Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương hạt nhân nguyên tử vật lí 12 trung học phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LƢƠNG THỊ MINH XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THƠNG THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TỰ CHỦ VÀ BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học (Bộ mơn Vật lí) Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Diệu Nga HÀ NỘI - 2011 CÁC CHỨ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CH : Câu hỏi THPT : Trung học phổ thông TNSP : Thực nghiệm sƣ phạm SGK : Sách giáo khoa MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Câu hỏi vấn đề nghiên cứu 2 Giả thuyết khoa học Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu 3 Cấu trúc luận văn Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THƠNG 1.1 Khái niệm tập vật lí 1.2 Vai trị, tác dụng tập vật lí [11, tr 7-11] 1.3 Phân loại tập vật lí [11, tr.12] 4 1.3.1 Phân loại tập theo nội dung 1.3.2 Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện phƣơng thức giải 1.3.3 Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tƣ trình dạy học.[10, tr.35 ] 1.4 Tƣ giải tập vật lí 13 14 1.5 Phƣơng pháp giải tập vật lí 1.6.Hƣớng dẫn học sinh giải tập vật lí 1.6.1 Hƣớng dẫn theo mẫu (hƣớng dẫn Angorit) 1.6.2 Hƣớng dẫn tìm tòi (Hƣớng dẫn Ơrixtic) 16 19 19 20 1.6.3 Định hƣớng khái quát chƣơng trình hóa 1.7 Lựa chọn sử dụng tập vật lí 1.7.1 Lựa chọn tập Vật lí 1.7.2 Sử dụng hệ thống tập 1.8 Phát triển tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo học sinh 21 22 22 23 24 1.8.1 Tính tích cực tự chủ 1.8.2 Bồi dƣỡng lực sáng tạo học sinh 1.9 Thực trạng hoạt động dạy giải tập vật lí số trƣờng Trung học phổ thông 24 25 26 1.9.1 Đối tƣợng phƣơng pháp điều tra 26 1.9.2 Kết điều tra 27 Kết luận chƣơng 30 Chƣơng 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 31 2.1 Vị trí chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 Trung học phổ thông 31 2.2 Nội dung kiến thức chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 THPT 31 2.2.1 Các kiến thức cấu tạo hạt nhân nguyên tử 31 2.2.2 Các kiến thức phản ứng hạt nhân 33 2.2.3 Các kiến thức phóng xạ 35 2.3 Mục tiêu dạy học chƣơng Hạt nhân nguyên tử 37 2.4 Những kĩ học sinh cần đạt đƣợc 40 2.5 Phân loại tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử 41 2.6 Hệ thống tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử .Dạng Năng lƣợng liên kết 43 2.7 Sử dụng hệ thống tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử 54 2.8 Hƣớng dẫn hoạt động giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử 55 2.8.1 Dạng 1: Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 55 2.8.2 Dạng 2: Phản ứng hạt nhân 59 2.8.3.Dạng 3: Phóng xạ 63 Kết luận chƣơng 67 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 68 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm (TNSP) 68 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm 68 3.3 Tiến trình thực nghiệm sƣ phạm 68 3.4 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm 69 3.4.1 Đánh giá định tính việc nắm vững kiến thức, phát huy tính tích cực tự chủ bồi dƣỡng lực sáng tạo học sinh 69 3.4.2 Phân tích, đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm phƣơng pháp thống kê toán 73 Kết luận chƣơng 81 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 82 Kết luận 82 Khuyến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Chúng ta sống sống thời đại bùng nổ tri thức khoa học công nghệ Xã hội phồn vinh kỉ 21 xã hội dựa vào tri thức, tƣ sáng tạo, tài sáng chế ngƣời Trong xã hội biến đổi nhanh chóng nhƣ nay, ngƣời lao động phải biết ln tìm tịi kiến thức trau dồi lực cho phù hợp với phát triển khoa học kĩ thuật Chính vậy, mục đích giáo dục nƣớc ta giới không dừng lại việc truyền thụ cho học sinh kiến thức, kĩ lồi ngƣời tích lũy đƣợc trƣớc đây, mà đặc biệt quan tâm đến việc bồi dƣỡng cho họ lực sáng tạo tri thức, phƣơng pháp, cách giải vấn đề cho phù hợp hiệu Trong năm qua, ngành giáo dục thực nhiều giải pháp đồng để nâng cao chất lƣợng giáo dục, đổi chƣơng trình, nội dung, phƣơng pháp dạy học, tất ngƣời học Từ thấy, lựa chọn phƣơng pháp dạy học phù hợp, nhằm rèn luyện tính tích cực, tự chủ, lực tự suy nghĩ cho học sinh vấn đề quan trọng dạy học nói chung dạy học mơn Vật lí nói riêng Q trình dạy học Vật lí nâng cao chất lƣợng học tập phát triển lực học sinh nhiều phƣơng pháp, cách thức khác Trong giải tập vật lí với tƣ cách phƣơng pháp đƣợc xác định từ lâu giảng dạy vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục phát triển lực học sinh Đó thƣớc đo đắn, thực chất tiếp thu, vận dụng kiến thức kĩ năng, kĩ xảo học sinh Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc quy luật vật lí, tƣợng vật lí, biết phân tích vào vấn đề thực tiễn Thông qua dạng tập, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức để tự lực giải thành cơng tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc, hoàn thiện biến thành vốn riêng học sinh Xu hƣớng đại lí luận dạy học trọng nhiều đến hoạt động vai trò ngƣời học Việc rèn luyện khả hoạt động tự lực, tự giác, chủ động sáng tạo đánh giá tiếp thu kiến thức học sinh thông qua việc nghiên cứu, xây dựng hệ thống tập hƣớng dẫn hoạt động giải tập cần thiết Trong năm giảng dạy trƣờng phổ thơng qua tìm hiểu thực tế, trao đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp, nhận thấy chƣơng trình vật lí 12, chƣơng “Hạt nhân ngun tử” phần học học sinh bắt đầu tiếp cận, kiến thức bản, tảng nhƣng phức tạp Chƣơng học có khả kích thích tị mị, ham hiểu biết học sinh, đồng thời sử dụng kiến thức, kĩ phần học trƣớc Do đó, việc đƣa đƣợc tài liệu trình bày cụ thể cấp độ sử dụng hệ thống tập chƣơng, xếp chúng cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp hƣớng dẫn cho học sinh cách giải để tìm đƣợc chất vật lí tốn vật lí, nâng cao hiệu học tập học sinh nói riêng hiệu giáo dục nói chung điều cần thiết Vì vậy, chúng tơi lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Hạt nhân nguyên tử, vật lí 12 Trung học phổ thơng theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh” làm đề tài nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tập hƣớng dẫn hoạt động giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý12 THPT, nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức mà cịn phát huy đƣợc tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo hoạt động giải tập Câu hỏi vấn đề nghiên cứu Dạy tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử nhƣ để bồi dƣỡng tính tích cực, tự chủ sáng tạo cho học sinh? Giả thuyết khoa học Xây dựng đƣợc hệ thống tập phù hợp với mục tiêu dạy học thời gian dành cho chủ đề kiến thức vật lí, đồng thời tổ chức hoạt động dạy giải tập theo hƣớng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh phát huy đƣợc hết tác dụng tập vật lí dạy học vật lí, góp phần vào việc giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức mà cịn phát huy đƣợc tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy học tập vật lí lớp 12 THPT Phạm vi nghiên cứu Hoạt động dạy giải tập vật lí chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 THPT Đối tƣợng thực nghiệm: hoạt động dạy học tập vật lí chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lí 12 THPT số trƣờng THPT thuộc thành phố Hà Nội Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu lý luận vai trò, tác dụng, phƣơng pháp giải tập vật lí - Nghiên cứu nội dung kiến thức chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT - Nghiên cứu phƣơng pháp giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT - Lựa chọn hệ thống tập hƣớng dẫn hoạt động giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý12 THPT - Thực nghiệm sƣ phạm để kiểm định tính khả thi hiệu hệ thống tập phƣơng pháp hƣớng dẫn hoạt động giải tập soạn thảo Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết - Các phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn nhƣ: phƣơng pháp thực nghiệm, phƣơng pháp điều tra - Phƣơng pháp thống kê toán học Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn đƣợc trình bày 03 chƣơng: Chƣơng Cơ sở lý luận thực tiễn dạy giải tập vật lí phổ thơng Chƣơng Hệ thống tập hƣớng dẫn hoạt động giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT Chƣơng Thực nghiệm sƣ phạm Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THƠNG 1.1 Khái niệm tập vật lí Trong thực tế dạy học, ngƣời ta hay gọi vấn đề, hay câu hỏi cần đƣợc giải đáp nhờ lập luận lơgic, suy luận tốn học hay thực nghiệm vật lí sở sử dụng định luật phƣơng pháp Vật lí học tập vật lí [6,tr.56] Bài tốn vật lí, hay đơn giản gọi tập vật lí, phần khơng thể thiếu q trình dạy học vật lí cho phép hình thành làm phong phú khái niệm vật lí, phát triển tƣ vật lí thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp hƣớng nghiệp 1.2 Vai trò, tác dụng tập vật lí [11, tr 7-11] Mục tiêu dạy học vật lí trƣờng phổ thơng phải đảm bảo trang bị đầy đủ cho học sinh kiến thức phổ thơng bản, đại, làm cho học sinh vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập Để đạt đƣợc nhiệm vụ đồi hỏi học sinh phải đƣợc rèn luyện cách thƣờng xuyên, kết hợp nhiều phƣơng pháp Bài tập vật lí phƣơng pháp đƣợc vận dụng có hiệu dạy học vật lí Nó có tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc hồn thành nhiệm vụ dạy học vật lí phổ thơng Có thể nói, việc giải tập vật lí đƣợc xem nhƣ mục đích, phƣơng pháp dạy học Ngƣời ta ngày ý tăng cƣờng tập vật lí chúng đóng vai trị quan trọng dạy học giáo dục học sinh Tùy thuộc vào tình cụ thể, tập vật lí đƣợc sử dụng theo mục đích khác - Bài tập vật lí sử dụng phương tiện nghiện cứu tài liệu trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức cách sâu sắc vững Ví dụ: Cho hạt nhân 24 He a Tính độ giảm khối lƣợng nuclôn (2 prôtôn nơtron) tạo thành hạt nhân 24 He ( mHe =4,0015u ) b Tính lƣợng nghỉ hạt nhân 24 He lƣợng nghỉ tổng nuclon So sánh độ lớn hai lƣợng c Từ hạt nhân nguyên tử Heli muốn tách thành nuclôn riêng rẽ ( bao gồm prôtôn nơtron ) phải cung cấp cho hệ lƣợng tối thiểu bao nhiêu? Bài tập vận dụng kiến thức học cấu tạo hạt nhân nguyên tử để xây dựng kiến thức lƣợng nghỉ, lƣợng liên kết lƣợng liên kết riêng học - Bài tập vật lí phương tiện để học sinh rèn luyện khả vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống Ví dụ sau học phản ứng nhiệt hạch ta cho học sinh làm tập: Xét phản ứng nhiệt hạch: D 12D31T  p Tính lƣợng thu đƣợc từ 1kg nƣớc thƣờng dùng toàn đơtêri rút làm nhiên liệu hạt nhân Cần ét xăng để có lƣợng ấy? Biết suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg nƣớc thƣờng có 0,015% nƣớc nặng Cho mD = 2,0136u ; mp = 1,0037u ; mT = 3,0160u; 1u = 931,5 MeV/c2 Khi giải tập nhƣ giúp cho học sinh ôn tập, củng cố kiến thức học, đồng thời tập cho ngƣời học quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế, vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề đặt sống - Bài tập vật lí phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh Hoạt động giải tập hình thức làm việc tự lực học sinh Trong giải tập học sinh phải phân tích điều kiện đề bài, tự xây dựng lập luận, thực việc tính tốn, cần thiết phải tiến hành thí nghiệm, thực phép đo, xác định phụ thuộc hàm số đại lƣợng, kiểm tra kết luận Trong điều kiện đó, tƣ lơgic, tƣ sáng tạo học sinh đƣợc phát triển, lực làm việc độc lập học sinh đƣợc nâng cao Phần định luật phóng xạ Mức độ khó khăn giải Có khó Có khó khăn, khăn, tự Dạng tập Khơng khó khơng tự vượt qua vượt qua được Phân biệt loại phóng xạ α, β, γ Khơng biết sử dụng hàm mũ để tìm nghiệm tốn Xác định tuổi cổ vật áp dụng định luật phóng xạ Câu 6: Sau hồn thành tập, em thực công việc sau nào? Mức độ Công việc Thường Thỉnh thoảng xuyên Không Không xem lại tập mà chuyển sang tập khác Tìm cách giải khác so sánh cách giải Thay đổi điều kiện toán để đƣợc toán tự giải Phân dạng tập Cảm ơn em hoàn thành phiếu điều tra! Sau em cho biết số thông tin cá nhân sau: Họ tên …………………… Lớp : …………… 89 Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA 45 PHÚT Câu Phát biểu sau sai cấu tạo hạt nhân? A Hat nhân đƣợc cấu tạo từ nuclơn B Hạt nhân có số nuclơn số khối A C Có hai loại nuclơn: prơtơn mang điện dƣơng nơtrôn không mang điện D Số prôtôn số nơtrôn Câu Phát biểu sau tƣợng phóng xạ đúng? A Khi tăng nhiệt độ, tƣợng phóng xạ xảy mạnh B Khi tăng áp suất khơng khí xung quanh chất phóng xạ, tƣợng phóng xạ bị hạn chế chậm lại C Phóng xạ tƣợng hạt nhân tự động phóng tia phóng xạ D Muốn điều chỉnh q trình phóng xạ ta phải dùng điện trƣờng mạnh từ trƣờng mạnh Câu Tìm câu phát biểu sai phản ứng dây chuyền: A Với khối lƣợng chất phân hạch phản ứng dây chuyền xảy đƣợc B Bom phân hạch phản ứng phân hạch có k >1 C Trong lò phản ứng hạt nhân bom phân hạch phản ứng dây chuyền D Lò phản ứng hạt nhân phản ứng phân hạch có điều khiển Câu Đồng vị Pôlôni 210 84 Po chất phóng xạ α, chu kì bán rã 138 ngày Cho NA= 6,02.1023mol-1 Độ phóng xạ ban đầu 2mg Po là: A 2,879.1016 Bq B 2,879.1019 Bq C 3,33.1011 Bq D 3,33.1014 Bq Câu Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật sau đây? A Bảo toàn động B Bảo toàn khối lƣợng C Bảo tồn số prơtơn D Bảo tồn số nuclơn 90 Câu Hạt nhân x phản ứng hạt nhân A 24 He B 73 Li 25 22 12 Mg  x  11Na   D 01 n C 11H Câu Tính hiệu số lƣợng liên kết 146C 147 N Biết mC14 = 14,0032u ; mN14 = 14,00307u; mn = 1,00866u; mp = 1,00728u; 1uc2 = 931,5 MeV Câu Tính lƣợng tỏa từ phản ứng: 11H  12 H  23He Cho mp = 1,007825u; mH2 = 2,01400u; mHe3 = 3,01603u Câu Cho biết chu kì bán rã 222 86 Rn 3,8 ngày Ban đầu khối lƣợng Rađơn 1g a Tính số phóng xạ b Tính số hạt nhân 222 86 Rn cịn lại sau 10 chu kì Đáp án biểu điểm: Câu Đáp án D A A C D C Từ câu đến câu 6: câu 0,5 điểm Câu (2 điểm) Wlk C14 = (6mp + 8mn - mC ).c2 Wlk N14 = (7mp + 7mn - mN ).c2 Wlk C14 - Wlk N14 = (mn - mp - mC + mN ).c2 = ( 1,00866 – 1,00728 -14,0032 – 14,00307 ).c2 = 0,00125 uc2 = 1,16438 MeV Câu (2 điểm) W tỏa = (mp + mH2 - mHe3 ).c2 = ( 1,007825 + 2,01400 – 3,01603)uc2 = 0,005795 uc2= 0,005795.931,5 ≈ 5,4 MeV Câu (3 điểm) a Hằng số phóng xạ:  0, 693 0, 693   0, 21.105 T 3,8.24.3600 91 b mol Rn có khối lƣợng 222g ứng với 6,02.1023 hạt nhân Rn, 1g Rn ứng với số hạt nhân bằng: N0  6, 02.1023  2, 71.1021 (hạt nhân) 222 Số hạt nhân Rađôn cịn lại sau 10 chu kì ( t= 10T ) Nt  N0 e t  N0 e  0,693 10T T = N0.e-6,93 = 2,71.1021.e-6,93 ≈ 2,65 1018 (hạt nhân) 92 Phụ lục LỜI GIẢI VÀ ĐÁP SỐ CÁC BÀI TẬP Bài So sánh định tính: số khối lƣu huỳnh (S) Acgon (Ar) 36, có chênh lệch số prơtơn ngun tử nên hai hạt nhân có: - Khối lƣợng xấp xỉ - Điện tích khác Bài mhạt nhân = mnguyên tử - Z.melectron = 12u – 6.5,5.10-4 = 11,9967u Bài Kí hiệu hạt nhân ZA X Z số prơtơn, A tổng số nuclon, N= A- Z số nơtron Áp dụng vào bài: Hạt nhân 10 C 11 C 12 13 C 14 C C 15 C Số proton 6 6 6 Số nơtron Bài Hạt nhân He Be 15 O Số proton Số nơtron Các hạt nhân có số prơtơn số nơtron hạt nhân trên: Hạt nhân có Z = 1: hạt nhân Hidro (H) Hạt nhân có Z = 3: hạt nhân Liti (Li) Hạt nhân có Z = 7: hạt nhân Nitơ (N) Bài Khối lƣợng nguyên tử clo: 34,969u 75,4% + 36,966u 24,6%= 35,46u Bài Độ hụt khối Δm 2760Co = Z.mp + (A-Z) mn – mhạt nhân 2760Co = 27.1,00728u + 33.1.00866u – 55,925u = 4,55734u Bài + Xét hạt nhân 31T gồm hạt prôtôn hạt nơtron Cơng thức tính lƣợng liên kết: Wlk = mc  (Zm p  ( A  Z )mn  m X )c WlkT = ΔmT.c2 = 0,014u.c2 = 0,014 931,5MeV = 13,041 MeV Wlkr T = Wlk = 4,347 MeV A 93 Bài 11 Năng lƣợng liên kết riêng hạt 49 Be , 64 29 Cu , 108 47 Ag , 56 26 Fe WBe = 6,26MeV WCu = 8,54MeV WAg = 8,35MeV WFe = 8,58MeV Bài 12 Có: Wlk Ne = Δm.c2 = (20,1594u – mNe).c2 = 160,64 MeV m  (20,1594u  m Ne )  160, 64  0,1724u 931,5 MNe= 19,9870u Muốn tìm khối lƣợng nguyên tử, phải cộng thêm khối lƣợng 10 electron mnguyên tử Ne20= 19,9870u + 10.me = 19,9925u Bài 13 - Nếu từ trạng thái đầu gồm nuclôn p, p, n, n riêng rẽ cho tổng hợp lại thành hạt nhân 24 He tỏa lƣợng lƣợng liên kết Wlk - Năng lƣợng tỏa nuclon kết hợp tạo thành hạt nhân 24 He : Wlk = (2mp+2mn – mHe )c2 = 0,0304u.c2 = 0,0304 931,5= 28,299 MeV Tạo thành mol: ∑W = Wlk NA = 1,703.1025 MeV Bài 14 Từ phƣơng trình phản ứng ta có: 12 H  12 H  24 He  3, 25MeV Năng lƣợng tỏa từ phản ứng : E = ( ΔMHe – ΔmD )c2 = 3,25 MeV  lƣợng liên kết hạt nhân 24 He là: ΔEHe = ΔmHe c2 = E + 2.ΔmD c2 = 3,25 + 2.0,0024.931 = 7,7188 MeV Dạng Phản ứng hạt nhân Lời giải đáp số tập từ 15  31 Bài 15 Phƣơng trình phản ứng: U  24 He  230 90Th 234 92 Năng lƣợng tỏa phóng xạ: E = (m0 - m).c2 = ( mU – mα - mTh)c2 Từ định nghĩa độ hụt khối: ΔmU = 92.mp + (234 - 92).mn – mU => mU = 92.mp +142.mn – ΔmU ΔmTh = 90.mp + (230 - 90).mn – mTh => mTh = 90.mp +140.mn – ΔmTh Δmα = 2.mp + 2.mn – mα => mα = 2.mp +2.mn – Δmα 94  E = (Δmα + ΔmTh – ΔmU ) c2 = Aα εα + ATh εTh - AU εU Trong đó, εα ,εTh , εU Aα , ATh , AU tƣơng ứng lƣợng liên kết riêng số khối hạt α , Th230 U234 Thay số: E = 4.7,1 + 230 7,7 - 234 7,63 = 13,98 MeV Bài 16 199 F  11H  168 O  24 He X hạt nhân 24 He Bài 18 – dựa vào cơng thức tính lƣợng tỏa hay thu vào phản ứng W = (mtrƣớc - msau)c2 + Nếu W > 0 phản ứng toả lƣợng + Nếu W <  phản ứng thu lƣợng a W = 0,0059u.c2 = 5,4958 MeV  phản ứng tỏa lƣợng b W = 0,0255u.c2 = 23,7532 MeV  phản ứng tỏa lƣợng c W = 0,0188u.c2 = 17,5122 MeV  phản ứng tỏa lƣợng d W = - 0,0013u.c2 = - 1,2109 MeV  phản ứng thu lƣợng 1,2109 MeV Bài 19 a 17,3 MeV b 18,3 MeV c 22,4 MeV d 9,02 MeV Bài 20 Muốn thực đƣợc phản ứng hạt nhân thu lƣợng,ít phải cung cấp cho hệ lƣợng đủ lớn lƣợng cực tiểu phôtôn: hf= W = (mtrƣớc - msau)c2 Đáp số: a 1,75 MeV b 7,28 MeV Bài 21 Năng lƣợng tỏa : W = (mt - ms)c2 = 22,4 MeV Khối lƣợng hạt nhân Liti: mLi = 6,0135u 95 Bài 22 Hạt nhân 12 D có prơtơn nơ tron Hạt nhân 31T có prơtơn nơtron Hạt nhân 24 He có prơtơn nơtron Ta có: ΔmD = (mp + mn - mD) = 0,0024u  mD = mp + mn – 0,0024 u ΔmT = (mp + 2.mn – mT) = 0,0087u  mT = mp + 2.mn – 0,0087 u Δmα = (2.mp + 2.mn – mα ) = 0,0305u  mα = 2.mp +2.mn – 0,0305 u mặt khác: ΔE = ( mD + mT ) – (mHe + mn ).c2 = ( mp + mn – 0,0024 u + mp + 2.mn – 0,0087 u) – (2.mp +2.mn – 0,0305 u + mn ).c2 = 0,0194u.c2 = 18,06 MeV Phản ứng tỏa lƣợng 18,06 MeV Bài 24 a Hạt nhân pơlơni có Z = prôtôn N = A-Z = 210 – 84 =126 nơtron b Áp dụng định luật bảo toàn số khối bảo tồn điện tích cho phân rã pơlơni ta có phƣơng trình phản ứng: 210 84 Po  206 82 Pb   c Năng lƣợng tỏa hạt nhân pôlôni phân rã: W = (mtrƣớc - msau)c2 = [ mpo – (mPb + mα ) ]c2 = 0,006355.u.c2 = 5,92 MeV - Số hạt nhân Pôlôni 10 mg: N= m N A  2,868.1019 (hạt) M Po - Năng lƣợng cực đại tỏa 10 mg Po phân rã hết: W= N.W = 16, 978 1019 MeV = 2,718 107 (J)   d kí hiệu Wα , WPb, P1 , P2 , tƣơng ứng động động lƣợng hạt α hạt nhân chì Do ban đầu hạt nhân Po đứng yên nên vận tốc hạt Pôlôni 96 - Theo định luật bảo toàn lƣợng W = Wα + WPb -Theo định luật bảo toàn động lƣợng    PPo  P  PPb     P  PPb  Pα = PRn Gọi vα , vRn vận tốc hạt sinh hạt α Rn Có mối liên hệ động động lƣợng là: W  W   P2 2m WPb  ; mv P  2m PPb2 2mPb W mPb  WPb m W mPb  WPb  W m  mPb Wα = 5,807 MeV = 9,291 10-13 (J) WPb = 0,113 MeV = 1,808 10-14 () v  2W = 1,672 107 m/s2 m ; vPb 2WPb = 0, 325 106 m/s2 mPb  Bài 25 Hoàn chỉnh phản ứng: 94 140 n  235 92U  39Y  53 I  2( n) 95 138 n  235 92U  40 Zr  52Te  3( n) 139 94 Bài 26 Phản ứng: 01n  235 92U  53 I  39Y  3( n)   Năng lƣơng tỏa phân hạch hạt nhân: W = (mtrƣớc - msau)c2 = [(mn + mU ) – ( mI + mY + 3.mn )].c2 = 0,18886u.c2 = 175,923 MeV Bài 27 198 80 199 Hg  01n  199 80 n  79 Hg  H Bài 28 Số hạt nhân 235 U 1kg 235 U : 97 N  2,5617.1024 (hạt) 27 234,99332u.1, 66055.10 Năng lƣợng tỏa phân hạch 1kg 235 U: Wtỏa = N.W1 hạtnhân = 200.2,5617.1024= 512,34.1024 MeV = 8,1974.1013 (J) Wtoa 8,1974.1013 Lƣợng than cần đốt: mthan =   2,8.106 (kg) 7 2,93.10 2,93.10 Bài 29 có: mtrƣớc – msau = [m ( 12 H ) + m( 13 H )] – [ m( 24 He ) + m( 01n ) ] = 0,01879u Năng lƣợng tỏa tổng hợp hạt nhân nguyên tử Heli: W= Δm.c2 = 0,01879u.c2 = 0,01879 931,5 = 17,503 (MeV) Khi tổng hợp 1g Heli : Wt = N.W 103 W 17,503  2, 635.1024 ( MeV )  4, 216.1011 ( J ) 27 4.1, 66055.10 - 1g Urani phân hạch tỏa lƣợng Wt U = 8,1974 1010 (J) (bài 28) KL: lƣợng tỏa tổng hợp 1g Heli lớn lƣợng tỏa phân hạch 1g Urani, gấp khoảng lần Bài 30 a 126 C  11H  137 N b 137 N  136 N  10e c 136 C  11H  147 N d 147 N  11H  158 O e 158 C  157 N  10e f 157 N  11H  126 C  24 He Bài 31 Wtỏa = (mtrƣớc - msau)c2 = 0,0034u.c2 = 3,1671 MeV = 5,07 10-13 J Trong 1kg nƣớc có m  0, 015 1000  0,15 g nƣớc nặng D2O 100 Cứ 20g D2O có 4g Đơtêri  0,15g D2O có mD = Số hạt đơtêri có 1kg nƣớc là: 98 0,15.4  0,03 g D 20 N mD N A MD Cứ phản ứng cần hạt đơtêri tỏa lƣợng Wtỏa = 5,07.10-13 (J) Năng lƣợng tỏa ra: mD N A N 0, 03.6, 023.1023 5, 07.1013  2, 29.109 (J)  W  Wtoa  2.M Wtoa  D Năng suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg Khối lƣợng xăng cần đến để có lƣợng tƣơng đƣơng với lƣợng là: 2, 29.109 M  49,8(kg ) 46.106 Bài 32 Hạt nhân 14 N Bài 33, 34 Dựa vào đặc tính chất tia α, β, γ: Đâm xuyên mạnh : γ Đâm xun yếu nhất: α Q trình phóng xạ khơng có thay đổi cấu tạo hạt nhân : γ Bài 35 λ = ln -1  0, 00077 s  T = 900 (s) = 15 phút T Bài 36 N  N0 (1 et )  ΔN = 1,67 109 / ngày U  3( 24He)  2( 10e)  226 Ra 88 Bài 37 238 92 Bài 38 239 92 U  24He 2( 10e)  235 U 92 Bài 39 giả sử có k1 lần phóng xạ α k2 lần phóng xạ β, phƣơng trình chuỗi phân rã : Th  k1( 24He)  k2 ( Z0 )  208 Pb 82 232 90 Với Z điện tích hạt β, có giá trị +1 phóng xạ β+ , -1 phóng xạ βÁp dụng định luật bảo tồn số khối bảo tồn ngun tử số ta có hệ phƣơng trình: 99 232  4k1  0.k2  208  90  2k1  Z k2  82 Giải hệ: k1 = 6; Zk2 = - k2 > nên Z< KL: hạt β- , có lần phóng xạ α lần phóng xạ β- Bài 40   ln 0, 693  T T Gọi m0 , m lần lƣợt khối lƣợng chất phóng xạ thời điểm nhận (t = 0) thời điểm lấy sử dụng (t) Cách Theo định luật phóng xạ: m  m0 m0 t  t    t = 5T t = 75 32 T 2T ngày m  m0 e t ln  Cách Có thể sử dụng cơng thức:   e  t   t  ln 32 m0 32 T m   32  Nên t = 5T ln t Bài 41 Lƣợng Urani lại: m  m0 et  m0 e T  2,72.e0,77  2,16kg Bài 42 H = 0,8 H0= H0 e-λt  e-λt = 0,8 hay ln t   ln 0,8 T Với T = 5600 năm nên t = 1802,8 năm Bài 43 Độ phóng xạ H = λ N = .m.N A M => H tỉ lệ với khối lƣợng vật Nhƣ mẩu gỗ khối lƣợng 1.5M vừa chặt có H ’ 15 Bq => mẩu gỗ khối lƣợng M vừa chặt H0 = 10 Bq Đáp số: t = 1802 năm Bài 44 Gọi N khối lƣợng chất phóng xạ thời điểm ban đầu sau t1 = năm: N1  sau t2 = năm= 2.t1 có: N  N -λt  N e t1 => e = 3 N -2.λt  N e  2t1 => x = e = = x KL: giảm lần 100 Bài 45 Gọi N0 số hạt nhân thời điểm bắt đầu đếm xung khối chất phóng xạ Số hạt nhân phóng xạ thời gian Δt = phút ΔN= N0.(1-e-λ Δt) = 3200.k (1) (k hệ số tỉ lệ) Số hạt nhân cịn khối chất phóng xạ sau thời gian t= N’=N 0e-λt Số hạt nhân phóng xạ thời gian Δt = phút kể từ sau thời gian t = giờ: ΔN’= N’.(1-e-λ Δt) = 200.k (2) Lập tỉ số (1) với (2) ta đƣợc: N0 3200   16  et  16 N ' 200 => ln  ln16  T= T Bài 46 a Phƣơng trình phản ứng: Hằng số phóng xạ:   210 84 Po  206 82 Pb   ln ln   5, 7.108 ( s 1 ) T 140.24.3600 b Số hạt Pb tạo thành N Pb  mPb N A với mPb= 10,3g M Pb Một hạt pơlơni phóng xạ tạo hạt chì => số hạt chì = số hạt pơlơni phóng xạ Gọi N0 số hạt nhân Pơlơni có ban đầu => Số hạt pơlơni phóng xạ: N Po  N0  N0 Mà NPb= ΔNPo nên t T ; N Po  mPo N A M Po mPb N A mPo N A  (1  ) M Pb M Po với Mpo= 210, M Pb = 206, mPb = 10,3  mPo= 12g c Gọi NPo số hạt nhân 210 84 Po lại vào thời điểm t N Po  N0 et Gọi NPb số hạt nhân Số hạt nhân 210 84 206 82 Pb có vào thời điểm t Po phóng xạ sau thời gian t ΔNPo = NPb 101 Ta có: mPb  0,8 mPo mPb N Pb M Pb N Po 206 N (1  e t ).206    mPo N Po M Po N Po 210 N e  t 210 Mà =>  e t 0,8.210   e t  1,8155  t e 206 t ln1,8155 T  120, 45 (ngày) ln Bài 47 Phƣơng trình phản ứng: - Tổng khối lƣợng hạt ban đầu 226 88 Ra    222 86 Rn mRa = 226,0254u - Tổng khối lƣợng hạt sinh mα + mRn = 226,0254u + 222,0175u = 226,02u -phản ứng tỏa lƣợng E= (mRa - (mα + mRn)) c2 = 0,0054.931,5=5,03 MeV - Theo định luật bảo toàn lƣợng mRa c2 = mα c2 +Wα + mRn c2 + WRn Trong đó: Wα , WRn động hạt α Rn  E = Wα + WRn -Theo định luật bảo toàn động lƣợng:    PRa  P  PRn     P  PRn  Pα = PRn Gọi vα , vRn vận tốc hạt sinh hạt α Rn Có: W   m v2 P2   2m W m  Rn WRn m WRn   mRn vRn P2  Rn 2mRn W mRn  WRn  W m  mRn 102 Tóm lại ta có: E= (mRa - (mα + mRn)) c2 (1) E = Wα + WRn (2) W 222  E 226 (3) v  2W m E = 4,937MeV Wα = 4,85 MeV = 7,759.10-13 (J) vα =1,53.107m/s 103 ... đề tài: ? ?Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương Hạt nhân nguyên tử, vật lí 12 Trung học phổ thơng theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh? ?? làm... loại tập vật lí phƣơng pháp giải tập vật lí, đề xuất phƣơng pháp giải tập vật lí chƣơng Hạt nhân nguyên tử vật lí 12 THPT nói chung  Tƣ giải tập vật lí  Hƣớng dẫn hoạt động giải tập vật lí  Phát. .. cứu, xây dựng hệ thống tập hƣớng dẫn hoạt động giải tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật l? ?12 THPT, nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức mà cịn phát huy đƣợc tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo hoạt