8. Những chữ viết tắt trong đề tài
4.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương IX Hạt nhân nguyên tử
Nhận xét:
Kiến thức: Đây là chương cung cấp kiến thức khá mới về phản ứng hạt nhân, nó trình bày một số vấn đề đặc trưng của hạt nhân nguyên tử, các phản ứng hạt nhân, năng lượng hạt nhân cùng các ứng dụng của nó.
Phương pháp xây dựng của chương gồm các phương pháp nhận thức khoa học là phương pháp thực nghiệm, phương pháp giải quyết vấn đề, phương pháp mô hình...
Ứng dụng của hạt nhân nguyên tử là chế tạo được các vũ khí hiện đại, ứng dụng
Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử. Độ hụt khối
+ Cấu tạo hạt nhân. Nuclon. + Đồng vị.
+ Đơn vị khối lượng nguyên tử. + Năng lượng liên kết.
Phóng xạ + Hiện tượng phóng xạ + Định luật phóng xạ. Độ phóng xạ + Đồng vị phóng xạ và các ứng dụng Phản ứng hạt nhân + Phản ứng hạt nhân
+ Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
+ Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
Bài tập về phóng xạ và phản ứng hạt nhân
Phản ứng phân hạch
+ Sự phân hạch
+ Phản ứng phân hạch dây chuyền + Lò phản ứng hạt nhân
+ Nhà máy điện hạt nhân
Phản ứng nhiệt hạch
+ Phản ứng nhiệt hạch
+ Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
* Phân tích nội dung của chương
Chủ đề Mức độ cần đạt Ghi chú
Phản ứng hạt nhân Định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
- Phản ứng hạt nhân
- Định luật bảo toàn số khối, bảo toàn điện tích, bảo toàn động lượng và bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân.
- Độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân.
- Phương trình phản ứng hạt nhân, năng lượng toả ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.
Hiện tượng phóng xạ. Định luật phóng xạ. Các quy tắc chuyển dịch. Độ phóng xạ. Đồng vị phóng xạ và ứng dụng. - Hiện tượng phóng xạ. - Thành phần và bản chất của các tia phóng xạ. - Định luật phóng xạ và hệ thức của định luật này. - Độ phóng xạ và viết công thức tính độ phóng xạ. - Ứng dụng của các đồng vị phóng xạ.
-Vận dụng được định luật phóng xạ và khái niệm độ phóng xạ để giải được các bài tập.
Phản ứng phân hạch.
PƯ dây chuyền
- PƯ phân hạch và viết một phương trình ví dụ về PƯ này - PƯ dây chuyền và các điều kiện để phản ứng này xảy ra. - Nêu các bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân. Phản ứng nhiệt
hạch
- Phản ứng nhiệt hạch và điều kiện để PƯ này xảy ra. - Viết một phương trình ví dụ về phản ứng nhiệt hạch và nêu những ưu việt của năng lượng phản ứng nhiệt hạch
4.3. Giáo án giảng dạy một số bài chương IX Hạt nhân nguyên tử, Vật lý 12 NC
Theo hướng đề tài đã nghiên cứu. Sau đây, em sẽ soạn giáo án giảng dạy một số bài trong chương 9. Hạt nhân nguyên tử, Vật lý 12 nâng cao
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
4.3.1. Bài 52. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử. Độ hụt khối BÀI 52.
CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ. ĐỘ HỤT KHỐI I. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Nêu được cấu tạo của hạt nhân, biết kí hiệu hạt nhân và đơn vị khối lượng nguyên tử. - Giải thích được kí hiệu của hạt nhân.
- Định nghĩa được đồng vị là gì? - Viết được hệ thức Anh-xtanh. - Nêu được lực hạt nhân là gì?
- Nêu được độ hụt khối của hạt nhân là gì? Viết được công thức tính độ hụt khối.
- Nêu được năng lượng liên kết hạt nhân là gì và viết được công thức tính năng lượng liên kết hạt nhân.
- Nêu được năng lượng liên kết riêng là gì? và viết được công thức tính năng lượng liên kết riêng.
2. Kĩ năng
- Vận dụng được công thức tính năng lượng liên kế, năng lượng liên kết riêng và độ hụt khối của hạt nhân.
- Áp dụng được cách tính khối lượng riêng của hạt nhân.
II. Chuẩn bị
1. Giáo viên
- Bản vẽ mô hình các nguyên tử 11H H H,12 ,13 (3 đồng vị của hiđrô) và 14He
Hình 52.1Mô hình cấu tạo một số nguyên tử
- Chuẩn bị phiếu học tập cho HS
2. Học sinh
- Ôn lại kiến thức về hạt nhân (cấu tạo nguyên tử, cấu tạo hạt nhân, Bảng tuần hoàn các nguyên tố).
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
* Câu hỏi cho học sinh chuẩn bị bài ở nhà :
- Cấu tạo của hạt nhân, nuclôn. - Đồng vị là gì?
- Độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân là gì? Chúng có liên quan thế nào đến sự bền vững của hạt nhân?
* Câu hỏi củng cố bài :
Câu 1. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Hạt nhân nguyên tử AZX được cấu tạo từ Z proton và A nơtron. B. Hạt nhân nguyên tử AZX được cấu tạo từ Z nơtron và A proton. C. Hạt nhân nguyên tử AZX được cấu tạo từ Z proton và (A-Z) nơtron. D. Hạt nhân nguyên tử AZX được cấu tạo từ Z nơtron và A proton.
Câu 2. Đơn vị đo khối lượng trong vật lý hạt nhân là A. kg
C. Đơn vị eV/c2
hoặc MeV/c2. B. Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) D. Câu A, B, C đều đúng.
Câu 3. Chọn câu đúng đối với hạt nhân nguyên tử
A. Khối lượng hạt nhân xem như khối lượng nguyên tử B. Bán kính hạt nhân xem như bán kính nguyên tử C. Hạt nhân nguyên tử gồm các hạt proton và electron D. Lực tĩnh điện liên kết các nucleon trong hạt nhân
Câu 4. Hạt nhân nào có độ hụt khối càng lớn thì: A. càng dễ phá vỡ
B. năng lượng liên kết lớn C. năng lượng liên kết nhỏ D. càng bền vững
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
III. Thiết kế tiến trình xây dựng kiến thức
Lực hạt nhân
Là lực tương tác giữa các nuclôn. Các đặc điểm của lực hạt nhân.
Độ hụt khối m m Z A Zm m p n [ ( ) ]
Khối lượng của hạt nhân có bằng khối lượng các nuclôn tạo thành nó hay không? Tại sao các proton mang điện tích dương lại có thể gắn kết chặt với nhau trong hạt nhân chứ không đẩy nhau ra xa?
Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn
* Cấu tạo và kí hiệu hạt nhân :
- Hạt nhân có cấu tạo từ các hạt nuclôn.
- Nuclôn có hai loại : prôtôn ( p ) và nơtrôn ( n ). - Kí hiệu : ZAX với N= A - Z * Kích thước hạt nhân : R = 1,2.10-15 1 3 A (m) Định nghĩa về đồng vị.
Đơn vị khối lượng nguyên tử.
Hệ thức Anh-xtanh : E= mc2.
Năng lượng liên kết
2 ] ) ( [Zm A Z m m c Wlk p n
Năng lượng liên kết riêng
A Wlk
Wlk càng lớn thì liên kết giữa các nuclôn càng mạnh.
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
Các cơ hội phát triển tư duy của học sinh:
Từ vấn đề đặt ra: “Tại sao các protôn mang điện tích dương lại có thể gắn kết chặt với nhau trong hạt nhân chứ không bị đẩy ra xa?”. HS nhớ lại kiến thức hoá học lớp 10, từ đó khái quát nên cấu tạo hạt nhân.
Câu hỏi 1: hạt nhân có cấu tạo như thế nào?
Trả lời: Hạt nhân có cấu tạo gồm protôn và nơtron.
Câu hỏi 2: Hạt nhân có kí hiệu như thế nào?
Trả lời: Kí hiệu hạt nhân A
ZX , trong đó: A là số khối, Z là nguyên tử số có giá trị bằng số điện tích nguyên tố trong hạt nhân, N = A – Z là số nơtron.
HS nhớ lại khái niệm đồng vị đã học ở hoá học 10.
Câu hỏi 3: Thế nào là đồng vị? Đồng vị có mấy loại?
Trả lời: Đồng vị là nguyên tố có cùng Z và khác N, có 2 loại đồng vị là đồng vị bền và đồng vị phóng xạ
Từ hệ thức Anh-xtanh E = mc2, HS tìm được đơn vị khối lượng thường dùng trong vật lý hạt nhân là eV/c2 hoặc MeV/c2.
Các protôn gắn chặt với nhau bằng lực hạt nhân. Vì năng lượng toàn phần được bảo toàn, nên có một năng lượng toả ra khi các nuclon kết hợp thành hạt nhân. Từ đó có khái niệm độ hụt khối và năng lượng liên kết.
IV. Tổ chức hoạt động dạy – học
Hoạt động 1 ( 3 phút ) : Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- Lớp trưởng báo cáo tình hình của lớp. - Kiểm tra bài cũ : không có
- Yêu cầu HS cho biết tình hình của lớp.
Hoạt động 2 ( 10 phút ): Cấu tạo hạt nhân. Nuclôn
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS lắng nghe.
- Hai phần : nhân và vỏ.
- Vào bài : ở lớp 10 các em đã có tìm hiểu về hạt nhân nhưng chỉ ở mức độ cơ bản. Hôm nay, cô và các em sẽ cùng nhau tìm hiểu sâu hơn về hạt nhân như: cấu tạo, đồng vị, lực hạt nhân..v...v.
- Các em hãy cho biết nguyên tử được cấu tạo mấy phần ?
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
- Cấu tạo từ Proton va nơtron
- Kí hiệu: prôtôn là p(+) và nơtrôn là n(-)
- Nuclôn. -Số thứ tự Z. - Kí hiệu là ZA X A là số khối và Z là số proton với A = N + Z N là số nơtron và N = A Z
- Khối lượng của proton mn = 1,67493.10-27 kg.
- Khối lượng của proton mp = 1,67262.10-27 kg. - Lắng nghe và ghi nhớ - Có dạng hình cầu. -Công thức bán kính hình cầu: R = 1,2.10 15 . 3 1 A - Treo bản vẽ.
-Phần nhân được cấu tạo như thế nào ?
- Prtôtôn, nơtrôn được ký hiệu như thế nào và mang điện tích gì ?
- Tên chung để gọi chung cho prôtôn và nơtrôn là gì?
- Số prôtôn trong hạt nhân bằng với đại lượng nào của nguyên tử trong bảng tuần hoàn Menđêlêép?
- Hạt nhân nguyên tử của nguyên tố có kí hiệu hóa học và được viết như thế nào ? Giải thích các kí hiệu trong đó?
- Hãy cho biết khối lượng của prôtôn và nơtrôn là bao nhiêu?
- GV nhắc lại các thuật ngữ: nuclôn, prôtôn và nơtrôn; nguyên tử số Z, số khối A, số nơtrôn N.
- Người ta có thể coi hạt nhân nguyên tử hình gì ?
- Cho biết công thức xác định bán kính hình cầu ?
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
Hoạt động 3 ( 8 phút ): Đồng vị và đơn vị khối lượng nguyên tử
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS lắng nghe sự đặt vấn đề của GV. Nẩy sinh vấn đề cần nghiên cứu.
- Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân cùng số Z và khác số N.
- HS tự cho ví dụ.
- Chia làm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ (không bền).
- Đơn vị là u. Với 1u =
12 1
khối lượng nguyên tử của đồng vị cacbon 126 C.
- Là 1u = 1,66055.10-27 kg
- Hệ thức Anh-xtanh là : E= mc2
-Khối lượng còn có thể đo bằng đơn vị của năng lượng chia cho c2.
Có thể đo bằng eV/c2 ; MeV/c2
với 1u = 931,5 MeV/c2
- Những nguyên tử có hạt nhân như thế nào thì gọi là đồng vị? Đơn vị khối lượng nguyên tử của chúng có phải là kg không? Để làm rõ vấn đề này chúng ta đi vào phần tiếp theo.
- Đồng vị là gì ?
- Giáo viên đưa ra ví dụ về urani, cacbon, oxi...
- Đọc SGK và cho biết có mấy loại đồng vị? - GV nhận xét và giải thích thêm.
- Trong vật lí hạt nhân đơn vị của khối lượng là gì và được định nghĩa như thế nào?
- Hệ thức Anh-xtanh có công thức được viết như thế nào?
-Từ hệ thức trên ta suy ra được điều gì?
Hoạt động 4 ( 15 phút ): Năng lượng liên kết
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS lắng nghe sự đặt vấn đề của GV. - HS suy nghĩ.
- Lực hút hay còn gọi là lực hạt nhân.
- Trong hạt nhân có tồn tại một lực nào không? Để làm rõ vấn đề này chúng ta đi vào phần tiếp theo.
- Bán kính tác dụng của lực hạt nhân là bao nhiêu?
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
hạt nhân.
-Liên kết các nuclôn với nhau.
- Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực điện từ, lực hấp dẫn. So với lực điện từ, lực hấp dẫn thì lực hạt nhân có cường độ rất lớn. Và chỉ có tác dụng khi hai nuclon cách nhau một khoảng rất ngắn.
- Bán kính tác dụng khoảng R = 10 15 m
- Ta có: Z. mp
-Ta có: ( A Z ). mn
- m0 =Z . mp + ( A Z ). mn
- Khối lượng m của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn so với tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân đó một lượng m (m là độ hụt khối)
-m =[ Z . mp + ( A Z ). mn – m] - Theo thuyết tương đối ta có :
E0=[ Z . mp + ( A Z ). mn ] . c2 - Ta có : E = m . c2
- Ta có :E < E0
lượng mp thì tổng khối lượng của các hạt prôtôn bằng bao nhiêu ?
- Giả sử ta có (A Z ) nơtrôn và mỗi nơtrôn có khối lượng mn thì tổng khối lượng của các hạt nơtrôn bằng bao nhiêu ?
- Tổng khối lượng của các hạt nuclôn là bao nhiêu?
- Khối lượng các nuclôn có bằng khối lượng hạt nhân hay không?
-Hãy viết công thức tính độ hụt khối?
- Các nuclôn trước khi liên kết ban đầu có năng lượng được xác định như thế nào?
- Các nuclôn sau khi liên kết có năng lượng được xác định như thế nào?
- Ta có khối lượng hạt nhân luôn nhỏ hơn khối lượng của các nuclon. Từ đó hãy so sánh năng lượng của hạt nhân ban đầu và nuclon.
- Do năng lượng toàn phần được bảo toàn nên đã có một lượng năng lượng tỏa ra khi các nuclôn tạo nên hạt nhân. Năng lượng để tách hạt nhân này có tên gọi và công thức như thế nào ?
- Vậy năng lượng liên kết tính cho một nuclôn có tên gọi, kí hiệu và công thức như thế nào? - Độ bền vững của hạt nhân được đặc trưng bởi đại lượng gì? Công thức tính như thế nào? -Năng lượng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân là gì? Công thức tính như thế nào?
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
- Năng lượng này là năng lượng liên kết các nuclôn trong hạt nhân và có công thức là : Wlk = E0 E = m . c2
- Tên gọi là năng lượng liên kết riêng. Kí hiệu là và có công thức là :
=
A Wlk
Đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân là năng lượng liên kết riêng. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.
Hoạt động 5 ( 10 phút ) : Củng cố bài
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
- HS đọc phiếu trả lời và chọn đáp án đúng.
- HS đọc các câu hỏi SGK và trả lời.
- Sau đó yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.
- Yêu cầu các em trả lời các câu hỏi 1, 2, 3, 4 trong SGK trang 265.
Hoạt động 6 ( 2 phút ): Hướng dẫn về nhà
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên