8. Các chữ viết tắt trong đề tài
4.2.2 Bài 54: Phản ứng hạt nhân
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
I. MỤC TIÊU:
1. Kiến thức:
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.
Hiểu được quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ.
Viết được công thứ tính năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.
2.Kĩ năng:
Viết được định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích trong hạt nhân.
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:
a. Kiến thức và chuẩn bị:
Bảng tuần hoàn và các kiến thức có liên quan đến bài dạy.
Chuẩn bị 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. Phương trình nào là tỏa và phương trình nào là thu năng lượng.
- Tìm hiểu các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân và biết cách cân bằng của phản ứng hạt nhân.
- Tìm hiểu khi Q>0 và khi Q<0 thì nó là phản ứng tỏa và thu năng lượng.
* Câu hỏi cũng cố bài:
Câu 1: Hạt nhân phóng xạ . Hạt nhân con được sinh ra có A. 5 prôtôn và 6 nơtrôn. B. 6 prôtôn và 7 nơtrôn. C. 7 prôtôn và 7 nơtrôn. D. 7 prôtôn và 6 nơtrôn.
Câu 2: Định luật bảo toàn nào sau đây không đáp ứng được trong phản ứng hạt nhân? A. Định luật bảo toàn điện tích.
B. Định luật bảo toàn khối lượng.
C. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần. D. Định luật bảo toàn số nulôn (số khối A).
Câu 3: Cho phản ứng sau: . Cho biết tên gọi của X là gì? A. B.
C. D.
Câu 4: Hạt nhân hấp thụ một hạt nơtrôn sinh ra x hạt , y hạt , 1 hạt và 4 hạt nơtrôn. Ta có:
A. x = 6, y = 4 hạt B. x = 6, y = 2 hạt C. x = 8, y = 4 hạt D. x = 8, y = 1 hạt
Câu 5: Côban là đồng vị phóng xạ phát ra tia β- và tia γ. Chỉ rõ hạt nhân con của phản ứng.
Đáp án câu hỏi cũng cố bài: Câu 1. (C); Câu 2. (B); Câu 3. (C); Câu 4. (B); Câu 5. (A)
b. Dự kiến ghi bảng: (Chia thành hai cột)
Bài 54. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1. Phản ứng hạt nhân
a) Thí ngiệm của Rơ-dơ-pho:
Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.
Phương trình phản ứng hạt nhân
Phương trình phóng xạ
b) Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.
Đồng vị phóng xạ đầu tiên được tạo ra
là có tính phóng xạ .
2.Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
a) Định luật bảo toàn số nulôn (số khối A):
Định nghĩa: (SGK)
Ta có: A1 + A2 = A3 + A4
b) Định luật bảo toàn điện tích (số Z):
Định nghĩa: (SGK) Ta có: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
c) Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (W):
Định nghĩa: (SGK)
Ta có: W1 + W2 = W3 + W4
Với W = E + K = mc2
+ mv2
d) Định luật bảo toàn động lượng (p)
Định nghĩa: (SGK) Ta có: p1 + p2 = p3 + p4 Với p = mv.
3. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân.
Xét phản ứng hạt nhân: 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.
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:
Ta có: W = [(mA + mB) – (mC + mD)]c2
W = (m0 - m)c2
a) Nếu m0 > m
W = (m0 - m)c2 > 0
Phản ứng tỏa năng lượng.
b) Nếu m0 < m
W = (m0 - m)c2 < 0
Phản ứng thu năng lượng.
* Chú ý: Tính năng lượng tỏa ra của hạt nhân đối với:
1 mol khí: W = Wlk.NA
m (g) khí : W = Wlk
4. Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Định nghĩa phản ứng tỏa năng lượng: (SGK).
* Phản ứng tỏa năng lượng cóa hai loại sau:
Định nghĩa phản ứng nhiệt hạch: (SGK)
VD:
Định nghĩa phản ứng phân hạch: (SGK)
VD:
2. Học sinh:
Ôn lại khái niệm phản ứng hóa học và các định luật bảo toàn đã học trong Cơ học.
HS về nghiên cứu phiếu học tập mà thầy cô phát.
III. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC:
Trong hiện tượng phóng xạ, một nguyên tố này đã thành nguyên tố khác. Vậy có cách nào có thể tạo ra và điều khiển được quá trình biến đổi hạt nhân đó không?
Phản ứng hạt nhân
Thí nghiệm của Rơ-đơ-pho
Phản ứng hạt nhân là một quá trình dẫn dến sự biến đổi hạt nhân.
Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.
Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
a) Định luật bảo toàn số nulôn (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
d) 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
Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
Phản ứng nhiệt hạch
* Những cơ hội để kích thích hứng thú học tập môn Vật Lí cho HS.
- Phát phiếu câu hỏi để HS về nhà tìm hiểu trước khi tới lớp nhằm giúp HS định hướng nội dung mình sẽ học gồm những gì, để chuẩn bị và phát triển.
- Yêu cầu HS sưu tầm các tranh ảnh liên quan đến phản ứng hạt nhân. - Đặt ra câu hỏi để kích thích hứng thú học tập của HS như:
+ Cho một ví dụ về hiện tượng phản ứng hạt nhân. + Điều kiện để xảy ra phản ứng hạt nhân.
+ Nêu nguyên tắc hoạt động của phản ứng hạt nhân.
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
- Lớp trưởng báo cáo tình hình của lớp. - Hiện tượng phóng xạ.
- HS lắng nghe.
* HS chuẩn bị trả lời câu hỏi:
- Nghe GV đặt câu hỏi, suy nghĩ, nhớ lại các kiến thức trong bài trước.
- Sau đó HS xung phong trả lời câu hỏi và nhận xét câu trả lời của bạn.
- Yêu cầu HS cho biết tình hình của lớp. - Nhắc lại tiết trước đã học bài gì?
- Để giúp các em có thể kiểm tra lại kiến thức cũ, chúng ta sẽ trả bài đồng thời giúp các em ôn lại và hiểu sâu hơn.
* Các câu hỏi kiểm tra bài:
1) Sự phóng xạ là gì? Nêu các tia phóng xạ và bản chất của chúng.
2) Chu kì bán rã của các chất phóng xạ là gì? Viết biểu thức toán học diễn tả định luật phóng xạ.
3) Thế nào là độ phóng xạ của một lượng chất phóng xạ? Nêu hệ thức độ phóng xạ và số nguyên tử trong lượng chất phóng xạ đó.
* Hoạt động 2 (14 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.
- Quan sát sơ dồ thí nghiệm 54.1.
- Chuyển ý: Chúng ta đã biết được hiện tượng phóng xạ là gì rồi. Vậy phản ứng hạt nhân nó có giống hệt hiện tượng phóng xạ không? Để biết được điều đó ta đi vào phần tiếp theo. * Thí nghiệm của Rơ-dơ-pho:
- Treo hình 54.1 và giới thiệu sơ đồ thí nghiệm của Rutherford cho HS.
thích.
- HS lắng nghe.
- Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.
- Ta có:
- Ta có: X1 và X2 là các hạt tương tác. X3 và
X4 là các hạt sản phẩm.
- Ta có:
- HS đọc SGK, trao đổi và đưa ra câu trả lời về phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ.
- GV nhận xét và đặt câu hỏi. - Phản ứng hạt nhân là gì?
- Phản ứng hạt nhân có thể viết dưới dạng tổng quát như thế nào?
- Nêu tên gọi các hạt.
- Nhắc lại hiện tượng phóng xạ? - GV nhận xét và đưa ra kết luận.
* 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 HIỂU CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS lắng nghe GV dặt vấn đề và bắt đầy có sự tư duy.
- HS trả lời câu hỏi.
- HS tiếp nhận thông tin và lựa chọn phương án trả lời câu hỏi của GV.
- HS trao đổi và tư duy để đưa ra phương án trả lời câu hỏi C3 là:
A1+ A2 = A3 + A4 Z1 + Z2 = Z3 + Z4
- Chuyển ý: Chúng ta vừa tìm hiểu xong phản ứng hạt nhân là gì. Trong phản ứng hạt nhân các hạt tương tác với nhau trong hệ kín, nên ta có định luật bảo toàn nào và nó có công thức ra sao.
* Định luật bảo toàn số nulôn (số khối A):
- Phát biểu nội dung định luật bảo toàn số nulôn (số khối)?
* Định luật bảo toàn điện tích (số Z):
- Phát biểu nội dung định luật bảo toàn điện tích (nguyên tử số).
- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi C3.
* Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần (W):
- HS tiếp nhận thông tin và lựa chọn phương án trả lời câu hỏi của GV.
- HS trao đổi và tư duy để đưa ra phương án trả lời là:
W1 + W2 = W3 + W4
- Ta có: W = E + K = mc2 + mv2
E: là năng lượng nghỉ. K: động năng của hạt nhân
- HS tiếp nhận thông tin và lựa chọn phương án trả lời câu hỏi của GV.
- HS trao đổi và tư duy để đưa ra phương án trả lời là:
p1 + p2 = p3 + p4 - Ta có: p = mv
- HS lắng nghe và tiếp thu kiến thức tại lớp.
lượng.
- GV gợi ý để HS đưa ra hệ thức bảo toàn cơ năng.
- Vậy cơ năng có công thức như thế nào? Kể tên các đại lượng trong công thức?
* Định luật bảo toàn động lượng (p):
- Phát biểu nội dung định luật bảo toàn động lượng.
- GV gợi ý để HS đưa ra hệ thức bảo toàn động lượng.
- Vậy động lượng có công thức như thế nào? - GV nhấn mạnh cho HS thấy không có sự bảo toàn về khối lượng.
* 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.
- HS lắng nghe và trình bày vào tập những vấn đề thầy, cô ghi trên bảng.
- 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
- Chuyển ý: 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.
* GV đặt câu hỏi: Giả sử ta có phương trình phản ứng: 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 cho hệ trên.
nhân tạo thành tức là m0 > m.
- Ta có: W = (m0 - m)c2 > 0
- Tổng các hạt nhân tương tác nhỏ hơn tổng
các hạt nhân tạo thành tức là m0 < m.
- Ta có: W = (m0 - m)c2 < 0
- Giới thiệu công thức xác định năng lượng tỏa ra. Khi nào thì phản ứng tỏa nhiệt?
- Khi nào thì phản ứng đó gọi là phản ứng thu nhiệt?
- Giới thiệu công thức xác định năng lượng thu vào. Khi nào thì phản ứng thu nhiệt?
* Hoạt động 5 (11 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. - Có hai loại là: Phản ứng nhiệt hạch và phản ứng phân hạch.
- HS đọc SGK và trao đổi đưa ra định nghĩa phản ứng nhiệt hạch.
VD:
- HS đọc SGK và trao đổi đưa ra định nghĩa phản ứng phân hạch.
VD:
- 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?
- Phát biểu định nghĩa phản ứng phân hạch? Cho ví dụ về phản ứng phân hạch?
- GV nhận xét và yêu cầu các em trình bày vào tập.
* Hoạt động 6 (10 phút) : CỦNG CỐ BÀI
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS đọc các câu hỏi trong SGK và đưa ra câu 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 trảlời các câu hỏi trong phiếu học tập.
- Sau đó tóm tắt lại vấn đề chính của
* 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.
V. MỘT SỐ KINH NGHIỆM ĐƯỢC RÚT RA TỪ BÀI HỌC:
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………