(SKKN 2022) hướng dẫn học sinh lớp 12 hệ GDTX giải bài tập phóng xạ trong chương trình vật lí 12 THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRUNG TÂM GDNN - GDTX HUYỆN THỌ XUÂN ------------SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 HỆ GDTX GIẢI BÀI TẬP PHÓNG XẠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRUNG TÂM GDNN - GDTX HUYỆN THỌ XUÂN

- - - -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 HỆ GDTX GIẢI BÀI TẬP PHÓNG XẠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12 THPT

-Người thực hiện: Đỗ Ích Tình Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2022

MỤC LỤC

Trang

I MỞ ĐẦU ……….… 1

1.1 Lý do chọn đề tài ……… ……….…… ….… 1

1.2 Mục đích nghiên cứu ……… ……… ……… 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu ……… ……….… 1

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu ……… ……… ……… …… 1

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu …… ……… … 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu ………… ………… ……… 1

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ……… …… 2

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm ………… ……… 2

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm ……… 2

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề …… 3

2.3.1 Sự phóng xạ … ……….……… ….… 3

2.3.2 Năng lượng phóng xạ ……… 3

2.3.3 Xác định các đại lượng đặc trưng cho sự phóng xạ 4

2.3.4 Tính chu kì bán rã của các chất phóng xạ 8

2.3.5 Tính tuổi của các mẫu vật cổ … ….……… ………….… 10

2.3.6 Năng lượng trong sự phóng xạ 13

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường ……… ……… 16

III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …… ……… 18

3.1 Kết luận ……… ……… 18

3.2 Kiến nghị ……….……… … … 18

Tài liệu tham khảo ……… 19

Danh mục các đề tài SKKN đã được Hội đồng SKKN Cấp tỉnh đánh giá đạt từ loại C trở lên 20

I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong quá trình gần 20 năm đứng lớp tôi thấy khi dạy đến Chương Vật líhạt nhân trong chương trình Vật lí 12 thì các em lại lúng túng, cụ thể là các emhay mắc lỗi khi các em gặp các bài tập giao thoa ánh sáng dẫn tới mất điểmtrong kỳ thi

Đối với học sinh hệ Giáo dục thường xuyên (GDTX) khi gặp các bài tậpdạng này lại càng khó khăn hơn, bởi chất lượng đầu vào không cao, các bài tậpgiao thoa có sử dụng đến kiến thức toán học mà việc làm các phép tính trongtoán học đối với các em thì hay sai sót nhầm lẫn

Mặt khác, trong giai đoạn hiện nay khi mà hình thức thi trắc nghiệm đãđược áp dụng trong các kỳ thi, yêu cầu về phương pháp giải nhanh và tối ưu chocác em là rất cấp thiết để các em có thể đạt được kết quả cao

Xuất phát từ những lý do đã nêu ở trên và từ thực trạng trong dạy học ở

Trung tâm GDNN - GDTX huyện Thọ Xuân, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Hướng

dẫn học sinh lớp 12 hệ GDTX giải bài tập phóng xạ trong Chương trình Vật lí

12 THPT”

Vì chất lượng đầu vào của học sinh hệ GDTX không cao nên đề tài chủyếu tập trung bài toán giao thoa đối với ánh sáng đơn sắc cùng pha, một số bàitoán giao thoa ánh sáng trắng thì giành cho số học sinh khá, giỏi có nguyện vọng

ôn thi để xét tuyển Đại học, Cao đẳng

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài này có phân loại các dạng bài toán từ đó vận dụng kiến thức toánhọc để giải các bài toán về phóng xạ, mỗi dạng đều đưa ra phương pháp giảinhằm giúp các em tìm được cách giải hợp lí nhất Trên cơ sở những kết quả đãnghiên cứu sẽ giúp cho các em học sinh áp dụng để giải quyết được các loại bàitoán về phóng xạ

1.3 Đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài

- Trình bày cơ sở lý thuyết về phóng xạ và các đại lượng liên quan

- Phương pháp giải các dạng bài tập phóng xạ

- Các bài tập áp dụng cho từng dạng bài tập

- Đưa ra các bài tập trắc nghiệm để học sinh luyện tập

- Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng đối tượnghọc sinh.

II: N I DUNG SÁNG KI N KINH NGHI MỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ẾN KINH NGHIỆM ỆM

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Để giúp các em học tốt hơn, giáo viên cần tạo cho học sinh hứng thú họctập, cần giúp các em làm các bài tập rèn luyện tư duy môn học Cần cho họcsinh thấy được nhu cầu nhận thức là quan trọng, con người muốn phát triển cầnphải có tri thức cần phải học hỏi Đối với môn Vật lí thì giáo viên cần biết địnhhướng, giúp đỡ từng đối tượng học sinh, quan trọng hơn là phải tạo tình huốnggiúp các em nâng cao năng lực tư duy

Việc phân loại bài tập Phóng xạ trong Chương trình Vật lí 12 là rất cầnthiết để giúp các em học sinh có hiệu quả cao trong việc rèn luyện kỹ năng giảibài tập và rèn luyện tư duy cho học sinh, rèn luyện cho các em phương pháp làmviệc khoa học, độc lập góp phần hình thành cho học sinh năng lực tư duy khoahọc Có thể vận dụng dạng bài tập phần này để giúp các em rèn luyện các kỹnăng trong cuộc sống; trong luyện tập, rèn luyện kỹ năng cho học sinh; trongkiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng ghi nhớ vận dụng kiến thức đã có sâu

chuỗi kiến thức giữa các bài, các chương … của học sinh

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Nghiên cứu đối tượng học sinh năm học: 2019 - 2020; 2020 - 2021; 2021

Phương pháp thực nghiệm: Tôi tiến hành dạy thể nghiệm theo phươngpháp đã nghiên cứu trong đề tài

Phương pháp điều tra: Tôi ra các bài tập áp dụng để kiểm tra đánh giá kếtquả sử dụng phương pháp mới

Thực trạng học sinh:

+ Các em còn lúng túng giải các bài toán phóng xạ

+ Khả năng truyền tải từ ngôn ngữ Vật lí thành công thức

+ Ý thức học tập của học sinh chưa thực sự tốt

+ Nhiều học sinh có tâm lí sợ học môn Vật lí

Đây là môn học đòi hỏi sự tư duy, phân tích của các em Thực sự là khókhông chỉ đối với học sinh mà còn khó đối với cả giáo viên trong việc truyền tảikiến thức tới các em Nhiều em hổng kiến thức từ lớp dưới, ý thức học tập chưacao nên chưa xác định được động cơ học tập, chưa thấy được ứng dụng to lớncủa môn vật lý trong đời sống

Qua nghiên cứu trong một vài năm trở lại đây việc học sinh tiếp thu vậndụng các kỷ năng giải bài tập phóng xạ còn nhiều hạn chế, kết quả chưa cao Sựnhận thức và ứng dụng thực tế cũng như vận dụng vào việc giải quyết các bài

tập Vật lí còn nhiều yếu kém Để làm tốt được những vấn đề này người giáoviên phải luôn luôn tìm tòi và đưa ra hướng giải quyết khắc phục sao cho họcsinh của mình đạt kết quả cao nhất trong các kì thi người thầy phải tìm ra đượcnhững cách giải phù hợp cho từng dạng toán cụ thể để truyền thụ cho học sinh.Thực trạng trên là những động lực giúp tôi nghiên cứu đề tài này.

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

+ Độ phóng xạ ban đầu: H0=λNN0

+ Độ phóng xạ tại thời điểm t: H=H0e−λNt

+ Đơn vị của độ phóng xạ: 1 Bq = 1 phân rã/giây, 1Ci = 3,7.1010 Bq

- Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

+ Định luật bảo toàn động lượng: = +

Nếu hạt nhân A đứng yên phóng xạ : = + = 0  =

- Hạt B và C chuyển động ngược chiều nhau

T t

P P B P C P B P C

=

B m

m

B

C v v

2

1

B m

m

B

C W W

C

B m

m

B

C v

v

B

C W W

2 1

t

e  T

t

 2

T

693 , 0

A

m N

N A



T t

T t

t

e  e  t t

e  t.

+ Xác định số nguyên tử (khối lượng) bị phóng xạ của chất phóng xạ sau

= N = N0 – N = N0(1- ) = N0(1- )Khối lượng hạt nhân mới tạo thành sau thời gian phóng xạ t:

=

' ' 0

N A N

A’ là số khối của hạt nhân mới tạo thành

trong sự phóng xạ  thì A’ = A- 4  = (A- 4)

+ Trong sự phóng xạ , xác định thể tích (khối lượng) khí Heli tạo thành

sau thời gian t phóng xạ

Một hạt nhân bị phóng xạ thì sinh ra một hạt , do vậy số hạt  tạo thành

sau thời gian phóng xạ t bằng số hạt nhân bị phóng xạ trong thời gian đó :

He = N = N0-N = N0(1- ) = N0(1- )Khối lượng khí Heli tạo thành sau thời gian t phóng xạ:

t

 2

t

 2

mHe = 4Thể tích khí Heli được tạo thành (đktc) sau thời gian t phóng xạ:

V = 22,4+ Xác định độ phóng xạ của một chất phóng xạ

1 Xác định tỷ lệ phần trăm chất Co bị phân rã trong 1 tháng (30 ngày)

2 Có bao nhiêu hạt được giải phóng sau 1h từ 1g chất Côban tinhkhiết

Bài tập 2: Phương trình phóng xạ của Pôlôni có dạng :

1 Cho chu kỳ bán rã của Pôlôni T = 138 ngày Giả sử khối lượng ban đầu

m0 = 1g Hỏi sau bao lâu khối lượng Pôlôni chỉ còn 0,707g?

2 Tính độ phóng xạ ban đầu của Pôlôni Cho NA=6,023.1023nguyêntử/mol

N



A

He N

2 ln



e

 '

m

m T

2 ln

707 , 0

1 ln 138

2 ln

T

2 ln

A

m0

3600 24 138

2 ln

210 1

Bài tập 3: Gọi là khoảng thời gian để số hạt nhân của một lượng chất

phóng xạ giảm đi e lần (e là số tự nhiên với lne = 1), T là chu kỳ bán rã của chất

phóng xạ Chứng minh rằng : Hỏi sau khoảng thời gian 0,51 chấtphóng xạ còn lại bao nhiêu? Phần trăm khối lượng ban đầu? Cho biết e 0,51 = 0,6

Giải :

+ = với t = 0,51t = 0,51 % = .100% =60%

Bài tập 4: Hạt nhân phóng ra một hạt , một photon và tạothành Một nguồn phóng xạ có khối lượng ban đầu m0 sau 14,8ngày khối lượng của nguồn còn lại là 2,24g Hãy tìm :

1 m0

2 Số hạt nhân Ra đó bị phân rã và khối lượng Ra bị phân rã ?

3 Khối lượng và số hạt nhân mới tạo thành ?

Khối lượng Ra đi bị phân rã : m = m0(1- ) = 35,84.(1-2-4) = 33,6 g

3 Số hạt nhân mới tạo thành : = N = N0(1- ) = 9,03.1023 hạt

Khối lượng hạt mới tạo thành: = = 220 = 33g

4 Thể tích khí Heli tạo thành (đktc): V = 22,4 = 22,4 =

3,36(l)

3 Bài tập trắc nghiệm

Câu 1 Chất phóng xạ Iốt I có chu kì bán rã 8 ngày Lúc đầu có 200g

chất này, sau 24 ngày số gam Iốt phóng xạ đó bị biến thành chất khác là



t

 2 '

N

t

 2 '

m



'

'

A N

N A



23

23

10 02 , 6

10 903 , 0

A

He N

10 903 , 0

131 53

Câu 2 Có 100g chất phóng xạ với chu kì bán rã là 7 ngày đêm Sau 28

ngày đêm khối lượng chất phóng xạ đó còn lại là

Câu 3 Chu kỳ bán rã của Co bằng gần 5 năm Sau 10 năm, từ một

nguồn Co có khối lượng 1g sẽ còn lại

C gần 0,25g D hơn 0,25g một lượng nhỏ

Câu 4 Có thể tăng hằng số phóng xạ  của đồng vị phóng xạ bằng cách

nào?

A Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong từ trường mạnh

B Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh

C Đốt nóng nguồn phóng xạ đó

D Hiện nay chưa có cách nào để thay đổi hằng số phóng xạ

Câu 5 Chu kì bán rã của chất phóng xạ Sr là 20 năm Sau 80 năm có

bao nhiêu phần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác?

Câu 7 Côban phóng xạ Co có chu kì bán rã 5,7 năm Để khối lượng

chất phóng xạ giảm đi e lần so với khối lượng ban đầu thì cần khoảng thời gian

A 8,55 năm B 8,23 năm C 9 năm D 8 năm

Câu 8 Có 100g Iốt phóng xạ I với chu kì bán ró là 8 ngày đêm Tính

khối lượng chất Iốt còn lại sau 8 tuần lễ

A 8,7g B 7,8g C 0,87g D 0,78g

Câu 9 Tìm độ phóng xạ của 1 gam Ra, biết chu kì bán ró của nó là

16622 năm (coi 1 năm là 365 ngày)

A 0,976Ci B 0,796C C 0,697Ci D 0.769Ci

Câu 10 Ban đầu có 5 gam chất phóng xạ radon Rn với chu kì bán rã

3,8 ngày Số nguyên tử radon còn lại sau 9,5 ngày là

A 23,9.1021 B 2,39.1021 C 3,29.1021 D 32,9.1021

2.3.4 Tính chu kì bán rã của chất phóng xạ

- Phương pháp

Tính chu kỳ bán rã khi biết:

+ Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử còn lại sau thời gian phóng xạ t+ Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử bị phân rã sau thời gianphóng xạ t

60 27 60

27

90 38

32 15

32 15

60 27

131 53

226 83

222 86

+ Tỉ số độ phóng ban đầu và độ phóng xạ của chất phóng xạ ở thời điểm t

Hướng dẫn:

+ Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử còn lại sau thời gian phóng xạ t

N = N0  T = + Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử bị phân rã sau thời gianphúng xạ t

N = N0(1- )  = 1-  T = + Tỉ số độ phóng ban đầu và độ phóng xạ của chất phóng xạ ở thời điểm t

-H = -H0  T = + Tìm chu kì bán rã khi biết số hạt nhân ở các thời điểm t1 và t2

N1 = N0 , N2 = N0  =  T =

+ Tìm chu kì bán khi biết số hạt nhân bị phân rã trong hai thời gian nhưnhau

là số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t1

là số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t = t2 = t1

t

0 ln

2 ln

0

N N

t

0 ln

2 ln

e 

2 1

1 2 ln

2 ln ) (

N N

N N t

1 ln(

2 ln

0

m

V A t



Bài tập 1: Silic là chất phóng xạ, phát ra hạt và biến thành hạtnhân X Một mẫu phóng xạ ban đầu trong thời gian 5 phút có 190nguyên tử bị phân rã, nhưng sau 3 giờ cũng trong thời gian 5 phút chỉ có 85nguyên tử bị phân rã Hãy xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ.

Bài tập 2: Để đo chu kỳ của một chất phóng xạ người ta cho máy đếm

xung bắt đầu đếm từ thời điểm t0 = 0 Đến thời điểm t1 = 2 giờ, máy đếmđược n1 xung, đến thời điểm t2 = 3t1, máy đếm được n2 xung, với n2 = 2,3n1.Xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này

Giải :

- Số xung đếm được chính là số hạt nhân bị phân rã: N = N0(1- )

- Tại thời điểm t1: N1 = N0(1- ) = n1

- Tại thời điểm t2 : N2 = N0(1- ) = n2 = 2,3n1

1- = 2,3(1- ) 1- = 2,3(1- ) 1 + + = 2,3

+ -1,3 = 0  = x > 0 X2 + x-1,3 = 0  T = 4,71 h

Bài tập 3: Hạt nhân Pôlôni là chất phóng xạ ,sau khi phóng xạ nó

trở thành hạt nhân chì bền Dùng một mẫu Po nào đó, sau 30 ngày, người tathấy tỉ số khối lượng của chì và Po trong mẫu bằng 0,1595.Tính chu kì bán

t

0 ln

2 ln

85

190 ln

2 ln 3

t

e m N

A e N

0

.

1

ln(

2 ln

A m

A m t Po

Pb

206

210 1595 , 0 1 ln(

2 ln 30





) 4 , 22

1 ln(

2 ln

0

m

V A

t

1 4 , 22

075 , 0 224 1 ln(

2 ln 3 , 7



Câu 1 Sau thời gian t, độ phóng xạ của một chất phóng xạ - giảm 128lần Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là

tử bị phân rã Chu kỳ bán rã của là

Câu 4 Một chất phóng xạ phát ra tia , cứ một hạt nhân bị phân rã cho

một hạt  Trong thời gian 1 phút đầu chất phóng xạ phát ra 360 hạt , nhưng 6giờ sau, kể từ lúc bắt đầu đo lần thứ nhất, trong 1 phút chất phóng xạ chỉ phát ra

45 hạt  Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này là:

Câu 5 Một lượng chất phóng xạ Radon có khối lượng ban đầu là m0 Sau15,2 ngày thì độ phóng xạ của nó giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T của Radon là:

A 14,5 ngày B 1,56 ngày C 1,9 ngày D 3,8 ngày 2.3.5 Tính tuổi của các mẫu vật cổ

Si

31 14

m

m T

N

N T

m

m'



t A

t

e m N

A e N

0

.

' ln(

.  

A m

m A T







) ( 02

01 2

1   2  1

 e t N

N N

N

1 2

01 2

02 1

ln



 

N N N N

với ,+ Tính tuổi của mẫu vật cổ dựa vào (Đồng hồ Trái Đất)

Ở khí quyển, trong thành phần tia vũ trụ có các nơtrôn chậm, một nơtrôngặp hạt nhân tạo nên phản ứng :

+  +

là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 5560 năm

có trong điôxit cacbon Khi thực vật sống hấp thụ CO2 trong khôngkhí nên quá trình phân rã cân bằng với quá trình tái tạo

Thực vật chết chỉ còn quá trình phân rã , tỉ lệ trong cây giảm dần

Do đó:

Đo độ phóng xạ (H) của trong mẫu vật cổ

Đo độ phóng xạ (H0) của trong mẫu vật cùng loại, cùng khối

lượng của thực vật vừa mới chết

H = H0  t = với T = 5560 năm

Chu ý:

Động vật ăn thực vật nên việc tính toán tương tự

2 Bài tập vận dụng

Bài tập 1: Hiện nay trong quặng thiên nhiên có chứa cả và theo

tỉ lệ nguyên tử là 140 : 1 Giả sử ở thời điểm tạo thành Trái Đất, tỷ lệ trên là 1:1.Hãy tính tuổi của Trái Đất Biết chu kỳ bán rã của là 4,5.109 năm, cóchu kỳ bán rã 7,13.108 năm

Giải:

Phân tích : Bài này tính tuổi dựa vào C14

1 1 2 ln

T





2 2

2 ln

N

14 7

C

14 6

t

e  ln 2

ln 0

H

H T

01 2

02 1

ln



 

N N

N N

) 10 5 , 4

1 10

13 , 7

1 ( 2 ln

140 ln

9

8 

H = H0  t = = = 5268,28 (năm)

Chú ý: Khi tính toán cần lưu ý hai mẫu vật phải cùng khối lượng

Bài tập 3: Trong các mẫu quặng Urani người ta thường thấy có lẫn chì

Pb206 cùng với Urani U238 Biết chu kỳ bán rã của U238 là 4,5.109 năm, hãy tínhtuổi của quặng trong các trường hợp sau:

1 Khi tỷ lệ tìm thấy là cứ 10 nguyên tử Urani thì có 2 nguyên tử chì

2 Tỷ lệ khối lượng giữa hai chất là 1g chì /5g Urani

A 16800 năm B 18600 năm C 7800 năm D 16200 năm

Câu 2 Hạt nhân là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia - có chu kìbán rã là 5600 năm Trong cây cối có chất phóng xạ Độ phóng xạ của mộtmẫu gỗ tươi và một mẫu gỗ cổ đại đã chết cùng khối lượng lần lượt là 0,25 Bq

và 0,215 Bq Hỏi mẫu gỗ cổ đại chết đã bao lâu ?

Câu 3 Độ phóng xạ của C14 trong một tượng gỗ cổ bằng 0,65 lần độphóng xạ của C14 trong một khúc gỗ cùng khối lưọng vừa mới chặt Chu kì bán

rã của C14 là 5700năm Tuổi của tượng gỗ là

A 3521 năm B 4352 năm C 3543 năm D 3452 năm

Câu 4 Tính tuổi của một tượng gổ cổ biết rằng độ phóng xạ - hiện nay

của tượng gổ ấy bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gổ cùng khối lượngmới chặt Biết chu kì bán rã của C14 là 5600 năm

A 2112 năm B 1056 năm C 1500 năm D 2500 năm

t

e  ln 2

ln 0

H

H T

2 ln

18 / 112

12 ln 5560

t

e m N

A e N

0

.

) 1 '

' ln(

.  

A m

m A T

2 ln

) 1 206 5

238 ln(

10 5 ,

) 5

1 1 ln(

10 5 ,

4 9



C

14 6

C

14 6

C

14 6