kiến thức để tổ chức dạy học nhóm
BÀI HỌC 1: CẤU TẠO, TÍNH CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA
HẠT NHÂN
•Mục tiêu bài học
Mục tiêu về kiến thức:
- Nêu được cấu tạo của các hạt nhân.
X: kí hiệu hạt nhân ; Z: nguyên tử số A: số khối ; A - Z: số nơtron khối lượng nghỉ: m0 khối lượng động: 2 loại nuclon Cấu tạo hạt nhân Tính chất hạt nhân Năng lượng liên kết proton mp = 1,67262.10-27kg ; điện tích +e nơtron mn = 1,67493.10-27kg ; điện tích 0 Kí hiệu
Đồng vị Cùng số proton (Z) ; khác số nuclon (A)
Khối lượng Năng lượng Lực hạt nhân
Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2 Năng lượng toàn phần: E = mc2
Động năng: E - E0 = (m - m0 )c2 Lực hút giữa các nuclon trong hạt nhân
và chỉ có tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân Độ hụt khối Năng lượng liên kết Năng lượng liên kết riêng
Khối lượng của hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclon tạo thành nó một lượng: ∆m = Z.mp + (A – Z).mn – m
Wlk = ∆m.c2 = [Z.mp + (A – Z).mn – m]c2
Wr = Wlk/A
(đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân) Thuyết
tương đối
- Giải thích được kí hiệu của hạt nhân. - Định nghĩa được khái niệm đồng vị.
- Viết được hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng. - Nêu được lực hạt nhân và các đặc điểm của lực hạt nhân. - Nêu được độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân.
Mục tiêu về kỹ năng:
- Bước đầu hình thành phương pháp làm việc nhóm
Mục tiêu về thái độ:
- Rèn luyện tính tích cực, trách nhiệm khi hoạt động nhóm.
•Nội dung kiến thức để học sinh thảo luận nhóm
Qua phân tích sơ đồ cấu trúc và nội dung kiến thức của bài học “Cấu tạo, tính chất và năng lượng liên kết của hạt nhân” người nghiên cứu nhận thấy:
Nội dung kiến thức về cấu tạo hạt nhân gồm proton và nơtron, khối lượng và điện tích của các nuclon này HS đã được học. Nhằm giúp HS gợi nhớ lại những nội dung kiến thức này trước khi bắt đầu vào học kiến thức mới nên người nghiên cứu chọn nội dung này để tổ chức hoạt động nhóm. Hình thức hoạt động nhóm là hình thức cặp đôi chia sẻ nhằm giúp HS có cơ hội chia sẻ suy nghĩ với người khác đồng thời HS cũng học được nhiều ở người cùng nhóm. Thông qua hình thức hoạt động này giúp HS hình thành được tình bạn và HS khá giỏi có thể kèm cặp cho HS yếu kém. Nhiệm vụ của các nhóm là: Nêu các kiến thức về cấu tạo nguyên tử hạt nhân mà em đã được học.
Phần kiến thức về kí hiệu hạt nhân, đồng vị và lực hạt nhân là tương đối đơn giản và đã được SGK nêu khá rõ ràng và dễ hiểu. Do đó người nghiên cứu sẽ tổ chức dạy học phần kiến thức này theo phương pháp thuyết trình và đàm thoại.
Hệ thức giữa năng lượng - khối lượng trong thuyết tương đối là nội dung kiến thức Vật lí hiện đại, trong đó HS rất dễ nhầm lẫn giữa động năng tính theo công thức E - E0 = (m - m0)c2 so với công thức tính động năng 1/2mv2
theo Vật lí cổ điển. Do đó người nghiên cứu chọn nội dung kiến thức này để tổ chức hoạt động nhóm, trước hết nhằm rèn luyện cho HS khả năng tự tìm hiểu tài liệu và sau đó là giúp HS so sánh được sự khác biệt này để tránh được sự nhầm lẫn.
Ở phần kiến thức về năng lượng liên kết của hạt nhân, SGK có nêu biểu thức tính năng lượng liên kết hạt nhân nhưng phần giải thích ý nghĩa của năng lượng liên kết là chưa rõ ràng. Do đó người nghiên cứu chọn nội dung kiến thức này để tổ chức hoạt động nhóm, nhằm rèn luyện cho HS khả năng tự tìm hiểu tài liệu và thông qua hoạt động nhóm để HS lý giải và làm rõ được phần kiến thức này.
Hình thức tổ chức thảo luận nhóm: lớp học sẽ được chia thành các nhóm hợp tác, mỗi nhóm dự kiến khoảng 5 - 6HS có đầy đủ thành phần HS giỏi, khá, trung bình yếu. Tổ chức cho HS các nhóm cùng nhau tìm hiểu 2 phần nội dung kiến thức đã nêu, HS khá giỏi giúp các bạn chậm hơn sao cho mỗi HS đều phải nắm được kiến thức bài học một cách tốt nhất. Các nhóm có nhiệm vụ học tập giống nhau là:
+ Tìm hiểu mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng theo thuyết tương đối. + Giải thích rõ cách tính động năng của một vật theo thuyết tương đối. + Tìm hiểu về năng lượng liên kết của hạt nhân và ý nghĩa của nó.
Các hạt nhân có thể tương tác với nhau và biến đổi thành các hạt nhân khác Phân loại ĐỊNH NGHĨA CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG Phản ứng hạt nhân tự phát (VD: quá trình phóng xạ) Phản ứng hạt nhân kích thích (VD: phân hạch - nhiệt hạch) Bảo toàn điện tích Z1 + Z2 = Z3 + Z4
Biểu thức
Bảo toàn động lượng
A1 + A2 = A3 + A4 Bảo toàn số nuclon
Bảo toàn năng lượng toàn phần
∆E = ∆m.c2 = (Mtrước - Msau).c2
Phân loại
Phản ứng tỏa năng lượng Mtrước > Msau Phản ứng thu năng lượng
Mtrước < Msau
BÀI HỌC 2: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
•Mục tiêu bài học
Mục tiêu về kiến thức:
- Nêu được định nghĩa phản ứng hạt nhân
- Phát biểu được các định luật bảo toàn số khối, điện tích, động lượng và năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân.
- Viết biểu thức năng lượng của một phản ứng hạt nhân và nêu được điều kiện của phản ứng hạt nhân trong các trường hợp: toả năng lượng và thu năng lượng.
Mục tiêu về kỹ năng:
- Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm
Mục tiêu về thái độ:
- Rèn luyện tính tích cực, trách nhiệm khi hoạt động nhóm.
•Nội dung kiến thức để học sinh thảo luận nhóm
Qua phân tích sơ đồ cấu trúc và nội dung kiến thức của bài học “Phản ứng hạt nhân” người nghiên cứu nhận thấy:
Nội dung kiến thức về định nghĩa, phân loại và các đặc tính của phản ứng hạt nhân là phần tương đối đơn giản, đã được SGK nêu khá rõ ràng và dễ hiểu. Do đó người nghiên cứu sẽ tổ chức dạy học phần kiến thức này theo phương pháp thuyết trình và đàm thoại.
Phần nội dung kiến thức về các định luật bảo toàn, trong đó định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon thì SGK có giới thiệu biểu thức của định luật nhưng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng toàn phần chỉ mới được SGK giới thiệu tên định luật mà chưa giới thiệu biểu thức. Thông thường khi gặp một bài toán phản ứng hạt nhân thì HS cần phân biệt và kết hợp các định luật bảo toàn này để giải quyết. Do đó người nghiên cứu chọn nội dung kiến thức này để tổ chức hoạt động nhóm, trước hết nhằm rèn luyện cho HS khả năng tự tìm hiểu tài liệu, sau đó để giúp HS phân biệt được nội dung và biểu thức của các định luật bảo toàn này.
Hình thức tổ chức thảo luận nhóm: do các định luật bảo toàn của phản ứng hạt nhân là tương đối độc lập nên người nghiên cứu chọn hình thức nhóm chuyên gia (hình thức Jigsaw) để tổ chức dạy học. Lớp học được chia thành các nhóm chuyên gia, mỗi nhóm 3HS với đầy đủ trình độ, mỗi nhóm chuyên gia sẽ giải quyết một trong ba nhiệm vụ học tập sau:
+ Tìm hiểu nội dung và biểu thức của định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn số nuclon (do nội dung 2 định luật này tương đối ngắn nên được người nghiên cứu ghép chung).
+ Tìm hiểu nội dung và biểu thức của định luật bảo toàn động lượng.
+ Tìm hiểu nội dung và biểu thức của định luật bảo toàn năng lượng toàn phần.
Sau đó người nghiên cứu cho giải tán các nhóm chuyên gia và hình thành các nhóm hợp tác để tiếp tục giải quyết nhiệm vụ học tập là: Phân biệt và kết hợp các định luật bảo toàn của phản ứng hạt nhân vào giải bài toán phản ứng hạt nhân.
Cuối cùng phần nội dung kiến thức về năng lượng hạt nhân được người nghiên cứu tổ chức dạy học theo phương pháp thuyết trình và đàm thoại.
BÀI HỌC 3: PHÓNG XẠ
•Mục tiêu bài học
Mục tiêu về kiến thức:
- Nêu được hiện tượng phóng xạ
- Nêu được thành phần và bản chất của các tia phóng xạ. - Viết được hệ thức của định luật phóng xạ.
- Nêu được một số ứng dụng của các đồng vị phóng xạ.
Mục tiêu về kỹ năng:
- Vận dụng được hệ thức của định luật phóng xạ để giải một số bài tập đơn giản. - Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm
Mục tiêu về thái độ:
- Rèn luyện tính tích cực, trách nhiệm khi hoạt động nhóm.
•Sơ đồ cấu trúc nội dung bài học
Là quá trình phân rã tự phát của một hạt nhân không bền vững, trong đó có kèm theo sự tạo ra các hạt hoặc
có thể kèm theo bức xạ điện từ ĐỊNH NGHĨA CÁC DẠNG PHÓNG XẠ ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ Phóng xạ α Bản chất Nội dung định luật Tính chất Chu kỳ bán rã
Thời gian mà số hạt nhân phóng xạ còn lại 50%: Phương trình phóng xạ Phóng xạ β (β+; β-) Phóng xạ γ ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Phương pháp nguyên tử đánh dấu 14C Đồng hồ của Trái Đất
•Nội dung kiến thức để học sinh thảo luận nhóm
Qua phân tích sơ đồ cấu trúc và nội dung kiến thức của bài học “Phóng xạ” người nghiên cứu nhận thấy:
Nội dung kiến thức về định nghĩa phóng xạ là phần tương đối đơn giản, đã được SGK nêu khá rõ ràng và dễ hiểu. Do đó người nghiên cứu sẽ tổ chức dạy học phần kiến thức này theo phương pháp thuyết trình và đàm thoại.
Phần nội dung kiến thức về các dạng phóng xạ, SGK có nêu phương trình phóng xạ và tính chất của các loại tia phóng xạ nhưng chưa có sự so sánh sự khác biệt giữa các loại tia phóng xạ. Trong phần này HS rất dễ nhầm lẫn về bản chất và tính chất của các loại tia phóng xạ α, β+, β-, γ. Do đó người nghiên cứu chọn nội dung kiến thức này để tổ chức hoạt động nhóm, trước hết nhằm rèn luyện cho HS khả năng tự tìm hiểu tài liệu, sau đó giúp HS phân biệt được bản chất và tính chất của các loại phóng xạ.
Hình thức tổ chức thảo luận nhóm: do nội dung kiến thức của các dạng phóng xạ là tương đối độc lập nên người nghiên cứu chọn hình thức nhóm chuyên gia (hình thức Jigsaw) để tổ chức dạy học. Lớp học được chia thành các nhóm chuyên gia, mỗi nhóm 4HS với đầy đủ trình độ, mỗi nhóm chuyên gia sẽ giải quyết một trong bốn nhiệm vụ sau:
+ Tìm hiểu phương trình phóng xạ, bản chất và tính chất của dạng phóng xạ α. + Tìm hiểu phương trình phóng xạ, bản chất và tính chất của dạng phóng xạ β+ . + Tìm hiểu phương trình phóng xạ, bản chất và tính chất của dạng phóng xạ β-
. + Tìm hiểu phương trình phóng xạ, bản chất và tính chất của dạng phóng xạ γ.
Sau đó người nghiên cứu cho giải tán các nhóm chuyên gia và hình thành các nhóm hợp tác để tiếp tục giải quyết nhiệm vụ học tập là: So sánh và làm rõ sự khác biệt giữa các loại tia phóng xạ.
Phần nội dung kiến thức về định luật phóng xạ là nội dung cần lý giải, lập luận chặt chẽ và sử dụng toán học tích phân để xây dựng biểu thức định luật phóng xạ và công thức chu kỳ bán rã. Do đó người nghiên cứu chọn nội dung kiến thức này để tổ chức hoạt động nhóm nhằm rèn luyện khả năng tự chiếm lĩnh và hiểu sâu kiến thức. Nhiệm vụ của các nhóm là: Lý giải biểu thức định luật phóng xạ và chu kỳ bán rã.
Phần nội dung về ứng dụng của đồng vị phóng xạ đã được SGK làm rõ nên người nghiên cứu sẽ tổ chức dạy học theo phương pháp thuyết trình và đàm thoại.
BÀI HỌC 4: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH - PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
•Mục tiêu bài học
Mục tiêu về kiến thức:
- Nêu được phản ứng phân hạch là gì.
- Nêu được phản ứng dây chuyền là gì và nêu được các điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra.
- Nêu được phản ứng nhiệt hạch là gì và nêu được điều kiện để phản ứng kết hợp hạt nhân xảy ra.
- Nêu được những ưu việt của năng lượng phản ứng nhiệt hạch.
Mục tiêu về kỹ năng:
- Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm
Mục tiêu về thái độ:
- Rèn luyện tính tích cực, trách nhiệm khi hoạt động nhóm.
•Sơ đồ cấu trúc nội dung bài học
PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Cơ chế của phản ứng (xác suất xảy ra rất thấp) Định nghĩa Năng lượng phân hạch Phân hạch kích thích Phân hạch tự phát
(phải trải qua trạng thái kích thích X*) Phản ứng phân hạch dây chuyền k < 1 (phản ứng dây chuyền tắt nhanh) k = 1 (phản ứng dây chuyền tự duy trì, công suất không đổi) k > 1 (phản ứng dây chuyền tự duy trì, công suất tăng nhanh)
Nhà máy điện hạt nhân Bom hạt nhân PHẢN ỨNG
NHIỆT HẠCH Cơ chế của phản ứng Định nghĩa
hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ hơn
2 hạt nhân nhẹ tổng hợp thành hạt nhân nặng
- nhiệt độ của hỗn hợp plasma phải cao (108
độ)
- Mật độ hạt nhân trong plasma phải lớn
- Thời gian duy trì ở nhiệt độ cao phải đủ lớn
Năng lượng nhiệt hạch
•Nội dung kiến thức để học sinh thảo luận nhóm
Nhận thấy nội dung kiến thức phản ứng nhiệt hạch và phân hạch có điểm chung là gắn liền với vấn đề năng lượng, đời sống và môi trường nên người nghiên ghép chung 2 nội dung kiến thức này thành 1 bài học. Nhu cầu sử dụng năng lượng của phản ứng phân hạch và nhiệt hạch vì mục đích hòa bình ngày càng tăng trong đó có nước ta, các công nghệ để kiểm soát và sử dụng được năng lượng phân hạch và nhiệt hạch luôn thay đổi mà SGK thì không thể cập nhật kịp, thêm nữa vấn đề môi trường khi sử loại năng lượng này chưa được SGK đề cập đến. Vì những lý do nêu trên mà người nghiên cứu tổ chức dạy học bài này dưới hình thức hoạt động nhóm, với nhiệm vụ là: Tìm hiểu kiến thức thông qua SGK, tài liệu trên báo, trên mạng Internet để hoàn thành bài tiểu luận của mình và trình bày trước lớp.
Hình thức tổ chức: Do HS đã dần làm quen với hoạt động nhóm ở các tiết học trước, thêm nữa HS cần nhiều thời gian để tìm hiểu vấn đề để tiếp cận với sách, tài liệu, mạng internet và hoạt động nhóm của HS thì chủ yếu diễn ra ngoài giờ học nên người nghiên cứu chọn hình thức điều tra theo nhóm (hình thức GI) để tổ chức dạy học. Người nghiên cứu chia lớp thành 4 nhóm, mỗi nhóm sẽ chọn một trong các đề tài sau đây để hoàn thành dưới dạng một bài tiểu luận:
CHỦ ĐỀ: PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH
Đề tài 1: Tìm hiểu về nhà máy điện hạt nhân Đề tài 2: Tìm hiểu về bom hạt nhân
CHỦ ĐỀ: PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH
Đề tài 3: Tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch ngoài vũ trụ Đề tài 4: Tìm hiểu về phản ứng nhiệt hạch trên Trái Đất