skkn một số kinh nghiệm giảng dạy giúp học sinh học tốt phần phản ứng hạt nhân

Khi dạy phần phản ứng hạt nhân tôi nhận thấy học sinh rất lúngtúng khi làm bài tập.. Vì những lí do trên tôi dã chọn đề tài nghiên cứu “Một số kinh nghiệm giảng dạy giúp học sinh học tốt

A.PHẦN MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Môn Vật lí là một trong những môn học cơ bản và quan trọngtrong trường THPT Đây có thể là môn thi tốt nghiệp và là môn thi đạihọc,cao đẳng ở các khối A,A1 Đặc biệt nội dung thi tốt nghiệp và đạihọc,cao đẳng đối với môn Vật lí phần lớn nằm trong chương trình lớp

12 Là giáo viên giảng dạy khối 12 tôi luôn nghiên cứu tìm tòi ra cácphương pháp giảng dạy nhằm đem lại hiệu quả cao nhất

Mặt khác trong giai đoạn hiện nay hình thức thi tốt nghiệp và đạihọc được áp dung trong các kì thi tốt nghiệp và đại học nên việc đưa

ra các phương pháp giải nhanh và tối ưu cho các em là rất tốt và cầnthiết để các em có thể đạt được kết quả cao trong các kì thi đó

Khi dạy phần phản ứng hạt nhân tôi nhận thấy học sinh rất lúngtúng khi làm bài tập Vì vậy nghiên cứu tìm ra phương pháp giảng dạygiúp các em học tốt phần này là rất quan trọng

Vì những lí do trên tôi dã chọn đề tài nghiên cứu “Một số kinh

nghiệm giảng dạy giúp học sinh học tốt phần phản ứng hạt nhân.”

II.MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

II.1.Mục đích nghiên cứu

Tìm ra các phương pháp giảng dạy phần phản ứng hạt nhân giúpcác em học sinh học tốt phần này

II.2.Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu lí thuyết về phản ứng hạt nhân

Vận dụng lí thuyết để giải các dạng bài tập

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

III.1.Nghiên cứu lí thuyết

Đọc ,tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến phầnphản ứng hạt nhân

III.2.Nghiên cứu thực tiễn

Dự giờ bài năng lượng liên kết của hạt nhân.Phản ứng hạt nhân.Của đồng nghiệp ở một số lớp 12C,12D,12E

Chọn một lớp và dạy bình thường theo sgk và dạy theo kinhnghiệm đúc rút được.So sánh đối chiếu kết quả giờ dạy và rút ra kếtluận

IV.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra phần lí thuyết và các dạngbài tập về phản ứng hạt nhân trong nội dung chương trình THPT

Đối tượng áp dụng:Tất cả học sinh thi đại học,cao đẳng khối A

và A1

B.PHẦN NỘI DUNG

I.CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

Chương hạt nhân nguyên tử là chương thử 7 của chương trình Vật

li 12 cơ bản Phần phản ứng hạt nhân thuộc bài năng lượng liên kếtcủa hạt nhân Phản ứng hạt nhân là bài quan trọng của chương hạtnhân nguyên tử

Nội dung của phần phản ứng hạt nhân trong sgk Vật lí 12 cơ bảnnhư sau:

Có hai loại phản ứng hạt nhân

Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhânkhác (phóng xạ)

Phản ứng tương tác giữa các hạt nhân với nhau dẫn đến sự biến đổithành các hạt nhân khác

2 CÁC ĐỊNH UẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

A1 A2 A3 A4

2.3 Định luật bảo toàn động lượng

2.4 Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

3 NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Nếu m0 < m : DE <0: phản ứng thu năng lượng

II CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Trong quá trình giảng dạy tôi tôi nhận thấy nếu giáo viên chỉ dạytheo sgk không tìm tòi sáng tạo thêm những cái mới thì sẽ không gâyđược hứng thú học tập cho học sinh đồng thời học sinh sẽ gặp nhiềukhó nhăn và lúng túng khi làm bài tập.Vì lượng kiến thức trong sáchgiáo khoa chỉ là lượng kiến thức cơ bản chưa được đào sâu mở rộng

Trong quá trình nghiên cứu đề thi đại học, cao đẳng của một sốnăm gần đây tôi đã thống kê được một số bài tập của phần phản ứnghạt nhân như sau:

Câu 1: Hạt nhân A dang đứng yên thì phân rã thành hạt nhân B có

khối lượng mB và hạt  có khối lượng m Tỉ số giữa động năng củahạt nhân B và hạt nhân  ngay sau phân rã bằng

( Trích đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2008)

Câu 2: Cho phản ứng hạt nhân 31T12D24HeX Lấy độ hụt khối củacác hạt nhân T,hạt nhân D , hạt nhân He lần lượt là 0,009106u;0,002491u; 0,030382u và 1u = 931,5 MeV/c2 Năng lượng tỏa ra củaphản ứng xấp xỉ bằng

A 15,017 MeV B 200,025MeV C 17,498 MeV D

21,076MeV

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2009)

Câu 3: Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bắn vào hạt nhân

Be

9

4 đang đứng yên Phản ứng tạo ra hạt nhân X và hạt  Hạt  bay

theo phương vuông góc với phương tới của prôtôn và có động năng 4

MeV Khi tính động năng của các hạt , lấy khối lượng các hạt tínhtheo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng Nănglượng tỏa ra trong phản ứng này bằng

A 4,225 MeV B 1,145 MeV C.2,125 MeV D 3,125MeV

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2010)

Câu 4: Bắn một prôtôn vào hạt nhân 7Li

3 đứng yên Phản ứng tạo rahai hạt nhân x giống nhau bay ra với cùng tốc độ và theo các phươngtới của prôtôn các góc bằng nhau là 600 Lấy khối lượng của mỗi hạtnhân tính theo đơn vị u bằng số khối của nó Tỉ số giưa tốc đọ củaprôtôn và tốc độ của hạt nhân X là

A 4 B 21 C 2 D 14

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2011)

Câu 5: Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các

hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là0,02u Phản ứng hạt nhân này

A tỏa năng lượng 1,863 MeV B tỏa năng lượng 18,63MeV

C thu lượng 1,863 MeV D thu lượng 18,63 MeV

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2011)

Câu 6: Một hạt nhân X, ban đầu đứng yên, phóng xạ  và biến thànhhạt nhân Y Biết hạt nhân X có số khối là A, hạt phát ra có tốc độ v.Lấy khối lượng của hạt nhân bằng số khối của nó tính theo đơn vị u.Tốc độ của hạt nhân Y bằng

A A4v4 B A2v4 C A4v4 D A2v4

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2012)

Câu 7: Tổng hợp hạt nhân 4He

2 từ phản ứng hạt nhân 11H37Li24HeX Mỗi phản ứng trên tỏa năng lượng 17,3 MeV Năng lượng tỏa ra khitổng hợp được 0,5 mol heli là

A 1,3.1024 MeV B 2,61.1024 MeV C 5,2.1024 MeV D.2,4.1024 MeV

(Trích đề thi tuyển sinh đại học năm 2012)

III.GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Trước thực trạng nêu trên tôi đã nghiên cứu và đúc rút được kinhnghiệm khi giảng dạy phần phản ứng hạt nhân như sau:

Cần giúp cho học sinh nhớ lại các kiến thức cũ có liên quan đếnbài học như động lượng ,động năng,năng lượng toàn phần……

Cần hướng dẫn học sinh dựa vào kiến thức cũ và kiến thức mới

để viết được dạng tường minh của định luật bảo toàn động lượng vàđịnh luật bảo toàn năng lượng toàn phần

Cần hướng dẫn học sinh xây dựng công thức tính năng lượngcủa phản ứng hạt nhân dưới nhiều dạng khác nhau

Cần giúp học sinh nhận dạng được các bài tập

Cụ thể nội dung bổ sung cho bài dạy như sau:

1 PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Phần này tôi bổ sung thêm kiến thức sau:

Các hạt thường gặp trong phản ứng hạt nhân

1 )Với việc nhắc lại các kiến thức như vậy giúp học sinh nhớ lại cáckiến thưc đã học ở các bài trước và kết hợp với các kiến thức họctrong bài này học sinh sẽ xác định được các hạt trong phản ứng hạtnhân và làm bài tập về phản ứng hạt nhân tốt hơn

2 CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Ngoài kiến thức trong sách giáo khoa khi dạy phần này tôi bổ sungthêm các kiến thức sau:

2.1 Định luật bảo toàn động lượng

Pt  Ps

2.2.Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần

W t Ws

Chú ý:

- Định luật bảo toàn động lượng viết cụ thể: m1

- Năng lượng toàn phần của một hạt nhân: gồm năng lượng nghỉ và

năng lượng thông thường ( động năng)

Ngoài công thức tính năng lượng như sgk đã nêu ở trên tôi bổ sung

thêm còn các công thức tính năng lượng của phản ứng như sau:

 D

 D

4 ) (

) (

3 ) (

) (

2 ) (

) (

1 ) ]

( )

[ (

2 1

4 3

2 2 1

1 4

4 3

3

2 1

4 3

2 2

1 4

3

K K

K K

A A

A A

W W

W W

c m

m m

m

l k lk

lk lk









Qua quá trình giảng dạy tôi đã nghiên cứu và chứng minh các

công thức trên như sau:

Kết hợp với định luật bảo toàn số khối: A1 + A2 = A3 + A4

Và định luật bảo toàn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4

 Công thức (2) đã được chứng minh

Năng lượng liên kết riêng:

 Công thức (3) đã được chứng minh

Từ công thức định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:

Việc tìm ra được các công thức trên và đưa vào giảng dạy là rấtquan trọng Nắm được các công thức này học sinh sẽ giải được các bàitập về phản ứng hạt nhân nhanh chóng dễ dàng, tốn ít thời gian , phùhợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay.

IV CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

Loại 1: Xác định hạt nhân còn thiếu và số hạt (tia phóng xạ) trong phản ứng hạt nhân

Áp dụng định luật bảo toàn số khối và điện tích

Na

z

20 10

23 11

A Electron B Proton C Hêli D.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta được :

X có Z = 11 – (-1) = 12 và số khối A = 24 – 0 = 24 ( nói thêm Xchính là 24

Bài tập này chính là loại toán giải phương trình hai ẩn , nhưng chú ý

là hạt β– có số khối A = 0 , do đó phương trình bảo toàn số khối chỉ có

ẩn x của hạt α Sau đó thay giá trị x tìm được vào phương trình bảotoàn điện tích ta tìm được y

Chi tiết bài giải như sau : 

82 92 2

32 206 238 0 4

z y zy x y

z x y x

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối , ta được :

1 (

2

24 208 232 0

4

y x y x x y

x

y x

Vậy có 6 hạt α và 4 hạt β –  Chọn đáp án : D.

Loại 2 Động năng và vận tốc của các hạt trong phản ứng hạt nhân

Xét phản ứng hạt nhân : A + B → C + D

a)Khi biết khối lượng đầy đủ của các chất tham gia phản ứng

Ta sẽ áp dụng định luật bảo toàn năng lượng :

M 0 c 2 + K A +K B = Mc 2 + K C +K D Với DE = (M 0 – M )c 2

Nên: DE + K A + K B = K C + K D

Dấu của DE cho biết phản ứng thu hay tỏa năng lượng

b)Khi biết khối lượng không đầy đủ và một vài điều kiện về động năng

và vận tốc của hạt nhân

Ta sẽ áp dụng định luật bảo toàn động lượng :

D C B

A P P P

P     

2 2

Phản ứng này thu năng lượng DE = 2,7 MeV Biết hai hạt sinh ra có

cùng vận tốc, tính động năng của hạt α ( coi khối lượng hạt nhânbằng số khối của chúng)

A 1,3 MeV B 13 MeV C 3,1 MeV D 31MeV

Giải

Ta có

n

P n

p

m

m K

K

 =30  Kp = 30 Kn

Mà DE = Kα ─ ( Kp + Kn ) (1)

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα v = ( mp + mn)v 

( 2

) ( 1

2 )

( 2 1

2

2 2

n P n P

n P

n P n

P

m m

K m m

m

v m

m m

v m m m v m m

A 0,12 MeV & 0,18 MeV B 0,1 MeV &

0,2 MeV

C 0,18 MeV & 0,12 MeV D 0,2 MeV &

0,1 MeV

Giải

Ta có năng lượng của phản ứng là :

DE = ( mn+ mLi – m x – m He).c2 = – 0,8 MeV ( đây là phản ứng thu năng lượng )

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

, 0 1 , 1 3 4

X He X

He X e H

K

K K

K K K

MeV

 Chọn đáp án B

Loại 3 Bài tập về năng lượng trong phản ứng hạt nhân

Loại bài tập này chúng ta sẽ áp dụng các công thức tính năng lượng

của phản ứng như sau:

 D

 D







) (

) (

) (

) (

) (

) (

)]

( )

[(

) ] (

) [(

2 1

4 3

2 2

1 1

4 4

3 3

2 1

4 3

2 2

1 4

3

2 4

3 2

1

K K

K K

A A

A A

W W

W W

c m

m m

m

c m

m m

+ nếu DE > 0 : phản ứng toả nhiệt

+ nếu DE < 0 : phản ứng thu nhiệt

mD = 1,0073 u Phản úng trên toả hay thu một năng lượng bằng bao

nhiêu ?

A.thu 2,2375 MeV B toả 2,3275 MeV

C.thu 2,3275 MeV D toả 2,2375 MeV

Giải

Ta có năng lượng của phản ứng hạt nhân trên là :

DE = ( M0 – M ).c2 = ( mNa + mHe - mNe - mD )c2 = 2,3275 MeV>

1 1

Năng lượng của phản ứng là:

DE= ( mCl + mH – mAr – mn ) 931= -1,6 MeV

Phản ứng thu năng lượng 1,6MeV

Bài 3

Cho phản ứng hạt nhân: 21D31T24HeX Lấy độ hụt khối của hạtnhân 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 gần bằng :

A 15,017 MeV B 17,498 MeV C 21,076 MeV D.

90 Th Cho các năng lượng liên kết riêng củahạt α là 7,1 MeV, của 234U là 7,63 MeV, của 230Th là 7,7 MeV

A.10,82 MeV B 13,98 MeV C 11,51 MeV D 17,24

MeV

Giải

Áp dụng công thức

2 2 1 1 4 4 3

D =(7,7.230+7,1.4 – 7,63.234)MeV=13,98MeV  Chọn đáp án B

Bài 5

Cho phản ứng hạn nhân : D + D -> 3He

2 + 1n

0 Cho biết độ hụtkhối của D là 0,0024u và tổng năng lượng nghỉ của các hạt trước phảnứng nhiều hơn tổng năng lượng nghỉ của các hạt sau phản ứng là3,25MeV Năng lượng liên kết của hạt nhân 3He

Lưu ý phản ứng nhiệt hạch hay phản ứng phân hạch là các phản ứng tỏa năng lượng

M Tìm năng lượng toả ra khi xảy 1 phản ứng ( phân hạch hoặc nhiệt hạch ):

Năng lượng toả ra : DE = ( M 0 – M ).c 2 MeV

Suy ra năng lượng toả ra trong m gam phân hạch (hay nhiệt hạch ) :

mn=1,0087u Cho năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46106J/Kg.Khốilượng xăng

cần dùng để có thể toả năng lượng tương đương với 1 gam U phânhạch ?

A 1616 kg B 1717 kg C.1818 kg D.1919 kg Giải

Số hạt nhân nguyên tử 235U trong 1 gam vật chất U là :

Năng lượng khi 1 gam U phản ứng phân hạch :

E = DE.N = 5,5164.1023 MeV = 5,5164.10 23 1,6.10 –3 J = 8,8262 J

Khối lượng xăng cần dùng để có năng lượng tương đương

Q = E  m 1919

10

E = N.DE = 3,01.1023.17,6 = 52,976.1023 MeV

 Chọn đáp án A.

IV.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu với đối tượng là lớp 12A năm học 2011-2012 và nămhọc 2012- 2013

1.Giờ dạy ở lớp 12A năm học 2011-2012

Năm học 2011-2012 tôi dạy theo dạy theo sgk Theo quan sát giờ dạytôi thấy học sinh hoạt động ít trầm và lúng túng khi giải bài tập

2 Giờ dạy ở lớp 12A năm học 2012-2013:

Năm học này tôi vận dụng những kinh nghiệm đã trình bày trongsáng kiến kinh nghiệm (nhất là các công thức ngoài sách giáo khoa)học sinh học tập sôi nổi, hứng thú hơn và giải được nhiều bài tập hơn 3.Sau khi học song mỗi giờ học tôi cho học sinh làm bài kiểm tra 15phút Kết quả bài kiểm tra tính trung bình như sau:

Lớp

dạy Tổngsố

bài

Điểm 0-4 Điểm 5-8 Điểm 8-10

Năm

C KẾT LUẬN

Qua thời gian giảng dạy tôi thấy rằng với phương pháp dạy nhưtrên sẽ giúp học sinh có cái nhìn đúng đắn và hứng thú hơn khi họcphần vật lý hạt nhân Các em không còn túng túng bỡ ngỡ khi gặp cácbài tập phần phản ứng hạt nhân.Và như vậy kết quả thi đại học củahọc sinh sẽ được nâng lên Trong thực tế giảng dạy tôi thấy còn cónhiều câu hỏi đi liền với nội dung này Tuy nhiên do trình độ và thờigian có hạn nên tôi chưa thể đề cập tới các vấn đề một cách sâu rộng

và triệt để ,rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp để đề tàiđược hoàn thiện hơn

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Như Xuân, ngày 10

tháng 05 năm 2013

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác

Người viết SKKN

ĐỖ THỊ HẢITài Liệu Tham Khảo

1.Cẩm Nang Ôn Luyện Thi Đại Học Môn Vật Lí

(Tác Ciả Nguyễn Anh Vinh - Nhà xuất bản Đại Học Sư Phạm).

2.Hướng Dẫn Giải Nhanh Các Dạng Bài Tập Trắc Nghiệm Vật Lí

(Tác Giả Hoàng Danh Tài - Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia

Hà Nội)

3.Đề Thi Tuyển Sinh Đại Học Năm 2008,2009,2010,2011,2012

Mục Lục

A Phần Mở

Đầu 1 B.Phần Nội

Dung 2

C Kết

Luận 16