Mục đích nghiên cứu -Giúp các em học sinh có thể nắm chắc kiến thức về sự phóng xạ, giải thông thạo các dạng bài tập cơ bản về sự phóng xạ và có những kĩ năng tốt trong việc làm các bài [r]
UBND TỈNH HẢI DƯƠNG SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẢN MÔ TẢ SÁNG KIẾN MÔ TẢ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH LÀM BÀI TẬP PHÓNG XẠ Bộ môn vật lý Năm học 2017- 2018 Phần THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: Mô tả số phương pháp hướng dẫn học sinh làm tập phóng xạ hạt nhân nguyên tử Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: giảng dạy môn vật lý trường BTTHPT Tác giả: Họ tên: Trần Văn Tiến Nam Ngày tháng/năm sinh: 20 / 08 / 1958 Trình độ chun mơn: Đại học sư phạm lý Chức vụ, đơn vị công tác: Tổ trưởng, Trung tâm giáo dục thường xuyên Kinh Môn Điện thoại: Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Trung tâm giáo dục thường xuyên Kinh Môn Điện thoại:03203826230 Đơn vị áp dụng sáng kiến lần đầu : : Trung tâm giáo dục nghề nghiệpgiáo dục thường xuyên Kinh Môn Điện thoại: 03203826230 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: học sinh lớp 12 BTTHPT Thời gian áp dụng sáng kiến lần đầu: Từ năm học 2012 – 2015 HỌ TÊN TÁC GIẢ (KÝ TÊN) XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN TRẦN VĂN TIẾN TÓM TẮT SÁNG KIẾN Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến "Muốn phát triển lực người mặt phải có điều kiện phương pháp " Ngày việc nâng cao chất lượng giáo dục vấn đề quan tâm hàng đầu xã hội Trong bối cảnh tòan ngành Giáo Dục Đào Tạo nỗ lực đổi phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực chủ động, phát triển lực học sinh họat động học tập mà phương pháp dạy học cách thức họat động giáo viên việc đạo, tổ chức họat động học tập nhằm giúp học sinh chủ động đạt mục tiêu dạy học điều kiện thời gian, đối tượng áp dụng sáng kiến Là giáo viên giảng dạy môn vật lý lớp 12 BTTHPT hiểu rõ học sinh, thuận lợi khó khăn thực tế học tập, từ đưa phương pháp phù hợp cơng tác giảng dạy đem lại hiệu cao khơng có khó khăn giáo viên mà niềm vui, hứng thú, niềm say mê nghề người giáo viên.Trong thời gian năm giảng day lớp 12 áp dụng Nội dung sáng kiến - Giơí thiệu phần lý thuyết Tổ chức học sinh làm tập vật lý chủ yếu hoạt động nhóm tính tích cực nhân, nhằm rèn luyện cho học sinh kĩ sử dụng kiến thức vật lý Giáo viên giới thiệu phương pháp giải số dạng tập thứ tự bước tiến hành, kiến thức vận dụng qua hình vẽ học sinh nêu nội dung cần thiết vấn đề đặt Học sinh tự đề xuất phương án làm để giải vấn đề gồm nội dung sau Phương pháp xác định khối lượng số phân tử , tốn ví dụ, tốn áp dụng cho học sinh Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ, tốn ví dụ, tốn áp dụng cho học sinh Phương pháp xác định chu kỳ bán rã, tốn ví dụ, tốn áp dụng cho học sinh Phương pháp xác định tuổi cổ vật, tốn ví dụ, tốn áp dụng cho học sinh Phương pháp xác định lượng phóng xạ, tốn ví dụ, tốn áp dụng cho học sinh + Khả áp dụng sang kiến: Qua phần lý thuyết cách áp dụng tập ví dụ giáo viên học sinh vận dụng giải vấn đề cần gải giải tập phóng xạ hạt nhân nguyên tử + Chỉ lợi ích thiết thực sáng kiến: Gúp học sinh tự học Khẳng định giá trị ,kết đạt sáng kiến Qua áp dụng phương pháp kết cho thấy học sinh tự giải tập áp dụng tập tự giải, học sinh tự hướng dẫn cho học sinh yếu kếm hiểu làm Phần kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục PHẦN MÔ TẢ SÁNG KIẾN Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến 1.1 Khi giảng dạy phần “vật lý hạt nhân” lớp 12 nhận thấy hầu hết em học sinh lúng túng làm tập “hiện tượng phóng xạ” 1.2 Bởi phần có nhiều dạng tập ,có nhiều công thức cần nhớ việc áp dụng cơng thức tốn học tương đối phức tạp Khó khăn lớn em việc xác định toán thuộc dạng để đưa phương pháp giải phù hợp cho việc giải tốn 1.3 Mặt khác, giai đoạn mà hình thức thi trắc nghiệm áp dụng kỳ thi tôt nghiệp tuyển sinh đại học cao đẳng ,yêu cầu phương pháp giải nhanh tối ưu cho em cấp thiết để em đạt kết cao kỳ thi 2.Cơ sở lý luận vấn đề 2.1 Mục đích nghiên cứu -Giúp em học sinh nắm kiến thức phóng xạ, giải thơng thạo dạng tập phóng xạ có kĩ tốt việc làm tập trắc nghiệm tượng phóng xạ 2.2.Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: -Học sinh lớp 12 ôn thi tôt nghiệp thi tuyển sinh đại học cao đẳng Phạm vị nghiên cứu -Thời gian nghiên cứu :trong năm học 2014-2015 -Đề nghiên cứu “hiện tượng phóng xạ” chương “vật lý hạt nhân” thuộc chương trình lớp 12 3.Thực trạng vấn đề -Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài phần khó chương trình lớp 12 phổ thơng trung học -Trình bày sở lý thuyết tượng phóng xạ -Phương pháp giải nhanh dạng tập tượng phóng xạ -Các ví dụ minh hoạ cho dạng tập -Đưa tập áp dụng dạng để học sinh luyện tập -Kiểm tra tiếp thu học sinh đề ôn luyện -Đánh giá , đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp đối tượng học sinh 4.Các giải pháp biện pháp thực Gíao viên nêu vấn đề, chia nhóm học sinh nghiên cứu thảo luận cử đại diện học sinh trình bày kết Giao viên kết luận học sinh ghi lại kế 4.1.)Kiến thức bản: 4.1.1 Sự phóng xạ 4.1.1.1.Định nghĩa Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác 4.1.1.2)Định luật phóng xạ -Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kỳ nưa số nguyn tử chất biến đổi thành chất khác t T t T ln 0,693 T ;= T -Biểu thức:N = No = No e hay m = mo = mo e 4.1.1.3) Độ phóng xạ -Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ đo số phân rã giây -Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với qui luật: H = N = No e-t = Ho e-t ; với Ho = No độ phóng xạ ban đầu -Đơn vị độ phóng xạ Beccơren (Bq) hay Curi (Ci): Bq = 1phân rã/giây ; 1Ci = 3,7.1010 Bq 4.1.2.Năng lượng phóng xạ A B+C 4.1.2.1 Năng lượng toả phân rã + E = (mA – mB – mC).c2 Với mA , mB ,mC khối lượng hạt nhân trước sau tương tác 1u=931 MeV/c2 + E =931 (mA – mB – mC) (MeV) + E =( m B mC m A ) c2= 931( m B mC m A ) (MeV) Với m A , m B , mC độ hụt khối hạt nhân trước sau tương tác + E = E B EC E A Với E A , E B , EC lượng liên kết hạt nhân trước sau tương tác 4.1.2.2)Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân a)Định luật bảo toàn động lượng - t -t PA = PB + PC Hạt nhân A đứng yên phóng xạ : PA = PB + PC =0 => PB =- PC Hạt B C chuyển động ngược chiều m B vC mC.vC= mB.vB mC = v B (1) PB=PC (PB)2=(PC)2 m B WC Mặt khác :P2=(m.v)2= m.v2.2m=2m.Wđ 2.mC.WC=2mB.WB mC = WB (2) WC m B vC mC = v B = W B (3) Ta có hệ phương trình: b)Định luật bảo tồn lượng EA+WA=EB + WB + EC +WC EA- EB - EC = WB +WC -WA= E WA=0 WB +WC = E (4) Trong đó: E =m c lượng nghỉ W= m.v2 động hạt 4.2.Phương pháp giải dạng tập ví dụ 4.2.1.Xác định đại lượng đặc trưng cho phóng xạ 4.2.1.1.Phương pháp chung: Giáo viên đặt vấn đề, nhóm học sinh nghiên cứu, đọc sách giáo khoa cử đại diện trả lời 4.2.1.1.1 Xác định số ngun tử (khối lượng ) cịn lại chất phóng xạ sau thời gian phóng xạ t -Số nguyên cịn lại sau thời gian phóng xạ t: t N=N0 e =N0 -Khối lượng lại sau thời gian phóng xạ t : t m= m0 e =m0 t T t T ln 0,693 Với = T = T N m NA A -Số nguyên tử có m(g) lượng chất : NA=6,023.1023 hạt/mol số Avôgađrô Chú ý: t +Khi T =n với n số tự nhiên áp dụng cơng thức N =N0 t T ; m= m0 t T t +Khi T số thập phân áp dụng công thức : t t N=N0 e ; m= m0 e t +Khi t t= ln = = 69 ngày ln ln m0 ln 2.Tính H0: H0= N0= T N0= T A NA= 138.24.3600 210 6,023.10 23 H0 = 1,667.1014 Bq Ví dụ 3:Gọi t khoảng thời gian để số hạt nhân lượng chất phóng xạ giảm e lần (e số tự nhiên với lne=1), T chu kỳ bán rã chất phóng xạ t T ln Hỏi sau khoảng thời gian 0,51 t chất phóng xạ Chứng minh lại phần trăm lượng ban đầu ? Cho biết e0,51=0,6 Giải: m0 t Ta có + m = e = e ln T t=1 T t=1 t= ln m m T t , 51 + m0 = e với t=0,51 t=0,51 ln % m0 = e 100%= 60% Ví dụ 4:Hạt nhân 224 88 Ra phóng hạt , photon tạo thành A Z Rn 224 Một nguồn phóng xạ 88 Ra có khối lượng ban đầu m0 sau 14,8 ngày khối lượng nguồn lại 2,24g Hãy tìm : m0 Số hạt nhân Ra bị phân rã khối lượng Ra bị phân rã ? 3.Khối lượng số hạt nhân tạo thành ? 4.Thể tích khí Heli tạo thành (đktc) Cho biết chu kỳ phân rã Giải 224 88 Ra t T 3,7 ngày số Avơgađrơ NA=6,02.1023mol-1 t T 1.Tính m0 : m= m0 m0=m =2,24 2.- Số hạt nhân Ra bị phân rã : N=N0(1- t T 14 , 3, =2,24.24=35,84 g m0 35,84 t T ) = A NA(1- )= 224 6,02.1023(1-2-4) N=0,903 1023 (nguyên tử) -Khối lượng Ra bị phân rã : m=m0(1- t T )=35,84.(1-2-4)=33,6 g Số hạt nhân tạo thành : N ' = N=N0(1- t T )=9,03.1023 hạt N ' 0,903.10 23 A' 23 -Khối lượng hạt tạo thành: m' = N A = 6,02.10 220 =33g N He 0,903.10 23 23 Thể tích khí Heli tạo thành (đktc) : V=22,4 N A =22,4 6,02.10 =3,36 (lit) 4.2.1.3 trắc nghiệm 131 Chất phóng xạ iơt 53 I có chu kì bán rã ngày Lúc đầu có 200g chất Sau 24 ngày, số gam iốt phóng xạ bị biến thành chất khác A 50g B 175g C 25g D 150g Có 100g chất phóng xạ với chu kì bán rã ngày đêm Sau 28 ngày đêm khối lượng chất phóng xạ cịn lại A 93,75g B 87,5g C 12,5g D 6,25g 60 60 Chu kỳ bán rã 27 Co gần năm Sau 10 năm, từ nguồn 27 Co có khối lượng 1g lại A gần 0,75g B 0,75g lượng nhỏ C gần 0,25g D 0,25g lượng nhỏ Có thể tăng số phóng xạ đồng vị phóng xạ cách ? A Đặt nguồn phóng xạ vào từ trường mạnh B Đặt nguồn phóng xạ vào điện trường mạnh C Đốt nóng nguồn phóng xạ D Hiện chưa có cách để thay đổi số phóng xạ 90 Chu kì bán rã chất phóng xạ 38 Sr 20 năm Sau 80 năm có phần trăm chất phóng xạ phân rã thành chất khác ? A 6,25% B 12,5% C 87,5% D 93,75% Trong nguồn phóng xạ 32 15 P với chu kì bán rã 14 ngày có 3.1023 nguyên tử Bốn tuần lễ trước số nguyên tử A 3.1023 nguyên tử C 12.1023 nguyên tử 32 15 P nguồn B 6.1023 ngun tử D 48.1023 ngun tử 60 Cơban phóng xạ 27 Co có chu kì bán rã 5,7 năm Để khối lượng chất phóng xạ giãm e lần so với khối lượng ban đầu cần khoảng thời gian A 8,55 năm B 8,23 năm.C năm D năm 131 Có 100g iơt phóng xạ 53 I với chu kì bán rã ngày đêm Tính khối lượng chất iơt cịn lại sau tuần lễ A 8,7g B 7,8g C 0,87g D 0,78g 226 Tìm độ phóng xạ gam 83 Ra, biết chu kì bán rã 16622 năm (coi năm 365 ngày) A 0,976Ci B 0,796C C 0,697Ci D 0.769Ci 10 Ban đầu có gam chất phóng xạ radon ngun tử radon cịn lại sau 9,5 ngày A 23,9.1021 B 2,39.1021 C 3,29.1021 222 86 Rn với chu kì bán rã 3,8 ngày Số D 32,9.1021 14 11 Hạt nhân C chất phóng xạ, phóng xạ tia - có chu kì bán rã 5600năm Sau lượng chất phóng xạ mẫu cịn 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu mẫu A 16800 năm B 18600 năm C 7800 năm D 16200 năm 238 238 12 Chu kì bán rã 92 U 4,5.109 năm Lúc đầu có 1g 92 U ngun chất Tính độ phóng xạ mẫu chất sau 9.109 năm A 3,087.103Bq B 30,87.103Bq C 3,087.105Bq D 30,87.105Bq 60 13 Coban ( 27 Co ) phóng xạ - với chu kỳ bán rã 5,27 năm biến đổi thành niken 60 (Ni) Hỏi sau 75% khối lượng khối chất phóng xạ 27 Co phân rã hết A 12,54 năm B 11,45 năm C 10,54 năm D 10,24 năm 32 14 Phốt 15 P phóng xạ - với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng khối chất phóng xạ Tính khối lượng ban đầu A 15g B 20g C 25g 32 15 P lại 2,5g D 30g 210 84 15 Tìm lưỵng Poloni Po c đ phng xạ Ci Bit chu k bán rã 138 ngày : A 276 mg B 383 mg C 0,442 mg D 0,115 mg 66 16 Đồng vị phóng xạ 29 Cu có chu kỳ bán 4,3 phút Sau khoảng thi gian t = 12,9 phút, đọ phóng xạ đồng vị giảm xuống : A 85 % B 87,5 % C 82, % D 80 % 17 Côban 60 27 16 Co chất phóng xạ với chu kì bán rã năm Nếu lúc đầu có 1kg 60 chất phóng xạ sau 16 năm khối lượng 27 Co bị phân rã A 875g B 125g C 500g D 250g 4.2.2 Tính chu kỳ bán rã chất phóng xạ 4.2.2.1.Phương pháp: Giáo viên đặt vấn đề, nhóm học sinh nghiên cứu, đọc sách giáo khoa cử đại diện trả lời 4.2.2.1.1.Tính chu kỳ bán rã biết : a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử lại sau thời gian phóng xạ t b)Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử bị phân rã sau thời gian phóng xạ t c)Tỉ số độ phóng ban đầu độ phóng xạ chất phóng xạ thời điểm t Phương pháp: a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử lại sau thời gian phóng xạ t t ln N ln t N=N0 e => T= N 10 b)Tỉ số số nguyên tử ban đầu số nguyên tử bị phân rã sau thời gian phóng xạ t N=N0(1- e t N t ) => N =1- e t ln N ln(1 ) N =>T=- c)Tỉ số độ phóng ban đầu độ phóng xạ chất phóng xạ thời điểm t t ln H ln t H=H0 e =>T= H 4.2.2.1.2.Tìm chu kì bán rã biết số hạt nhân thời điểm t1 t2 t t N1=N0 e ;N2=N0 e N1 N = e ( t2 t1 ) (t t1 ) ln N ln N2 =>T = 4.2.2.1.3.Tìm chu kì bán biết số hạt nhân bị phân rã hai thời gian khác N số hạt nhân bị phân rã thời gian t N Sau t (s) : số hạt nhân bị phân rã thời gian t2=t1 N -Ban đầu : H0= t1 N -Sau t(s) H= t t ln N ln t mà H=H0 e => T= N 4.2.2.1.4.Tính chu kì bán rã biết thể tích khí Heli tạo thành sau thời gian phóng xạ t V N = 22,4 NA -Số hạt nhân Heli tạo thành : V N số hạt nhân bị phân rã N=N0(1- e ) = 22,4 NA t ln A.V V m0 m0 ln(1 ) t 22 , m 22 , e A A Mà N0= NA => (1)= => T= t 4.2.2.2 Các ví dụ Ví dụ1: Silic 31 14 Si chất phóng xạ, phát hạt biến thành hạt nhân X 31 Một mẫu phóng xạ 14 Si ban đầu thời gian phút có 190 nguyên tử bị phân rã, sau thời gian phút có 85 nguyên tử bị phân rã Hãy xác định chu kỳ bán rã chất phóng xạ Giải: -Ban đầu: Trong thời gian phút có 190 nguyên tử bị phân rã H0=190phân rã/5phút -Sau t=3 giờ:Trong thời gian phút có 85 nguyên tử bị phân rã 11 H=85phân rã /5phút t ln ln H 190 ln ln t H=H0 e =>T= H = 85 = 2,585 Ví dụ2:Để đo chu kỳ chất phóng xạ người ta cho máy đếm xung bắt đầu đếm từ thời điểm t0=0 Đến thời điểm t1=2 giờ, máy đếm n1 xung, đến thời điểm t2=3t1, máy đếm n2 xung, với n2=2,3n1 Xác định chu kỳ bán rã chất phóng xạ Giải: -Số xung đếm số hạt nhân bị phân rã: N=N0(1- e -Tại thời điểm t1: N1= N0(1- e t1 -Tại thời điểm t2 : N2= N0(1- e 1- e t =2,3(1- e t1 t ) )=n1 t )=n2=2,3n1 3 t t t t ) 1- e =2,3(1- e ) + e + e =2,3 1 1 e 2 t1 + e t1 -1,3=0 => e t1 =x>0 X2 +x-1,3= => T= 4,71 h Ví dụ3:Hạt nhân Pơlơni chất phóng xạ ,sau phóng xạ trở thành hạt nhân chì bền Dùng mẫu Po ,sau 30 ngày ,người ta thấy tỉ số khối lượng chì Po mẫu 0,1595.Tính chu kì bán rã Po Giải: - m Pb m' N (1 e t ) A' A' t t Tính chu kì bán rã Po: mPo = m = N A m0 e = A (1- e ) t ln 30 ln m Pb A ln(1 ) ln(1 0,1595.210 ) m Po A' = 206 T== 138 ngày Ví dụ 4:Ra224 chất phóng xạ Lúc đầu ta dùng m0=1g Ra224 sau 7,3 ngày ta thu V=75cm3 khí Heli đktc Tính chu kỳ bán rã Ra224 Giải: t ln 7,3 ln A.V 224.0,075 ln(1 ) ln(1 ) 22,4.m0 =22,4.1 = 3,65 ngày T= - 4.2.2.3 Bài tập trắc nghiệm Một gam chất phóng xạ 1s phát 4,2.10 13 hạt có Khối lượng nguyên tử chất phóng xạ 58,933 u; lu = 1,66.10-27 kg Chu kỳ bán rã chất phóng xạ là: A 1,78.108s B.1,68.108s C.1,86.108s D.1,87.108 s 31 Một mẫu phóng xạ 14 Si ban đầu phút có 196 nguyên tử bị phânn rã, sau 5,2 (Kể từ t = 0) phút có 49 nguyên tử bị phân 31 rã Chu kỳ bán rã 14 Si A 2,6 B 3,3 C 4,8 D 5,2 12 Chu kỳ bán rã radon T = 3,8 ngaứy Hằng số phóng xạ radon A 5,0669.10-5s-1 B 2,112.10-6s-1 C 2,1112.10-5s-1 D Một kết khác Một chất phóng xạ phát tia , hạt nhân bị phân rã cho hạt Trong thời gian phút đầu chất phóng xạ phát 360 hạt , sau, kể từ lúc bắt đầu đo lần thứ nhất, phút chất phóng xạ phát 45 hạt Chu kỳ bán rã chất phóng xạ là: A B C D Một lượng chất phóng xạ Radon có khối lượng ban đầu Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T Radon : A 14,5 ngày B 1,56 ngày C 1,9 ngày D 3,8 ngày Một lượng chất phóng xạ Radon có khối lượng ban đầu m0 Sau 15,2 ngày độ phóng xạ giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T Radon : A 14,5 ngày B 1,56 ngày C 1,9 ngày D 3,8 ngày Một chất phóng xạ phát tia , hạt nhân bị phân rã cho hạt Trong thời gian phút đầu chất phóng xạ phát 360 hạt , sau , kể từ lúc bắt đầu đo lần thứ , phút chất phóng xạ phát 45 hạt Chu kỳ bán rã chất phóng xạ : A B C D Các phép đo độ phóng xạ mẫu Cr thực phút cho kết sau : 5524 t (phút) 10 15 Độ phóng xạ H (mCi) 19,2 7,13 2,65 0,99 Chu kỳ bán rã Cr 5524 A 2,5phút B 1,5phút C 3,5phút D 4,5phút Đồng vị Na chất phóng xạ tạo thành đồng vị magiê Sau 105 giờ, độ phóng xạ Na giảm 128 lần Chu kỳ bán rã Na A 17,5h B 21h C 45h D 15h 4.2.3 Tính tuổi mẫu vật cổ 4.2.3.1 Phương pháp: Giáo viên đặt vấn đề, nhóm học sinh nghiên cứu, đọc sách giáo khoa cử đại diện trả lời 4.2.3.1.1 Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) lại khối lượng (số nguyên tử) ban đầu lượng chất phóng xạ có mẫu vật cổ m T ln m m m0 = e t => t= ln N T ln N N N = e t =>t= ln 4.2.3.1 Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) bị phóng xạ khối lượng (số ngun tử) cịn lại lượng chất phóng xạ có mẫu vật cổ A.m' t T ln( 1) N ( e ) A ' m' A' m A' t t m = N A m0 e ln = A (1- e ) =>t= N T ln(1 ) N N N = e t -1 => t= ln 4.2.3.1.3 Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) lại hai chất phóng xạ có mẫu vật cổ 13 N N 01e 1 t N N 02 e 2t ; N N 02 ln N1 N 01 t ( 2 1 ) ln N N 01 ln e 2 1 T2 T1 , => N N 02 =>t= 2 1 với 14 4.2.3.1 Tính tuổi mẫu vật cổ dựa vào C (Đồng hồ Trái Đất) -Ở khí ,trong thành phần tia vũ trụ có nơtrơn chậm ,một nơtrơn gặp hạt 14 nhân N tạo nên phản ứng n + 14 14 N C + 11 p 14 C đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 5560 năm 14 - C có điơxit cacbon Khi thực vật sống hấp thụ CO2 khơng khí nên 14 q trình phân rã cân với trình tái tạo C 14 14 -Thực vật chết cịn q trình phân rã C ,tỉ lệ C giảm dần Do đó: 14 +Đo độ phóng xạ C mẫu vật cổ => H 14 +Đo độ phóng xạ C mẫu vật loại ,cùng khối lượng thực vật vừa chết =>H0 H0 H ln với T=5560 năm T ln t H=H0 e => t= -Động vật ăn thực vật nên việc tính tốn tương tự 4.2.3.2 Các ví dụ 238 235 Ví dụ : Hiện quặng thiên nhiên có chứa 92U 92U theo tỉ lệ nguyên tử 140 :1 Giả sử thời điểm tạo thành Trái Đất, tỷ lệ 1:1 Hãy tính tuổi Trái Đất Biết chu kỳ bán rã bán rã 7,13.108năm Giải: Phân tích : 238 92 U 4,5.109 năm 235 92 U có chu kỳ N N 02 ln 140 N N 01 1 ln 2( ) 7,13.10 4,5.10 = 60,4 108 (năm) t= 2 1 = ln Ví dụ :Thành phần đồng vị phóng xạ C14 có khí có chu kỳ bán rã 5568 năm Mọi thực vật sống Trái Đất hấp thụ cacbon dạng CO chứa lượng cân C14 Trong mộ cổ, người ta tìm thấy mảnh xương nặng 18g với độ phóng xạ 112 phân rã/phút Hỏi vật hữu chết cách lâu, biết độ phóng xạ từ C14 thực vật sống 12 phân rã/g.phút Giải: Phân tích :Bài tính tuổi dựa vào C14 14 H0 12 5560 ln 112 / 18 H ln = ln = T ln t H=H0 e => t= 5268,28 (năm) Chú ý:Khi tính tốn cần lưu ý hai mẫu vật phải khối lượng Ví dụ :Trong mẫu quặng Urani người ta thường thấy có lẫn chì Pb206 với Urani U238 Biết chu kỳ bán rã U238 4,5.10 năm, tính tuổi quặng trường hợp sau: Khi tỷ lệ tìm thấy 10 ngun tử Urani có nguyên tử chì Tỷ lệ khối lượng hai chất 1g chì /5g Urani Giải :Phân tích:Trong tính tuổi biết tỉ số số nguyên tử(khối lượng) m' N lại số nguyên tử (khối lượng ) hạt tạo thành: m = , N = A.m' 238 t T ln( 1) 4,5.10 ln( 1) m' N (1 e ) A' A' m A' 5.206 t t m = N A m0 e ln ln = A (1- e ) =>t= = =1,35.109 năm N N = e t -1 => t= T ln(1 ln N ) N 4,5.10 ln(1 ) ln = = 1,18.109 năm 4.2.3.3.Bài tập trắc nghiệm 14 Hạt nhân C chất phóng xạ, phóng xạ tia - có chu kì bán rã 5600năm Sau lượng chất phóng xạ mẫu cịn 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu mẫu A 16800 năm B 18600 năm C 7800 năm D 16200 năm 14 Hạt nhân C chất phóng xạ, phóng xạ tia - có chu kì bán rã 14 5600năm Trong cối có chất phóng xạ C Độ phóng xạ mẫu gỗ tươi mẫu gỗ cổ đại chết khối lượng 0,25Bq 0,215Bq Hỏi mẫu gỗ cổ đại chết ? A 12178,86 năm B 12187,67 năm C 1218,77 năm D.16803,57 năm Độ phng xạ 14C tượng gỗ cổ 0,65 lần ® phng xạ 14C khc gỗ cng khối lưọng vừa chặt.Chu kì bn r 14C l 5700năm Tuổi tưỵng gỗ: A.3521 năm B 4352 năm C.3543 năm D.3452 năm Tính tuổi tượng gổ cổ biết độ phóng xạ - tượng gổ 0,77 lần độ phóng xạ khúc gổ khối lượng chặt Biết chu kì bán rã C14 5600 năm A 2112 năm B 1056 năm C 1500 năm D 2500 năm 15 5)Chu kì bán rã 5590 năm Một mẫu gỗ có độ phóng xạ l 197 phân rã/phút Một mẫu gỗ khác loại khối lượng hạ xuống có độ phóng xạ 1350 phân rã/phút Tuổi mẫu gỗ cổ là: A 15525 năm B 1552,5 năm C năm D năm 6)Poloni l chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T=3312h ,phát tia phóng xạ chuyển thành hạt nhn chì Lúc đầu độ phóng xạ Po là: , thời gian cần thiết để Po có độ phóng xạ A 3312h B 9936h C 1106h D 6624h 7)Poloni có chu kỳ bán rã l T = 138 ngày, chất phóng xạ phát tia phóng xạ v chuyển thành hạt nhân chì Biết thời điểm khảo sát tỷ số số hạt Pb số hạt Po Tuổi mẫu chất A 276 ngày B 46 ngày C 552ngày D 414 ngày 8)Một tượng gỗ cổ có độ phóng xạ 0,25 độ phóng xạ khúc gỗ khối lượng chặt xuống Biết tượng gỗ phóng xạ tia từ C14 chu kỳ bán rã C14 T = 5600 năm Tuổi tượng gỗ A 2800 năm B 22400 năm C 5600 năm D 11200 năm 9)Khi phân tích mẫu gỗ, người ta xác định rằng: 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ có mẫu gỗ bị phân rã thành nguyên tử Biết chu kỳ bán rã 5570 năm Tuổi mẫu gỗ A 16710 năm B 5570 năm C 11140 năm D 44560 năm 10)Hoạt tính đồng vị cacbon đồ cổ gỗ 4/5 hoạt tính đồng vị gỗ đốn Chu kỳ bán rã gỗ 5570 năm Tìm tuổi đồ cổ A 1800 năm B 1793 năm C 1678 năm D 1704 năm 4.2.4 Năng lượng phóng xạ 4.2.4.1 Phương pháp: 4.2.4.1.1 Động hạt B,C mB WC ⇒ = mC WB mC W B= ΔE mC + mB W B WC = mC mB W B +W C ΔE = m +m = m +m B C B C ⇒ W C =¿ ⇒ mB ΔE m B +m C 4.2.4.1.2 % lượng toả chuyển thành động hạt B,C % W C= mB WC 100 % = 100% mB +mC ΔE %WB=100%-%WC 4.2.4.1.3.Vận tốc chuyển động hạt B,C WC= mv2 ⇒ v= 16 √ 2W m Chú ý: Khi tính vận tốc hạt B,C - Động hạt phải đổi đơn vị J(Jun) -Khối lượng hạt phả đổi kg -1u=1,66055.10-27 kg -1MeV=1,6.10-13 J 4.2.4.2 Các ví dụ 222 Ví dụ : Randon 86 Rn chất phóng xạ phóng hạt hạt nhân X với chu kì bán rã T=3,8 ngày.Biết phóng xạ toả lượng 12,5MeV dạng tổng động hai hạt sinh (W + WX) Hãy tìm động hạt sinh Khi tính, lấy tỉ số khối lượng hạt gần tỉ số số khối chúng (m /mX A /AX) Cho NA=6,023.1023mol-1 Giải : W + WX = ΔE =12,5 mB 218 ΔE = 12,5= 12,275 MeV 222 mB +m C ⇒ W C =¿ W B= mC ΔE mC + mB = 12,5 -12,275=0,225MeV 226 Ví dụ :Hạt nhân 88 Ra có chu kì bán rã 1570 năm, đứng yên phân rã hạt biết đổi thành hạt nhân X Động hạt phân rã 4,8MeV Hãy xác định lượng toàn phần toả phân rã.Coi khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u xấp xỉ khối lượng chúng mα WX Giải : m = W = 222 X α ⇒ WX = 4 Wỏ = 222 4,8= 0,0865 MeV 222 W + WX = ΔE =4,8 +0,0865 =4,8865 MeV 210 Ví dụ : Hạt nhân 84 Po có tính phóng xạ Trước phóng xạ hạt nhân Po đứng n Tính động hạt nhân X sau phóng xạ Cho khối lượng hạt nhân Po mPo=209,93733u, mX=205,92944u, m =4,00150u, 1u=931MeV/c2 Giải : ΔE =931 (mA – mB – mC)=931.( 209,93733-205,929444,00150)=5,949(MeV) W + WX = ΔE =5,949 W B= mC ΔE = 5,949=0,1133 MeV 210 mC + mB 222 Ví dụ :Hãy viết phương trình phóng xạ Randon ( 86 Rn ).Có phần trăm lượng toả phản ứng chuyển thành động hạt ? Coi hạt nhân Randon ban đầu đứng yên khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử số khối 17 mB WC 218 100 % = 100%= 100%=98,2% 222 mB +mC ΔE 210 Ví dụ :Pơlơni 84 Po chất phóng xạ , có chu kì bán rã T=138 ngày Tính vận tốc hạt , biết hạt nhân Pôlôni phân rã toả Giải : % WC= lượng E=2,60MeV Giải : W + WX = ΔE =2,6 mα WX = = 206 mX Wα ⇒ v= √ => W = 0,04952MeV=0,07928 10-13J 2W = 1,545.106m/s m 4.2.4.3.Bài tập trắc nghiệm 1)Hạt nhân phóng xạ Pơlơni đứng n phát tia sinh hạt nhân X Biết phản ứng phân rã Pơlơni giải phóng lượng Lấy gần khối lượng hạt nhân theo số khối A đơn vị u Động hạt có giá trị A 2,15MeV B 2,55MeV C 2,75MeV D 2,89MeV Hạt nhân phóng xạ Pơlơni 210Po đứng yên phát tia sinh hạt nhân X Biết phản ứng phân rã Pơlơni giải phóng lượng E = 2,6MeV Lấy gần khối lượng hạt nhân theo số khối A đơn vị u Động hạt có giá trị A 2,15MeV B 2,55MeV C 2,75MeV D 2,89MeV Hạt nhân đứng yên phóng xạ biến đổi thành hạt nhân X , biết động hạt : = 4,8 MeV Lấy khối lượng hạt nhân tính u số khối chúng, lượng tỏa phản ứng Ra22688K A 1.231 MeV B 2,596 MeV C 4,886 MeV D 9,667 MeV 4)Hạt nhân đứng yên phóng xạ biến đổi thành hạt nhân X , biết động Lấy khối lượng hạt nhân (tính u) số khối chúng, lượng tỏa phản ứng A 1.231 MeV B 2,596 MeV C 4,886 MeV D 9,667 MeV 5)Hạt nhân phóng xạ Pơlơni đứng n phát tia sinh hạt nhân X Biết phản ứng phân rã Pơlơni giải phóng lượng Lấy gần khối lượng hạt nhân theo số khối A đơn vị u Động hạt có giá trị A 2,15MeV B 2,55MeV C 2,75MeV D 2,89MeV 6)Chất phóng xạ phát tia biến đổi thành Biết khối lượng hạt Năng lượng toả 10g phân rã hết A B C D 4.3 Đề kiểm tra phóng xạ Tìm phát biểu SAI phóng xạ A Phóng xạ tượng, hạt nhân bị kích thích phóng xạ gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác B Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân 18 C Có quặng phóng xạ có sẵn tự nhiên D Có chất đồng vị phóng xạ người tạo Tìm phát biểu ĐÚNG phóng xạ A Khi tăng nhiệt độ, tượng phóng xạ xảy nhanh B Khi tăng áp suất khơng khí xung quanh chất phóng xạ, tượng phóng xạ bị hạn chế chậm lại C Phóng xạ tượng, hạt nhân tự động phóng tia phóng xạ D Muốn điều chỉnh q trình phóng xạ ta phải dùng điện trường mạnh Tìm phát biểu SAI phóng xạ A Có chất phóng xạ để tối phát sáng Vậy có loại tia phóng xạ mắt ta nhìn thấy B Các tia phóng xạ có tác dụng lí hố iơn hóa mơi trường, làm đen kính ảnh, gây phản ứng hố học… C Các tia phóng xạ có lượng nên bình đựng chất phóng xạ nóng lên D Sự phóng xạ toả lượng Tìm phát biểu SAI tia phóng xạ α A Tia α bị lệch phía âm tụ điện B Tia α chùm hạt nhân Hêli 2He4 mang điện +2e C Hạt α phóng từ hạt nhân với vận tốc khoảng 107 m/s D Tia α m khơng khí Tìm phát biểu SAI tia phóng xạ β A Tia β – chùm electron mang điện âm B Tia β + chùm poziton mang điện dương C Các tia β điện trường bị lệch tia α khối lượng hạt e+, e- nhỏ nhiều so với khối lượng hạt α D Các hạt β phóng với vận tốc lớn gần vận tốc ánh sáng Tìm phát biểu Đúng tia γ A Tia gamma sóng điện từ có bước sóng ngắn thang sóng điện từ, nhỏ bước sóng tia X bước sóng tia tử ngoại B Tia gamma có vận tốc lớn nên bị lệch điện trường từ trường C Tia gamma không qua lớp chì dày 10 cm D Đối với người tia gamma khơng nguy hiểm tia α Iot phóng xạ 131 53 I dùng y tế có chu kì bán rã T = ngày Lúc đầu có m0 = 200g Hỏi sau t = 24 ngày laị bao nhiêu? A 25g B 50g C 20g D 30g Tìm độ phóng xạ m0 = 200 g chất Iot Biết sau 16 ngày khối lượng chất cịn phần tư khối lượng ban đầu A 9,22.1016Bq B 3.20 1018Bq C 2,30.1017Bq D 4,12.1019Bq Tìm số ngun tử N0 có m0 = 200 g Iot phóng xạ 131 53 I 21 23 A 9,19.10 B 9,19 10 22 C 9,19.10 D 9,19 1024 10 Chất phóng xạ P0 có chu kì bán rã T = 138 ngày Một lượng P0 ban đầu m0 sau 276 ngày lại 12 mg Tìm lượng Po ban đầu A 36 mg B 24 mg C 60 mg D 48 mg 11 Tìm khối lượng I có độ phóng xạ Ci Biết chu kì bán rã T = ngày 19 A 0,115 mg B 0,422 mg C 276 mg D 383 mg 12 Tìm phát biểu quy tắc dịch chuyển A Trong phóng xạ α, hạt nhân lùi hai bảng tuần hồn B Trong phóng xạ β-, hạt nhân lùi ô bảng tuần hồn C Trong phóng xạ β+, hạt nhân tiến bảng tuần hồn D Trong phóng xạ α có kèm theo tia γ, hạt nhân giữ ngun vị trí bảng tuần hồn 13 Urani phân rã thành radi tiếp tục hạt nhân đồng vị chì bền 206 Hỏi 23892 U biến thành 206 84 Pb 84 Pb sau phóng xạ α phóng xạ β 238 92 U → Th → Pa → U → Ra → .→ - 206 84 Pb - A α 6β B α β C α βD α β14: Tính tuổi mẩu gỗ cổ biến độ phóng xạ β- 0,77 lần độ phóng xạ khúc gỗ loại, khối lượng vừa chặt Cho biết chu kì bán rãcủa C14 T = 5600 năm A ≈ 1200 năm B ≈ 2100 năm C ≈ 4500 năm D ≈ 3600 năm 60 Chất phóng xạ 27 Co dùng y tế có chu kì bán rã T = 5,33 năm khối lượng nguyên tử 58,9u Ban đầu có 500 g chất 60 27 Co (Tính câu 15,16,17,18,19) 15 Tỡm lng chất phóng xạ cịn lại sau 12 năm A 210 g B 105 g C 96 g D 186 g 16 Tìm khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau 16 năm A 75,4 g B 58,6 g C 62,5 g D 69,1 g 17 Sau năm khối lượng chất phóng xạ cịn lại 100g A 12,38 năm B 8,75 năm C 10,5 năm D 15,24 năm 18.Tính độ phóng xạ ban đầu lượng phóng xạ theo đơn vị Bq A 1,85.1017Bq B 2,72.1016Bq C 2,07.1016Bq D.5,36.1015Bq 19 Tính độ phóng xạ ban đầu lượng phóng xạ theo đơn vị Ci A 7360 Ci B 6250 Ci C 18.104 Ci D 151.103 Ci 20 Hạt nhân Pơlơni 210 84 Po chất phóng xạ α Biết hạt nhân mẹ đứng yên lấy gần khối lượng hạt theo số khối A Hãy tìm xem phần trăm lượng toả chuyển thành động hạt α A 89,3% B 98,1% C 95,2% D 99,2% 14 21 Biết đồng vị C có chu kì bán rã 5600 năm đồng vị 126 C bền vững Một mẩu cổ sinh vật có đồng vị C14 0,125 số đồng vị C12 Hãy ước lượng gần tuổi cổ vật A 1400 năm B 22400 năm C 16800năm D 11800 năm 99 22 Một lượng chất phóng xạ tecnexi 43 Tc thường dùng y tế, đưa đến bệnh viện vào lúc 9h sáng ngày thứ hai đầu tuần Đến 9h sáng ngày thứ ba người ta lượng phóng xạ mẫu cịn lại 0,0625 lượng phóng xạ ban đầu Chu kì bán rã chất phóng xạ là: A 12 B C D 238 23.Hạt nhân 92 U Phân rã phóng xạ qua chuỗi hạt nhân biến thành hạt nhân bền 20682 Pb Chu kì bán rã tồn q trình vào cỡ 4,5 tỉ năm 24 Một mẫu đá cổ có chứa số nguyên tử urani U238 số nguyên tử Pb206 Hãy ước tính tuổi mẫu đa cổ A 2,25 tỉ năm B 4,5 tỉ năm C 6,75 tỉ năm D tỉ năm 20 ... tử chất biến đổi thành chất khác t T t T ln 0,693 T ;= T -Biểu thức:N = No = No e hay m = mo = mo e 4.1.1.3) Độ phóng xạ -Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng... 0,1595.210 ) m Po A'' = 206 T== 138 ngày Ví dụ 4:Ra224 chất phóng xạ Lúc đầu ta dùng m0=1g Ra224 sau 7,3 ngày ta thu V=75cm3 khí Heli đktc Tính chu kỳ bán rã Ra224 Giải: t ln 7,3 ln A.V 224.0,075... xạ D Muốn điều chỉnh trình phóng xạ ta phải dùng điện trường mạnh Tìm phát biểu SAI phóng xạ A Có chất phóng xạ để tối phát sáng Vậy có loại tia phóng xạ mắt ta nhìn thấy B Các tia phóng xạ có