Trong chương 1, chỳng tụi đó hệ thống lại cơ sở lý luận về kiểm tra đỏnh giỏ núi chung cũng như cơ sở lý luận và kỹ thuật xõy dựng cỏc cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn. Trong đú, những vấn đề chỳng tụi đặc biệt quan tõm là:
+ Mục đớch, chức năng của việc kiểm tra, đỏnh giỏ. Vỡ mục đớch, chức năng của bài trắc nghiệm quyết định nội dung và hỡnh thức của bài trắc nghiệm.
+ Cỏch phỏt biểu mục tiờu dạy học và phõn loại mục tiờu dạy học.Vỡ để viết được một bài trắc nghiệm tốt cần định rừ được mục tiờu dạy học và viết cỏc cõu trắc nghiệm gắn chặt với cỏc mục tiờu này.
+ Để thấy được ưu điểm và nhược điểm của cỏc hỡnh thức kiểm tra, đỏnh giỏ; ở chương này chỳng tụi đó hệ thống lại cỏc phương phỏp kiểm tra, đỏnh giỏ; trong đú đặc biệt chỳ trọng tới cơ sở lý luận và kỹ thuật xõy dựng cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn cụ thể là:
- Ưu, nhược điểm của trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn.
- Cỏch tiến hành soạn thảo cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn. - Cỏch chấm bài, xử lý điểm, đỏnh giỏ kết quả bài trắc nghiệm đó soạn. - Cỏc chỉ số thống kờ để đỏnh giỏ độ tin cậy của bài trắc nghiệm.
Tất cả những điều trỡnh bày ở trờn, chỳng tụi vận dụng để xõy dựng cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn nhằm kiểm tra đỏnh giỏ chất lượng kiến thức chương "Hạt nhõn nguyờn tử " của học sinh lớp 12 THPT mà nội dung nghiờn cứu cụ thể sẽ được trỡnh bày ở chương sau.
Chương 2.
Soạn thảo hệ thống cõu trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn chương "Hạt nhõn nguyờn tử" ở lớp 12 - THPT
2.1. Đặc điểm cấu trỳc nội dung chương “ Hạt nhõn nguyờn tử” lớp 12 THPT
2.1.1. Đặc điểm nội dung chương “Hạt nhõn nguyờn tử”.
Đõy là một chương nằm ở cuối chương trỡnh Vật lớ lớp 12, gồm cú 6 tiết, trong đú cú 5 tiết lớ thuyết và một tiết bài tập. Nội dung chương này khỏ trừu tượng, nhiều kiến thức khú và khụng cú đồ dựng thớ nghiệm trong quỏ trỡnh giảng dạy. Hầu hết cỏc kiến thức trong chương khụng cú liờn quan tới cỏc kiến thức vật lớ mà học sinh đó được học trong chương trỡnh vật lớ THPT, vỡ vậy việc tiếp thu cỏc kiến thức trong chương của học sinh đũi hỏi sự sỏng tạo của giỏo viờn trong quỏ trỡnh giảng dạy.
Chương này đề cập tới những khỏi niệm, định luật sau:
1.Khỏi niệm về độ hụt khối, năng lượng liờn kết, năng lượng liờn kết riờng của hạt nhõn nguyờn tử. Khỏi niệm về hiện tượng phúng xạ, độ phúng xạ, phản ứng hạt nhõn, phản ứng phõn hạch và phản ứng nhiệt hạch.
2. Định luật phúng xạ, định luật bảo toàn số khối, định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng lượng toàn phần của phản ứng hạt nhõn.
Việc lĩnh hội và tiếp thu cỏc khỏi niệm và định luật trong chương sẽ giỳp học sinh trả lời cỏc cõu hỏi lớ thuyết, giải cỏc bài tập về hạt nhõn nguyờn tử.
2.1.2. Sơ đồ cấu trỳc chương “Hạt nhõn nguyờn tử”.
Để tỡm hiểu về hạt nhõn nguyờn tử, trong chương “Hạt nhõn nguyờn tử” SGK 12 THPT đề cập tới ba vấn đề chớnh
1. Cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử. 2. Hiện tượng phúng xạ. 3. Phản ứng hạt nhõn.
Hạt nhõn nguyờn tử nằm ở trung tõm của nguyờn tử, mang điện tớch dương và được xem như là một quả cầu nhỏ cú bỏn kớnh khoảng 10-15m. Hạt nhõn nguyờn tử được cấu tạo từ cỏc nuclon là proton (p) và nơtron (n). Số proton trong hạt nhõn bằng nguyờn tử số Z, tổng số proton Z và số nơtron N bằng số khối A của hạt nhõn. Cỏc nuclon trong hạt nhõn liờn kết với nhau bằng lực hạt nhõn, chớnh vỡ vậy giữa chỳng cú một năng lượng liờn kết giỳp cho hạt nhõn được bền vững. Để phỏ vỡ hạt nhõn cần tốn một năng lượng để thắng lực hạt nhõn. Hạt nhõn nguyờn tử được kớ
hiệu là A
ZX, cỏc hạt nhõn cú cựng số proton Z nhưng cú số khối A khỏc nhau được gọi là đồng vị.
Hiện tượng phúng xạ là một quỏ trỡnh diễn ra một cỏch tự phỏt của một số hạt nhõn khụng bền vững, hiện tượng này chỉ do cỏc nguyờn nhõn bờn trong gõy ra và hoàn toàn khụng chịu tỏc động của cỏc yếu tố thuộc mụi trường ngoài như nhiệt độ, ỏp suất. Trong chương đề cập tới ba loại tia phúng xạ: Tia an pha, Tia beta,Tia Gama.
Định luật phúng xạ mụ tả qui luật giảm của số hạt nhõn và khối lượng chất phúng xạ theo thời gian phúng xạ.
Độ phúng xạ đặc trưng cho sự phúng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phúng xạ nhất định. Độ phúng xạ của một lượng chất phúng xạ nhất định giảm dần theo thời gian theo qui luật hàm số mũ..
Phản ứng hạt nhõn là mọi quỏ trỡnh dẫn đến sự biến đổi hạt nhõn. Như vậy quỏ trỡnh phúng xạ chớnh là một phản ứng hạt nhõn. Phản ứng hạt nhõn được chia làm hai loại:
1. Phản ứng hạt nhõn tỏa năng lượng. 2. Phản ứng hạt nhõn thu năng lượng.
Phản ứng hạt nhõn tỏa năng lượng đó được con người quan tõm, nghiờn cứu và đó được ứng dụng trong nhà mỏy điện nguyờn tử.
Cú hai loại phản ứng hạt nhõn tỏa năng lượng là: Phản ứng phõn hạch và phản ứng nhiệt hạch. Từ phản ứng phõn hạch dẫn tới việc phỏt minh ra cỏc phản ứng phõn hạch dõy chuyền và ứng dụng của nú là nhà mỏy điện nguyờn tử. Phản ứng nhiệt hạch hiện nay đó đang được nghiờn cứu để ứng dụng vào thực tiễn
Như vậy chương “ hạt nhõn nguyờn tử” SGK vật lớ 12 nõng cao- xuất phỏt từ hạt nhõn nguyờn tử- đó mụ tả rừ nột cấu tạo của hạt nhõn và cỏc quỏ trỡnh dẫn đến sự biến đổi hạt nhõn, việc sử dụng năng lượng hạt nhõn vào phục vụ cuộc sống của con người. Ta cú sơ đồ:
2.2. Nội dung về kiến thức, kĩ năng học sinh cần đạt được sau khi học.
2.2.1. Nội dung kiến thức
2.2.1.1. Cỏc kiến thức về cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử.
- Cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử.
+ Hạt nhõn nguyờn tử được cấu tạo từ cỏc hạt nuclon. Cú hai loại nuclon là proton (p) và nơtron (n).
+ Nguyờn tử số Z bằng số proton trong hạt nhõn và bằng số electron ở lớp vỏ nguyờn tử. Hạt nhõn nguyờn tử Cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử Lực hạt nhõn Phản ứng phõn hạch Nhà mỏy điện nguyờn tử
Sơ đồ cấu trỳc nội dung chương “Hạt nhõn nguyờn tử”
Hiện tượng phúng xạ Phản ứng hạt nhõn Hạt nhõn của cỏc đồng vị Độ hụt khối Năng lượng Liờn kết hạt nhõn Cỏc loại tia phúng xạ Định luật phúng xạ Phản ứng nhiệt hạch Phản ứng dõy chuyền Tia anpha Tia Bờta Tia Gama
+ Kớ hiệu hạt nhõn nguyờn tử là A ZX .A
ZX .
- Đồng vị là những nguyờn tử mà hạt nhõn cú cựng số proton Z nhưng cú số nơtron N khỏc nhau.
- Lực hạt nhõn,
+ Lực hạt nhõn là lực hỳt giữa cỏc nuclon. + Lực hạt nhõn là lực tương tỏc mạnh.
+ Lực hạt nhõn cú bỏn kớnh tỏc dụng nhỏ,cở 10-15m. - Năng lượng liờn kết.
+ Độ hụt khối khi tạo thành một hạt nhõn A
ZX là m= Zmp + (A – Z)mn. + Năng lượng liờn kết hạt nhõn là năng lượng liờn kết giữa cỏc nuclon trong hạt nhõn: Wlk = mc2.
+ Năng lượng liờn kết riờng là năng lượng liờn kết tớnh cho một nuclon. Cụng thức tớnh năng lượng liờn kết riờng là wlk
A . Hạt nhõn cú năng lượng liờn kết riờng càng lớn thỡ càng bền vững.
2.2.1.2. Cỏc kiến thức hiện tượng phúng xạ.
* Định nghĩa và đặc điểm của hiện tượng phúng xạ
+ Hiện tượng phúng xạ là hiện tượng một hạt nhõn khụng bền vững, tự phỏt phõn ró, phỏt ra cỏc tia phúng xạ và biến đổi thành hạt nhõn khỏc.
+ Quỏ trỡnh phõn ró phúng xạ hoàn toàn khụng chịu sự tỏc động của cỏc yếu tố thuộc mụi trường ngoài như nhiệt độ, ỏp suất.
*Cỏc tia phúng xạ. Cú 3 loại tia phúng xạ: + Tia anpha ( kớ hiệu )
+ Tia beeta ( kớ hiệu ). + Tia gama ( Kớ hiệu ).
* Tớnh chất chung của cỏc tia phúng xạ: Kớch thớch một số phản ứng húa học, làm ion húa khụng khớ, làm đen kớnh ảnh, xuyờn thấu lớp vật chất mỏng và phỏ hủy tế bào.
* Bản chất cỏc loại tia phúng xạ.
- Tia anpha: Là cỏc hạt nhõn nguyờn tử Heli ( Kớ hiệu 4
2He), được phúng ra từ hạt nhõn với tốc độ cỡ 2.107m/s.
- Tia beeta:
+ Được phúng ra từ hạt nhõn với tốc độ xấp xỉ vận tốc ỏnh sỏng.
+ Cú hai loại tia Bờta:
- Tia Gama: Là một súng điện tử cú bước súng rất ngắn, dưới 10-11m. * Định luật phúng xạ.
- Chu kỡ bỏn ró của một chất phúng xạ (T): Là khoảng thời gian mà sau đú một nửa số hạt nhõn hiện cú bị phõn ró, biến đổi thành hạt nhõn khỏc.
- Hằng số phúng xạ đặc trưng cho từng loại chất phúng xạ. Cụng thức:
2
Ln T
- Qui luật giảm của số hạt nhõn và khối lượng chất phúng xạ theo thời gian:
0 t NN e . 0 t mm e
- Định luật phúng xạ: Trong quỏ trỡnh phõn ró, số hạt nhõn phúng xạ giảm dần theo thời gian theo định luật hàm số mũ.
* Độ phúng xạ ( Kớ hiệu H)
- Độ phúng xạ của một lượng chất phúng xạ là đại lượng đặc trưng cho tốc độ phõn ró của lượng chất ấy và được đo bằng số phõn ró trong 1 giõy.
- Đơn vị: Bq; Ci. 1Ci = 3,7.1010 Bq .
- Cụng thức tớnh độ phúng xạ của một lượng chất phúng xạ : H= N. - Qui luất giảm của độ phúng xạ : H= H0e-t.
2.2.1.3.Cỏc kiến thức về phản ứng hạt nhõn.
* Phản ứng hạt nhõn :
- Phản ứng hạt nhõn là mọi quỏ trỡnh dẫn đến sự biến đổi hạt nhõn. - Phương trỡnh tổng quỏt của phản ứng hạt nhõn : A+ B C + D.
* Phản ứng hạt nhõn nhõn tạo : Là cỏc phản ứng hạt nhõn do con người gõy ra. * Cỏc định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhõn :
Tia bờta trừ: là dũng cỏc electron phúng ra từ hạt nhõn 01e
Tia bờta cộng: là dũng cỏc pụzitron phúng ra từ hạt nhõn 0 1e
- Định luật bảo toàn điện tớch.
- Định luõt bảo toàn năng lượng toàn phần. - Định luật bảo toàn động lượng.
* Năng lượng của phản ứng hạt nhõn : A+ B C + D. - Năng lượng của phản ứng : W= (mA + mB – mC –mD)c2.
- Nếu W> 0 phản ứng được gọi là phản ứng hạt nhõn tỏa năng lượng. - Nếu W< 0 phản ứng được gọi là phản ứng hạt nhõn thu năng lượng. * Hai loại phản ứng hạt nhõn tỏa năng lượng..
▪ Phản ứng phõn hạch của U235 : 1 235 ' 1 0 92 ' 0 A A Z Z n U X Y k n
Đặc điểm của phản ứng : Mỗi phản ứng tỏa ra năng lượng khoảng 200MeV và sinh ra 2 đến 3 nơtron.
- Phản ứng phõn hạch dõy chuyền :
- Là phản ứng phõn hạch mà số phõn hạch tăng lờn nhanh trong một thời gian ngắn. - Nguyờn nhõn : Do số nơtron sinh ra sau mỗi phõn hạch lại cú thể bị hấp thụ hạt nhõn U235 khỏc ở cạnh đú, và cứ thế, sự phõn hạch diễn ra thành dõy chuyền. - Điều kiện để xảy ra phản ứng phõn hạch dõy chuyền :
+ Hệ số nhõn nơtron : Là số nơtron trung bỡnh k cũn lại sau mỗi phõn hạch. + Điều kiện để phản ứng phõn hạch dõy chuyền xảy ra là k1.
Khối lượng tới hạn mh là khối lượng tối thiểu của nhiờn liệu phõn hạch đẻ đảm bảo cho phản ứng dõy chuyền xảy ra.
- Lũ phản ứng hạt nhõn :
+Là một thiết bị mà trong đú, phản ứng phõn hạch dõy chuyền tự duy trỡ, cú điều khiển..
+ Nhiờn liệu trong lũ phản ứng là U235 hoặc Pu239.
+ Để đảm bảo k=1, trong lũ dựng cỏc thanh điều khiển chưa Bo hay Cadimi, là cỏc chất hấp thụ nơtron.
+ Năng lượng tạo ra từ lũ phản ứng hạt nhõn khụng đổi theo thời gian. - Nhà mỏy điện hạt nhõn : Biến đổi năng lượng hạt nhõn thành điện năng. ▪ Phản ứng nhiệt hạch.
- Là sự tổng hợp hai hạt nhõn nhẹ thành hạt nhõn nặng hơn. - Đặc điểm của phản ứng nhiệt hạch :
+ Chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao. từ 107 đến 108 K.
+ Cựng một lượng nhiờn liệu, phản ứng nhiệt hạch tỏa ra một năng lượng lớn hơn phản ứng phõn hạch rất nhiều.
- Phản ứng nhiệt hạch trong vũ trụ : Nguồn gốc năng lượng của mặt trời và cỏc sao là do phản ứng nhiệt hạch sinh ra.
- Thực hiện phản ứng nhiệt hạch trờn trỏi đất : Con người chỉ thực hiện được phản ứng nhiệt hạch trờn trỏi đất dưới dạng khụng kiểm soỏt được, đú là sự nổ của bom nhiệt hạch.
2.2.2. Cỏc kĩ năng cơ bản học sinh cần rốn luyện.
- Kĩ năng đổi đơn vị của năng lượng từ MeV sang eV hoặc đơn vị Jun. - kĩ năng vận dụng cỏc kiến thức toỏn học như lũy thừa, loogarit….
- kĩ năng phỏn đoỏn, suy luận giải một số dạng bài tập vật lớ của chương, cụ thể : + Bài tập về tớnh năng lượng và năng lượng liờn kết riờng của hạt nhõn. + Bài tập về tớnh số hạt nhõn, khối lượng chất phúng xạ cũn lại hoặc đó phõn ró tại thời điểm t.
+ Tớnh độ phúng xạ, hằng số phúng xạ
+ Tớnh tuổi của mẫu chất phúng xạ, chu kỡ bỏn ró của chất phúng xạ. + Tớnh năng lượng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng hạt nhõn.
+ Tớnh động năng, vận tốc, gúc giữa phương chuyển động của cỏc hạt tham gia và tạo thành trong phản ứng hạt nhõn.
- Kĩ năng biểu diễn vộc tơ động lượng của cỏc hạt trong phản ứng hạt nhõn. 2.3. Soạn thảo hệ thống cõu hỏi theo phương phỏp trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn cho chương“Hạt nhõn nguyờn tử” Lớp 12 THPT.
Ở đõy chỳng tụi muốn soạn thảo một hệ thống cõu hỏi theo phương phỏp trắc nghiệm khỏch quan nhiều lựa chọn cho chương “Hạt nhõn nguyờn tử”, mỗi cõu hỏi cú bốn lựa chọn trong đú cú một lựa chọn đỳng. Cỏc mồi được xõy dựng dựa trờn sự phõn tớch cỏc sai lầm phổ biến của học sinh sau khi học xong chương hạt nhõn nguyờn tử.
trong khi học hoặc sau khi học xong chương “Hạt nhõn nguyờn tử” . Tựy thuộc vào mục đớch kiểm tra mà giỏo viờn lựa chọn số lượng và cõu hỏi cụ thể sao cho phự hợp. Thậm chớ cú thể dựng hệ thống cõu hỏi như là cỏc bài tập giao cho học sinh, giỳp họ tự kiểm tra, đỏnh giỏ kết quả học tập của bản thõn sau khi học xong cỏc kiến thức về hạt nhõn nguyờn tử.
Nghiờn cứu về cỏch phõn loại cỏc hoạt động nhận thức, vận dụng vào phạm vi nghiờn cứu của đề tài, chỳng tụi chỉ quan tõm đến ba trỡnh độ tri thức : nhận biết, hiểu và vận dụng.
2.3.1. Bảng ma trận hai chiều
Nội dung kiến thức cơ bản của chương cú thể chia làm ba nhúm: Nhúm cỏc kiến thức về cấu tạo hạt nhõn nguyờn tử, nhúm kiến thức về hiện tượng phúng xạ và nhúm cỏc kiến thức về phản ứng hạt nhõn. . NHẬN BIẾT ( Nhớ) HIỂU ( Áp dụng tỡnh huống quen thuộc) VẬN DỤNG ( Vận dụng linh hoạt để giải quyết vấn đề mới) A. Cấu tạo hạt nhõn và năng lượng liờn kết - Nhớ hạt nhõn được cấu tạo bởi cỏc proton và nơtron. - Nhớ đồng vị là cỏc hạt nhõn cú cựng số proton Z nhưng cú số khối A khỏc nhau - Nhớ lực hạt nhõn là lực liờn kết giữa cỏc nuclon và cụng thức tớnh bỏn kớnh - Nhận ra số proton