IX. Cấu trúc luận văn
2.3.3.Xây dựng tiến trình dạy học Bài 56: Phảnứng phân hạch
2.3.3.1. Mục tiêu.
Kiến thức.
Ở bài này, học sinh cần nắm đƣợc các kiến thức sau:
+ Nêu đƣợc phản ứng phân hạch là gì, viết đƣợc ví dụ về phản ứng phân hạch.
+ Nêu đƣợc phản ứng dây chuyền là gì, các điều kiện xảy ra phản ứng dây chuyền.
+ Nêu đƣợc các bộ phận chính của nhà máy điện hạt nhân.
Kỹ năng.
+ Rèn luyện kỹ năng giải thích các hiện tƣợng vật lý. + Rèn luyện kỹ năng tìm hiểu các ứng dụng vật lý.
+ Vận dụng lý thuyết vào giải các bài tập về phản ứng phân hạch, nhà máy điện hạt nhân.
Thái độ
+ Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập.
+ Bƣớc đầu hình thành lòng ham mê yêu thích môn vật lí thông qua việc quan sát các mô phỏng về phản ứng hạt nhân.
2.3.3.2. Chuẩn bị.
Giáo viên
+ Máy tính, máy chiếu, bài giảng có sử dụng phần mềm mô phỏng phản ứng phân hạch.
+ Phiếu học tập.
PHIẾU HỌC TẬP
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Câu 1: Phản ứng phân hạch là phản ứng nhƣ thế nào?
……….……… ……….…
Câu 2: Điều kiện để xảy ra phản ứng dây chuyền là gì?
……….……… ……….…
Câu 3: Trong lò phản ứng hạt nhân, ngƣời ta hay dùng chất nào để hấp thụ nơtron?
……….……… ……….…
Câu 4: Nƣớc nặng trong lò phản ứng hạt nhân có tác dụng làm gì?
……….……… ……….… ……….………
Câu 5: Cho phản ứng phân hạch sau: 10 n + 23592 U 94
38Sr + 14054Xe + 210 n + 185 MeV. Tính năng lƣợng tỏa ra khi phân hạch 1 kg urani theo đơn vị J?
……….……… ……….… ……….……… ……….……… ……….… ……….……… Học sinh
+ Học bài đầy đủ trƣớc khi đến lớp
+ Ôn lại kiến thức đã học về phản ứng hạt nhân.
2.3.3.3. Dự kiến bảng ghi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 56: Phản ứng phân hạch
1. Sự phân hạch.
a. Sự phân hạch của Urani.
Khi Urani hấp thụ 1 nơtron chậm (nơtron nhiệt) có động năng vào khoảng 0,01 MeV sẽ phân hạch theo phƣơng trình:
1
0 n + 23592 U A1
Z1 X1 + A2Z2X2 + k10 n Trong đó A1
Z1 X1, A2Z2X2 là các hạt nhân có số khối trung bình và hầu hết là hạt nhân phóng xạ, k là số hạt nơtron trung bình đƣợc sinh ra.
b. Đặc điểm chung của các phản ứng phân hạch.
Mỗi phản ứng phân hạch đều có lớn hơn 2 nơtron đƣợc sinh ra và giải phóng năng lƣợng lớn.
2. Phản ứng phân hạch dây chuyền.
a. Định nghĩa:
Phản ứng phân hạch xảy ra có số phản ứng tăng lên rất nhanh trong một thời gian ngắn là phản ứng phân hạch dây chuyền.
b. Điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền.
+ k < 1: phản ứng phân hạch nhanh chóng dừng lại, ta có phản ứng dây chuyền không xảy ra.
+ k = 1: Phản ứng phân hạch xảy ra có mật độ nơtron không đổi. Đây là phản ứng dây chuyền có thể kiểm soát đƣợc (điều khiển đƣợc).
+ k > 1: Phản ứng phân hạch xảy ra tăng nhanh chóng. Đây là phản ứng dây chuyền không kiểm soát đƣợc.
3. Lò phản ứng hạt nhân.
4. Nhà máy điện hạt nhân.
SGK
2.3.3.4. Tổ chức hoạt động dạy học.
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
HS: Suy nghĩ và trả lời câu hỏi của giáo viên.
HS: lắng nghe và nhận thức đƣợc vấn đề của bài.
GV nêu câu hỏi kiểm tra bài cũ: + Phản ứng hạt nhân là gì? Cho ví dụ về phản ứng hạt nhân?
+ Có mấy định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân? Đó là các định luật nào? Phát biểu nội dung các định luật?
+ Xác định hạt nhân X trong phản ứng sau: 19
9F + p 168O + X. GV: Đặt vấn đề vào bài.
Ở bài trƣớc ta đã biết phản ứng phân hạch là một phản ứng tỏa năng lƣợng. Vậy phản ứng phân hạch còn những đặc điểm gì khác và điều kiện xảy ra phản ứng phân hạch cũng nhƣ những ứng dụng của nó trong cuộc sống nhƣ thế nào? Bài hôm nay sẽ giúp ta lý giải những vấn đề đó. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hoạt động 2: Tìm hiểu về sự phân hạch.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
HS quan sát mô phỏng
HS: Hạt nhân Urani bị vỡ thành 2 hạt nhân có khối lƣợng nhỏ hơn và kèm theo đó có một số notron đƣợc tạo ra.
HS: Phƣơng trình phân hạch Urani. 1
0 n + 23592 U A1
Z1 X1 + A2Z2X2 + k10 n
Đức là Han và Xtơ - ra - xman đã làm thí nghiệm dùng notron bắn phá Urani. GV: cho học sinh xem mô phỏng phân hạch Urani.
GV: Kết quả việc bắn phá Urani bằng notron?
GV: Nếu gọi X1, X2 là các hạt nhân tạo thành khi Urani phân hạch. Khi đó, phƣơng trình phân hạch đƣợc viết nhƣ thế nào?
GV: Các hạt nhân X1, X2 là các hạt nhân có số khối trung bình (từ 80 đến 160) và hầu hết là hạt nhân phóng xạ. Còn k là số notron trung bình đƣợc sinh ra. Phản ứng này sinh ra 2 hoặc 3 notron và tỏa năng lƣợng khoảng 200 MeV dƣới dạng động năng của các hạt. GV: Cho học sinh quan sát lại mô
HS: Khi hấp thụ notron, urani chuyển thành U236. U236 ở trạng thái không bền vỡ thành 2 hạt nhân có số khối trung bình. HS: 1 0n + 23592 U 236 92U 95 39Y + 13853I+ 3 10n HS: Lắng nghe.
HS: Sau mỗi phân hạch đều có lớn hơn 2 notron đƣợc giải phóng ra,
phỏng phân hạch Urani:
GV: Khi hấp thụ notron, urani ở trạng thái nhƣ thế nào? GV: Nêu một ví dụ về sự phân hạch urani? GV: Hạt nhân 95 39Y có tính phóng xạ , hạt nhân 138 53I có tính phóng xạ - .
Dòng notron bắn vào urani là dòng notron chậm (notron nhiệt) có động năng 0,01 MeV.
GV thông báo: Các hạt nhân nặng khác cũng có sự phân hạch. U238 phân hạch
khi hấp thụ notron nhanh (động năng cỡ 1MeV), 239
94Pu, 25198Cf… cũng phân hạch khi hấp thụ notron chậm nhƣ U235.
mỗi phân hạch đều tỏa năng lƣợng lớn.
phản ứng phân hạch là gì?
GV: Năng lƣợng giải phóng trong phản ứng phân hạch gọi là năng lƣợng hạt nhân.
Hoạt động 3: Tìm hiểu phản ứng phân hạch dây chuyền.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
HS: Quan sát mô phỏng.
HS: Khi đó, số phản ứng phân hạch sẽ tăng nhanh trong khoảng thời gian rất ngắn theo hàm số mũ.
HS lắng nghe.
GV cho học sinh xem mô phỏng phản ứng phân hạch dây chuyền.
GV: Em có nhận xét gì về số phân hạch xảy ra khi các notron sinh ra của phân hạch đầu tiên đƣợc các hạt nhân urani tiếp theo hấp thụ?
GV: Các notron sinh ra trong mỗi phân hạch đƣợc các hạt nhân urani hấp thụ nên các hạt nhân urani này cũng phân hạch, và cứ nhƣ vậy, số notron sinh ra tăng nhanh theo cấp số cộng, do đó số phản ứng phân hạch cũng tăng nhanh theo cấp số cộng. Khi đó ta có phản (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HS quan sát mô phỏng.
HS: Để phản ứng dây chuyền xảy ra, số notron trung bình còn lại sau mỗi phân hạch phải lớn hơn 1
HS: Lắng nghe.
ứng dây chuyền.
GV: Cho học sinh xem mô phỏng phân hạch trong điều kiện có tạp chất U238.
GV: Tuy nhiên, không phải tất cả các notron sinh ra đều bị hấp thụ bởi các U235 bởi vì có nhiều mất mát do các nguyên nhân khác nhau: bị hấp thụ bởi các tạp chất, bị U238 hấp thụ mà không xảy ra phân hạch. Do đó không phải trong mọi trƣờng hợp, phản ứng dây chuyền luôn xảy ra. Vậy điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra là gì? GV: Gọi k là số notron trung bình còn lại, không bị mất mát sau mỗi phân hạch.
+ Nếu k < 1: phản ứng dây chuyền không xảy ra.
+ Nếu k = 1: phản ứng dây chuyền xảy ra với lƣợng notron không đổi. Đây là
HS quan sát mô phỏng.
HS lắng nghe, tiếp thu.
phản ứng dây chuyền xảy ra có thể kiểm soát đƣợc. Phản ứng này xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân.
+ Nếu k > 1: số notron tạo ra liên tục tăng lên, số lƣợng phản ứng phân hạch tăng với tốc độ rất nhanh. Đây là phản ứng dây chuyền không kiểm soát đƣợc và dẫn tới vụ nổ nguyên tử.
GV: Cho học sinh xem mô phỏng.
GV: Để giảm thiểu số notron mất mát và đảm bảo hệ số k 1 thì khối lƣợng nhiên liệu hạt nhân phải có một giá trị
tối thiểu gọi là khối lƣợng tới hạn. Với U235 thì khối lƣợng tới hạn vào cỡ 15 kg, với Pu239 thì khối lƣợng tới hạn vào cỡ 5 kg.
Hoạt động 4: Tìm hiểu lò phản ứng hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
HS: Các phản ứng hạt nhân xảy ra dƣới dạng phản ứng dây chuyền kiểm soát đƣợc. Tức là hệ số notron trung bình k = 1.
GV: Trong thực tế, để nghiên cứu phản ứng hạt nhân hoặc để chế tạo nhà máy điện hạt nhân cần một lò phản ứng để thực hiện các phản ứng hạt nhân. Mặt khác, để lò phản ứng hoạt động an toàn thì phản ứng hạt nhân xảy ra trong lò phải thỏa mãn điều kiện gì?
GV kể chuyện:
Lần đầu tiên, năm 1942, Fecmi và các cộng sự của ông đã thực hiện thành công phản ứng phân hạch trong lò phản ứng ở trƣờng đại học Si - ca - go (Mỹ). Để đảm bảo cho k = 1, trong các lò phản ứng hạt nhân, ngƣời ta sử dụng các thanh điều khiển có chứa cadimi hoặc bo, là các chất có khả năng hấp thụ notron.
HS: Quan sát mô phỏng.
HS: Khi dịch chuyển thanh điều khiển thì số notron hấp thụ thay đổi, do đó ta có thể điều chỉnh hệ số k của lò phản ứng hạt nhân.
HS: Quan sát mô phỏng.
phản ứng hạt nhân.
GV: Khi dịch chuyển thanh điều khiển thì ta có nhận xét gì về số notron?
GV: Lò phản ứng hạt nhân có rất nhiều ứng dụng. Một trong số các ứng dụng của lò phản ứng là nhà máy điện hạt nhân.
GV: Cho học sinh xem mô phỏng và giới thiệu sơ đồ nhà máy điện hạt nhân.
GV giới thiệu về sơ đồ và nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân.
HS: Trong nhà máy điện hạt nhân, bộ phận quan trọng nhất là lò phản ứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HS: Dùng năng lƣợng hạt nhân làm bốc hơi nƣớc, sau đó dùng hơi nƣớc để làm quay tua bin của máy phát điện.
GV: Trong nhà máy điện hạt nhân, bộ phận nào là quan trọng nhất?
GV: Làm thế nào để chuyển năng lƣợng hạt nhân thành năng lƣợng điện?
Hoạt động 5: Củng cố và định hướng nhiệm vụ bài mới.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
HS: Lắng nghe giáo viên tổng hợp Làm các bài tập trong phiếu học tập
GV: Tổng hợp kiến thức của bài học. Yêu cầu học sinh làm các bài tập trong phiếu học tập
KẾT LUẬN CHƢƠNG II
Trên cơ sở lí luận đƣợc trình bày ở chƣơng I, tác giả nhận thấy: Vật lí là một ngành khoa học thực nghiệm nghiên cứu các quy luật, các tính chất chung nhất của cấu trúc, sự tƣơng tác và chuyển động của vật chất. Nhận thức vật lí bắt đầu từ sự quan sát các hiện tƣợng vật lí, phân tích, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định tính và mặt định lƣợng của các hiện tƣợng và các đại lƣợng vật lí, dự đoán các hệ quả mới từ các lý thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu đƣợc vào thực tiễn. Do đó, việc quan sát trực quan các hiện tƣợng vật lý có một vai trò rất quan trọng trong việc đổi mới phƣơng pháp, nâng cao hiệu quả giảng dạy. Từ những lý luận đó, tác giả đã xây dựng tiến trình dạy
học một số bài phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” với sự hỗ trợ
của phần mềm mô phỏng theo hƣớng phát huy tính tích cực của học sinh. Cụ thể các bài nhƣ sau:
+ Bài 53: Phóng xạ
+ Bài 54: Phản ứng hạt nhân
+ Bài 56: Phản ứng phân hạch
Trong các bài soạn, tác giả đã làm cho nội dung các bài học mang tính trực quan hơn, dấu hiệu bản chất của các hiện tƣợng, quá trình vật lí đƣợc nhận biết dễ dàng hơn. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng đã bƣớc đầu đạt đƣợc những yêu cầu về đổi mới phƣơng pháp dạy học, phát huy tính tích cực của học sinh, từ đó nâng cao hiệu quả bài dạy.
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm.
3.1.1. Mục đích.
Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm (TNSP) là kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học mà đề tài đặt ra, cụ thể là kiểm tra hiệu quả của việc
sử dụng phần mềm mô phỏng vào dạy học phần kiến thức “Hạt nhân nguyên
tử - VL12 nâng cao”. Kết quả TNSP sẽ trả lời các câu hỏi:
+ Sử dụng phần mềm mô phỏng vào dạy học phần “Hạt nhân nguyên
tử - VL12 nâng cao” có góp phần phát huy tính tích cực trong hoạt động học tập của học sinh hay không?
+ Chất lƣợng học tập của học sinh trong quá trình học tập với sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng so với học tập bằng phƣơng pháp truyền thống nhƣ thế nào?
+ Sử dụng phần mềm mô phỏng trong dạy học phần “Hạt nhân nguyên
tử - VL12 nâng cao” có đƣợc giáo viên sử dụng thƣờng xuyên hay không? + Bài giảng đƣợc xây dựng với sự hỗ trợ của phân mềm mô phỏng có phù hợp với thực tế giảng dạy cũng nhƣ điều kiện cơ sở vật chất ở trƣờng phổ thông hiện nay hay không?
Trả lời các câu hỏi trên sẽ tìm ra những vấn đề còn thiếu sót của đề tài để từ đó kịp thời chỉnh lí, sửa chữa, bổ sung sao cho hoàn thiện, đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí và đổi mới phƣơng pháp dạy học ở trƣờng phổ thông hiện nay.
3.1.2. Nhiệm vụ.
- Khảo sát, điều tra cơ bản để lựa chọn các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng, chuẩn bị các thông tin và điều kiện cần thiết phục vụ cho công tác thực nghiệm sƣ phạm.
- Liên hệ, trao đổi thống nhất phƣơng án thực nghiệm với các GV tham gia thực nghiệm.
- Chuẩn bị tài liệu, giáo án, các phƣơng tiện dạy học cần thiết để thực hiện bài giảng nhƣ máy chiếu, máy vi tính có cài đặt sẵn phần mềm mô phỏng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thực hiện các giờ dạy thực nghiệm theo phƣơng án đã chuẩn bị.
- Kiểm tra thu thập thông tin, xử lý, phân tích kết quả thực nghiệm và đánh giá theo các tiêu chí. Từ đó nhận xét và rút ra kết luận về tính đúng đắn của giả thiết khoa học, tính khả thi của đề tài.
- Hoàn thiện, điều chỉnh, bổ sung tiến trình dạy học đã soạn thảo.