Bản sáng kiến kinh nghiệm này của riêng cá nhân tôi ,tuy đã có kiểm nghiệm qua thực tế giảng dạy và thu đợc kết quả khả quan ,nhng trắc chắn cha thể hoàn thiện đợc ,rất mong sự đóng góp [r]
(1)Môc lôc : Trang A phần I: đặt vấn đề Lêi nãi ®Çu Thùc tr¹ng nghiªn cøu B Phần II: Giải vấn đề KiÕn thøc c¬ b¶n Bµi tËp vÝ dô Bµi tËp ¸p dông C PhÇn III: KÕt luËn KÕt qu¶ nghiªn cøu Kiến nghị - đề xuất D danh môc tµi liÖu tham kh¶o đánh giá hội đồng khoa học sở 2 12 12 13 14 15 A phần I : đặt vấn đề lêi më ®Çu : Trong qu¸ tr×nh trùc tiÕp gi¶ng d¹y ë trêng phæ th«ng qua n¨m thùc d¹y t«i thấy để giúp học sinh ôn luyện các bài tập vật lý sơ cấp, chuẩn bị tốt cho các kỳ thi cuối cấp và là kỳ thi tuyển sinh vào các trờng đại học, cao đẳng vµ th cn, qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y t«i thÊy r»ng phÇn lîng tö ¸nh s¸ng lµ phần khó học nhng quan trọng quá trình ôn tập và thi cử, tôi đã hệ thống và truyền đạt cho học sinh theo các chủ đề, chủ đề đợc trình bày lÇn lît : KiÕn thøc c¬ b¶n : Bµi tËp vÝ dô (Nªu c¸c vÝ dô ®iÓn h×nh vµ bµi tËp mẫu ): Bài tập áp dụng (Nêu đầy đủ các bài tập và nâng cao ) quá (2) trình giảng dạy các bài tập đợc phân dạng theo chủ đề toán bản, đặc biệt là c¸c d¹ng bµi tËp cña phÇn nµy t«i lu«n cËp nhËt theo ch¬ng tr×nh c¶i c¸ch gi¸o dục và các vấn đề thờng gặp các đề thi tốt nghiệp và các đề thi đại học cao đẳng giáo dục và đào tạo Tất các bài tập áp dụng có hớng dẫn giải ngắn gọn, chủ yếu làm rõ các bớc giải các phép tính toán và lời giải chi tiết để học sinh có thể tự làm, có nh học sinh với tích cực tham gia vào quá trình giải toán đợc nhờ đó mà c¸c em hiÓu râ vµ nhí l©u h¬n ,víi c¸ch lµm nh vËy qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y t«i thÊy hiÖu qu¶ Mặc dù đã có nhiều cố gắng quá trình biên soạn sáng kiến kinh nghiÖm nµy, nhng thiÕu sãt lµ ®iÒu kh«ng thÓ tr¸nh khái ,rÊt mong sù dãng gãp ý kiến các bạn đồng nghiệp và các em học sinh để sáng kiến ngày càng hoµn thiÖn h¬n Thùc tr¹ng nghiªn cøu : Khi gi¶ng d¹y t«i thÊy r»ng häc sinh rÊt bÕ t¾c häc phÇn lîng tö ¸nh s¸ng vµ vËt lý h¹t nh©n ,c¸c em kh«ng h×nh dung c¸c dang bµi tËp thêng gÆp vµ phơng pháp giải các bài tập đó chính vì lẽ đó mà các em hiểu không rõ chất vấn đề nên gặp các bài tập phần này các em luống cuống cách giải bài toán chính vì tôi đã đổi phơng pháp truyền thụ kiến thức cho học sinh để giúp các em học tốt Từ thực trạng trên nên tôi định chọn đề tài này b Phần II : giải vấn đề KiÕn thøc c¬ b¶n : a Khi chiÕu mét chïm s¸ng thÝch hîp (Cã bíc sãng ng¾n ) vµo mét tÊm kim loại thì nó làm cho các êlectrôn kim loại đó bị bật Đó là tợng quang ®iÖn C¸c ªlectr«n bÞ bËt gäi lµ c¸c ªlectr«n quang ®iÖn ( Quang ªlectr«n ) b theo thuyÕt lîng tö, c¸c nguyªn tö hay ph©n tö vËt chÊt kh«ng hÊp thô hay xạ ánh sáng cách liên tục mà thành phần riêng rẽ và đứt quãng Mỗi phần đó mang lợng hoàn toàn xác định ε =hf , đó h là số PLăng h = 6,625 10-34 (js), f là tần số ánh sáng >Mỗi phần ánh sáng đó gọi là lợng tử ánh sáng, hay phôtôn >Nh ánh sáng đợc coi nh chùm hạt c¸c ph«t«n c Các định luật quang điện §Þnh luËt quang ®iÖn thø nhÊt: §èi víi mçi kim lo¹i hiÖn tîng quang ®iÖn chØ s¶y bíc sãng λ cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch chiÕu vµo nhá h¬n giíi h¹n quang điện λ kim loại đó (3) λ <= λ víi λ = hc A ( A lµ c«ng tho¸t cña ªlectr«n , c lµ vËn tèc ¸nh s¸ng ) Định luật quang điện thứ hai : Cờng độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với cờng độ chùm sáng kích thích Định luật quang điện thứ ba: Động cực đại các êlectrôn không phụ thuộc vào cờng độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bớc sóng cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch vµ b¶n chÊt cña kim lo¹i dïng lµm ca tèt d C«ng thøc Anhxtanh vÒ hiÖn tîng quang ®iÖn hf = mv hc = A + oMax λ Muèn cho dßng quang ®iÖn triÖt tiªu hoµn toµn th× hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a anèt vµ ca tốt phải đạt đến giá trị –Uh nào đó : Uh đợc gọi là hiệu điện hãm mv 20 max eUh = ( e = 1,6 10-19 (C) , me = 9,1.10-31 (kg) HiÖu suÊt cña hiÖn tîng quang ®iÖn (HiÖu suÊt lîng tö ) H=sè ªlectr«n bËt tõ kim lo¹i (ca tèt )/ sè ph«t«n tíi kim lo¹i Cờng độ dòng quang điện bão hoà : Ibh = n.e (Víi n lµ ªlÐc tr«n bÞ bËt khái catèt mçi d©y e Bíc sãng nhá nhÊt cña tia R¬nGhen (Tia X) ph¸t tõ mét èng R¬nGhen : λ x ≥ λ W® = mv víi λ min= hc ¦W ® =e Uh , Uh lµ hiÖu ®iÖn thÕ h·m gi÷a hai cùc cña èng R¬n Ghen g MÉu nguyªn tö Bo : Hai tiên đề Bo * Nguyên tử tồn trạng thái có lợng hoàn toàn xác định E1 ,E2 , gäi lµ c¸c tr¹ng th¸i dõng.Trong c¸c tr¹ng th¸i rõng nguyªn tö kh«ng bøc x¹ B×nh thêng nguyªn tö ë tr¹ng th¸i c¬ b¶n n¨ng lîng thÊp nhÊt * Khi nguyªn tö chuyÓn tõ tr¹ng th¸i rõng cã n¨ng lîng Em sang tr¹ng th¸i rõng En (Với Em > En thì nguyên tử phát phôtôn có lợng đúng hiệu Em – En = ε =hf mn : Với fmn là tần số sóng ánh sáng ứng với phôtôn đó Ngîc l¹i nÕu nguyªn tö ®ang ë møc n¨ng lîng En thÊp mµ hÊp thô mét ph«t«n cã n¨ng lîng hfmn = Em – E n th× chuyÓn vÒ mø n¨ng lîng Em cao h¬n Em hfmn En hfmn (4) * Quang phæ v¹ch cña nguyªn tö H®r«: Gåm nhiÒu d·y v¹ch t¸ch rêi Trong vïng tö ngo¹i cã d·y laiman, kÕ tiÕp lµ d·y Banme vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy, d·y thø ba vïng hång ngo¹i lµ d·y Pasen b bµi tËp vÝ dô 1.VÝ dô : chiÕu mét bøc x¹ cã bíc sãng λ = 0,18 μm vµo b¶n ©m cùc cña mét tÕ bµo quang ®iÖn Kim lo¹i dïng lµm ©m cùc cã giíi h¹n quang ®iÖn λ =0,3 μm a T×m c«ng tho¸t cña ®iÖn tö khái tÊm kim lo¹i b tìm vận tốc ban đầu cực đại quang điện tử c tất các quang điện tử bị giữ lại đối âm cực thì hiệu điện h·m ph¶i b»ng bao nhiªu? cho h= 6,625.10-34(js) ; me = 9,1.10-31 (kg) ; e=1,6.10-19 (C) c=3.108 (m/s) Gi¶i a C«ng tho¸t cña ªlectr«n khái kim lo¹i : A= −34 hc 10 = ,625 10 −6 λ0 , 30 10 = 6,625 10-19(J) =4,14( eV) b ¸p dông c«ng thøc anh xtanh : 20 hf = hc mv =A+ λ m· = hc λ0 + mv max ⇒ v0ma x = 1 − λ λ0 ) hc ¿ m √ (5) v0 ma x = √ ,625 10−34 108 1 ( − ) − 31 −6 −6 9,1 10 ,18 10 0,3 10 1 ,18 10 −6 ¿ → Uh = −34 −6 ,625 10 10 ,30 10 ¿ 1,6 10−19 → Uh =2,76 (V) Để tất các electrôn quang điện bị giữ lại âm cực thì hiệu điện h·m Ýt nhÊt ph¶i b»ng 2,76 (V) 2.VÝ dô : ChiÕu mét bøc x¹ ®iÖn tõ cã bíc sãng λ =0,546 μm lªn mÆt dùng làm catốt tế bào quang điện, thu đợc dòng bão hoà có cờng độ i0 =2 (mA) C«ng suÊt cña bøc x¹ ®iÖn tõ lµ P =1,515 (W) 1/ t×m tû sè gi÷a c¸c ªlectr«n quang ®iÖn tho¸t khái bÒ mÆt kim lo¹i vµ sè phô tôn rọi đến 2/ Giả sử các êlectrôn quang điện đợc tách màn chắn để lấy chùm hẹp hớng vào từ trờng có cảm ứng từ B=10-4 (T) cho ⃗ B vu«ng gãc với phơng ban đầu eléc trôn Biết quỹ êlectrôn có bán kính cực đại là r = 23,32 mm a Xác định vận tốc ban đầu cực đại êlectrôn quang điện theo các số liệu trªn b tÝnh giíi h¹n quang ®iÖn cña kim lo¹i lµm catèt Gi¶i : 1/ Năng lợng phô tôn chùm là: Do đó hiệu suất lợng tử là ε= hc λ −34 108 = ,625 10 =3,64 10-19 (J) −19 ,546 10 Sè ph« t«n tíi mÆt kim lo¹i mét gi©y lµ : N= P = ε ,515 −19 = 4,5 10 h¹t /s , 64 10 KÝ hiÖu n lµ sè ªlectr«n quang ®iÖn tho¸t khái mÆt kim lo¹i gi©y, ta cã : n= i0 e −3 = 10 1,6 10−19 = 1,25 1016 h¹t /s Do đó hiệu suất lợng tử là H = n/N = , 25 106 4,2 1018 =0,3 10-2 2/ Electrôn chuyển động từ trờng chịu tác dụng lực Lo ren xơ F =evB (do vËn tèc ⃗v vu«ng gãc víi c¶m øng tõ ⃗ B ), đó quỹ đạo electrôn (6) là đờng tròn bán kính R và lực gây gia tốc hớng tâm là lực hớng tâm áp dụng định luật hai Niutơn ta có : mv r eBr =v m =evB Suy Biết bán kính cực đại r êlectrôn, ta tìm đợc vận tốc ban đầu cực đại ªlectr«n: −19 −4 , 32 10−3 = 1,6 10 10 23 =4,1.105 (m/s) −31 V0 ma x = eBr m 9,1 10 b/ ¸p dông c«ng thøc Anh xtanh : 20 hf = hc mv =A+ λ m· Ta đợc : A= ε - mv amx → A = 3,64.10-19- 9,1 10−31 ( 4,1 105) = 2,88 10-19 =1,8( eV) Giíi h¹n quang ®iÖn cña kim lo¹i lµm ca tèt : λ = hc A −34 108 = ,625 10 −19 0,690 μm 2, 88 10 Ví dụ : Công thoát elec trôn khỏi đồng là 4,57 ( eV) a Tính giới hạn quang điện đồng ? b Khi chiếu xạ có bớc sóng λ =0,14 μm vào cầu đồng đặt xa các vật khác thì cầu đợc tích điện đến hiệu điện là bao nhiêu ? Vận tốc ban đầu cực đại quang elec trôn là bao nhiêu ? c Chiếu xạ điện từ vào cầu đồng đặt xa các vật khác thì cầu đạt đợc điện cực đại là V Hãy tính bớc sóng xạ và vận tốc ban đầu cực đại quang elec trôn ? cho h = 6,625.10-34 (Js) ; c = 3.108 (m/s) ; me 9,1.10-31(kg) ; e = 1,6.10-19( C) Gi¶i : Giới hạn quang điện đồng là : λ0 = hc A −34 = ,625 10 3− 10 ≈ 278 nm 19 , 47 1,6 10 b ¸p dông c«ng thøc Anh xtanh : 20 hc mv hf = = A + λ √ hc ( − A) m λ m· → mv amx ,244 10 m/ s = hc − A ≈ , 044 10 −19 (C) λ → v0 = (7) Ban ®Çu qu¶ cÇu cha tÝch ®iÖn Khi chiÕu bøc x¹ cã bíc sãng λ vµo qu¶ cÇu th× ªlectr«n ë mÆt qu¶ cÇu bÞ bøt ra, vµ qu¶ cÇu tÝch ®iÖn d¬ng, qu¶ cÇu cã mét ®iÖn thÕ Sè ªlectr«n bÞ bøt khái qu¶ cÇu ngµy cµng nhiÒu, ®iÖn thÕ cña qu¶ cầu tăng dần và điện cầu đạt giá trị V ma x thì các êlectrôn vừa bị bứt thªm l¹i bÞ hót vÒ qu¶ cÇu, vµ ®iÖn thÕ cña qu¶ cÇu kh«ng t¨ng n÷a vËy chÝnh hiÖu ®iÖn thÕ Vma x cña qu¶ cÇu lµ hiÖu ®iÖn thÕ h·m tÕ bµo quang ®iÖn Do đó ta có : mv max eVma x = eUh = → Vma x ¿ max = mv2 ,044 10− 19 = ≈ , 40 e 1,6 10−19 ¿ ❑ c Theo trªn ta cã : eVma x = mv max ,ở đây Vma x =3V từ đó : ¿ v0 = − 19 eU 1,6 10 = ≈ ,03 106 (m/ s) − 31 m 9,1 10 ¿ √ √ ¸p dông c«ng thøc Anh xtanh : 20 hc mv hf = = A + λ m· =A+ −34 mv max =A + eVma x → hc , 625 10 10 λ= = → λ ≈ , 214 10−6 (m) − 19 A+ eV max (4 , 47+1,6 3) 10 4.VÝ dô 4: Bíc sãng øng víi bèn v¹ch d·y Ban me cña quang phæ Hi®r« lµ : Vạch đỏ ( Hα ) 0,656 μm ; v¹ch lam ( H β ) 0,486 μm ; v¹ch chµm ( (Hγ) 0,434 μm ; v¹ch tÝm ( H δ ) 0,410 μm T×m bíc sãng øng víi ba v¹ch d·y Pasen n»m vïng hång ngo¹i Gi¶i : Theo sơ đồ các mức lợng nguyên tử Hiđ rôn ta có sơ đồ vạch d·y Banme vµ v¹ch d·y Pasen nh sau (8) Đối với vạch dãy Ban me theo tiên đề Bo ta có: ¿ hf α ❑ λ =E − E (1) ❑ α hf γ =E4 − E1 (3) λγ hf β =E3 − E1 (2) λβ hf δ =E − E1 (4) λδ §èi víi v¹ch cña d·y Pa sen ta cã : hc =E − E2 (5) λ1 hc =E − E2 (6) λ2 hc =E − E2 (6) λ2 hc =E − E2 (7) λ3 Tõ (1) ,(2) vµ (5) suy hc hc hc 1 − =(E3 − E 1)−(E − E 1)=E − E2= → − = λ β λα λ1 λ β λ β λ1 → λ1 = λ α λ β ,656 , 486 ≈ , 282 μm λα − λ β , 656 − , 486 Tơng tự từ (1), (3) và (6) ta tìm đợc λ λ 1 , 656 , 434 = − → λ2 = α γ = ≈ 1, 282 μm λ2 λα λ γ λ α − λγ ,656 − , 434 T¬ng tù tõ (1) ,(4) vµ (7) ta cã: λα λδ 1 = = − → λ3 = λ3 λα λ δ λα − λδ vÝ dô : , 656 , 410 ≈ , 282 μm ,656 − , 410 Các mức lợng nguyên tử hi đrô đợc tính theo công thức (9) En = − E0 n2 Víi E0 =13,6 eV ; n =1,2,3 a Khi nguyªn tö Hi® r« ë tr¹ng th¸i c¬ b¶n ( E1 øng víi n =1 ) hÊp thô ¸nh s¸ng có bớc sóng thích hợp, thì bán kính quỹ đạo tăng lên lần Hãy tính các bớc sóng xạ mà nguyên tử Hiđrô phát đó Cho biết bán kính quỹ đạo dừng đợc tính theo công thức : Rn =r0 n2 ,víi r0 =0,53 A0 ; N =1 (Quỹ đạo thứ K), (quỹ đạo thứ L) b Ngời ta cung cấp cho nguyên tử Hiđrô trạng thái lần lợt các lợng là eV , 12,75 eV; 18 eV để tạo điều kiện cho nó chuyển sang các trạng thái kh¸c Trong trêng hîp nµo nguyªn tö nguyªn tö sÏ chuyÓn sang tr¹ng th¸i míi vµ đó là trạng thái nào ? Gi¶i : Theo công thức r n=r n2 thì bán kính quỹ đạo dừng tăng lên lần có nghĩa là n =9→ n=3 : Nghĩa là nguyên tử đã chuyển từ mức lợng E1 lên mức lợng E3.Sau đó nguyên tử chuyển mức lợng thấp ( E2 ,E1) và phát xạ có bớc sóng λ Các chuyển mức nguyên tố đó là : E3 → E1 : E2 → E1 ; E3 → E2 Do đó các bớc sóng mà nguyên tử có thể phát là λ23 ; λ21 ; λ31 Ta cã : hc 1 =E − E2=E ( − )= E0 λ32 36 λ32= → 36 hc 36 , 625 10−34 108 =0 , 657 10− (m) − 19 E0 13 , 1,6 10 3E T¬ng tù ta cã hc =E − E1=E0 ( 12 − 12 )= λ21 =0,657 μm → 1 − ¿ 12 λ21= E0 hc hc hc ≈ , 121 μm; =E3 − E1=E (¿)= → λ31= ≈ ,103 μm E0 λ31 E0 b Theo c«ng thøc : E1 = − E0 n2 ,víi E0 =13,6 (eV) Ta cã c¸c møc n¨ng lîng : (10) E1 =-13,6 (eV) , với độ lớn E1 =13,6 (eV ) là lợng cần thiết để làm bËt elec trr«n khái nguyªn tö Hi® r« ; E2 =-3,4 (eV) ; E3 =-1,51 (eV ) ; sau : E = -0,85 (eV) Ta xÐt c¸c trêng hîp Khi nguyên tử trạng thái nó đợc cung cấp thêm lợng eV thì nó sÏ cã n¨ng lîng tæng céng lµ E =E1 + =-7,6 eV Theo trªn ta thÊy trÞ sè nµy kh«ng øng víi bÊt kú møc n¨ng lîng nµo võa neu ë trên, đó nguyên tử không hấp thụ lợng eV đó mà nó trạng thái c¬ b¶n Khi nguyên tử đợc cung cấp lợng 12,75 eV và chuyển lên mức E4 E4 = E1 +12,75 =-0,85 eV đó nguyên tử hấp thụ lợng 12,75 và chuyÓn lªn møc n¨ng lîng E4 Khi nguyên tử đợc cung cấp lợng 18 eV ,nó có lợng tổng cộng E =E1+18 eV =4,4 eV >0, đó nguyên tử hấp thụ lợng 18 eV và bị iôn hoá đó electrôn bật khỏi nguyên tử và có đông là 4,4 eV c bµi tËp ¸p dông : Sau ®a ph¬ng ph¸p gi¶i vµ c¸c bµi tËp vÝ dô t«i cho häc sinh lµm c¸c bµi tËp ¸p dông nhng kho¶ng thêi lîng cña b¶n s¸ng kiến kinh nghiệm nên tôi không ghi đề đây C: PhÇn III : KÕt luËn : KÕt qu¶ nghiªn cøu : KÕt qu¶ thèng kª n¨m häc 2006-2007 ; líp 12A9 , líp 12A10 theo ph¬ng ph¸p míi cã 100% c¸c em hiÓu bµi Líp 12A6 theo ph¬ng ph¸p cò chØ cã 40% lµ c¸c em nắm đợc bài sâu sắc Líp SÜ sè Giái Kh¸ trung b×nh YÕu-kÐm 12A9 45 HS 15 HS 20 HS 10 HS HS 12A10 50 HS 10 HS 30 HS 10 HS HS 12A6 50 HS HS 15 HS HS 30 HS KÕt qu¶ thè kª n¨m häc 2007-2008 ; Líp 12A2 lµ líp cã nhiÒu häc sinh kh¸ t«i đã dạy theo phơng pháp cũ có 60% là các em nắm trắc kiến thức , còn hai lớp 12A5, 12A1 có nhiều học sinh yếu tôi đã truyền đạt theo phơng pháp kÕt qu¶ cã 80% c¸c em hiÓu vµ n¾m s©u kiÕn thøc Líp SÜ sè Giái Kh¸ trung b×nh YÕu-kÐm 12A2 50 HS 10 HS 20HS 15 HS HS 12A5 45 HS 12 HS 19 HS HS HS 12A1 50 HS HS 25 HS 14 HS HS 2.kiến nghị - đề xuất : Bản sáng kiến kinh nghiệm này riêng cá nhân tôi, đã có kiểm nghiệm qua thực tế giảng dạy và thu đợc kết khả quan, nhng trắc chắn cha thể hoàn (11) thiện đợc, mong đóng góp ý kiến chân thành quý vị và các bạn đồng nghiệp để sáng kiến tôi ngày càng hoàn thiện và điều quan trọng là giúp đợc các em học sinh nhiều quá trình học tập và ôn thi Xin tr©n träng c¶m ¬n ! T¸c gi¶ : hoµng thÞ thuû đánh giá hội đồng khoa học sở Chủ tịch hội đồng NguyÔn v¨n t©n (12) vËt lý h¹t nh©n (13) 11 kiÕn thøc c¬ b¶n CÊu t¹o cña h¹t nh©n nguyªn tö a Hạt nhân nguyên tử đợc cấu tạo từ các hạt prô tôn (p) và nơ trôn (n) ,gọi chung lµ c¸c nucl«n Pr«t«n lµ h¹t cã ®iÖn tÝch d¬ng +e vµ cã khèi lîng mp =1,672 10-27 kg N¬ tr«n lµ h¹t kh«ng mang ®iÖn , cã khèi lîng mn = 1,674.10-27 kg b Sè pr«t«n h¹t nh©n b»ng z ( nguyªn tö sè) Sè n¬ tr«n lµ A-Z ,víi A lµ sè khèi ( hay khèi lîng sè) c.Ký hiÖu h¹t nh©n : 1 A Z X ,víi X lµ kÝ hiÖu ho¸ häc cña nguyªn tö >thÝ dô gọn có ghi H1 , C12, H d §ång vÞ : Lµ nh÷ng nguyªn tö mµ h¹t nh©n cña nã cã cïng sè pr«t«n Z ,nhng cã sè khèi A kh¸c : e §¬n vÞ khèi lîng nguyªn tö , kÝ hiÖu lµ u : 1u = 1,66055.10-27 kg ThÝ dô mp = 1,007276 u ; mn =1,008665 u Khối lợng hạt nhân còn đợc đo đơn vị MeV c2 MeV =1 , 7827 10− 30 kg c F §é hôt khèi cña h¹t nh©n ; A Z X ,kÝ hiÖu Δm : Δm : =Zmp +(A- Z) mn –mhn , Víi mhn lµ khèi lîng cña h¹t nh©n ,khèi lîng cña h¹t nh©n bao giê còng nhá h¬n tæng khèi lîng cña c¸c h¹t nu cl«n t¹o thµnh h¹t nh©n dè Đại lợng ΔE=Δm c ,( c là tốc độ ánh sáng chân không ) đợc gọi là n¨ng lîng liªn kÕt cña h¹t nh©n , dã lµ n¨ng lîng cÇn cung cÊp cho h¹t nh©n (đứng yên ) để tách nó thành các nuclôn riêng biệt (cũng đứng yên ) Δm = 1u th× §¹i lîng ΔE A MeV=1,6 10− 13 J ) ΔE=931 MeV ¿ đợc gọi là lợng liên kết riêng ,hạt nhân có lợng liên kÕt riªng cµng lín th× cµng bÒn v÷ng (14) Sù phãng x¹ a> Phóng xạ : (phân rã phóng xạ ) là tợng hạt nhân tự động phóng các xạ , gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác quá trình phóng xạ cảu hạt nhân hoàn toàn da các nguyên nhân bên hạt nhân đó gây hoàn toàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài (Nh nhiệt độ ,áp suất ) Ngoài đồng vị phóng xạ có sẵn tự nhiên (nh urani ) , ngời ta còn tạo đợc nhiều đồng vị phóng xạ (Nh phốt ) b cã ba lo¹i tia phãng x¹ : Tia α (ChÝnh lµ h¹t nh©n cña hªli -Tia β gåm β - ); He (lµ c¸c elÕc tr«n ,kÝ hiÖu lµ elÐc tr«n d¬ng ,hay p«zitr« ,kÝ hiÖu lµ +1 e −1 e hay e - ), vµ β + ,gäi lµ hay e+ -Tia γ lµ sãng ®iÖn tõ cã bíc sãng ng¾n (ph« t«n cña nã cã n¨ng lîng lín ) -Mỗi chất phóng xạ có thể phóng tia đó là α , β+¿− , β ¿ có thể có tia γ kÌm theo c §Þnh luËt phãng x¹ : Mỗi chất phóng xạ đợc đặc trng chu kỳ bán rã T ,cứ sau chu kỳ thì 1/2 sè nguyªn tè trªn chuyÓn thµnh nguyªn tè kh¸c − λt C«ng thøc :N = N e = N0 Hay m=m e− λt= m0 2t / T t T − =N t T Trong đó N0 mo là số hạt nhân và khối lợng ban đầu (Lúc t =o s) : N,m là số hạt nhân và khối lợng thời điểm t ; λ đợc gọi là số phóng xạ : λ= ln , 693 = T T d Độ phóng xạ H:Của lợng chất phóng xạ là đại lợng đặc trng cho tính phãng x¹ m¹nh hay yÕu ,®o b»ng ph©n r· mét gi©y : H t =λ N =λ N e− λt =H e − λt , Với H0 là độ phóng xạ ban đầu Đơn vị độ phóng xạ là béccơ ren (Bq) =1 phân rã trên giây (15) Đơn vị khác độ phóng xạ là cu ri (Ci) ; Ci =3,7.1010 Bq Ph¶n øng h¹t nh©n a Ph¶n øn g h¹t nh©n Là tơng tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi thành hạt nhân khác Ph¬ng tr×nh ph¶n øng lµ : A+B → C+D Sù phãng x¹ lµ trêng hîp riªng cña ph¶n øng h¹t nh©n A(H¹t nh©n mÑ ) → B(H¹t nh©n ) +C(tia phãng x¹ α , β ) b Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân §Þnh luËt b¶o toµn sè nu cl«n (A) ; AA+AB = AC +AD §Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch ZA +ZB =ZC +ZD Định luật bảo toàn động lợng : ¿ m A ⃗v A +mB ⃗v B =mC ⃗v C +mD ⃗v D ¿ §Þnh luËt b¶o toµn n¨ng lîng (m A c 2+ 2 m A vA m v m v m v )+(mB c 2+ B B )=(mC c 2+ C C )+( mD c 2+ D D ) 2 2 c N¨ng lîng cña ph¶n øng h¹t nh©n : ΔE=(M − M ) c đó M0 =mA +mB ; M =mC + mD NÕu M0 > M th× ΔE > ,ph¶n øng to¶ n¨ng lîng NÕu M0< M th× ΔE < ,th× ph¶n øng thu n¨ng lîng d C¸c quy t¾c dÞch chuyÓn sù phãng x¹ : + Phãng x¹ α : AZ X → 42 H e + AZ−− 42 Y (H¹t nh©n ë vÞ trÝ lïi « b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn so víi h¹t nh©n mÑ ) + Phãng x¹ β − : AZ X → −10 e+ Z+1A Y (H¹t nh©n ë vÞ trÝ tiÕn « so víi h¹t nh©n mÑ ) A A Y + +1 e + Phãng x¹ +¿ : Z X → Z− (Hatþ nh©n lïi « b¶ng hÖ thèng tuÇn ¿ β hoµn so víi h¹t nh©n mÑ ) (16) + Phóng xạ tia γ ,hạt nhân trạng thái kích thích chuyển mức lợng dới phát tia γ ,không có biến đổi hạt nhân e Hai lo¹i ph¶n øng h¹t nh©n to¶ n¨ng lîng : + Sù ph©n h¹ch : H¹t nh©n rÊt nÆng nh ( u rani ,plut«ni , )hÊp thô n¬ tr«n vµ (ph©n h¹ch ) vê thµnh hai h¹t nh©n cã sè khèi trung b×nh ; + Ph¶n øng nhiÖt h¹ch : H¹t nh©n rÊt nhÑ nh (hi® r« , hª li )kÕt hîp víi nh©u để đợc hạt nhân có số khối lớn (Sảy nhiệt độ cao ) Máy tốc xiclôtrôn : Gồm có hai hộp hình chữ D đặt chân không ; có mét tõ trêng B vu«ng gãc víi c¸c hép vµ gi÷a hai hép cã mét hiÖu ®iÖn thÕ xoay chiÒu H¹t cã khèi lîng m ,®iÖn tÝch q ®i m¸y cã vËn tèc ⃗v sÏ chÞu lùc lo ren xơ tác dụng vì nó chuyển động tròn hộp với bán kính R= mv Mçi Bq lần qua khe hộp hình chữ D hạt đợc tăng tốc Chu kỳ T ( Thời gian đợc vßng cña h¹t lµ ): T= πm qB Tần số hiệu điện xoay chiều đặt vào máy ; f= =qB T πm 11 ; bµi tËp vÝ dô : vÝ dô :P« l«ni 210 lµ nguyªn tè phãng x¹ α ,nã phãng mét h¹t 84 P0 α và biến đổi thành hạt nhân X ,chu kỳ bán rã Pôlôni là T =138 ngày a Viết phơng trình phản ứng Xác định cấu tạo ,tên gọi hạt nhân X b Một mẫu Pôlôni nguyên chất có khối lợng ban đầu 0,01 g Tính độ phóng xạ cña mÉu chÊt trªn sau chu kú b¸n r· Cho biÕt sè Av«ga ®r« NA = 6,023.10+23 nguyªn tö / mol c TÝnh tû sè khèi lîng cña P«l«ni vµ khèi lîng cña chÊt X trªn sau chu kú b¸n r· Gi¶i ; KÝ hiÖu h¹t nh©n X lµ AZ X ,ph¬ng tr×nh ph¶n øng cã d¹ng ; 210 84 A P0 → H e + Z X áp dụng định luậtbảo toàn số khối : (17) 210 = 2+ A,và áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 84=2+ Z Ta tìmđợc A=206,và Z= 82 ,vậy hạt nhân X là hạt nhân đồng vị chì 206 82 Pb ,cã cÊu t¹o gåm 82 pr«t«n vµ N=206-82=124 n¬ tr«n b Sè h¹t nh©n P«l«ni ban ®Çu lµ : N 0=N A m0 , A m =0,01 g ; A =206 (g) Sau thêi gian lµ T sè h¹t p«l«ni cßn l¹i lµ Nt= N0 t T = N0 N N A m0 = 8 A ,víi T= 138 ngµy =138.24.3600(s) ; = H=2,084.1011 (Bq) c Sè h¹t p«l«ni cßn l¹i sau T lµ ; N, = N0 t T = N0 = N0 16 Số hạt nhân pôlôni bị phân rã phóng xạ thời gian đó là : ΔN =N − N , = 15 N 16 Số hạt ΔN này chính số hạt nhân X đợc tạo thành tong thời gian trên ,vậy khối lợng chất X đợc tạo là : , m X = A ΔN =¿ NA 15 N Víi A, =206 16 N A Khèi lîng p«l«ni cßn l¹i sau thêi gian lµ t=4T : m, = , , A N0 AN m A 210 = → = ≈ o , o 689 g ¿ N A 16 N A mX 15 A , 15 206 vÝ dô : H¹t nh©n cña chÊt phãng x¹ 14 C lµ chÊt phãng x¹, nã phãng tia − cã chu kú b¸n r· lµ T =5600 n¨m a ViÕt ph¬ng tr×nh cña ph¶n øng ph©n r· b Sau bao l©u lîng chÊt phãng x¹ cña mét mÉu chØ cßn b»ng 1/8 lîng chÊt phãng x¹ ban ®Çu cña nã β c.trong c©y cèi cã chÊt phãng x¹ 14 C .§é phãng x¹ cña mét mÉu gç t¬i vµ mét mẫu gỗ cổ đại đã chết cùng khối lợng lần lợt là 0,25 Bq ,và 0,215 Bq Xác định xem mẫu gỗ cổ đại chết đã bao lâu ? Cho biết ln (1,186) =0,1706 Gi¶i : a Ph¬ng tr×nh ph¶n øng ph©n r· lµ ; 14 − 14 A C → β + X ⇔ C →− e + Z X áp dụng định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích ta có ; 14= 0+A → A=14, vµ Z-1 =6 → Z=7 (18) VËy h¹t nh©n lµ Nit¬ 14 14 N ,ta cã ph¬ng tr×nh ph¶n øng lµ ; 14 C → −1 e+ N b ta cã ; mt= m0 t T = m0 k → m 1 1 t = k = → t = → =3 →t=3 T → t=3 5600=16800 n¨m m0 8 T 2T V©þ sau 16800 n¨m lîng chÊt ãphng x¹ ban ®Çu chØ cßn b»ng 1/8 lîng chÊt ban ®Çu c Sau thêi gian b»ng mét chu kú b¸n r· th× sè h¹t nh©n 14 C gi¶m ®i mét nöa Vởy nên sau chu kỳ bán rã thì độ phóng xạ mẫu gỗ cổ đại còn nửa độ phóng xạ mẫu gỗ tơi ,kí hiệu t là thời gian mà mẫu gỗ cổ dại chết ta cã ; H =H0.e- λt víi H0 =0,25 Bq ; H = 0,215 Bq Từ đó suy λt =ln H0 , 25 ,1706 , 1706 T =ln =ln1 , 186=0 ,1706 → t= = → t=1380 H ,215 λ , 693 Ví dụ :Nhờ máy đếm xung ngời ta biết đợc thông tin sau đây chất phãng x¹ Ban ®Çu thêi gian phót cã 360 nguyªn tö cña mét chÊt ph©n r· phãng x¹ ,nhng h sau kÓ tõ thêi ®iÓm ban ®Çu cã 90 nguyªn tö bÞ ph©n r· phút Hãy xác định chu kỳ bán rã chất phóng xạ đó Gi¶i : Theo định luật phóng xạ : N t =N e− λt Sè h¹t nh©n dN bÞ ph©n r· thêi gian v« cïng nhá dt lµ dN = − λN dt ,coi kho¶ng thêi gian Δt =1 phót = 1/60 giê lµ nhá so víi chu kú T ,ta cã thÓ viÕt gần đúng là := ΔN 0=− λN Δt =360 , ΔN t =− λN t Δt =90(2) víi Δ N0 vµ Δ Nt lµ sè h¹t nh©n bÞ ph©n r· thêi gian phót ban ®Çu vµ sè h¹t nh©n bÞ ph©n r· thêi gian phót sau h Tõ (2) suy : N t 90 1 = = = (3) N 360 Mặt khác từ định luật phóng xạ ta có Nt= N0 t T → Nt t t = t → =2→ T = =1 h ,vËy chu kú b¸n r· cña chÊt phãng x¹ trªn N0 T 2T lµ h VÝ dô :ph¶ øng ph©n r· cña ña ni cã d¹ng ; 238 92 U→ 206 82 Pb+ xα + yβ − (19) T×m x,vµ y ? Chu kú b¸n r· cña 238 92 lµ 4,5.109 n¨m Lóc ®Çu cã g U 238 92 U nguyªn U bÐc c¬ ren chÊt a Tính độ phóng xạ ban đầu và độ phóng xạ sau 9.109 năm b TÝnh sè nguyªn tö 238 92 238 92 U bÞ ph©n r· sau n¨m Cho NA = 6,023.1023 nguyªn tö /mol , t <<T ,coi e- λt =1- λt ,1n¨m cã 365 ngµy Gi¶i : áp dụng định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số khối là 238=206 +4x → x=8 92= 82 +2x-y → y = §é phãng x¹ ban ®Çu lµ : H0 =- λ N , víi λ= m0 N A , 02 1023 ,6933 , 693 = (1/s) ; N = = =2,5 1021 → H 0=1 , 22 104 Bq T A 238 4,5 10 365 86400 Sau thời gian t= 9.109 năm =2T độ phóng xạ còn lại là : Ht = H0 t T = H0 2 = H0 =3 , 05 103 Bq b.Sè h¹t nh©n bÞ ph©n r· sau t2 =1 n¨m lµ ; ΔN =N − N t =N (1 − e λt ) ,e − λt − λt → 1− e − λt λt 2 Do đó : 21 ΔN =N λt 2= 2,5 10 , 693 ≈ ,89 1011 Bq (H¹t) 4,5 10 III bµi tËp ¸p dông : Không ghi đề đây PhÇn C : KÕt luËn : KÕt qu¶ nghiªn cøu : Trong nhiều khoá giảng dậy đặc biệt tôi đã thí điểm hai năm qua tôi trùc tiÕp gi¶ng dËy khèi 12 N¨m 2006-2007 t«i trùc tiÕp gi¶ng d¹y líp 12 A9 vµ 12A10 víi sü sè líp 45 , 47 HS theo phơng pháp đổi ,còn lớp 12 A6 tôi dạy theo phơng pháp cũ Kết qu¶ líp t«i d¹y theo ph¬ng ph¸p cò cã tíi 90 em lµ n¾m tr¾c kiÕn thøc vµ rÊt sâu Năm học 2007-2008 tôi dạy lớp 12 A2 là lớp có nhiều em học khá theo phơng pháp cũ qua kiểm tra đánh giá có khoảng 60 % là các em hiểu sâu sắc vấn đề Còn lớp 12 A5 ,12A1 các em học yếu nhng theo phơng pháp truyền (20) đạt ,kết 80 % các em hiểu sâu giúp các em tiếp cận đợc với đề thi cña Bé GD-§T vµ thùc hiÖn tèt nhÊt c¸c kú thi tríc m¾t Bản sáng kiến kinh nghiệm này riêng cá nhân tôi ,tuy đã có kiểm nghiệm qua thực tế giảng dạy và thu đợc kết khả quan ,nhng trắc chắn cha thể hoàn thiện đợc ,rất mong đóng góp ý kiến chân thành quý vị và các bạn đồng nghiệp để sáng kíân ttôi ngày càng hoàn thiện và điều quan trọng là giúp đợc các em học sinh nhiều quá trình học tập và ôn thi Xin ch©n träng c¶m ¬n ! T¸c gi¶ : hoµng thÞ thuû (21)