Trình độ nhận thức Nội dung kiến thức Nhận biết Hiểu Vận dụng Độ hụt khối, năng lƣợng liên kết và năng lƣợng liên kết riêng - Nhớ khái niệm độ hụt khối và công thức tính độ hụt khối - Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc biểu thức của năng lƣợng liên kết của hạt nhân - Sử dụng các bảng trịn sách giáo khoa tính đƣợc năng lƣợng liên kết và năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân. - Hiểu đƣợc tại sao hạt nhân nguyên tử này lại bền vững hơn hạt nhân nguyên tử khác - Tính độ hụt khối của một ngun tử - Vận dụng cơng thức tính năng lƣợng liên kết để tính năng lƣợng liên kết của các hạt nhân - So sánh mức độ bền vững của các hạt nhân trong nguyên tử
Phóng xạ - Nêu đƣợc định nghĩa hiện tƣợng phóng xạ - Viết đƣợc hệ thức của định luật phóng xạ - Nêu đƣợc định nghĩa và cơng thức tính của chu kỳ bán rã và hằng số phân rã - Nêu đƣợc khái niệm độ phóng xạ H, các đơn vị độ phóng xạ Bq và Ci. Viết đƣợc các cơng thức tính độ phóng - Hiểu đặc tính cơ bản của q trình phóng xạ - Áp dụng công thức tính đƣợc các đại lƣợng đặc trƣng của hiện tƣợng phóng xạ - Viết đƣợc các phản ứng phóng xạ dựa vào các định luật bảo toàn cơ bản trong phản ứng hạt nhân - Tính đƣợc khối lƣợng và số hạt nhân chất phóng xạ tại thời điểm t nếu biết chu kỳ bán rã và khối lƣợng ban đầu - Tính độ phóng xạ ban đầu H0, độ phóng xạ tại thời điểm t khi
- Vận dụng định luật bảo tồn điện tích và định luật bảo tồn số khối tính hạt sơ cấp sinh ra trong các chuỗi phóng xạ - vận dụng tính số hạt nhân hoặc khối lƣợng chất phóng xạ đã phân rã tại thời điểm bất kỳ: ΔN = N0 (1- e-λt) Δm = m0 (1- e-λt
)
-Vận dụng tính thời gian khi biết các tỷ lệ m/m0, H/H0, hoặc N/N0 bằng cách rút t từ các công thức cảu
xạ. Các cơng thức tính độ phóng xạ: H = λ.N H0 = λ.N0 H = H0(1- e-λt) biết hằng số phóng xạ định luật phóng xạ - vận dụng các cơng thức về độ phóng xạ suy ra khối lƣợng của chất phóng xạ khi biết độ phóng xạ 2.4. Những kỹ năng học sinh cần đạt đƣợc
Bên cạnh việc hình thành và nắm vững các kiến thức cơ bản trong phần phóng xạ và năng lƣợng liên kết, học sinh cần đƣợc rèn luyện các kỹ năng cơ bản sau:
- Kỹ năng đổi đơn vị của năng lƣợng từ MeV sang eV hoặc J, từ đơn vị khối lƣợng u sang đơn vị kg hoặc MeV/c2.
- Kỹ năng vận dụng các kiến thức toán học về lũy thừa và logarit.
- Kỹ năng phân tích hiện tƣợng vật lý nêu ra trong bài tập và nhận ra đƣợc mối liên hệ giữa các đại lƣợng đề cập trong hiện tƣợng, từ đó lựa chọn cơng thức liên hệ giữa đại lƣợng đã cho với đại lƣợng cần xác định nhằm tìm ra độ hụt khối, năng lƣợng liên kết, năng lƣợng liên kết riêng; so sánh mức độ bền vững của các hạt nhân nguyên tử.
- Có kỹ năng phân biệt các dạng phóng xạ λ, β+, β-, γ khi nhìn vào các phƣơng trình phản ứng.
- Giải thích đƣợc một số hiện tƣợng trong đời sống khoa học kỹ thuật: Xác định tuổi của các cổ vật.
2.5. Phân loại bài tập phần phóng xạ và năng lƣợng liên kết của hạt nhân
Dựa trên nội dung kiến thức khoa học của chƣơng và mục tiêu phát triển năng lực học tập của học sinh, chúng tôi đã lựa chọn cách phân loại bài tập theo nội dung (chủ đề vật lý). Cụ thể nhƣ sau:
Chủ đề 1: Năng lƣợng liên kết Chủ đề 2: Phóng xạ
Trong từng chủ đề, phần lớn bài tập đƣợc tuyển chọn là các bài tập định lƣợng, ngồi ra có một số bài tập về đồ thị và một số bài tập trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn. Hệ thống bài tập đƣợc lựa chọn theo yêu cầu phát triển tƣ duy của học sinh, bài tập đƣợc sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp tạp (phạm vi và số lƣợng các kiến thức, kỹ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài, số lƣợng các đại lƣợng cho biết và các đại lƣợng cần tìm…) giúp học sinh nắm đƣợc phƣơng pháp giải các loại bài tập điển hình.
Chủ đề 1: Năng lƣợng liên kết
- Xác định độ hụt khối, năng lƣợng liên kết, năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân.
- So sánh độ bền vững của hai hạt nhân đồng khối Chủ đề 2: Phóng xạ
- Xác định lƣợng chất phóng xạ (số nguyên tử), lƣợng chất (số nguyên tử) đã bị phân rã phóng xạ và lƣợng chất (số nguyên tử) đƣợc tạo thành do phóng xạ.
- Xác định chu kỳ bán rã hoặc hằng số phóng xạ.
- Xác định độ phóng xạ, từ đó xác định thời gian tồn tại của một mẫu vật căn cứ vào độ phóng xạ.
2.6. Hệ thống bài tập phần phóng xạ và năng lƣợng liên kết của hạt nhân
Dạng 1: Năng lượng liên kết
Loại 1: Xác định cấu tạo hạt nhân, độ hụt khối và năng lượng liên kết
Bài 1 : Xác định cấu tạo hạt nhân , ,
Bài 2: Khối lƣợng của hạt là mBe = 10,01134u, khối lƣợng của nơtron là mN= 1,0087u, khối lƣợng của proton là mP = 1,0073u. Tính độ hụt khối của hạt nhân là bao nhiêu?
Bài 3: Hạt nhân đơteri có khối lƣợng mD = 2,0136u, khối lƣợng của nơtron là mN = 1,0087u, khối lƣợng của proton là mP = 1,0073u. Tính năng lƣợng liên kết của hạt nhân .
Loại 2: Tính năng lượng liên kết riêng và so sánh độ bền vững của các hạt nhân
Bài 4: Cho hạt nhân
Cho khối lƣợng cuả các nguyên tử sau:
a. Hãy cho biết thành phần cấu tạo của hạt nhân trên.
b. Cho khối lƣợng của nguyên tử là = 7,016004u; me = 0,00055u. Hãy xác định độ hụ khối và năng lƣợng liên kết. Cho mn = 1,008667u; mp = 1,007276u
Bài 5: Cho khối lƣợng của các hạt nhân lần lƣợt là: 220, 011401u; 216,001790u và 4,002603u. Hãy xác định năng lƣợng liên kết của hạt α trong hạt nhân ? Nhận xét.
Bài 6: Hạt nhân có khối lƣợng mCo = 55,940u, khối lƣợng của nơtron là mN =1,008667u, khối lƣợng của proton là mP = 1,007276u. Tính năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân .
Bài 7: Hạt nhân có khối lƣợng 10,0135u. Khối lƣợng của nơtrôn mn = 1,008667u, khối lƣợng của prơtơn mP = 1,007276u, 1u = 931 MeV/c2. Tính năng lƣợng liên kết riêng của hạt nhân .
Bài 8: Tính năng lƣợng liên kết hạt nhân Đơtêri ? Cho mp = 1,007276u, mn = 1,008667u, mD = 2,0136u; 1u = 931 MeV/c2.
Bài 9: Cho biết mα = 4,0015u; = 15,999u; = 1,007276u; = 1,008667u. Hãy sắp xếp các hạt nhân , , theo thứ tự tăng dần độ bền vững.
Bài 10: Biết khối lƣợng của các hạt nhân mC = 12,000u, mα = 4,0015u, mp = 1,007276u và 1u = 931MeV/c2. Tính năng lƣợng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân thành ba hạt α theo đơn vị Jun.
Bài 11: Tính ra MeV năng lƣợng liên kết riêng của C12 và C14, cho biết: mC14 = 14,00324u, mC12 = 12u.
Dạng 2: phóng xạ
Loại 1: Xác định lượng chất còn lại
Bài 12: Một lƣợng chất phóng xạ có khối lƣợng ban đầu là m0. Sau 5 chu kỳ bán rã khối lƣợng chất phóng xạ cịn lại là bao nhiêu?
Bài 13: Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày. Sau thời gian 11,4 ngày
thì độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ) của lƣợng chất phóng xạ còn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với độ phóng xạ của lƣợng chất phóng xạ ban đầu?
Bài 14: Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân. Sau 1 năm, còn lại một phần ba số hạt nhân ban đầu chƣa phân rã. Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chƣa phân rã của chất phóng xạ đó là bao nhiêu?
Bài 15: Ban đầu 1kg coban , chu kỳ bán rã là T= 5,33 năm. Hỏi rằng sau 15 năm thì chất coban cịn lại bao nhiêu?
Bài 16: Gọi τ là khoảng thời gian để số hạt nhân nguyên tử giảm đi e lần, Sau
thời gian 0,51τ số hạt nhân của chất phóng xạ đó cịn lại bao nhiêu?
Loại 2: Xác định lượng chất đã bị phân rã
Bài 17: Đồng vị phóng xạ phát ra tia β─ và α với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày. Trong 365 ngày, phần trăm chất Coban này bị phân rã là bao nhiêu? Bài 18: Một chất phóng xạ có chu kì bán rã T. Sau thời gian t = 3T kể từ thời điển ban đầu, tỉ số giữa số hạt nhân bị phân rã thành hạt nhân của nguyên tố khác với số hạt nhân của chất phóng xạ cịn lại.
Loại 3: Xác định khối lượng của hạt nhân con tạo thành
Bài 19: Đồng vị là chất phóng xạ β-
tạo thành hạt nhân magiê . Ban đầu có 12gam Na và chu kì bán rã là 15 giờ. Sau 45 h thì khối lƣợng Mg tạo thành là bao nhiêu?
Bài 20: Chất phóng xạ Poloni có chu kỳ bán rã T = 138 ngày phóng ra
tia và biến thành đồng vị chì , ban đầu có 0,168g poloni . Hỏi sau 414
ngày đêm có:
a. Bao nhiêu nguyên tử poloni bị phân rã?
b. Tìm khối lƣợng chì hình thành trong thời gian đó.
Loại 4: Xác định chu kì bán rã T
4.1. Cho m & m0 (hoặc N & N0) hay H&H0:
Bài 21: Độ phóng xạ của 1 gam Rađi nguyên chất là 1Ci. Tìm chu kỳ bán rã của
Bài 22: Một lƣợng chất phóng xạ sau 12 năm thì cịn lại 1/16 khối lƣợng ban
đầu của nó. Xác định chu kỳ bán rã của chất đó.
Bài 23: Sau khoảng thời gian 1 ngày đêm 87,5% khối lƣợng ban đầu của một
chất phóng xạ bị phân rã thành chất khác. Xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó.
Bài 24: Một cổ vật bằng gỗ mun đƣợc chặt có độ tuổi 15400 năm, hoạt độ
phóng xạ của là 3,3Bq. Vật mới làm giống hệt cùng loại gỗ, cùng khối lƣợng ban đầu và hoạt độ phóng xạ của là 235Bq. Tìm chu kỳ bán rã của .
Bài 25: Từ một khối chất phóng xạ nguyên chất, ngƣời ta đo đƣợc trong giờ
đầu tiên có n1 tia phóng xạ bắn ra. Hai giờ tiếp theo có n2 = n1 tia phóng xạ. Tìm chu kỳ bán rã T.
Bài 26: Tại thời điểm t1, tỉ số giữa hạt nhân mẹ và số hạt nhân con là 1/7. Sau
t1 276 ngày thì tỉ số này là 1/63. Tìm chu kỳ bán rã và thời gian sống trung bình của chất phóng xạ này.
Bài 27: Một lƣợng chất phóng xạ từ thời điểm ban đầu đến thời điểm = 2s
phân rã tạo ra hạt nhân con. Từ thời điểm ban đầu đến thời điểm = 6s phân rã để hạt nhân con tạo thành là = /2,66. Tính chu kỳ bán rã T. 4.2. Dùng máy đo xung phóng xạ phát ra
Bài 28: Magiê phóng xạ với chu kì bán rã là T, lúc t1 độ phóng xạ của một mẫu magie là 2,4.106
Bq. Vào lúc t2 độ phóng xạ của mẫu magiê đó là 8. Bq. Số hạt nhân bị phân rã từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 là 13,85. hạt nhân. Tìm chu kỳ bán rã T.
Bài 29: Để đo chu kỳ bán rã của một chất phóng xạ ngƣời ta dùng một máy đếm xung để đếm số hạt bị phân rã (khi một hạt β-
rơi vào máy, trong máy xuất hiện một xung điện khiến cho các số trên bị đếm của máy tăng thêm một đơn vị). Trong phép đo lần thứ nhất máy đếm ghi đƣợc 340 xung trong một phút. Sau đó 1 ngày máy đếm chỉ ghi đƣợc 112 xung trong một phút (phép đo lần thứ hai). Xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó.
Bài 30: Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời
điểm t1 mẫu chất phóng xạ X cịn lại 20% hạt nhân chƣa bị phân rã. Đến thời điểm t2 = t1 + 100 (s) số hạt nhân X chƣa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ đó là bao nhiêu?
Bài 31: Tại thời điểm = 2s, hoạt độ phóng xạ của một mẫu vật là . Tại thời điểm = 6s, hoạt độ phóng xạ của mẫu vật đó là = . Xác định chu kỳ bán rã T của mẫu vật đó.
Loại 5: Xác định thời gian phóng xạ, tuổi thọ vật chất.
Bài 32: Một đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã T. Cứ sau một khoảng thời
gian bằng bao nhiêu thì số hạt nhân bị phân rã trong khoảng thời gian đó bằng ba lần số hạt nhân còn lại của đồng vị ấy?
Bài 33: Chất phóng xạ poloni phát ra tia α và biến đổi thành chì . Cho chu kỳ của là 138 ngày. Ban đầu (t = 0) có một mẫu pơlơni chun chất. Tại thời điểm t1, tỉ số giữa số hạt nhân pơlơni và số hạt nhân chì trong mẫu là 1/3. Tại thời điểm t2 = t1 + 276 ngày, tỉ số giữa số hạt nhân pơlơni và số hạt nhân chì trong mẫu là bao nhiêu?
Bài 34: Tính tuổi của các tƣợng cổ bằng gỗ biết rằng độ phóng xạ β- của nó bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng loại, cùng khối lƣợng và vừa mới chặt. Biết chu kỳ của là 5600 năm.
Bài 35: trong các mẫu quặng urani ngƣời ta thƣờng thấy có lẫn chì 206 cùng
với urani 238. Biết chu kỳ bán rã của urani 238 là 4,5 năm.1010
năm. Hãy tính tuổi của quặng trong các trƣờng hợp sau:
a. Khi tỷ lệ tìm thấy là cứ 10 nguyên tử urani 238 thì có 2 ngun tử chì b. Khi tỷ lệ khối lƣợng tìm thấy giữa hai chất đó là 1gam chì/ 5 gam urani.
Loại 6: Xác định động năng và vận tốc của các hạt trong phân rã α
Bài 36: Cho khối lƣợng của nguyên tử Hạt nhân phân rã thành hạt nhân bằng cách phát ra bức xạ α. Khối lƣợng của hạt nhân mẹ, hạt nhân con và hạt α lần lƣợt là MX, My, mα. Năng lƣợng phân rã α, ký hiệu là Q bằng tổng động năng của hạt α và hạt nhân giật lùi.
a. Hãy xác định năng lƣợng phân rã.
b. Xác định động năng của hạt nhân con giật lùi và hạt α phát ra theo Q.
Bài 37: Hạt nhân X có số khối A phân rã α tạo thành hạt nhân Y có số khối
giảm đi A-4 với năng lƣợng phân rã Q. Lấy khối lƣợng hạt nhân xấp xỉ bằng hạt nhân.
a. Hãy xác định động năng của hạt α phát ra và hạt nhân giật lùi. b. Nhận xét kết quả thu đƣợc.
Bài 38: Hạt nhân phân rã α ở trạng thái đứng yên, phát ra hạt α có động năng 4,50MeV. Hãy xác định động năng của hạt nhân giật lùi và năng lƣợng phân rã α.
Bài 39: Một hạt nhân X đứng yên phân rã phóng xạ ra α, tạo thành hạt nhân
con Y. Cho khối lƣợng của hạt α và hạt nhân con giật lùi lần lƣợt là m1 và m2. Hãy xác định tỷ số vận tốc, tỷ số động năng và tỷ số động lƣợng của chúng.
2.7. Sử dụng hệ thống bài tập phần phóng xạ và năng lƣợng liên kết
Tên tiết học
Bài tập tại lớp Bài tập về nhà Kiểm tra bài cũ Hình thành kiến thức mới Củng cố, vận dụng
Giao về nhà Chữa tại lớp Tự giải Tiết 59. Năng lƣợng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân (tiết 1) 1 3,4 5, 6 5 6,7 Tiết 60. Năng lƣợng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân (tiết 2) 7 8,9 10,11 10 11 Tiết 61. Bài tập 11 12,13 14,15,16 14,15 16 Tiết 62. Phóng xạ (tiết 1) 16 17,19,22 21,23,24,25 11,20,25 23,24 Tiết 63. Phóng xạ (tiết 2) 22 26,30,35 28,29,30,31,32 27,28,30 29,31,32 Tiết 64. Bài tập 32 33,35,36 34,37,38,39 37,39 34,38
2.8. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập phần phóng xạ và năng lượng liên kết
Dạng 1: Năng lượng liên kết