8. Những chữ viết tắt trong đề tài
4.3.3. Bài 54 Phản ứng hạt nhân
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 :
Câu 1. 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.
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
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
Câu 2. Phương trình phóng xạ: 14 4
6C2He2ZAX . 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
Câu 3. Hạt nhân 234 92U phóng xạ phát ra hạt α, phương trình phóng xạ là: A. 234 232 92U 90U B. 234 4 230 92U2He 90Th C. 234 2 230 92U4He 88Th D. 234 230 92U 90U
Câu 4. Một trong các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng là:
n m Br La U U n 23592 23692 14357 3587 01 1 0 . với m là số nơtron, m bằng: A. 4 B. 6 C. 8 D. 10
Câu 5. 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
Câu 6. 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
Câu 7. Cho phản ứng hạt nhân: 1327Al42 He1530P01n. Cho khối lượng của hạt nhân Al, hạt nhân He, hạt nhân P, hạt nhân n lần lượt là 27,00125u; 4,00974u; 30,00970u; 1,00870u và 1u =931,5 MeV/c2. Phản ứng trên tỏa hay thu năng lượng và có độ lớn bao nhiêu?
A. Thu 7,41 MeV. B. Tỏa 7,41 MeV. C. Thu 6,902 MeV. D. Tỏa 6,902 MeV.
Câu 8. 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.
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
Đáp án câu hỏi củng cố bài: 1.(A); 2.(A); 3.(B); 4.(B); 5.(C); 6.(B); 7.(C); 8.(D). 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 H24He01n
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
Các cơ hội phát triển tư duy của HS
Trong phóng xạ một nguyên tố này biến thnàh 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 được không?
Câu hỏi 1: Qua thí nghiệm của Béc-cơ-ren, em có nhận xét gì?
Trả lời: Đây là phản ứng phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác.
Câu hỏi 2: Thí nghiệm của Rơ-đơ-pho em có nhận xét gì?
Trả lời: Phản ứng giữa các hạt nhân tương tác nhau, dẫn đến biến đổi chúng thành các hạt nhân khác.
Câu hỏi 3: Một hạt nhân nhẹ A tương tác với hạt nhân B thì cho ra sản phẩm phản ứng như thế nào?
Trả lời: Sản phẩm của phản ứng là A + B C + D
Câu hỏi 4: Thế nào là phản ứng hạt nhân?
Trả lời: PƯHN là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.
Câu hỏi 5: hãy viết phương trình PƯHN tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo?
Trả lời: Phương trình α + Al 30 1 15P 0
Từ khái niệm hệ kín, nếu xem hệ các hạt tương tác A + B trong phản ứng hạt nhân là hệ kín thì có thể có các định luật bảo toàn nào? Hãy suy ra các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
Trả lời: các định luật bảo toàn: bảo toàn số nuclon, bảo toàn điện tích, bảo toàn năng lượng, bảo toàn động lượng.
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.
- Nhắc lại tiết trước các em đã học bài gì? - Kiểm tra bài cũ.
* Câu hỏi kiểm tra bài :
1) Hiện tượng phóng xạ là gì? Nêu các tia phóng xạ và bản chất của chúng.
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
- 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 hạtelectron (10e) và mang điệnâm. - Các hạt pôzitrôn (10e) và mang điện dương.
- Chúng chuyển động cùng vận tốc và gần bằng vận tốc ánh sáng.
- 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
- Tính chất và vận tốc của tia α?
- Tia α có thứ tự ntn trong bảng tuần hoàn? - Tia có mấy loại? Điện tích, tính chất, vận tốc của tia ?
- Tia được xếp trong bảng tuần hoàn ntn?
- Kí hiệu, tính chất, vận tốc của tia gamma?
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
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
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
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.
- 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, X3 và X4 là các hạt sản phẩm. - Ta có : A1 X A2 X A3 X
- 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?
* 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.
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
- HS đọc SGK, trao đổi và đưa ra câu trả lời về 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.
- 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
- 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?
* Đ.luật bảo toàn số nuclôn (Số khối A) - Phát biểu nội dungđịnh luật bảo toàn số nuclôn ( số khối )?
* Định luật bảo toàn điện tích (số Z):
- Phát biểu nội 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
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
- 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
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.
Xét 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 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 xãy ra ở nhiệt độ cao.
VD : 12H13 H24He01n
- Một hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn (có khối lượng cùng cỡ).
- 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 nhiệt hạch? Cho ví dụ về phản ứng nhiệt hạch?
Luận văn Tốt nghiệp Đại học GVHD: ThS.GVC Trần Quốc Tuấn SVTH: Trịnh Tùng
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,