Bài 54: Phản ứng hạt nhân

8. Các chữ viết tắt trong đề tài

5.2.2. Bài 54: Phản ứng hạt nhân

I . MỤC TIÊU :

1. Kiến thức :

- Nêu được thí nghiệm của Rơ-dơ-pho. - Nêu được phản ứng hạt nhân là gì?

- Phát biểu được định luật bảo toàn số khối, bảo toàn điện tích, bảo toàn năng lượng toàn phần và định luật bảo toàn động lượng trong phản ứng hạt nhân. - Năng lượng trong phản ứng hạt nhân. Viết được công thức tính năng lượng tỏa

ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.

2. Kĩ năng :

- Viết được phương trình phản ứng hạt nhân và tính được năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.

II . CHUẨN BỊ : 1 . Giáo viên :

- Bảng tuần hoàn và chuẩn bị các kiến thức có liên quan đến bài dạy. - Chuẩn bị phiếu học tập.

- Bản vẽ sẵn.

2 . Học sinh :

- Ôn lại khái niệm phản ứng hóa học và các định luật bảo toàn đã học trong Cơ học.

- Trả lời phếu học tập.

Phiếu học tập * Câu hỏi cho học sinh chuẩn bị bài trước ở nhà :

- Tìm hiểu về thí nghiệm Rơ-đơ-pho.

- Trong phản ứng hạt nhân người ta chia làm mấy loại, kể ra và biết cách viết từng phương trình phản ứng.

- Tìm hiểu các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân và biết cách cân bằng phản ứng hạt nhân.

- Tìm hiểu phản ứng tỏa và thu năng lượng.

* Câu hỏi củng cố bài :

B1. Prôtôn bắn vào nhân bia Liti (7

3Li) đứng yên. Phản ứng tạo ra hạt nhân X giống hệt nhau bay ra. Biết tổng khối lượng hai hạt X nhỏ hơn tổng khối lượng của Prôtôn và Liti. Chọn câu trả lời đúng:

A. Phản ứng trên tỏa năng lượng.

B. Tổng động lượng của 2 hạt X nhỏ hơn động lượng của prôtôn. C. Phản ứng trên thu năng lượng.

D. Mỗi hạt X có động năng bằng 1/2 động năng của protôn B2. Phương trình phóng xạ: 14 4 6C2He2ZAX. Trong đó Z, A là: A. Z=10, A=18 B. Z=9, A=18 C. Z=9, A=20 D. Z=10, A=20 B3. Hạt nhân 234 92U phóng xạ phát ra hạt α, phương trình phóng xạ là: A. 234 232 92U   90U B. 234 4 230 92U2He 90Th C. 234 2 230 92U4He 88Th D. 234 230 92U   90U

B4. Một trong các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng là:

n m Br La U U n 1 0 87 35 143 57 236 92 235 92 1 0      . với m là số nơtron, m bằng: A. 4 B. 6 C. 8 D. 10

B5. Các phản ứng hạt nhân không tuân theo các định luật nào? A. Bảo toàn năng lượng toàn phần

B. Bảo toàn điện tích C. Bảo toàn khối lượng D. Bảo toàn động lượng

B6. Một nguyên tử U235

phân hạch tỏa ra 200MeV. Nếu 2g chất đó bị phân hạch thì năng lượng tỏa ra:

A. 9,6.1010J B.16.1010J C. 12,6.1010J D. 16,4.1010J

B7. Tìm phát biểu sai về phản ứng hạt nhân:

A. Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi tương tác dẫn đén sự biến đổi hạt nhân các nguyên tử.

B. Trong phương trình phản ứng hạt nhân: A + B → C + D. A, B, C, D có thể là các hạt nhân hay các hạt cơ bản như p, n, e-…

C. Phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân mà hạt nhân mẹ A biến đổi thành hạt nhân con B và hạt α hoặc β.

D. Các phản ứng hạt nhân chỉ xảy ra trong các lò phản ứng, các máy gia tốc, không xảy ra trong tự nhiên

Đáp án câu hỏi củng cố bài:

III . THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC :

Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

a) Định luật bảo toàn số nuclôn (Số khối A). A1 + A2 = A3 + A4

b) Định luật bảo toàn điện tích (số Z).

Z1 + Z2 = Z3 + Z4

c) Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần(W).

W1 + W2 = W3 + W4

c) Định luật bảo toàn động lượng (p).

p1 + p2 = p3 + p4

Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

 Phản ứng tỏa năng lượng: W = (m0 – m) c2 > 0  Phản ứng thu năng lượng: W = (m0 – m) c2 < 0

Phản ứng hạt nhân

 Thí nghiệm của Rơ-dơ-pho

 Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.

 Phân loại phản ứng hạt nhân.

Với việc khám phá ra hiện tượng phóng xạ, ước mơ của các nhà giả kim thuật thời trung cổ đã trở thành sự thực: một nguyên tố này đã biến đổi thành một nguyên tố khác. Thế nhưng, liệu có cách nào tạo ra và điều khiển được các quá trình biến đổi hạt nhân như vậy hay không?

Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng

 Phản ứng nhiệt hạch 12H 13 H24He01n

 Phản ứng phân hạch

 Những cơ hội để học sinh phát huy tính tích cực, sáng tạo :

- Phát phiếu câu hỏi để HS về nhà tìm hiểu trước khi tới lớp nhằm giúp HS định hướng được nội dung mình sẽ học gồm những gì, để chuẩn bị và phát biểu.

- Yêu cầu HS sưu tầm các tranh ảnh liên quan đến hiện tượng phản ứng hạt nhân. - Đặt ra những câu hỏi để gợi mở sự tư duy của HS như :

 Cho một ví dụ về hiện tượng phản ứng hạt nhân.

 Vận dụng định luật bảo toàn để cân bằng một phản ứng hạt nhân bất kì.

- Đưa ra những câu hỏi C1, C2, C3, C4, C5 trong SGK và những câu bài áp dụng để HS trao đổi nhằm phát huy tính tích cực, tự giác ở mỗi HS và yêu cầu bất kì em nào đứng dạy trả lời và cho điểm cộng nếu trả lời đúng, để HS nhớ bài lâu hơn.

IV . TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :

 Hoạt động 1 ( 8 phút ) : ỔN ĐỊNH TỔ CHỨC, KIỂM TRA BÀI CŨ

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- Hiện tượng phóng xạ. - Hs lắng nghe.

* HS chuẩn bị trả lời câu hỏi :

- Hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ. - Kí hiệu là 42He và mang điện dương. - Khoảng 2.107 (m/s).

- Làm ion hóa mạnh các nguyên tử trên đường đi và mất năng lượng rất nhanh.

- Tia  chỉ đi được tối đa khỏang 8 cm trong không khí và không xuyên qua được tờ bìa dày 1 mm.

- Lùi 2 ô trong bảng. - Tia  và +

.

- Các hạt electron (10e) và mang điện âm.

- Các hạt pôzitrôn (10e) và mang điện dương.

- Chúng chuyển động cùng vận tốc và gầnbằng vận tốc ánh sáng.

- Nhắc lại tiết trước các em đã học bài gì? - Kiểm tra bài cũ.

* Câu hỏi kiểm tra bài :

1) Sự phóng xạ là gì? Nêu các tia phóng xạ và bản chất của chúng.

- Làm ion hóa môi trường nhưng yếu hơn so với tia  và có thể xuyên qua lá nhôm dày cỡ milimet.

- Tia  đi được quảng đường tới hàng trăm mét trong không khí và có thể xuyên qua được lá nhôm dày cỡ vài milimet.

-  tiến 1 ô trong bảng. +

lùi 1 ô trong bảng.

- Kí hiệulà 0

0 và không mang điện tích.

- Là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt phôtôn có năng lượng cao. - Khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia  và tia .

- Sau đó HS xung phong trả lời câu hỏi và nhận xét câu trả lời của bạn.

-Là thời gian mà một nửa số nguyên tử của hạt nhân bị biến đổi.

-Độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ tại thời điểm t bằng tích của hằng số phóng xạ và số hạt nhân phóng xạ chứa trong lượng chất đó ở thời điểm t. - Ta có : 0 0 0 0 ; 2 ) ( N H N H H e H t H T t t           2) Chu kì bán rã của các chất phóng xạ là gì? Viết biểu thức toán học diễn tả định luật phóng xạ? Thế nào là độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ?

 Hoạt động 2 ( 10 phút ) : TÌM HIỂU PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS lắng nghe sự đặt vấn đề của GV. - Từ đó đưa ra vấn đề cho bản thân.

- Với việc khám phá ra hiện tượng phóng xạ, ước mơ của các nhà giả kim thuật thời trung cổ đã trở thành sự thực: một nguyên tố này đã biến đổi thành một nguyên tố khác. Thế nhưng, liệu có cách nào tạo ra và điều khiển được các quá trình biến đổi hạt nhân như vậy hay không?

- Quan sát sơ đồ thí nghiệm 54.1.

- HS đọc SGK và trao đổi đưa ra lời giải thích.

- Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổihạt nhân.

- Có hai loại phản ứng hạt nhân:

+ Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác. + Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt nhân khác. - Ta có : 1 2 3 4 4 4 3 3 2 2 1 1X ZA X ZA X ZA X A Z    - Ta có : X1 và X2 là các hạt tương tác, 3 X và X4 là các hạt sản phẩm. - Ta có : ZA11X1 ZA22 X2 ZA33 X3

- HS đọc SGK, trao đổi và đưa ra câu trả lời về phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.

* Thí nghiệm của Rơ-dơ-pho:

- Treo hình 54.1 và giới thiệu sơ đồ thí nghiệm của Rutherford cho HS.

- Các em hãy trình bày lại thí nghiệm trên?

- Phản ứng hạt nhân là gì ?

- Phản ứng hạt nhân có mấy loại ?

- Phản ứng hạt nhân có thể viết dưới dạng tổng quát như thế nào ?

- Nêu tên gọi các hạt.

* Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.

- GV đặt câu hỏi và cho HS đọc SGK. - GV nhận xét và cho HS trình bày vào tập.

 Hoạt động 3 ( 19 phút ) : TÌM HIỂUCÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS lắng nghe GV đặt vấn đề và bắt đầu có sự tư duy.

- Chúng ta vừa tìm hiểu xong phản ứng hạt nhân là gì. Trong cơ học thì khi các vật tương tác nhau thì có một số đại lượng được bảo toàn, vậy trong phản ứng hạt nhân thì sao?

- Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của các hạt tương tác bằng tổng số nuclon của các hạt sản phẩm.

-Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm.

- Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm.

- Vecto tổng động lượng của các hạt tương tác bằng Vecto tổng động lượng của các hạt sản phẩm.

- HS trao đổi và tư duy để đưa ra phương án trả lời là :

p1 + p2 = p3 + p4 - Ta có : p = mv

* Định luật bảo toàn số nuclôn (Số khối A) :

- Phát biểunội dungđịnh luật bảo toàn số nuclôn ( số khối )?

* Định luật bảo toàn điện tích (số Z): - Phát biểunội dungđịnh luật bảo toàn điện tích ( nguyên tử số ).

* Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần(W):

-Phát biểu nội dung định luật bảo toàn năng lượng.

* Định luật bảo toàn động lượng - Phát biểu nội dung định luật bảo toàn động lượng.

- Vậy động lượng có công thức như thế nào?

 Hoạt động 4 ( 23 phút ) : NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS lắng nghe sự đặt vấn đề của GV. - Ở lớp 10 các em đã học được các định luật bảo toàn : động lượng, cơ năng … trong cơ học. Vậy trong vật lí hạt nhân các định luật này có dạng thế nào? Để biết được điều đó chúng ta đi tiếp phần tiếp theo.

- HS trao đổi và đưa ra hệ thức cần tìm là W = [(mA + mB) – (mC + mD)]c2

 W = (m0 – m) c2

- Tổng khối lượng của các hạt nhân tương tác lớn hơn tổng khối lượng của các hạt nhân tạo thành tức là m0 > m .

- Ta có : W = (m0 – m) c2 > 0 - Tổng khối lượng của các hạt nhân tương tác nhỏ hơn tổng khối lượng của các hạt nhân tạo thành tức là m0 < m . - Ta có : W = (m0 – m) c2 + Wđ A + B  C + D Gọi :  m0 = mA + mB : tổng khối lượng nghỉ của hạt nhân A + B.  m = mC + mD : tổng khối lượng nghỉ của hạt nhân C + D.

- Gợi ý : Hãy áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho phương trình trên và đưa ra công thức năng lượng cho hệ trên. - Khi nào thì phản ứng đó gọi là phản ứng tỏa nhiệt ?

- Khi nào thì phản ứng đó gọi là phản ứng thu nhiệt ?

 Hoạt động 5 ( 10 phút ) : HAI LOẠI PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS đọc SGK và đưa ra câu trả lời. Trong phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng thì hạt nhân sinh ra bền vững hơn hạt nhân tương tác ban đầu.

- Có hai loại là : Phản ứng nhiệt hạch và Phản ứng phân hạch.

- Hai hạt nhân rất nhẹ (có số khối <10) hợp thành hạt nhân nặng hơn. Phản ứng

- Phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng xảy ra khi nào?

- Có mấy loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng?

- Phát biểu định nghĩa phản ứng nhiệt hạch? Cho ví dụ về phản ứng nhiệt hạch?

xãy ra ở nhiệt độ cao.

VD : 12H13H24He01n

- Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ).

VD : 92235U10 n3894Sr14054 Xe210n

- Phát biểu định nghĩa phản ứng nhiệt hạch? Cho ví dụ về phản ứng nhiệt hạch?

 Hoạt động 6 ( 7 phút ) : CỦNG CỐ BÀI

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS đọc các câu hỏi SGK và trả lời.

- HS đọc phiếu trả lời và chọn đáp án đúng.

- HS lắng nghe và ghi nhớ.

- Yêu cầu các em trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trong SGK trang 278 và các mục C1, C2, C3, C4, C5 trong SGK.

- Sau đó yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.

- Sau đó tóm tắt lại những vấn đề chính của buổi học hôm nay cho HS nắm vững để về học.

 Hoạt động 7 ( 5 phút ) : HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.

- Ghi nhớ lời căn dặn của GV.

- Giao các bài tập 1, 2, 3, 4 trang 278 trong SGK cho HS về nhà làm và hãy trả lời các câu hỏi còn lại trong phiếu học tập. - Đọc bài trong SGK

V . MỘT SỐ KINH NGHIỆM ĐƯỢC RÚT RA TỪ BÀI HỌC :

... ... ...