Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12

Sơ đồ 2.1. Cấu trúc nội dung chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12

HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

Cấu tạo hạt nhân Phản ứng hạt nhân

Cấu tạo Kích thước hạt nhân Phản ứng nhiệt hạch Có tương tác Không có tương tác (Phóng xạ) Định nghĩa Các định luật bảo toàn được áp dụng Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Lực hạt nhân Độ hụt khối, năng lượng liên kết Đồng vị Phản ứng phân hạch

24

2.2. Xây dựng tài liệu và hƣớng dẫn học sinh tự học theo môđun chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý 12

2.2.1. Mục tiêu dạy học của chương

Kiến thức: HS nêu được:

- Cấu tạo hạt nhân nguyên tử, kí hiệu hạt nhân và đơn vị khối lượng nguyên tử - Lực hạt nhân, đặc điểm của lực hạt nhân

- Độ hụt khối của hạt nhân và năng lượng liên kết hạt nhân.

- Phản ứng hạt nhân là gì? Vận dụng được các định luật bảo toàn (số khối, điện tích, động lượng và năng lượng toàn phần) trong phản ứng hạt nhân.

- Hiện tượng phóng xạ là gì? Thành phần và bản chất của tia phóng xạ. Nội dung và hệ thức của định luật phóng xạ.

- Phản ứng phân hạch là gì? Phản ứng phân hạch dây chuyền là gì? Nêu các điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy ra.

- Phản ứng nhiệt hạch là gì? Nêu điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra. Ưu điểm của năng lượng do phản ứng nhiệt hạch tỏa ra?

Kĩ năng

- Xác định được tên nguyên tố bằng cách tính được số prôtôn và nơtron. - Vận dụng thành thạo công thức tính độ hụt khối và năng lượng liên kết. - Viết được phương trình phản ứng hạt nhân và tính được năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân.

- Vận dụng các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân để giải bài tập (đặc biệt là định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng toàn phần).

- Vận dụng được định luật phóng xạ và khái niệm độ phóng xạ để giải các bài tập.

Thái độ

Để HS có thể tự học có hiệu quả, GV cần rèn luyện cho HS:

- Có lòng đam mê nghiên cứu khoa học, có hứng thú trong việc tìm hiểu các hiện tượng Vật lý, và liên hệ giữa lý thuyết với thực tiễn.

25

- Có tinh thần và ý thức cộng tác cùng học đồng thời biết bảo vệ quan điểm, nhận thức đúng đắn của bản thân.

- Ủng hộ những ứng dụng của hạt nhân nguyên tử vào mục đích hòa bình, phục vụ cuộc sống con người (ví dụ: nhà máy điện hạt nhân...) và phản đối, đấu tranh khi nó được sử dụng để chống lại loài người.

2.2.2. Tài liệu hướng dẫn học sinh tự học theo môđun chương “Hạt nhân nguyên tử” Vật lý lớp 12 nguyên tử” Vật lý lớp 12

Tài liệu này chúng tôi xây dựng theo cấu trúc thành 7 môđun. Ở mỗi môđun, chúng tôi trình bày các vấn đề:

- Mục tiêu học sinh cần đạt được sau khi tự học

- Tài liệu chính học sinh cần đọc

- Hệ thống câu hỏi hướng dẫn học sinh tự học

- Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức

- Câu trả lời và nội dung kiến thức chính cần ghi nhận (Thông tin phản hồi của giáo viên)

- Bài tập kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

- Bài tập áp dụng

Hệ thống các môđun

Môđun 1: Tính chất và cấu tạo hạt nhân nguyên tử

Môđun 2: Năng lượng của hạt nhân

Môđun 3: Phản ứng hạt nhân

Môđun 4: Phóng xạ

Môđun 5: Phản ứng phân hạch

Môđun 6: Phản ứng nhiệt hạch

Môđun 7: Tổng kết chương “Hạt nhân nguyên tử”

MÔĐUN 1: TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ A. Mục tiêu học sinh cần đạt đƣợc sau khi tự học

Về kiến thức

26

- Nêu được các đặc trưng cơ bản của prôtôn và nơtron. - Biết kí hiệu hạt nhân.

- Định nghĩa được khái niệm đồng vị.

- Nêu được những đặc tính của lực hạt nhân.

Về kĩ năng

- Viết đúng kí hiệu hạt nhân nguyên tử.

- Từ kí hiệu hạt nhân nguyên tử đọc được cấu tạo của nó.

B. Tài liệu chính học sinh cần đọc

- Vật lý 12 – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 176 đến hết trang 177). - Vật lý 12 nâng cao – Nxb giáo dục – 2011 (trang 262 đến trang 263).

- Tham khảo thêm vấn đề “Tính chất và cấu tạo hạt nhân nguyên tử” ở các nguồn tài liệu khác và ở các trang web liên quan (ví dụ: thuvienvatly.com; phys.hnue.edu.vn; vatliphothong.com;....).

C. Hệ thống câu hỏi hƣớng dẫn học sinh tự học

Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:

Phiếu học tập (số 1)

1. Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo và kích thước như thế nào? 2. Nêu cách kí hiệu hạt nhân?

3. Hãy nêu cấu tạo hạt nhân của các nguyên tử: ¹⁶₈O và ²³⁸₉₂U? 4. Đồng vị là gì? Cho ví dụ.

5. Thế nào là lực hạt nhân? Lực hạt nhân có các đặc điểm gì? Bán kính tác dụng của lực hạt nhân?

D. Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức

Sau khi học sinh đọc tài liệu và tự trả lời các câu hỏi ở trên, các em sẽ tự kiểm tra kiến thức của mình bằng hệ thống các câu hỏi sau:

Bài kiểm tra lần 1 Câu 1. Tìm kết luận Sai về cấu tạo hạt nhân

A. Hạt nhân được cấu tạo từ các nuclôn. B. Hạt nhân có số nuclôn bằng số khối A.

27

Câu 2. Tìm phát biểu Sai về hạt nhân nguyên tử

A. Hạt nhân của nguyên tố thứ Z trong bảng tuần hoàn có Z proton; B. Số nơtrôn bằng số khối A;

C. Lớp vỏ electrôn của nguyên tố thứ Z có Z electrôn quay quanh hạt nhân; D. Số khối A bằng tổng Z prôtôn và N nơtrôn.

Câu 3. So với hạt nhân 29

14Si, hạt nhân 40

20Ca có nhiều hơn

A. 11 nơtrôn và 6 prôtôn B. 6 nơtrôn và 5 prôtôn. C. 5 nơtrôn và 6 prôtôn D. 5 nơtrôn và 12 prôtôn

Câu 4. Tìm phát biểu sai về hạt nhân nguyên tử 2 3 1 1Na

A. Hạt nhân Na có 11 nuclôn; B. Số nơtrôn là 12 ; C. Số proton là 11 ; D. Số nuclôn là 23.

Câu 5. Đồng vị là các nguyên tử có:

A. Cùng số khối A nhưng số prôtôn Z và số nơtron N khác nhau; B. Cùng số prôtôn Z, khác số khối A;

C. Cùng số nơtrôn N, khác số prôtôn Z; D. Cùng số prôtôn Z và số nơtron N.

Câu 6. Biết N_A = 6,02.10²³ mol^-1. Trong 59,50 g 238

92U có số nơtron xấp xỉ là A. 2,38.10²³; B.2,20.10²⁵; C. 1,19.10²⁵; D. 9,21.10²⁴.

Câu 7. Chọn câu đúng

A. Nguyên tử gồm một hạt nhân ở giữa và các electron quay xung quanh B. Một hạt nhân nguyên tử luôn luôn có hai loại hạt là prôtôn và nơtrôn; C. Ở trạng thái bình thường nguyên tử trung hoà về điện;

D. Cả A, B, C đều đúng.

Câu 8. Chọn câu sai

A. Prôtôn trong hạt nhân nguyện tử mang điện tích dương +e; B. Nơtrôn trong nguyên tử mang điện tích âm –e;

C. Tổng số prôtôn và nơtrôn trong nguyên tử gọi là số khối; D. Cả A, B, C đều sai.

28

Câu 9. Viết ký hiệu của hai hạt nhân chứa 2p, 2n và 3p, 4n:

A. ₂²X,⁴₃Y B. ₂⁴X,⁷₃Y

C. X 3Y

7 2

4 , D. ₁²X,³₁Y

Câu 10. Nơtrôn là hạt sơ cấp

A. Không mang điện; B. Mang điện tích âm;

C. Mang điện tích dương; D. Có tên gọi khác là hạt nơtrinô.

E. Câu trả lời và nội dung kiến thức chính cần ghi nhận (Thông tin phản hồi của giáo viên)

Vấn đề Nội dung

1. Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo và kích thước như thế nào?

I. Cấu tạo hạt nhân 1. Cấu tạo hạt nhân

- Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các hạt rất nhỏ gọi là các nuclôn.

- Nuclôn gồm có hai loại: prôtôn và nơtron.

 Prôtôn: kí hiệu p, mang điện tích nguyên tố dương +e, có khối lượng m_p=1,67262.10^-27 kg.

 Nơtron: kí hiệu n, không mang điện, khối lượng m_n=1,67493.10^-27 kg.

- Số prôton (p) trong hạt nhân bằng Z (bằng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn Men-đê-le-ép); Z gọi là nguyên tử số.

- Số nơtron (n) trong hạt nhân bằng N - Số nuclôn: Z + N = A; A gọi là số khối.

 Kích thước hạt nhân: Coi như hình cầu có bán kính R , . A3m 1 15 10 2 1 ^  . (A: số khối )

29

3. Hãy nêu cấu tạo hạt nhân của các nguyên tử 16O 8 và 238U 92 ? 4. Đồng vị là gì? Cho ví dụ. 5. Thế nào là lực hạt nhân? Lực hạt nhân có các đặc điểm gì? Bán kính tác dụng của lực hạt nhân? 2. Kí hiệu hạt nhân X A

Z hoặc ^AXhoặc XA.

Trong đó: X: kí hiệu nguyên tố hóa học; A: số khối; Z : nguyên tử số.

VD: ²³⁸₉₂U hoặc ²³⁸U hoặc U238. Tương tự ta có:

O

16

8 : có 8 prôtôn, Z = 8số nơtron là: N=A – Z = 16 – 8 = 8 U 238 92 : có 92 prôtôn, Z = 92số nơtron là: N=A – Z = 238 – 92 = 146. 3. Đồng vị - là những nguyên tố có cùng số Z, khác số A, nghĩa là cùng số prôtôn, khác số nơtron.

VD: Hiđrô có 3 đồng vị; Hiđrô thường

H

1

1 ; đơteri ₁²H (hay ²₁D) và triti ₁³H (hay ³₁T).

II. Lực hạt nhân

- Lực hạt nhân: là lực hút giữa các nuclon.

- Đặc điểm của lực hạt nhân:

 Không phải là lực tĩnh điện, nó không phụ thuộc vào điện tích của nuclôn.

 Có cường độ rất lớn (còn gọi là lực tương tác mạnh) so với lực điện từ và lực hấp dẫn.

 Có bán kính tác dụng vào cỡ kích thước hạt nhân, khoảng 10-15m. (ngoài phạm vi kích thước hạt nhân thì lực hạt nhân giảm nhanh xuống không).

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

D B C A B B D B B A

F. Bài tập học sinh tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

Sau khi đọc thông tin phản hồi từ giáo viên, học sinh tiếp tục làm bài kiểm tra thứ 2 để tự đánh giá được kết quả học tập của bản thân.

Bài kiểm tra lần 2 Câu 1. So với hạt nhân ₂₀⁴⁰Ca, hạt nhân ₂₇⁵⁶Co có nhiều hơn

A. 7 notron và 9 proton; B. 11 notron và 16 proton; C. 9 notron và 7 proton; D. 16 notron và 11 proton.

Câu 2. Hạt nhân ²¹⁰₈₄Pogồm:

A. 84 protôn và 126 nơtrôn; B. 84 protôn và 210 nơtrôn; C. 84 nơtrôn và 126 protôn ; D. 84 nơtrôn và 210 protôn.

Câu 3. Biết số Avôgađrô N_A = 6,02.10²³ hạt/mol và khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó. Số prôtôn (prôton) có trong 0,27 gam ₁₃²⁷Al là

A. 6,826.10²²; B. 8,826.10²²; C. 9,826.10²²; D. 7,826.10²².

Câu 4. Tìm số proton và số nơtrôn của hạt nhân vàng 197 79Au A. 197p và 118n ; B. 79p và 118n ; C. 118pvà 97n ; D. 79p và 197n ;

Câu 5. Hạt prôtôn và hạt nơtron trong hạt nhân

A. Không tương tác nhau; B. Hút nhau;

C. Đẩy nhau; D. Có thể hút hoặc đẩy nhau.

Câu 6. Nguyên tử hiđrô (₁¹H ) có các đồng vị

A. ₁²D; B. ₂³He; C. ³₁T; D. Cả A và C.

Câu 7. Biết số Avôgađrô là 6,02.1023 nguyên tử/mol, khối lượng mol của urani

U

238

92 là 238 g/mol. Số nơtrôn (nơtron) trong 119 gam urani U 238 là

31

Câu 8. Tìm câu đúng trong số các câu dưới đây

A. Hạt nhân nguyên tử nào cũng gồm các prôtôn và nơtron, số prôtôn luôn luôn bằng số nơtron và bằng số êlectron;

B. Hạt nhân nguyên tử có đường kính vào cỡ phần nghìn lần đường kính của nguyên tử.

C. Hạt nhân nguyên tử có điện tích bằng tổng điện tích của các prôtôn trong nguyên tử;

D. Hạt nhân nguyên tử có khối lượng bằng tổng khối lượng của tất cả các nuclôn và các êlectron trong nguyên tử.

Câu 9. Tìm số nguyên tử N₀ có trong m₀ = 200g chất Iôt phóng xạ ¹³¹₅₃I. (Biết số Avôgađrô là 6,02.1023

/mol)

A. N₀ = 9,19.10²¹; B. N₀ = 9,19.10²²; C. N₀ = 9,19.10²³; D. N₀ = 9,19.10²⁴.

Câu 10. Trong hạt nhân, bán kính tác dụng của lực hạt nhân khoảng

A. 10^-15 m; B. 10^-13 m; C. 10^-19 m; D. 10^-27 m.  Đáp án bài kiểm tra lần 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

C A D B A D C C C A

G. Bài tập áp dụng (Phụ lục 6)

Bài 1.1; 1.5.

MÔĐUN 2: NĂNG LƢỢNG CỦA HẠT NHÂN A. Mục tiêu học sinh cần đạt đƣợc sau khi tự học

Về kiến thức

- Viết được hệ thức Anh – xtanh

- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của độ hụt khối của hạt nhân.

- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân.

32

Về kĩ năng

- Sử dụng các bảng đã cho trong SGK, tính được năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân.

B. Tài liệu chính học sinh cần đọc

- Vật lý 12 – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 178, 179, 181, 182, 183, 184). - Vật lý 12 nâng cao – Nxb Giáo dục – 2011 (trang 257,258, 264, 265).

- Tham khảo thêm vấn đề “Năng lượng của hạt nhân” ở các nguồn tài liệu khác và ở các trang web liên quan (ví dụ: thuvienvatly.com; phys.hnue.edu.vn; vatliphothong.com;....).

C. Hệ thống câu hỏi hƣớng dẫn học sinh tự học

Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:

Phiếu học tập (số 1)

1. Nêu hệ thức Anh – xtanh về khối lượng và năng lượng? Viết hệ thức đó trong trường hợp vật chuyển động với vận tốc v?

2. Độ hụt khối của hạt nhân là gì?

3. Năng lượng liên kết của hạt nhân là gì? 4. Thế nào là năng lượng liên kết riêng? 5. Thế nào là đơn vị khối lượng nguyên tử?

6. Có mấy cách dùng đơn vị khối lượng cho hạt nhân nguyên tử? Nêu cách chuyển đổi giữa các đơn vị đo.

D. Bài tập học sinh tự kiểm tra kiến thức

Sau khi học sinh đọc tài liệu và tự trả lời các câu hỏi ở trên, các em sẽ tự kiểm tra kiến thức của mình bằng hệ thống các câu hỏi sau:

Bài kiểm tra lần 1

Câu 1. Tìm phát biểu sai về độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân

A. Giả sử Z prôtôn và N nơtrôn lúc đầu chưa liên kết với nhau và đứng yên. Tổng khối lượng của chúng là m_o = Zm_p + Nm_n.

B. Khi hạt nhân đã hình thành có khối lượng m nhỏ hơn m₀, ta có độ hụt khối của hạt nhân này : m = m₀ – m .

33

C. Tương ứng với độ hụt khối là năng lượng liên kết E = m. c² do đó năng lượng không bảo toàn.

D. Năng lượng E tỏa ra dưới dạng động năng của hạt nhân hoặc năng lượng tia  .

Câu 2.Hạt nhân có độ hụt khối càng lớn thì :

A. Càng dễ phá vỡ B. Càng bền

C. Năng lượng liên kết lớn D. B, C đúng

Câu 3. Độ hụt khối của hạt nhân Hêli ₂⁴Helà 0,03038u. Cho 1u=931,5MeV/c2. Hỏi năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Hêli là bao nhiêu?

A. 7,0747 MeV; B. 7,1747 MeV;

C. 7,2747 MeV; D. 7,3747 MeV

Câu 4. Đơn vị khối lượng nguyên tử được xác định bằng:

A. Khối lượng của một nguyên tử hydro;

B. 1/12 khối lượng của một nguyên tử cacbon ¹²₆C; C. Khối lượng của một nguyên tử cacbon;

D. Khối lượng của một prôtôn.

Câu 5. Một vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ:

A. E = mc B. E = hf; C. E = mc²/2; D. E = mc².