Bài 54: Phản ứng hạt nhân (Tiết 90-91)

8. Những chữ viết tắt trong đề tài

4.2.2. Bài 54: Phản ứng hạt nhân (Tiết 90-91)

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 thức 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 phản ứng 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:

Chuẩn bị kiến thức liên quan và phiếu học tập để học sinh ôn bài.

2. Học sinh:

Ôn tập khái niệm phảm ứng hóa học và các định luật bảo toàn cơ học

*Phiếu học tập:

Câu 1: Cho phản ứng hạt nhân: ClX37Arn

18 37

17 , X là hạt nhân nào sau đây ? A.11H B. 21D

C. 31T D. 24He

Câu 2: Phản ứng hạt nhân tuân theo các định luật bảo toàn nào ? A. Bảo toàn điện tích, khối lượng, năng lượng.

B. Bảo toàn điện tích, số khối, động lượng.

C. Bảo toàn điện tích, khối lượng, động lượng, năng lượng. D. Bảo toàn điện tích, số khối, động lượng, năng lượng.

Câu 3: 23892Usau một số lần phân rãα và biến thành hạt nhân bền là 20682Pb.Hỏi quá trình này đã phải trải qua bao nhiêu lần phân rãα và ?

A.6 lần phân rãα và 8 lần phân rã  B. 8 lần phân rãα và 6 lần phân rã 

ĐÁP ÁN : 1A, 2D, 3B,

III- Tiến trình xây dựng kiến thức của bài.

Trong sự phóng xạ một nguyên tố này 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 được không?

Thí nghiệm của Rơđơpho

Phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. Phản ứng hạt nhân D C B A   C B A 

Thí nghiệm của hai ông bà Giô-li-ô Quy-ri

      1 0 30 15P Al

Định luật bảo toàn số nuclon ( số khối A)

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

Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

Định luật bảo toàn động lượng

Năng lượng trong phản ứng hạt nhân

-mm0 ( phản ứng tỏa năng lượng) 2

0 )

(m mc W  

-mm0 (phản ứng thu năng lượng)

đ W c m m W  2 0) ( Phản ứng tỏa năng lượng Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng phân hạch

Thí nghiệm về sự phóng xạ của Beccơren

Phản ứng phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt khác

* Các cơ hội phát triển tư duy của HS:

Trong sự phóng xạ một nguyên tố này 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 được không?

Câu hỏi 1: Qua thí nghiệm của Beccơren 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 Rơđơpho em có nhận xét gì?

Trả lời: Phản ứng giữa các hạt nhân tương tác nhau, dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác.

Câu hỏi 3: Một hạt nhân nhẹ A tương tác với hạt nhân B thì sản phẩm của ph ản ứng 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: Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.

Câu hỏi 5: Hãy viết phương trình phản ứng hạt nhân nhân tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo? Trả lời: Phương trình:    1 0 30 15P Al

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 cácđịnh 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 toàn phần, bảo toàn động lượng.

IV. Tổ chức hoạt động dạy học.

1. Bài cũ:

Gọi HS trả lời các bài tập trắc nghiệm 1,2 và 3 (SGK) của bài học cũ; hoặc kiểm tra 15 phút toàn lớp: Giải bài tập.

Chất phóng xạ Poloni 21084Po phóng xạ α và biến đổi thành chì 20682Pb.Biết chu kì bán rã của Poloni là 138 ngày. Ban đầu có 1gam chất phóng xạ Poloni.

a) Sau bao lâu, lượng Poloni chỉ còn lại 10mg.

2. Bài mới:

Tiết 1. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN- CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN.

*Hoạt động 1 (10’):ỔN ĐỊNH LỚP, KIỂM TRA BÀI CŨ

*Hoạt động 2: (20’) PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

 Biết được thí nghiệm của Rơ-dơ-pho và cách viết phương trình phản ứng hạt nhân.

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Quan sát đồ thí nghiệm 54.1

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

- A + B  C + D A và B là các hạt tương tác, C và D là các hạt sản phẩm. - Trường hợp phóng xạ: C B A 

A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt α hoặc β. hương án trả lời C1 của HS có thể là: phóng xạ α của rađi Rn He Ra 24 22286 226 88  

- Ghi nhận về tầm quan trọng của phản ứng hạt nhân tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo.

- Giới thiệu sơ đồ thí nghiệm của Rutherford

- Phản ứng hạt nhân là gì ?

- Trình bày hai loại phản ứng hạt nhân và đưa ra phương trình phản ứng hạt nhân dạng tổng quát. Giải thích A,B,C,D của phương trình.

- Trường hợp phóng xạ, phương trình viết dưới dạng nào ? Tên gọi của các hạt trong phương trình ?

- Trả lời câu hỏi C1 SGK (Nêu một ví dụ về phản ứng hạt nhân xảy ra trong tự nhiên) . GV nêu 2VD để HS nhận ra quá trình phản ứng hạt nhân tổng quát và phóng xạ. Po e Bi O H N He 210 84 0 1 210 83 17 8 1 1 14 7 4 2       -Từ phương trình tạo đồng vị phóng xạ Po 210 84 , GV trình bày phản ứng hạt nhân tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo như SGK. Nêu VD: 4 210 94 239 93 239 92 238 92 1 0n U  U  Np P

*Hoạt động 2:(15’)CÁC ĐLBT TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN  Nắm được các định luật bảo toàn và cách cân bằng phản ứng hạt nhân.

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Thảo luận, đưa ra kết luận: + Có bảo toàn số nuclon.

+Có bảo toàn điện tích trong phản ứng hạt nhân.

- Ghi nhận 4 định luật bảo toàn.

- Trả lời câu hỏi C3, C4.

- Thảo luận nhóm, phân tích điểm khác biệt giữa hai loại phương trình.

Có thể phương án trả lời của HS.

+ Cả 2 loại phương trình có sự bảo toàn số nuclon.

+ Phương trình hóa học: không có sự biến đổi hạt nhân, chỉ ghép với nhau bằng phân tử.

+ Phản ứng hạt nhân có sự biến đổi hạt nhân, nguyên tố này biến đổi thành nguyên tố khác.

- Từ VD về phản ứng hạt nhân (đã nêu), yêu cầu HS nhận xét.

- Số nuclon và điện tích của các hạt trong phản ứng hạt nhân như thế nào?

- Cần nhấn mạnh: hệ các hạt tương tác với nhau ( A+B) xem là hệ kín. Do đó có thể áp dụng các định luật bảo toàn của cơ học cổ điển cho phản ứng hạt nhân.

- Nêu câu hỏi C3,C4.

- Hãy so sánh phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học.

- GV gợi ý HS viết một phản ứng hóa học phân tích điểm giống và khác của hai loại phản ứng.

- Lưuý với HS: không có định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng hạt nhân.

Tiết 2. NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

*Hoạt động 1: (15’)PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG  Biết được cách tính và cách xác định năng lượng tỏa ra của phản ứng.

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Tiếp thu vấn đề cần nghiên cứu

-Thảo luận nhóm, dùng định luật bảo toàn năng lượng và hệ thức Anhxtanh, trả lời: +E0m0c2; 2

mc E 

Vì E<E0 nên có một phần năng lượng tỏa ra dạng động năng hạt C,D. +Lập biểu thức: 2 0 ) (m mc W 

- Tìm hiểu về độ hụt khối của các hạt sinh ra.

+ Vì m<m0:độ hụt khối hạt sinh ra lớn, năng lượng liên kết lớn, bền vững.

-Thảo luận, mỗi nhóm thực hiện việc giải bài toán áp dụng: + Tínhm0mnmU n La Mo m m m m  2 + TínhW(m0m)c2 MeV W 215 - Xét phản ứng hạt nhân:ABCD D C B A m m m m m m0   ;   a)Xét trường hợp m<m0:

- Năng lượng nghỉ của các hạt ở hai vế phương trình thế nào? Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng?

- Dùng phương trình biểu diễn sự bảo toàn năng lượng toàn phần, năng lượng tỏa ra dưới dạng động năng các hạt sản phẩm là: đ D C B A E E E W E    

-Độ hụt khối của các hạt sinh ra như thế nào? Hãy so sánh tính bền vững của các hạt sinh ra với các hạt nhân ban đầu?

-Nêu VD một phản ứng tỏa năng lượng. Hướng dẫn HS tính năng lượng tỏa ra của phản ứng: n La M U n 23592 4295 o 13957 01 1 0    2

Hoạt động 2: (15’) Phản ứng hạt nhân thu năng lượng

 Biết được cách tính và cách xác định năng lượng thu vào của phản ứng.

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Thảo luận nhóm, phân tích:m>m0 + E > E0: tổng năng lượng nghỉ (cũng là tổng năng lượng toàn phần) của hệ A+B nhỏ hơn tổng năng lượng nghỉ của các hạt sinh

ra C+D nên phản ứng của hệ A+B không tự xảy ra, phải cung cấp năng lượng.

- Cung cấp choA, B năng lượng dạng động năng. W = (m0– m) c2 + Wđ < 0 - Các nhóm giải bài tập áp dụng. + Tính { n P Al He m m m m m m     0 nhận thấy m > m0 + TínhW(mm0)c2 b) Xét trường hợp m>m0 - So sánh tổng năng lượng toàn phần

E0của các hạtA+B và tổng năng lượng nghỉ E của các hạt C, D ? Phản ứng có xảy ra không ?

- Muốn phản ứng xảy ra phải có điều kiện gì ?

- Viết biểu thức tổng năng lượng thu vào của các hạt A và B ?

- Giới thiệu một phản ứng thu năng lượng, hướng dẫn HS tính năng lượng cần cung cấp: n P Al He 1327 1530 01 4 2    Bỏ qua động năng hạtP và n.

*Hoạt động 3:(8’) HAI LOẠI PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG  Nắm được hai loại phảnứng hạt nhân tỏa năng lượng và phương trình phản ứng.

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS đọc SGK và đưa ra câu trả lời.

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

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

Trong phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng thì hạt nhân sinh ra bền vững hơn hạt nhân tương tác.

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

- HS đọc SGK và trao đổi đưa ra định nghĩa phản ứng nhiệt hạch. VD : H H He 1n 0 4 2 3 1 2 1   

và tỏa năng lượng khoảng 18MeV

- HS đọc SGK và trao đổi đưa ra định nghĩa phản ứng nhiệt hạch.

VD : 92235U 10n3894 Sr14054 Xe210n

Và tỏa năng lượng khoảng 185MeV

- 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 4 (4’): CỦNG CỐ VÀ VẬN DỤNG

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên

- HS đọc các câu hỏi SGK và trả lời.

- HS đọc phiếu trảlời 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 mục C5 trong SGK.

- Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.

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

* Hoạt động 5 ( 3’ ) :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

V- Rút kinh nghiệm- Bổ sung:

……… ……… ……… ………