(Luận văn thạc sĩ) xây dựng tài liệu và tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo moodun trong dạy học chương hạt nhân nguyên tử vật lý lớp 12

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐOÀN THANH HÀ XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC THEO MÔĐUN TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” VẬT LÝ LỚP 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐOÀN THANH HÀ XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC THEO MÔĐUN TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” VẬT LÝ LỚP 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 60.14.10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Ngô Diệu Nga HÀ NỘI – 2012 Lời cảm ơn Sau thời gian học tập trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo cán nhân viên Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ tác giả suốt trình học tập Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học TS Ngơ Diệu Nga tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô Hội đồng sư phạm trường THPT Hoa Lư A – Ninh Bình gia đình, bạn bè tạo điều kiện, động viên giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Tuy nhiên thời gian có hạn, nội dung luận văn cịn có điều thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy cơ, bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện ứng dụng rộng rãi vào giảng dạy thực tế sau Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2012 Tác giả Đoàn Thanh Hà i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Kí hiệu chữ CS Cơ sở ĐC Đối chứng GD Giáo dục GS Giáo sư GV Giáo viên HS Học sinh LLDH Lý luận dạy học Nxb Nhà xuất PPDH Phương pháp dạy học 10 PTKTXH Phát triển kinh tế xã hội 11 SGK Sách giáo khoa 12 TH Tự học 13 TL Tâm lý 14 TN Thực nghiệm 15 TNSP Thực nghiệm sư phạm 16 THPT Trung học phổ thông 17 TNKQ Trắc nghiệm khách quan 18 TSKH Tiến sĩ khoa học ii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Bảng 2.1 Triển khai cách hướng dẫn HS tự học có góp mặt Trang GV 71 Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số 78 Bảng 3.2 Xử lí kết (nhóm đối chứng) 78 Bảng 3.3 Xử lí kết (nhóm thực nghiệm) 79 Bảng 3.4 Các tham số đặc trưng 80 Bảng 3.5 Bảng tần suất tần suất lũy tích 80 Bảng 3.6 Bảng thống kê điểm số kiểm tra 15 phút 81 Bảng 3.7 Bảng kết đánh giá tài liệu hướng dẫn HS tự học theo môđun 83 iii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH STT Tên biểu đồ Trang Sơ đồ 1.1 Cơ sở đổi PPDH Sơ đồ 1.2 Chu trình tự học 10 Hình 1.1 Cấu trúc mơđun dạy học 12 Hình 1.2: Phương pháp tự học có hướng dẫn theo mơđun 17 Sơ đồ 2.1 Cấu trúc nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 23 Sơ đồ 2.2 Tổng kết chương “Hạt nhân nguyên tử” 69 Hình 3.1 Đường phân bố tần suất 81 Hình 3.2 Đường phân bố tần suất lũy tích 81 iv MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Danh mục từ viết tắt ii Danh mục bảng iii Danh mục biểu đồ iv Mục lục v MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC THEO MÔĐUN 1.1 Đổi phương pháp dạy học 1.1.1 Tổng quan phương hướng tiếp cận để xác định sở việc đổi PPDH 1.1.2 Một số biện pháp đổi phương pháp dạy học 1.2 Cơ sở lý thuyết trình tự học 1.2.1 Khái niệm tự học 1.2.2 Các hình thức tự học 1.2.3 Chu trình tự học học sinh 1.2.4 Hệ dạy học: Tự học – cá thể hóa – có hướng dẫn 10 1.3 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo mơđun 11 1.3.1 Thế tài liệu tự học có hướng dẫn theo mơđun 11 1.3.2 Nguyên tắc việc xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun 13 1.3.3 Biên soạn nội dung dạy học theo tiếp cận môđun 16 1.3.4 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo mơđun 17 1.4 Thực trạng tình hình tự học học sinh THPT 19 1.4.1 Quan điểm học tập học sinh trường THPT 19 1.4.2 Thời gian sử dụng thời gian tự học 19 1.4.3 Khó khăn việc tự học 20 1.4.4 Điều kiện cần đủ cho việc tự học 20 1.5 Thực trạng vấn đề nghiên cứu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo môđun môn Vật lý 20 v Kết luận chương 22 Chƣơng 2: XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC THEO MÔĐUN CHƢƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” VẬT LÝ 12 23 2.1 Cấu trúc nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 23 2.1.1 Vị trí chương “Hạt nhân nguyên tử” chương trình Vật lý THPT 23 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 23 2.2 Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 24 2.2.1 Mục tiêu dạy học chương 24 2.2.2 Tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý lớp 12 25 2.2.3 Kế hoạch hướng dẫn học sinh tự học theo tài liệu 71 Kết luận chương 75 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 76 3.1 Mục đích thực nghiệm 76 3.2 Nội dung thực nghiệm 76 3.3 Đối tượng thực nghiệm 76 3.4 Phương pháp thực nghiệm 76 76 3.5 Kết thực nghiệm 77 3.5.1 Đánh giá mặt định lượng 77 3.5.2 Đánh giá mặt định tính 82 Kết luận chương 84 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 85 Kết luận 85 Khuyến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 89 vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tri thức nhân loại ngày mở rộng, phát minh không ngừng công bố Vậy nên, học ghế nhà trường học sinh không đủ thời gian để tìm hiểu điều đó, khơng thể trang bị cho thân kiến thức quan trọng cần cho sống giáo viên không đủ thời gian để đem hết tri thức đến cho em Vậy nên việc tự học học sinh điều quan trọng, tự học cho hiệu sử dụng công cụ để hỗ trợ cho trình tự học câu hỏi lớn Bên cạnh đó, phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin tạo lượng liệu vơ lớn có khơng tài liệu hỗ trợ cho trình học tập học sinh Tuy nhiên điều khơng hồn tồn tốt cho học sinh trình tự học, tự bồi dưỡng mà trái lại cịn làm cho học sinh gặp nhiều khó khăn q trình chọn lựa tài liệu học tập Việc lựa chọn tài liệu học tập phù hợp với khả lực học sinh yếu tố định đến kết tự học niềm yêu thích học tập học sinh Cái mà học sinh cần không tài liệu học tập vừa sức, phù hợp với lực mà phải giúp học sinh tự đánh giá kết tiến học tập Nền giáo dục giới nói chung Việt Nam nói riêng có nhiều thay đổi suốt năm qua Càng ngày nước đầu tư nhiều cho giáo dục Việt Nam khơng nằm ngồi xu đó, ln xác định giáo dục quốc sách hàng đầu, đầu tư cho giáo dục đầu tư cho tương lai Đổi giáo dục mà cụ thể đổi việc giảng dạy, đổi tài liệu học tập yếu tố định thành công việc nâng cao chất lượng giáo dục Để làm việc phải khắc phục hồn tồn lối học thụ động, lối dạy theo kiểu truyền thụ chiều, … Giáo viên với nhiệm vụ mình, khơng truyền thụ tri thức cho học sinh mà phải đem đến cho em say mê học tập, cung cấp cho em phương pháp học tập khoa học, dạy em biết cách tự học để tự nâng cao kiến thức để từ em có đủ tự tin để sáng tạo mới, dám khẳng định lực thân Vậy để giúp cho học sinh có bước ban đầu thật vững trình tự học lâu dài sau này, việc cung cấp cho em công cụ học tập vừa sức, giúp em tự kiểm chứng lực thân yếu tố định đến hình thành lực tự học em Xuất phát từ lý tơi lựa chọn đề tài: “Xây dựng tài liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo môđun dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý lớp 12” Lịch sử nghiên cứu 2.1 Những vấn đề nghiên cứu nước liên quan đến đề tài Ở Anh, vào năm 1920 hình thành nhà trường kiểu mới, khuyến khích hoạt động tự quản học sinh Ở Hoa Kì, từ năm 1970, gần 200 trường dạy học thử nghiệm giáo viên hướng dẫn học sinh cách học, học sinh độc lập làm việc theo nhịp độ riêng phù hợp với nhận thức Hiện nay, đổi phương pháp dạy học theo hướng tích cực học sinh nhân rộng khắp giới 2.2 Những vấn đề nghiên cứu nước liên quan đến đề tài Việc tìm tịi nghiên cứu để có phương pháp dạy học sinh tiếp nhận thơng tin có từ xa xưa người biết truyền đạt tri thức cho Cha ơng ta có câu “Đi ngày đàng, học sàng khơn” nói việc cần thiết việc tự học Ngày có nhiều cơng trình nghiên cứu đổi phương pháp dạy học với mơn học nhằm phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo học sinh Có nhiều nhà nghiên cứu khoa học giáo dục, nghiên cứu sinh học viên cao học quan tâm tới việc nghiên cứu hướng dẫn học sinh cách tự học: Nguyn Th Tõn với đề tài: Hng dn hc sinh tự học dạy học chương “ Động học chất điểm ” Vật lý 10 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ – ĐHSPHN2 - 2011) Nguyễn Thị Kim Cương” víi ®Ị tµi: Hướng dẫn học sinh tự học dạy học chương “ Dòng điện xoay chiều ” Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ – ĐHSPHN2010)… Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng tài liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý lớp 12 theo mơđun nhằm phát huy tính tích cực, Câu 10 Tính lượng toả phản ứng nhiệt hạch: Li 12H 24 He 24He Cho biết khối lượng hạt nhân nguyên tử 36 Li 6,01500 u, hạt nhân nguyên tử 12 H 2,01400 u; hạt nhân nguyên tử 24 He 4,00260 u; 1u=931,5 MeV/c2 A 22,2 MeV; C 18,5 MeV; B 23,8 MeV; D 19,6 MeV Đáp án kiểm tra 1D 2C 3D 4D 5D 6A 7B 8B 9D 10A 101 Phụ lục Đề kiểm tra 10 phút (Số 3_Tính chất cấu tạo hạt nhân nguyên tử ) Câu Hãy nêu cấu tạo hạt nhân sau: 60 27 Co 235 92 U? Câu Hãy nêu đặc trưng prơtơn nơtron? Câu Lực hạt nhân có đặc điểm gì? Đáp án: Câu Hạt nhân 2760Co : Gồm có 27 prơtơn 33 nơtrơn; - Hạt nhân U : Gồm có 92 prơtơn 143 nơtrơn; 235 92 Câu Prơtơn: kí hiệu p, mang điện tích ngun tố dương +e, có khối lượng mp=1,67262.10-27 kg - Nơtron: kí hiệu n, khơng mang điện, khối lượng mn=1,67493.10-27 kg - Số prôton (p) hạt nhân Z (bằng số thứ tự bảng hệ thống tuần hoàn Men-đê-le-ép); Z gọi nguyên tử số - Số nơtron (n) hạt nhân N - Số nuclôn: Z + N = A; A gọi số khối Câu Khơng phải lực tĩnh điện, khơng phụ thuộc vào điện tích nuclơn - Có cường độ lớn (còn gọi lực tương tác mạnh) so với lực điện từ lực hấp dẫn - Có bán kính tác dụng vào cỡ kích thước hạt nhân, khoảng 10-15m (ngồi phạm vi kích thước hạt nhân lực hạt nhân giảm nhanh xuống khơng) 102 Đề kiểm tra 10 phút (Số 4_Phản ứng hạt nhân) Câu Hãy trình bày định luật bảo tồn phản ứng hạt nhân? Câu Cho phản ứng hạt nhân: nhân 23 11 Na ; 20 10 23 11 20 Na  11 H  24 He  10 Ne Lấy khối lượng hạt Ne ; 42 He ; 11 H 22,9867 u; 19,9850 u; 4,0015 u; 1,0073 u 1u = 931,5 MeV/c2 Phản ứng thu hay tỏa lượng? Năng lượng thu (hay tỏa) bao nhiêu? Đáp án: Câu Cho phản ứng hạt nhân sau: A1 Z1 A ZA22 B  ZA33 X  ZA44 Y a) Định luật bảo tồn số nuclơn (bảo tồn số khối A) A1 + A = A + A b) Định luật bảo tồn điện tích (bảo tồn ngun tử số Z) Z1 + Z = Z + Z Quy ước: êlectron có Z = -1 c) Định luật bảo toàn lượng toàn phần (Bao gồm động lượng nghỉ) WA + WB = WX + WY d) Định luật bảo toàn động lượng     p A  p B  p X  pY Câu mtrước – msau =22,9867 + 1,0073 - 19,9850 - 4,0015 = 0,0075 u > Vậy phản ứng tỏa lượng Năng lượng tỏa có giá trị: Wtỏa = 0,0075.931,5 = 6,98625 MeV 103 Phụ lục MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Dạng 1: Cấu trúc hạt nhân Năng lƣợng liên kết Phương pháp giải:  Số proton hạt nhân: Z  Số nuclon: A  Số notron: A - Z  Độ hụt khối: Δm = Zmp + Nmn – m = Zmp + (A - Z)mn – m  Năng lượng liên kết: Wlk = Δm.c2  Năng lượng liên kết riêng: Wlk /A VD 1.1: Hạt nhân Natri có kí hiệu 23 11 Na khối lượng mNa = 22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, mn = 1,0087 u a) Tính số hạt notron có hạt nhân Na b) Tính số nuclon có 11,5 g Na c) Tính độ hụt khối lượng liên kết, lượng liên kết riêng hạt nhân Na Hướng dẫn giải: a Số notron Na: N* = 23 – 11 = 12 b Số mol Na có 11,5 g Na: n = = 0,5 Số nguyên tử chứa đó: N = n.NA = 0,5.6,02.1023 = 3,01.1023 Mối nguyên tử Na có 23 nuclon, ngun tử số nuclon là: N1 = N.23 = 69,23.1023 c Độ hụt khối: Δm = 11 1,0073 + 13 1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u) Năng lượng liên kết Na: Wlk = 0,201.931,5 = 187,2315 (MeV) Năng lượng liên kết riêng Na:   W lk  8,1405 (MeV) A Bài tập vận dụng: 1.2 Hạt nhân 12 D có khối lượng 2,0136u Xác định lượng liên kết hạt nhân D Cho biết khối lượng prôton nơtron mp = 1,0073u mn = 1,0087u; 1u = 931,5 MeV/c2 104 1.3 Hạt nhân heli có khối lượng 4,0015u Tính lượng liên kết lượng liên kết riêng hạt nhân hêli Tính lượng tỏa tạo thành 1g hêli Cho biết khối lượng prôton nơtron mp = 1,007276u mn = 1,008665u; 1u = 931,5 MeV/c2 số avôgađrô NA = 6,022.1023mol-1 1.4 Tính lượng liên kết riêng hai hạt nhân 23 11 Na 56 26 Fe Hạt nhân bền vững ? Cho mNa = 22,983734u ; mFe = 55,9207u; mn=1,008665u; mp = 1,007276u 1.5 Hạt nhân 20 10 Ne có khối lượng mNe = 19,986950u Biết khối lượng prôton nơtron mp = 1,007276u mn = 1,008665u; 1u = 931,5 MeV/c2 số avôgađrô NA = 6,022.1023mol-1 Hãy xác định: a) Số prơtơn số nơtron có 1g hạt nhân b) Năng lượng liên kết riêng hạt nhân 20 10 20 10 Ne ; Ne Dạng 2: Phóng xạ Hoạt độ phóng xạ Phương pháp giải:  Hoạt độ phóng xạ hay độ phóng xạ: H   N   N '  N t  Khối lượng chất phóng xạ phụ thuộc t theo công thức: m  m0 e   t  m0  t T Số mol chất phóng xạ phụ thuộc t theo cơng thức: n  n0 e t  n0  t T  Độ phóng xạ chất phóng xạ phụ thuộc t theo công thức: H  H e VD 2.1: Urani  t  H  t T U có chu kì bán rã 4,5.109năm 238 92 a) Giả sử tuổi Trái Đất tỉ năm Hãy tính lượng cịn lại g U238 kể từ Trái Đất hình thành b) Tính độ phóng xạ mol U238 độ phóng xạ lượng cịn lại sau thời gian 2,25 tỉ năm Hướng dẫn giải: 105 Khối lượng chất phóng xạ tính theo cơng thức: a m = m0 Thay số m0 = 1g, t = 5.109, T = 4,5.109 ta tính m = 0,463 g Độ phóng xạ tính theo cơng thức: H = λN b Trong λ = ln2/T với T tính giây λ = ln2/(4,5.109.365.86400) N = nNA = 6,02.1023 Thay số ta tính H = 2,94.106 Bq Độ phóng xạ phụ thuộc thời gian theo công thức: H = H0.e-λt = H0 Với t = 2,25.109 năm H = 2,94.106 = 2,1.106 (Bq) Bài tập vận dụng: 2.2 Đầu năm 1998, phịng thí nghiệm mua nguồn phóng xạ xêsi 137 55 Cs có độ phóng xạ H0=2.105 Bq Chu kì bán rã Cs 30 năm Phóng xạ Cs phóng xạ   a) Tính độ phóng xạ mẫu vào năm 2012? b) Sau (kể từ lúc mua) độ phóng xạ mẫu 2.104 Bq 2.3 Pơlơni 210 84 Po nguyên tố phóng xạ , có chu kì bán rã 138 ngày, phóng hạt  biến đổi thành hạt nhân X a) Viết phương trình phản ứng Nêu cấu tạo, tên gọi hạt nhân X b) Một mẫu pôlôni nguyên chất có khối lượng ban đầu 0,01g Tính độ phóng xạ mẫu chất sau chu kì bán rã Cho biết số avogadro NA = 6,02.1023 nguyên tử /mol 32 2.4.Phốt ( 15 P ) phóng xạ - với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày biến đổi thành lưu huỳnh (S) a) Viết phương trình phóng xạ nêu cấu tạo hạt nhân lưu huỳnh b) Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng khối chất phóng xạ 32 15 P cịn lại 2,5g Tính khối lượng ban đầu 2.5.Phản ứng phân rã urani có dạng: 238 92 106 U  206 82 - Pb + x + y a) Tính x y b) Chu kì bán rã U 4,5.109 năm Lúc đầu có 1g 238 92 238 92 U ngun chất Tính độ phóng xạ ban đầu, độ phóng xạ sau 9.109 năm số nguyên tử 238 92 U bị phân rã sau 5.109 năm Dạng 3: Tính thời gian phân rã, tuổi mẫu vật Tính chu kì bán rã Phương pháp giải:  Sử dụng cơng thức phóng xạ dạng nêu  H  T ln  H0 / H   m0  T ln(m0 / m) , t  T log     ln ln  H  m 2t/T=m0/m; t  T log  Hoặc : m  m0 e ln  t T  Tương tự ta có : T  m e m0 ln  t T m m0 m t  ln( )   ln  t   m0 T ln T ln t t ln t t ln   , T log  m0 / m  ln(m0 / m) log  H0 / H  ln(H / H) VD 3.1: Khi phân tích mẫu gỗ, người ta thấy 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ 146C bị phân rã thành nguyên tử 17 N Biết chu kì bán rã 146C 5570 năm Tuổi mẫu gỗ bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Khi 87,5% số nguyên tử bị phóng xạ số ngun tử cịn lại 22,5 % tức là: N = 0,225N0 Mà N = N0 => = 0,225  = - log20,225 = 2,15  t = 2,15T Thay số ta tính 11976 (năm) Bài tập vận dụng: 3.2.Hạt nhân C chất phóng xạ, phóng xạ tia - có chu kì bán rã 14 5730 năm a) Viết phương trình phản ứng phân rã b) Sau lượng chất phóng xạ mẫu cịn 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu mẫu 107 c) Trong cối có chất phóng xạ C Độ phóng xạ mẫu gỗ tươi 14 mẫu gỗ cổ đại khối lượng 0,25Bq 0,215Bq Tính tuổi mẫu gổ cổ đại 3.3.Đồng vị 24 11 Na chất phóng xạ   tạo thành đồng vị magiê Mẫu 24 11 Na có khối lượng ban đầu m0 = 0,24g Sau 105 giờ, độ phóng xạ giảm 128 lần Cho NA = 6,02.1023(mol-1) a) Viết phương trình phản ứng b) Tìm chu kì bán rã độ phóng xạ ban đầu c) Tìm khối lượng magiê tạo sau thời gian 45 3.4.Chất phóng xạ Po 210 phát tia α biến đổi thành Pb 206 Chu kì bán rã Po 138 ngày, ban đầu có 200 g Po a) Tính số ngun tử độ phóng xạ (theo đơn vị Ci) ban đầu sau 100 năm; b) Sau khối lượng Po lại 20 g? c) Sau khối lượng Po lại 40%? 3.5.Nhờ máy đếm xung người ta có thơng tin sau chất phóng xạ X Ban đầu, thời gian phút có 3200 nguyên tử chất X phóng xạ, 4h sau (kể từ thời điểm ban đầu) phút có 200 ngun tử phóng xạ Tìm chu kì bán rã chất phóng xạ này? Dạng 4: Tính lƣợng tỏa hay thu vào phản ứng hạt nhân Điều kiện phản ứng Phương pháp giải:  Gọi m1, m2 khối lượng trước sau phản ứng  Nếu m1 > m2 phản ứng tỏa lượng lượng Q = (m1 - m2)c2  Nếu m2 > m1 phản ứng thu lượng lượng Q = (m2 – m1)c2  Điều kiện để phản ứng xảy phải nhận đủ lượng cần thu vào Năng lượng động hạt đạn VD 4.1: Cho phản ứng hạt nhân: +p + Biết khối lượng hạt nhân mNa = 22,983734u, mHe = 4,001151u, mp = 1,007276u, mNe = 19,986950u Phản ứng tỏa hay thu lượng? 108 Hướng dẫn giải: Khối lượng trước phản ứng: m1 = mNa + mp = 22,983734 + 1,007276 = 23,99101 (u) Khối lượng sau phản ứng: m2 = mHe + mNe = 4,001151 + 19,986950 = 23,988101 (u) Phản ứng tỏa nhiệt lượng là: Q = (m1 – m2)c2 = (23,99101 - 23,988101).931 = 2,7 (MeV) VD 4.2: Xét phản ứng hạt nhân xảy dùng hạt α bắn phá nhân Al: 27 13 Al    1530 P  n Biết khối lượng hạt nhân: mAl = 26,974 u; mα = 4,0015 u; mp = 29,97 u; mn = 1,0087 u Động tối thiểu hạt  để phản ứng xảy bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Xét phương trình phản ứng: 27 13 Al    1530 P  n Khối lượng trước phản ứng: m1 = mAl + mα = 26,974 + 4,0016 = 30,9756 (u) Khối lượng sau phản ứng: m2 = mAl + mα = 29,79 + 1,0087 = 30,9787 (u) Vậy phản ứng phản ứng thu lượng Wđ1 - Wđ2 = (m2 – m1)c2 = (30,9787 - 30,9756).931,5 = 2,89 (MeV) Sau phản ứng, hạt sinh có động Trường hợp tối thiểu hạt sinh có động 0, tức Wđ2 = Khi động hạt ban đầu, hay hạt α 2,89 MeV Bài tập vận dụng: 4.3.Cho phản ứng hạt nhân 37 17 Cl + X  n + 37 18 Ar Hãy cho biết phản ứng tỏa lượng hay thu lượng Xác định lượng tỏa thu vào Biết khối lượng hạt nhân: mAr=36,956889u; mCl = 36,956563u; mp = 1,007276u; mn = 1,008665u 4.4.Cho phản ứng hạt nhân 94 Be + 11 H  X + 63 Li a) X hạt nhân nguyên tử gọi hạt gì? b) Hãy cho biết phản ứng tỏa lượng hay thu lượng Xác định lượng tỏa thu vào Biết mBe = 9,01219u; mp = 1,00783u; mLi = 6,01513u; mX = 4,0026u; 1u = 931,5 MeV/c2 109 4.5.Dùng prơton có động Wp = 5,58MeV bắn phá hạt nhân 23 11 Na đứng yên sinh hạt  X Coi phản ứng không kèm theo xạ  a) Viết phương trình phản ứng nêu cấu tạo hạt nhân X b) Phản ứng thu hay tỏa lượng Tính lượng c) Biết động hạt  W = 6,6MeV Tính động hạt nhân X Biết khối lượng hạt nhân mNa = 22,983734u; mα = 4,0015 u; mp = 1,007276u; mX = 19,986950u ; 4.6.Xét phản ứng nhiệt hạch H 12 H 32 He 10 n ; biết mH = 2,0135u; mHe = 3,0149u; mn = 1,0087u Với 1g nhiên liệu 12 H phản ứng hết tỏa lượng bao nhiêu? 4.7 Xét phản ứng nhiệt hạch 12 D 12 D 13 T  p Cho mD = 2,0136u; mT = 3,0160u, mp = 1,0073u, 1u = 931,5 MeV/c2 a) Tính lượng mà phản ứng tỏa ra? b) Tính lượng thu từ 1kg nước thường, toàn đơtêri rút làm nhiên liệu hạt nhân (biết đơtêri chiếm 0,015% nước thường)? 4.8 Xét phản ứng phân hạch urani 235 U có phương trình 235 139  Cho biết mU = 234,99u; mMo = 94,88u; n 92 U 95 42 Mo 57 La  2n  7e mLa = 138,87u, bỏ qua khối lượng e Tính lượng mà phân hạch tỏa ra? 4.9 Hạt nhân triti (T) đơteri (D) tham gia phản ứng nhiệt hạch sinh hạt X hạt nơtron Cho biết độ hụt khối hạt nhân triti mT=0,0087u; hạt nhân đơteri mD=0,0024u, hạt nhân X mX=0,0305u; 1u=931MeV/c2 Năng lượng tỏa từ phản ứng bao nhiêu? 4.10 Một nhà máy điện nguyên tử dùng U235 Biết nguyên tử U235 phân hạch tỏa 200MeV Hiệu suất nhà máy 30% Nếu cơng suất nhà máy 1920MW khối lượng U235 cần dùng ngày là: Dạng 5: Vận dụng định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Phương pháp giải: Áp dụng định luật bảo tồn để giải tốn:  Bảo tồn số khối (số nuclon)  Bảo tồn điện tích 110  Bảo toàn lượng  Bảo toàn động lượng Chú ý: Động lượng véc tơ VD 5.1: Phản ứng phân rã urani có dạng 238 92  U  206 82 Pb  x  y Tính x y phương trình Hướng dẫn giải: Theo định luật bảo tồn số khối ta có: 238 = 206 + 4x Theo định luật bảo tồn điện tích ta có: 92 = 82 + 2x – y Từ suy x = 8; y = VD 5.2 : Đồng vị phóng xạ pơlơni 210 84 Po chất phóng xạ  tạo thành hạt nhân X Cho mPo = 209,9828u ; mα = 4,0015u ; mX = 205,9744u ; 1u=931 MeV/c2 Giả sử ban đầu hạt pôlôni đứng yên, động hạt  bao nhiêu? Hướng dẫn giải: 210 84 Ta có phương trình phóng xạ sau: Po206 82 X   Khối lượng trước phản ứng m1 = 209,9828 u Khối lượng sau phản ứng m2 = 209,9759 u Vậy phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt lượng tỏa Q = (m1 - m2)c2, hay Q = (209,9828 - 209,9759).931,5 = 6,42 (MeV) Động sau phản ứng động trước phản ứng cộng với nhiệt tỏa Theo giả thiết, động Po ban đầu 0, tổng động hạt X α sinh 6,42 MeV KX + Kα = 6,42 Mặt khác theo định luật bảo tồn động lượng ta có: Po = X + α Từ giả thiết suy X  p X = pα  = + α =0 (1) Ta có: p = mv, K= mv2/2,  p2 = 2mK Vậy (1) viết lại: 111 = Lấy gần m  4,mX 206  Kα = 51,5KX (**)  Giải hệ gồm (*) (**) ta tính Kα = 6,3 MeV VD 5.3: Bắn hạt nhân  có động 18 MeV vào hạt nhân phản ứng 14 N đứng yên ta có He147N 178O11p Biết hạt nhân sinh véc tơ vận tốc Cho m  = 4,0015u; m p = 1,0072u; m N = 13,9992u; m O =16,9947u; cho u = 931 MeV/c2 Động hạt prơtơn sinh có giá trị bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Phương trình phản ứng hạt nhân: 24 He147N 178O11p Khối lượng trước phản ứng: m1 = mα + mN = 4,0015 + 13,9992 = 18,0007 (u) Khối lượng sau phản ứng: m2 = mO + mp = 16,9947 + 1,0072 = 18,0019 (u)  Như phản ứng thu lượng Năng lượng thu vào: Q = (m2 – m1)c2 hay Q = (18,0019 - 18,0007).931 = 1,12 (MeV) Động hạt sau phản ứng: KO + Kα = 18 – 1,12 = 16,88 MeV (*) Các hạt O α có vận tốc nên tỉ số động chúng tỉ số khối lượng Có thể lấy gần khối lượng số khối (với đơn vị u), ta có: = = 4,25 Thay vào hệ thức (*) ta tính Kα = 3,26 MeV KO = 13,66 MeV Chú ý: Chúng ta có hai tốn phản ứng hạt nhân phổ biến toán hạt đứng yên vỡ thành hai hạt toán hạt bay vào va chạm với hạt đứng yên sinh hai hạt Bài tập vận dụng 5.4.Bắn hạt  có động MeV vào hạt nhân prôton hạt nhân X 112 14 N đứng yên thu hạt a) Viết phương trình phản ứng, nêu cấu tạo hạt nhân X tính xem phản ứng tỏa hay thu vào lượng b) Giả sử hai hạt sinh có tốc độ, tính động tốc độ prơton Cho: m = 4,0015u; mX = 16,9947u; mN = 13,9992u; mp = 1,0073u; 1u= 931,5 MeV/c2; 1u=1.66055.10-27 Kg 5.5.Cho phản ứng hạt nhân 230 90 Th  226 88 Ra + X + 4,91MeV a) Nêu cấu tạo hạt nhân X b) 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 Đáp số phần tập vận dụng 1.2 Wlk =2,23 MeV; 1.3 Wlk = 28,30 MeV;   W lk  7,075MeV ; A Năng lượng tỏa tạo thành g heli: E=42.1023 MeV 1.4  Na  8,111MeV / nuclon  Fe  8,789MeV / nuclon Vậy Fe bền vững Na 20 10 1.5.a, 1g Ne có 3011.1020 prơton 3011.1020 nơtron b, Năng lượng liên kết riêng 20 10 Ne là:  Ne  8,032MeV / nuclon 2.2 a, độ phóng xạ mẫu vào năm 2012 là: H=1,44.105 Sau thời gian t ≈ 99,67 năm kể từ lúc mua, độ phóng xạ mẫu cịn 2.104 Bq 2.3.a, X 210 84 206 82 Po    206 82 Pb Pb , hạt nhân gồm có 82 prơton 124 nơtron b, Độ phóng xạ mẫu Poloni sau chu kì bán rã là: H = 2,08.1011 Bq 2.4.a, 32 15 32 P    16 S S gồm 16 prôton 16 nơtron t T b, Khối lượng ban đầu Poloni: m0  m.2  20 g 238 206  2.5 92U  82 Pb  x He  y x = 6, y = 8; 113 Độ phóng xạ ban đầu: H0 = 1,235.104 Bq Độ phóng xạ sau 9.109 năm H = 0,3087.104 Bq Số nguyên tử U bị phân rã sau t = 5.109 năm ∆N = 13,58.1020 (nguyên tử) 238 92 3.2.a, 146C 147N    b, Sau thời gian t = 17190 năm, lượng chất phóng xạ mẫu cịn 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu c, Tuổi mẫu gỗ cổ đại t  T ln 3.3.a, 24 11 H0  1247 năm H 0,693 24 Na    12 Mg b, chu kì bán rã: T  t.0,693  15h H0 ln H Độ phóng xạ ban đầu: H0 = 7,7.1016 Bq c, Khối lượng Mg tạo sau 45h là: mMg = 0,21 g 3.4.a, Số nguyên tử ban đầu: N  m0 N A  5,73.10 23 (nguyên tử); M Độ phóng xạ ban đầu: H0 = λ.N0 ≈ 3,33.1016 (Bq) = 9.105 (Ci); b, Sau thời gian: t  T ln m0  458,5 (ngày)thì khối lượng Poloni cịn m 0,693 lại 20 g c, Sau thời gian: t  T ln m  182 (ngày)thì khối lượng Poloni m0 0,693 lại 40% 3.5.T = 1h 37 37 Cl 11X 01n18 Ar 4.3 17 Phản ứng thu lượng: ∆E = 1,5975 MeV 4.4.a, 49 Be11H 24 He 36Li X hạt nhân nguyên tử 24 He , gọi hạt α b, Phản ứng tỏa lương, lượng tỏa là: ∆E = 2,133 MeV 23 20 Na24 He10 X 4.5.a, 11 p11 Cấu tạo X gồm có 10 prơton 10 nơtron; X là: 114 20 10 Ne ; b, Phản ứng tỏa lượng: ∆E = 2,38464 MeV c, động hạt nhân X Kx = 1,36464 MeV 4.6 ∆E = 4,77.1023 MeV 4.7 a, ∆E = 3,63 MeV b, E = 2,62.109 J 4.8 ∆E = 215 MeV 4.9 ∆E = 18,07 MeV 4.10 m= 6,75 kg 5.4 a, 24 He147N 11p178X X 178O , gồm có prơton nơtron; Phản ứng thu lượng: ∆E = 1,21095 MeV; b, Động prôton: Kp = 0,15606 MeV; Tốc độ prôton: vp = 5,46.106 m/s 5.5 a, X 24 He gồm có prôton nơtron b, Động hạt nhân Ra: KRa = 0,0854 MeV 115 ... nội dung chương ? ?Hạt nhân nguyên tử? ?? Vật lý 12 23 2.2 Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương ? ?Hạt nhân nguyên tử? ?? Vật lý 12 24 2.2.1 Mục tiêu dạy học chương ... động tổ chức hướng dẫn học sinh tự học dạy học Vật lý phổ thông 4.2 Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học chương ? ?Hạt nhân nguyên tử? ?? Vật lý lớp 12 Phạm vi nghiên cứu Xây dựng tài liệu tổ chức hướng. .. kết học tập [14] 12 1.3.2 Nguyên tắc việc xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun phải xây dựng nội dung: A Mục tiêu học sinh