ β tạo thành chì 12 Mg Tại thời điểm t1 tỉ lệ số hạt nhân 2412 Mg số hạt nhân 2411 Na mẫu 3:1 Tại thời điểm t = t1 + 60 (giờ) tỉ lệ 63:1 Chu kỳ phân rã 2411 Na A B C 12 D 15 Câu 27 Một chất phóng xạ X có chu kỳ bán rã T Sau khoảng thời gian t kể từ thời điểm ban đầu tỉ số số hạt X chưa bị phân rã số hạt X bị phân rã 1:15 Gọi n1 n2 số hạt nhân X bị phân rã sau hai khoảng thời gian 0,5t liếp tiếp kể từ thời điểm ban đầu Tỉ số n n n n A n = B n = C n = D n = 2 2 Câu 28 Một chất phóng xạ X nguyên chất có số hạt nhân ban đầu N chu kì bán rã T, sau thời gian Δt (tính từ thời điểm ban đầu t = 0) số hạt nhân lại mẫu phóng xạ N Tăng nhiệt độ chất phóng xạ X lên gấp lần sau thời gian 3Δt (tính từ thời điểm ban đầu t = 0), số hạt nhân bị phân rã A N0 – 3N B N0 – 2N N2 C 3N N3 D N − N0 Câu 29 Một mẫu chất phóng xạ tinh khiết Ở thời điểm t t2=2t1 kể từ thời điểm ban đầu số hạt nhân lại N1 N2 Số hạt nhân lại thời điểm t3=2t2 kể từ thời điểm ban đầu 17 N 32 A N1 N  C    N1  B N1 – N2 Câu 30 Hạt nhân A1 Z1 D (N1 – N2) X phóng xạ biến thành hạt nhân A2 Z2 Y bền Coi khối lượng hạt nhân X, Y số khối chúng tính theo đơn vị u Biết chất phóng xạ A1 Z1 X có chu kì bán rã T Ban đầu có khối lượng chất A1 Z1 X, sau chu kì bán rã tỉ số khối lượng chất Y khối lượng chất X A A1 A2 B A2 A1 C A2 A1 D A1 A2 Câu 31 Chất 21083 Bi ban đầu tinh khiết phóng xạ β- tạo hạt nhân Po Ở thời điểm t, tỉ số hạt nhân Po hạt nhân 21083 Bi mẫu 14:1 tỉ số khối lượng hạt nhân Po khối lượng hạt nhân mẫu A 14:1 B 2884:210 C 2940:206 D 1:14 210 Câu 32 Chất phóng xạ 84 Po có chu kỳ bán rã 138 ngày biến thành hạt nhân chì (Pb) Ban đầu có 42mg chất phóng xạ 21084 Po Sau 276 ngày đêm phóng xạ, khối lượng chì mẫu A 10,5 mg B 21 mg C 30,9 mg D 28 mg Câu 33 Biết chu kỳ bán rã Po 138 ngày Tính tuổi mẫu chất thời điểm khảo sát khối lượng Po gấp lần khối lượng Pb, với số khối Po 210, số khối Pb 206 A 45,2 ngày B 42 ngày C 36 ngày D 72 ngày Câu 34 Hạt nhân Poloni ( 21084 Po ) chất phóng xạ phát tia α biến đổi thành hạt nhân chì Tại thời điểm t, tỉ lệ số hạt nhân chì số hạt 21084 Po có mẫu 3:1 Tỉ lệ khối lượng hạt nhân chì khối lượng hạt nhân 210 84 Po mPb: mPo có mẫu thời điểm 2t A 103 B 61,8 C 103 D 61,8 Câu 35 Đồng vị 2411 Na phóng xạ β- với chu kì bán rã 15 giờ, tạo thành hạt nhân 2412 Mg Khi nghiên cứu mẫu chất người ta thấy thời điểm bắt đầu khảo sát tỉ số khối lượng 2412 Mg 2411 Na 0,25 Sau tỉ số 9? A 45 B 30 C 60 D 25 24 24 Câu 36 11 Na sau phóng xạ tạo thành 12 Mg Khi nghiên cứu mẫu chất phóng xạ 2412 Mg thời điểm ban đầu khảo sát tỉ số khối lượng 2412 Mg 24 24 11 Na 0,25 Sau chu kỳ phân rã 11 Na tỉ số nhận giá trị nào? A B C D 1/2 31 31 – Câu 37 Đồng vị 14 Si phóng xạ β Một mẫu phóng xạ 14 Si ban đầu thời gian phút có 190 nguyên tử bị phân rã sau thời gian phút có 17 nguyên tử bị phân rã Biết chu kỳ bán rã chất phóng xạ lớn phút nhiều Chu kì bán rã chất A 2,8 h B 2,7 h C 2,5 h D 2,6 h 18 Câu 38 Một chất phóng xạ phát tia α, hạt nhân bị phân rã sinh hạt α Trong thời gian phút đầu, chất phóng xạ sinh 360 hạt α, sau phút chất phóng xạ sinh 45 hạt α Chu kì chất phóng xạ A B C D Câu 39 Cho chất phóng xạ có chu kì bán rã T Trong t người ta đếm n1 nguyên tử bị phân rã; t2 = 2t1 tiếp theo, người ta đếm n1 nguyên tử bị phân rã Chu kì bán rã T có giá trị bao nhiêu? 64 t t t t A T = B T = C T = D T = 210 206 Câu 40: Chất phóng xạ pơlơni 84 Po phát tia α biến đổi thành chì 82 Pb n2 = Cho chu kì bán rã 210 84 Po 138 ngày Ban đầu (t = 0) có mẫu pơlơni ngun chất Tại thời điểm t1, tỉ số số hạt nhân pôlôni số hạt nhân chì mẫu Tại thời điểm t2 = t1 + 276 ngày, tỉ số số hạt nhân pôlôni số hạt nhân chì mẫu A 15 B 16 C D 25 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VỚI HIỆU QUẢ GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG Trong q trình giảng dạy tơi thấy kết học sinh giỏi tăng lên rõ rệt học sinh yếu, giảm so với năm chưa đưa ý tưởng vào áp dụng Tỉ lệ kết học sinh chưa áp dụng sáng kiến Năm học Lớp Tổng Học Học sinh Học sinh Học Số học số học sinh Trung Khá sinh sinh lớp sinh yếu bình Giỏi 12 thi ĐH đạt đem so điểm lý sánh từ trở lên 2011 12 90 3,3 38,9 50 55,6 2,2 25 -2012 % % % % 2012 12 90 2,2 38,9 49 54,4 3,3 29 2013 % % % % 2013 12 90 2.2 34% 51 56,% 3,3 31 2014 % % 19 Tỉ lệ kết học sinh áp dụng sáng kiến Năm học Lớp Tổng Học Học sinh số HS sinh Trung yếu bình đem so sánh 2014 2015 2015 2016 2016 2017 12 90 0 30 12 90 0 12 90 0 Học sinh Khá 54 60% 27 33,3 % 30% 55 26 28% 56 61,1 % 60% Học sinh Số học Giỏi sinh lớp 12 thi đại học đạt điểm lý từ trở lên 6,67 36 % 8,9% 37 8,9% 44 Qua kết tổng hợp ta thấy sau áp dụng sáng kiến vào cơng tác dạy học học sinh nâng chất lượng giáo giục đại trà giáo dục mũi nhon lên cách đáng kể đặc biệt kết học sinh đạt điểm kì thi đại học cao đẳng đạt kết dáng khích lệ Rất mong ủng hộ phổ biến phương pháp ngành để góp phần vào nâng cao chất lượng giáo dục, đáp ứng phần vào phát triển nguồn nhân lực nước nhà KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Từ trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh ôn thi Đại học, Cao đẳng rút vài kinh nghiệm nhỏ việc dạy tập nâng cao chất lượng: + Học sinh nắm bắt kiến thức dễ dàng, nhẹ nhàng từ hứng thú học tập theo giảng lý thuyết chăm + Phải cho học sinh nắm vững phương pháp cách nhận biết dạng tập thuộc chương, phần + Phải cho học sinh nắm phương pháp giải tập theo dạng, chủ đề + Học sinh phát huy tính tích cực, kỹ rèn luyện so sánh tư trừu tượng + Chất lượng học sinh tăng lên rõ rệt đảm bảo xác 100% học sinh hiểu vận dụng sau học Phương pháp phải nghiên cứu sâu để khai thác mạnh nó, đồng thời khắc phục nhược điểm nó, cụ thể: - Ưu điểm: Tơi trình bày đề tài sáng kiến kinh nghiệm - Nhược điểm: Đề tài áp dụng cho đối tượng học sinh ôn thi Đại học, cao đẳng cần có khéo léo giáo viên để dẫn dắt học sinh tìm phương pháp giải nhanh 20 3.2 KIẾN NGHỊ Trong đề tài tơi đề cập số tập mong muốn đề tài bổ sung thêm nhiều tập để đưa vào áp dụng rộng rãi Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN Thọ Xuân, ngày 25 tháng năm 2018 Tôi xin cam đoan SKKN viết khơng chép nội dung người khác Lê Văn Hiểu DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 Kiến thức bản, nâng cao vật lý 12 – Tác giả: Vũ Thanh Khiết Bài tập vật lí 12 – Cơ (Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang - Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh) Bài tập vật lí 12 – Nâng cao( Lê Trọng Tương – Lương Tất Đạt – Lê Chân Hùng – Phậm Đình Thiết – Bùi Trọng Tuân) Từ điển vật lí ( Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết) Phương pháp giải 450 toán Căn – Nâng cao – Trắc nghiêm – Tác giả: Vũ Đình Đoàn 6.SGK vật lý 12-NXB Giáo dục 7.SGK vật lý 12-Sách giáo khoa thí điểm ban khoa học tự nhiên -NXB Giáo dục 8.Wedside: Ônthi com Bài giảng edu.vn Thư viện vật lý com 9.Tài liệu ôn thi đại học – Nguyễn Văn Thụ -Đại học sư phạm Hà Nội 22 ... Hướng dẫn học sinh phân loại giải số tốn phóng xạ" Trong khuôn khổ đề tài đưa số tốn thuộc chương trình vật lý 12 để em tiếp cận kiến thức áp dụng giải toán cách dể dàng để em u thích mơn học. .. dụng Tỉ lệ kết học sinh chưa áp dụng sáng kiến Năm học Lớp Tổng Học Học sinh Học sinh Học Số học số học sinh Trung Khá sinh sinh lớp sinh yếu bình Giỏi 12 thi ĐH đạt đem so điểm lý sánh từ trở lên... phân rã sau thời gian phóng xạ t c)Tỉ số độ phóng ban đầu độ phóng xạ chất phóng xạ thời điểm t Phương pháp: a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử lại sau thời gian phóng xạ t N = N0 e − λ t