Xây dựng tài liệu và tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo mô đun trong dạy học chương hạt nhân nguyên tử vật lý lớp 12

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 khơng đủ thời gian để tìm hiểu điều đó, khơng thể trang bị cho thân kiến thức quan trọng cần cho sống giáo viên khơng 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 cơng nghệ thông tin tạo lượng liệu vô 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 cịn 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 hoàn toàn 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 ông 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: Nguyễn Thị Tân víi ®Ị tµi: Hướng dẫn học sinh tự học dạy học chương “ Động học chất điểm ” Vật lý 10 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ – ĐHSPHN2 - 2011) Nguyn Th Kim Cng với đề tài: Hng dn 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 môđun nhằm phát huy tính tích cực, tự lực bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Đối tượng khách thể nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Các hoạt 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 dẫn học sinh tự học dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý lớp 12, với học sinh trường THPT Mẫu khảo sát: Các lớp 12 trường THPT Hoa Lư A, Hoa Lư, Ninh Bình Vấn đề 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 để phát huy tính tích cực, tự lực bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Giả thuyết khoa học Nếu soạn thảo tài liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học bám sát nội dung kiến thức Vật lý mục tiêu dạy học, đồng thời sử dụng cách hợp lý hình thức tổ chức hướng dẫn học sinh tự học làm cho học sinh tự lực chiếm lĩnh kiến thức cách hệ thống, sâu sắc bền vững góp phần nâng cao hiệu dạy học Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết (phương pháp nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, ) - Sử dụng nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn (phương pháp thực nghiệm sư phạm, điều tra, chuyên gia, vấn, ) - Sử dụng nhóm phương pháp Tốn học nghiên cứu khoa học giáo dục Những đóng góp luận văn - Tổng quan sở lý luận nâng cao chất lượng dạy học tổ chức việc tự học cho học sinh THPT - Đề xuất số biện pháp rèn luyện lực tự học cho học sinh - Soạn thảo tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 nhằm nâng cao lực tự học, tự nghiên cứu cho học sinh 10 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn trình bày chương: Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng tài liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo môđun Chương 2: Xây dựng tài liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƯỚNG 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 Đổi phương pháp dạy học không phong trào mà yêu cầu bắt buộc với giáo viên (GV) Sự phát triển kinh tế - xã hội bối cảnh toàn cầu hoá đặt yêu cầu người lao động, đặt yêu cầu cho nghiệp giáo dục hệ trẻ đào tạo nguồn nhân lực Giáo dục cần đào tạo đội ngũ nhân lực có khả đáp ứng đòi hỏi xã hội thị trường lao động, đặc biệt lực hành động, tính động, sáng tạo, tính tự lực trách nhiệm lực cộng tác làm việc, lực giải vấn đề phức hợp Đổi PPDH nhiệm vụ quan trọng cải cách giáo dục nói chung cải cách cấp trung học phổ thơng Mục tiêu, chương trình, nội dung dạy học đòi hỏi việc cải tiến PPDH sử dụng PPDH Trong số năm gần đây, trường THPT có cố gắng việc đổi PPDH đạt tiến việc phát huy tính tích cực HS Tuy nhiên, phương pháp dạy học truyền thống, đặc biệt thuyết trình chiếm vị trí chủ đạo PPDH trường THPT nói chung, hạn chế việc phát huy tính tích cực sáng tạo HS Một định hướng việc đổi giáo dục chuyển từ giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang giáo dục trọng việc hình thành lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo người học Định hướng quan trọng đổi PPDH phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo, phát triển lực hành động, lực cộng tác làm việc người học Đó xu hướng quốc tế cải cách PPDH nhà trường phổ thông Sơ đồ sau trình bày tổng quan phương hướng tiếp cận để xác định sở việc đổi PPDH [4, tr 82] Sơ đồ 1.1 Sơ đồ sở đổi PPDH Tuỳ theo cách tiếp cận khác có quan niệm khác đổi PPDH Vì có định hướng biện pháp khác việc đổi PPDH Tuy nhiên khơng có cơng thức chung việc đổi PPDH Trong thực tiễn cần xuất phát từ hoàn cảnh cụ thể để xác định áp dụng định hướng, biện pháp thích hợp Dựa khái niệm chung PPDH, hiểu: đổi phương pháp dạy học cải tiến hình thức cách thức làm việc hiệu GV HS, sử dụng hình thức cách thức hiệu nhằm nâng cao chất lượng dạy học, phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo, phát triển lực học sinh Đổi PPDH giáo viên bao gồm: - Đổi việc lập kế hoạch dạy học, thiết kế dạy - Đổi PPDH lớp học - Đổi việc kiểm tra, đánh giá kết học tập Đổi PPDH học sinh đổi PP học tập Đổi PPDH cần tổ chức, lãnh đạo hỗ trợ từ cấp quản lý giáo dục, đặc biệt trường phổ thông thơng qua biện pháp thích hợp.[4,tr 82-83] 1.1.2 Một số biện pháp đổi phương pháp dạy học Các biện pháp đổi PPDH phong phú Sau số biện pháp đổi PPDH dành cho giáo viên [4, tr 86-87] · Đổi việc thiết kế chuẩn bị dạy học · Cải tiến PPDH truyền thống kết hợp đa dạng phương pháp dạy học đại · Vận dụng dạy học giải vấn đề · Vận dụng dạy học theo tình · Vận dụng dạy học định hướng hành động · Tăng cường sử dụng phương tiện dạy học công nghệ thông tin dạy học · Sử dụng kỹ thuật dạy học phát huy tính tích cực sáng tạo · Tăng cường phương pháp dạy học đặc thù môn · Bồi dưỡng phương pháp học tập cho HS · Cải tiến việc kiểm tra đánh giá 1.2 Cơ sở lý thuyết trình tự học 1.2.1 Khái niệm tự học Có nhiều khái niệm khác tự học: Theo GS Viện sĩ Nguyễn Cảnh Tồn: “Tự học tự động não, sử dụng lực trí tuệ (Quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp ) có bắp (Khi phải sử dụng công cụ), phẩm chất mình, động cơ, tình cảm, cá nhân sinh quan, giới quan (trung thực, khách quan, có chí tiến thủ, khơng ngại khó ngại khổ, kiên trì nhẫn nại, lịng say mê khoa học, ý muốn thi đỗ, biết biến khó khăn thành thuận lợi) để chiếm lĩnh vực hiểu biết nhân loại, biến lĩnh vực thành sở hữu mình”.[18] Trong tập giảng chuyên đề Dạy tự học cho SV nhà trường trung học chuyên nghiệp Cao đẳng, Đại học, GS – TSKH Thái Duy Tuyên viết: “Tự học hoạt động độc lập chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, tự động não, suy nghĩ, sử dụng lực trí tuệ (quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp…)cùng phẩm chất động cơ, tình cảm để chiếm lĩnh tri thức lĩnh vực hiểu biết hay kinh nghiệm lịch sử, xã hội nhân loại, biến thành sở hữu thân người học”.[10, tr 1] Tác giả Nguyễn Kỳ Tạp chí Nghiên cứu giáo dục số 7/ 1998 bàn khái niệm tự học: “Tự học người học tích cực chủ động, tự tìm tri thức kinh nghiệm hành động mình, tự thể Tự học tự đặt vào tình học, vào vị trí nghiên cứu, xử lý tình huống, giải vấn đề, thử nghiệm giải pháp…Tự học thuộc q trình cá nhân hóa việc học”.[10, tr 2] Trong phát biểu hội thảo Nâng cao chất lượng dạy học tổ chức vào tháng 11 năm 2005 Đại học Huế, GS Trần Phương cho rằng: “ Học lúc chủ yếu tự học, tức biến kiến thức khoa học tích lũy từ nhiều hệ nhân loại thành kiến thức mình, tự cải tạo tư rèn luyện cho Mỗi nhà nghiên cứu đưa định nghĩa riêng tự học, tất có chung quan điểm: Tự học q trình tự giác, tích cực, độc lập chiếm lĩnh kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo kinh nghiệm lịch sử xã hội lồi người nói chung thân người học nói riêng Trong q trình đó, người học chủ thể trình nhận thức, nỗ lực sử dụng lực trí tuệ có bắp với phẩm chất để tiến hành hoạt động nhận thức.[5, tr 8] 1.2.2 Các hình thức tự học Có nhiều hình thức tự học, hình thức có ưu nhược điểm khác nhau, tùy hồn cảnh thực tiễn mà người học lựa chọn hình thức tự học thích hợp với thân để đem lại hiệu cao Có thể dẫn số hình thức tự học [21] · Tự học hồn tồn (khơng có GV): Thơng qua tài liệu, qua tìm hiểu thực tế, học kinh nghiệm người khác HS gặp nhiều khó khăn có nhiều lỗ hổng kiến thức, HS khó thu xếp tiến độ, kế hoạch tự học, không tự đánh giá kết tự học Từ HS dễ chán nản không tiếp tục tự học · Tự học giai đoạn q trình học tập: Thí dụ học hay làm tập nhà (khâu vận dụng kiến thức) công việc thường xuyên HS phổ thơng Để giúp HS tự học nhà, GV cần tăng cường kiểm tra, đánh giá kết học bài, làm tập nhà em · Tự học qua phương tiện truyền thông (học từ xa): HS nghe GV giảng giải minh họa, không tiếp xúc với GV, không hỏi han, không nhận giúp đỡ gặp khó khăn Với hình thức tự học này, HS không đánh giá kết học tập · Tự học qua tài liệu hướng dẫn: Trong tài liệu trình bày nội dung, cách xây dựng kiến thức, cách kiểm tra kết sau phần, chưa đạt dẫn cách tra cứu, bổ sung, làm lại đạt (thí dụ học theo phần mềm máy tính) Song dùng tài liệu tự học HS gặp khó khăn khơng biết hỏi · Tự lực thực số hoạt động học hướng dẫn chặt chẽ GV lớp: Với hình thức đem lại kết định Song HS sử dụng SGK em gặp khó khăn tiến hành tự học thiếu hướng dẫn phương pháp học Ø Qua việc nghiên cứu hình thức tự học thấy hình thức TH có mặt ưu điểm nhược điểm định Để nhằm khắc phục nhược điểm hình thức tự học có xét đặc điểm HS chúng tơi đề xuất hình thức tự học mới: Tự học theo tài liệu hướng dẫn có giúp đỡ trực tiếp phần GV gọi tắt "tự học có hướng dẫn" 1.2.3 Chu trình tự học học sinh Chu trình tự học học sinh gồm giai đoạn: Sơ đồ 1.2 Chu trình tự học [20, tr 6-7] Giai đoạn 1: Tự nghiên cứu Người học tự tìm tịi, quan sát, mơ tả, giải thích, phát vấn đề, định hướng, giải vấn đề, tự tìm kiến thức (chỉ người học) tạo sản phẩm thơ có tính chất cá nhân Giai đoạn 2: Tự thể Người học tự thể văn bản, lời nói, tự trình bày, bảo vệ kiến thức hay sản phẩm cá nhân ban đầu mình, tự thể qua hợp tác, trao đổi, đối thoại, giao tiếp với bạn thầy cô, tạo sản phẩm có tính xã hội cộng đồng lớp học Giai đoạn 3: Tự kiểm tra, tự điều chỉnh Sau tự thể qua hợp tác, trao đổi với bạn thầy cô; người học nhận kết luận từ thầy cô để từ tự kiểm tra, đánh giá sản phẩm ban đầu mình, tự sửa sai, tự điều chỉnh thành sản phẩm khoa học (tri thức) 1.2.4 Hệ dạy học: Tự học – cá thể hóa – có hướng dẫn Hệ dạy học “Tự học – cá thể hóa – có hướng dẫn” hình thức dạy học đại, xuất lần vào năm 1968, F.S.Killer J.G.Sherman thiết kế Ngay đời thay cho hệ dạy học cũ “Diễn giảng – Xemina” phổ biến đại học bước đầu thay cho hệ dạy học “Chương trình 10 Câu 10 Tính lượng toả phản ứng nhiệt hạch: Li + 12 H ® 24 He + 24 He 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 prôtôn nơtron? Câu Lực hạt nhân có đặc điểm gì? Đáp án: Câu Hạt nhân 2760 Co : Gồm có 27 prôtôn 33 nơtrôn; - 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, không 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 Không phải lực tĩnh điện, khơng phụ thuộc vào điện tích nuclơn - Có cường độ lớn (cịn 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 không) 102 Đề kiểm tra 10 phút (Số 4_Phản ứng hạt nhân) Câu Hãy trình bày định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân? Câu Cho phản ứng hạt nhân: nhân 23 11 Na ; 20 10 23 11 Na + 11 H ® 42 He + 20 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 toàn số nuclơn (bảo tồn số khối A) A1 + A2 = A3 + A4 b) Định luật bảo tồn điện tích (bảo toàn nguyên tử số Z) Z1 + Z2 = Z3 + Z4 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 r r r r 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 lượng 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 A = 8,1405 (MeV) 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 = - DN = -N ' = N Dt · Khối lượng chất phóng xạ phụ thuộc t theo công thức: m = m e · - t = m0 - t T Số mol chất phóng xạ phụ thuộc t theo cơng thức: n = n e - t = n0 - t T · Độ phóng xạ chất phóng xạ phụ thuộc t theo công thức: H = H e - t = H VD 2.1: Urani - 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 cơng 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 a, có chu kì bán rã 138 ngày, phóng hạt a 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 b- 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 U ® 106 206 82 - Pb + xa + yb a) Tính x y b) Chu kì bán rã 238 92 U 4,5.109 năm Lúc đầu có 1g 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 ỉ H T ln H / H ỉ m T ln(m / m) , t = T log ç ÷ = ÷= ln ln è Hø è m ø 2t/T=m0/m; t = T log ç Hoặc : m = m0 e ln t T Þ Tương tự ta có : T = m =e m0 ln t T m m0 m t Þ ln( ) = - ln Þ t = m0 T ln T ln t t ln t t ln = = , T= log m0 / m ln(m0 / m) log H0 / H ln(H0 / 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 14 C 5570 năm Tuổi mẫu gỗ bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Khi 87,5% số ngun tử bị phóng xạ số ngun tử lại 22,5 % tức là: N = 0,225N0 Mà N = N0 => = 0,225 ó = - log20,225 = 2,15 ó t = 2,15T Thay số ta tính 11976 (năm) Bài tập vận dụng: 3.2.Hạt nhân 14 C chất phóng xạ, phóng xạ tia b- có chu kì bán rã 5730 năm a) Viết phương trình phản ứng phân rã b) Sau lượng chất phóng xạ mẫu 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu mẫu 107 c) Trong cối có chất phóng xạ 14 C Độ phóng xạ mẫu gỗ tươi 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 nguyên tử phóng xạ Tìm chu kì bán rã chất phóng xạ này? Dạng 4: Tính lượng 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: +pà + 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 + ® 1530P + 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 a để phản ứng xảy bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Xét phương trình phản ứng: 27 13 30 Al + ® 15 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 a X Coi phản ứng không kèm theo xạ g 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 a Wa = 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 ®23 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 U 235 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 DmT=0,0087u; hạt nhân đơteri DmD=0,0024u, hạt nhân X DmX=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 + xa + yb Tính x y phương trình Hướng dẫn giải: Theo định luật bảo tồn số khối ta có: 238 = 206 + 4x Theo định luật bảo toàn 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 a 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 a 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 toàn động lượng ta có: Po = X + α Từ giả thiết suy X ð p X = pα ð = + α =0 (1) Ta có: p = mv, K= mv /2, ð p2 = 2mK Vậy (1) viết lại: 111 = Lấy gần m a 4,mX 206 ð Kα = 51,5KX (**) ð Giải hệ gồm (*) (**) ta tính Kα = 6,3 MeV VD 5.3: Bắn hạt nhân a có động 18 MeV vào hạt nhân phản ứng 14 N đứng n ta có He+147N ®178 O+11p Biết hạt nhân sinh véc tơ vận tốc Cho m a = 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 ®178 O+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) ð 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 a 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 prôton Cho: ma = 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 A = 7,075MeV ; 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 prôton 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 P® - +1632S S gồm 16 prơton 16 nơtron t b, Khối lượng ban đầu Poloni: m0 = m.2 T = 20 g 238 206 2.5 92 U ® 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 ®147 N + - 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 Na ® - H0 = 1247 năm H 0,693 24 Mg +12 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 cịn m0 0,693 lại 40% 3.5.T = 1h 4.3 1737 Cl +11X ® 01 n+1837Ar 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 4.5.a, 11 p+1123Na® 24 He+1020X 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 ®11 p+178X X 178 O , 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 prơton nơtron b, Động hạt nhân Ra: KRa = 0,0854 MeV 115 ... liệu tổ chức hướng dẫn học sinh tự học theo mô? ?un chương ? ?Hạt nhân nguyên tử? ?? Vật lý 12 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG TÀI LIỆU VÀ TỔ CHỨC HƯỚNG... để tự chiếm lĩnh tri thức, tự đánh giá kết học tập [14] 12 1.3.2 Nguyên tắc việc xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo mô? ?un Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo mô? ?un... động tổ chức hướng dẫn học sinh tự học dạy học Vật lý phổ thơng 4.2 Khách thể nghiên cứu Q trình dạy học chương ? ?Hạt nhân nguyên tử? ?? Vật lý lớp 12 Phạm vi nghiên cứu Xây dựng tài liệu tổ chức hướng