SKKN Nghiên cứu, vận dụng phương pháp dạy học theo lý thuyết phát triển bài tập vật lí xây dựng các dạng bài tập vật lí hạt nhân (ban cơ bản ) 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÍ HẠT NHÂN (BAN CƠ BẢN ) Người thực hiện Dương Thị Hương Chức vụ Giáo viên Đơn vị công tác Trường PT Nguyễn Mộng Tuân SKKN thuộc lĩnh vực Môn Vật[.]
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TR ƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN
TÊN ĐỀ TÀI
DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ
(BAN CƠ BẢN )
Người thực hiện: Dương Thị Hương Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường PT Nguyễn Mộng Tuân SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật lí
THANH HOÁ NĂM 2016
Trang 2MỤC LỤC
II.NỘI DUNG
II.2 Thực trạng học sinh làm bài tập Vật lý ở trường THPT Nguyễn
III.1.SỬ DỤNG LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ
III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT
III.2.1 Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ bài tập vật lí hạt nhân” theo
III.2.3 Phát triển các bài tập cơ bản theo lý thuyết phát triển BTVL 8
III.2.4 Các dạng bài tập được phát triển từ bài tập cơ bản 10
III.3.2 Về kết quả kiểm tra đánh giá thực nghiệm sư phạm 13
Trang 3DANH MỤC VIẾT TẮT
Trang 4I- M Ở ĐẦU I.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Có thể nói phân dạng trong các chương của sách vật lý 12 đã được khá nhiều tác
giả biên soạn vì nó thiết thực và giúp được nhiều cho học sinh để tham khảo dùng
làm tài liệu ôn thi kì thi quốc gia Tuy nhiên chỉ bám sát Sách giáo khoa dẫn tới
việc có nhiều dạng toán trong đề thi có mà Sách giáo khoa không có mà ta phải suy
luận, việc phân dạng bài tập trong từng chương đòi hỏi người giáo viên phải có
kiến thức tổng hợp xuyên suốt của chương đó và điều đó đã làm cụ thể hóa lượng
kiến thức trong chương đó giúp học sinh tiếp cận nhanh và nhớ được lâu lượng
kiến thức này
Đối với học sinh có học lực yếu, đặc biệt kiến thức căn bản về đổi đơn vị, biến đổi
biểu thức còn hạn chế nên để làm một bài tập các em gặp rất nhiều khó khăn, qua
thực tế dạy dỗ tôi nhận thấy, việc nhớ công thức để tính toán thì không khó đối với
các em nhưng việc biến đổi biểu thức, tính toán đến kết quả cuối cùng thì rất khó
đối với các em
Các kiến thức ở sách giáo khoa rất căn bản, tuy nhiên do hạn chế về suy luận nên
khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết làm
thế nào? Để giúp học sinh có thể nắm bắt được các dạng bài tập có trong sách giáo
khoa và đề thi quốc gia nên tôi đã chọn đề tài : NGHIÊN CỨU, VẬN DỤNG PHƯƠNG
nghiên cứu của mình với mong muốn các em sẽ nắm vững hơn về các dạng bài tập
của chương IX.Tuy đề tài chỉ nằm trong một phạm vi rất nhỏ trong tổng thể chương
trình vật lí lớp 12 nhưng hy vọng giúp đỡ học sinh nắm vững dạng bài tập cơ bản
xuất hiện trong các đề thi quốc gia gần đây về “Bài tập vật lí hạt nhân” Tôi rất
mong được sự nhận xét của quý lãnh đạo, đồng nghiệp để tôi hoàn thiện hơn sáng
kiến kinh nghiệm của mình Tôi xin chân thành cảm ơn!
I.2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
1 Phân loại và hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lí 12 chương IX
2 Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 12 Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân Đông
Sơn
I.3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Kết thúc chương IX môn Vật lí lớp 12 để thực hiện việc dạy - học theo phương
pháp đổi mới đạt hiệu quả cao thì đòi hỏi giáo viên phải nghiên cứu, tìm tòi để để
đưa ra được những phương pháp giảng dạy có hiệu quả nhằm hướng dẫn học sinh
biết phân loại, nắm vững phương pháp làm các bài tập liên quan đến bài tập vật lí
hạt nhân xuất hiện trong các đề thi quốc gia gần đây
I.4.NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển bài tập Vật lý
Trang 5- Xây dựng các dạng bài tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển bài tập chương “Vật lí
hạt nhân ” Vật lý 12 (ban cơ bản)
- Thực nghiệm sư phạm các phương án dạy học đã thiết kế
I.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :
Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau :
- Phương pháp điều tra giáo dục
- Phương pháp quan sát sư phạm
- Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh
- Phương pháp mô tả
- Phương pháp vật lý
II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
II.1.Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu
Đối với môn vật lý ở trường phổ thông, bài tập vật lý đóng một vai trò hết sức
quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lý là một hoạt động dạy học,
một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên vật lý
trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh, vì thế đòi hỏi người giáo viên
và cả học sinh phải học tập và lao động không ngừng Bài tập Vật lý sẽ giúp học
sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lý, những hiện tượng vật lý Thông qua các bài
tập ở các dạng khác nhau tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến
thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những
kiến thức đó mới trở nên sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của học sinh
Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh
phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát
hoá để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp giải quyết giúp phát triển tư duy và sáng
tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy luận Nên bài tập Vật lý gây
hứng thú học tập cho học sinh
II.2 Thực trạng học sinh làm bài tập Vật lý ở trường THPT Nguyễn Mông
Tuân Đông Sơn
II.2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường :
- Trường PT Nguyễn Mông Tuân có cơ sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy
tương đối tốt, phòng học khang trang, sạch đẹp có phòng thí nghiệm nhưng dụng cụ
thí nghiệm sử dụng ít thành công vì đồ dùng thí nghiệm chất lượng thấp cũng là
một hạn chế để học sinh có thể nắm bắt những hiện tượng Vật lí
-Trường PT Nguyễn Mông Tuân tuyển học sinh đầu vào có chất lượng rất thấp, đa
phần là học sinh có học lực tương đối yếu, mất căn bản dẫn tới khi học các môn
Khoa học thực nghiệm như môn Vật lí các em thường chán nản và học đối phó, các
bài tập mang tính suy luận do vậy các em gặp rất nhiều khó khăn
-Đội ngũ giảng dạy môn Vật lí ở trường khá trẻ, thâm niên trong nghề chưa cao,
nên việc học hỏi từ đồng nghiệp còn hạn chế, phải dạy kiêm nhiệm thêm môn công
nghệ nên thời gian đầu tư chuyên môn chưa nhiều Tuy nhiên với sức trẻ toàn bộ
Trang 6giáo viên môn Vật lí trong trường không ngừng học hỏi, trau dồi chuyên môn đó là
một thuận lợi lớn cho bộ môn Vật lí
II.2.2 Thực trạng của việc hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lí chương IX ở
lớp.
- Trong chương IX : Vật lí hạt nhân là một khái niệm khá quen thuộc đối với học
sinh, tuy nhiên bản chất các phản ứng hạt nhân thì các em lại khá mơ hồ, song
bằng việc cho các em quan sát những thí nghiệm mô phỏng trên máy tính thì các
em dần dần đã hình dung được các đặc tính và phản ứng hạt nhân
- Về kỹ năng học sinh: Do có học lực yếu việc nắm vững được những khái niệm,
công thức tính như: năng lượng phản ứng ,năng lượng liên kết , động năng ,vận tốc
đã là khó đối với các em nên việc suy luận mở rộng để làm những bài tập trong
các đề quốc gia lại càng khó hơn Trước thực trạng đó tôi nhận thấy phải hướng
dẫn các em trước hết phải nắm vững hiện tượng sau đó là kiến thức căn bản trong
sách giáo khoa cung cấp, sau đó từ từ đưa các dạng bài toán và ví dụ thực tế trong
đề thi cho các em làm quen
- Trong quá trình giảng dạy môn Vật lí nếu giáo viên thường sử dụng phương pháp
chia nhóm để học sinh thảo luận và tìm ra kết quả cho câu hỏi và giáo viên thường
kết luận đúng, sai và không hướng dẫn gì thêm, việc giảng dạy Vật lý nhất là bài
tập vật lí như thế sẽ không đạt được kết quả cao, vì trong lớp có các đối tượng học
sinh khá, trung bình, yếu, kém nên khả năng tư duy của các em rất khác nhau, đối
với học sinh yếu, kém hay trung bình không thể tư duy kịp và nhanh như học sinh
khá, nên khi thảo luận các em chưa thể kịp hiểu ra vấn đề và nhất là khi thảo luận
nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian hoặc thi xem nhóm nào đưa ra kết quả nhanh
nhất thì thường các kết quả này là tư duy của các học sinh khá trong nhóm mà
không có sự cộng tác của toàn bộ thành viên trong nhóm, vì thế nếu giáo viên
không chú trọng đến việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải bài tập Vật lí thì
học sinh sẽ đoán mò không nắm vững được kiến thức trong chương Do vậy tôi sẽ
đưa ra các dạng bài tập và tự mỗi học sinh phải tự làm theo sự hướng dẫn
III.GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
III.1 SỬ DỤNG LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ TRONG
DẠY HỌC VẬT LÝ
III.1.1.Khái niệm phát triển bài tập vật lý
- BTCB(Bài tập cơ bản): là bài tập mà khi giải chỉ cần sử dụng một đơn vị kiến
thức cơ bản (một khái niệm hoặc một định luật vật lý):
- BTPH(Bài tập phức hợp): là bài tập mà khi giải cần sử dụng từ hai đơn vị kiến
thức trở lên Như vậy, BTPH là tổ hợp các bài tập cơ bản Thực chất của việc giải
BTPH là việc nhận ra các BTCB trong các bài tập cơ bản đó
- Phát triển bài tập là biến đổi một BTCB thành các BTPH theo các phương án
khác nhau
Trang 7III.1.2.Phương pháp phát triển bài tập vật lý
-Việc phát triển BTVL cần phải trải qua các hoạt động: Chọn BTCB, phân tích cấu
trúc của BTCB theo các phương pháp khác nhau
-Việc chọn BTCB là hành động có tính quyết định cho việc củng cố kiến thức, kỹ
năng
-Từ BTCB, có thể phát triển thành những BTPH muôn hình, muôn vẻ Về mặt lý
luận có thể khái quát thành ba hướng phát triển bài tập như sau:
Phương án 1: Hoán vị giả thuyết và kết luận của BTCB để được BTCB khác có độ
khó tương đương
Phương án 2: Phát triển giả thuyết BTCB
Dữ kiện bài toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số bằng phương trình biểu diễn kiến
thức cơ bản mà kiên hệ gián tiếp thông qua cái chưa biết trung gian a, b, nhờ
phương trình biểu diễn kiến thức cơ bản khác Phát triển giả thuyết BTCB là thay
giả thuyết của bài tập đó bằng một số BTCB khác buộc tìm các đại lượng trung
gian là cái chưa biết liên hệ dữ kiện với ẩn số
-Mức độ phức tạp phụ thuộc vào số bài toán trung gian (số cái chưa biết) Tuỳ
thuộc vào đối tượng học sinh mà tăng hoặc giảm số bài toán trung gian
Phương án 3: Phát triển kết luận BTCB
-Cái cần tìm (ẩn số) không liên hệ trực tiếp với dữ kiện bằng một kiến thức cơ bản
mà thông qua các ẩn số trung gian Phát triển kết luận là thay kết luận của BTCB
bằng một số BTCB trung gian để tìm ẩn số trung gian X, Y, liên kết dữ liệu a, b,
c và các ẩn số x 1 , y 1
-Mức độ phức tạp phụ thuộc số bài toán trung gian (số ẩn số trong bài toán trung
gian)
III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT LÝ 12
BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL
III.2.1.Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ bài tập vật lí hạt nhân” theo hướng
phát triển BT
III.2.1.1.Cơ sở lựa chọn bài tập cơ bản
Ta đã biết bài tập cơ bản là bài tập mà lời giải chỉ cần thiết lập mối liên hệ giữa các
đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm dựa vào kiến thức mới học Các bài tập này
phải đảm bảo cho HS ôn tập sử dụng các công thức cơ bản của chương
III.2.1.2.Kiến thức trọng tâm
A.Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
a) Bảo toàn số khối A: Tổng số A của các hạt trước phản ứng và sau phản ứng bao
giờ cũng bằng nhau A AA B A C A D
b) Bảo toàn điện tích Z A Z B Z C Z D
Trang 8c) Bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng: “Trong phản ứng hạt nhõn, năng
lượng và động lượng được bảo toàn”
Lưu ý: Khụng cú định luật bảo toàn khối lượng của hệ
Xột phản ứng hạt nhõn: ABCD
Do độ hụt khối của cỏc hạt nhõn là khỏc nhau, khiến tổng khối lượng m của cỏc
hạt nhõn sau phản ứng cú thể khỏc tổng khối lượng m0 của cỏc hạt nhõn trước phản
ứng.Đặt mtrước m Am B vàmsau m C m D thỡ mtrước msau
B.Phúng xạ
Khối lượng cũn lại của X sau thời gian t : m = T t
t
e m
m0 2 0. .
Số hạt nhõn X cũn lại sau thời gian t : N = T t
t
e N
N0 2 0 .
Cụng thức liờn hệ :
A
m N
N n A
Chỳ ý:
+ t và T phải đưa về cựng đơn vị
+ m và m0 cựng đơn vị và khụng cần đổi đơn vị
C.Phản ứng hạt nhõn toả năng lượng
.c
m
Etrước trước
lượng của hệ sau phản ứng ( 2) nờn theo định luật bảo toàn phản ứng
.c
m
Esau sau
phải ra toả năng lượng: Emtrước msau cdưới dạng động năng của cỏc hạt nhõn
sinh ra hoặc phụtụn
+ Cỏc hạt nhõn sinh ra bền hơn cỏc hạt nhõn ban đầu
+ Vậy, một phản ứng hạt nhõn trong đú cỏc hạt sinh ra, cú tổng khối lượng bộ hơn
tổng khối lượng của cỏc hạt ban đầu, nghĩa là bền vững hơn, là phản ứng toả năng
lượng
D.Phản ứng hạt nhõn thu năng lượng
+ Nếu mtrước msauthỡ Etrước Esau, nghĩa là phản ứng khụng thể tự nú xẩy ra được
Muốn phản ứng xẩy ra, phải cung cấp năng lượng dưới dạng động năng của cỏc hạt
A và B Năng lượng cung cấp cho phản ứng W bao gồm 2và
.c
m m
E sau trước
động năng của cỏc hạt nhõn mới sinh: W d W EWd
+ Vậy, một phản ứng hạt nhõn sinh ra cỏc hạt cú tổng khối lượng lớn hơn tổng khối
lượng cỏc hạt ban đầu, nghĩa là kộm bền vững hơn, là phản ứng thu năng lượng
E.Hai loại phản ứng hạt nhõn toả năng lượng
Nghiờn cứu năng lượng liờn kết riờng của cỏc hạt nhõn, người ta nhận thấy:
+ Cỏc hạt nhõn cú số khối trung bỡnh là bền vững nhất
Trang 9+ Các nguyên tố ở cuối bảng tuần hoàn như: Urani, Plutoni có số khối lớn kém bền
vững
+ Các nguyên tố ở đầu bảng tuần hoàn như H, He có số khối rất nhỏ càng kém bền
vững
Vậy có thể có hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng, gọi là năng lượng hạt
nhân
+ Một hạt nhân rất nặng như Urani, Plutoni hấp thụ một nơtron và vỡ thành hai
hạt nhân có số khối trung bình Gọi là phản ứng phân hạch
+ Hai hạt nhân nhẹ như hidro, hêli kết hợp với nhau thành một hạt nhân nặng
hơn Gọi là phản ứng nhiệt hạch
III.2.2.Các bài tập cơ bản
Bài tập 1: Cho: mC = 12,00000 u; mp = 1,00728 u; mn = 1,00867 u; 1u =
1,66058.10-27 kg; 1eV 1,6.10-19 J ; c = 3.108 m/s Năng lượng tối thiểu để tách hạt
nhân 126 C thành các nuclôn riêng biệt bằng bao nhiêu ?
Giải
Xét phản ứng tách 126 C 126 C 6p 6n
Ta có m0 12u
m 6 p n 6 1 , 00728 1 , 00867 12 , 0957
Suy ra năng lượng tối thiểu
e
uc e
c m m E
2 2
0 12 , 0957 12
eV
2 8 27
10 894 , 0 10
6 , 1
10 3 10 66058 , 1 12 0957 ,
Bài tập 2: Biết số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol-1, khối lượng mol của hạt nhân urani
là 238 gam / mol Số nơtron trong 119 gam urani là bao nhiêu ?
U
238
Giải
- Số hạt nhân có trong 119 gam urani 23892Ulà :
A
m
6 , 02 1023 3 01 1023
238
119
- Suy ra số hạt nơtron có trong N hạt nhân urani 23892U là :
(A-Z) N = ( 238 – 92 ).3,01.1023 = 4,4.1025 hạt
Bài tập 3:Hạt nhân 10 có khối lượng 10,0135u Khối lượng của nơtrôn (nơtron)
4 Be
mn = 1,0087u, khối lượng của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2
Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 là bao nhiêu ?
4 Be
Gi¶i :
Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10 là :
4 Be
E
A
2
6 3215 10
Trang 10Bài tập 4: Cho phản ứng hạt nhân: 3 2 4 Lấy độ hụt khối của hạt nhân
1T 1D 2HeX
T, hạt nhân D,hạt nhân He lần lượt là 0,009106 u; 0,002491 u; 0,030382 u và 1u =
931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa ra của phản ứng xấp xỉ bằng ?
Giải:
Nhiệt lượng tỏa ra : W= ( m trước – m sau).c2 = ( m sau - m trước )c2
chính là hạt nơtrôn nên mx = 0
1
0X
( m He m T m c D) (0, 030382 0, 009106 0, 002491) uc
=0,018785.931,5=17,498MeV
Bài tập 5: Khối lượng của hạt 10 là mBe = 10,01134u, khối lượng của nơtron là
4Be
mN = 1,0087u, khối lượng của proton là mP = 1,0073u Tính độ hụt khối của hạt
nhân 10 là bao nhiêu?
4Be
Gi¶i
- Xác định cấu tạo hạt nhân 10 có Z = 4proton, 6 notron
4Be
- Vận dụng công thức độ hụt khối :
m Z m. p (A Z m ). N m hn= 4.1,0073u + 6.1,0087u – 10,01134u
m = 0,069u
Bài tập 6: Cho biết mα = 4,0015u; m O 15 , 999u; m p 1 , 007276u, m n 1 , 008667u Hãy
sắp xếp các hạt nhân 24He, 126C, 168O theo thứ tự tăng dần độ bền vững :
Giải
- Đề bài không cho khối lượng của 12C nhưng chú ý vì ở đây dùng đơn vị u, mà
theo định nghĩa đon vị u bằng 1/12 khối lượng đồng vị 12C do đó có thể lấy
khối lượng 12C là 12 u
- Suy ra năng lượng liên kết riêng của từng hạt nhân là :
He : Wlk = (2.mp + 2.mn – m α )c2 = 28,289366 MeV
Wlk riêng = 7,0723 MeV / nuclon
C : Wlk = (6.mp + 6.mn – mC )c2 = 89,057598 MeV
Wlkriêng = 7,4215 MeV/ nuclon
O : Wlk = (8.mp + 8.mn – mO )c2 = 119,674464 meV
Wlk riêng = 7,4797 MeV/ nuclon
Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững Vậy chiều bền
vững hạt nhân tăng dần là : He < C < O
Bài tập 7: Chất Iốt phóng xạ I dùng trong y 131 tế có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm Nếu
53
nhận được 100g chất này thì sau 8 tuần lễ còn bao nhiêu?
Gi ải
Ta có : t = 8 tuần = 56 ngày = 7.T
Suy ra sau thời gian t thì khối lượng chất phóng xạ 131I còn lại là :
53