SKKN Sử dụng phương pháp năng lượng nâng cao kết quả học tập chương hạt nhân nguyên tử cho học sinh lớp 12

phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic đã làm tăng kết quả học tậpchương hạt nhân nguyên tử cho học sinh lớp 12.II.. Việc sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng su

I TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Môn Vật lý là môn khoa học tự nhiên đòi hỏi sự tư duy logic và khả năngtìm tòi sáng tạo để nắm vững kiến thức Hơn nữa, trong giai đoạn hiện nay khimà hình thức thi trắc nghiệm được áp dụng trong các kỳ thi tốt nghiệp và tuyểnsinh đại học cao đẳng, yêu cầu về phương pháp giải nhanh và tối ưu cho các emlà rất cấp thiết để các em có thể đạt được kết quả cao trong các kỳ thi đó Tuynhiên, đề thi trắc nghiệm thường rất dài và bao quát nhiều kiến thức Chính vìvậy, đòi hỏi các em học sinh phải có phương pháp học tập và kỹ năng tư duylogic để nhớ được nhiều kiến thức và làm thật nhanh mà không mơ hồ, nhầm lẫngiữa kiến thức này và kiến thức khác

Từ những lí do trên mà tôi đưa ra đề tài nghiên cứu: Sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic nâng cao kết quả học tập chương hạt nhân nguyên tử cho học sinh lớp 12 Nghiên cứu được tiến hành trên hai

lớp tương đương là lớp 12A2 và lớp 12A3 của trường THPT Yên Định 2 Lớp12A3 là lớp thực nghiệm, lớp 12A2 là lớp đối chứng Lớp thực nghiệm 12A3được dạy sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic

Trong đề tài, tôi tóm tắt lại phần kiến thức cơ bản trong sách giáo khoa phầnnghiên cứu, đưa ra các kiến thức suy luận logic giúp các em học sinh hiểu sâu vềkiến thức đó để nhớ chính xác và được lâu, tiếp đó tôi đưa ra các dạng bài tập cơbản và phương pháp giải tương ứng, bài tập vận dụng các phương pháp đó vàcuối cùng là các bài tập tự luyện nhằm giúp các em có kĩ năng giải bài tập

Kết quả như sau: Trước tác động thì điểm trung bình môn học kỳ I củalớp thực nghiệm là 7,1; của lớp đối chứng là 7,0 Giá trị của phép kiểm chứng T-test p = 0,16 > 0,05 (hai lớp được coi là tương đương) Sau tác động điểmtrung bình bài kiểm tra của lớp thực nghiệm là 8,0; của lớp đối chứng là 7,3

Như vậy, lớp thực nghiệm có kết quả cao hơn lớp đối chứng Kết quảkiểm tra T-test cho thấy p < 0,05 có nghĩa là có sự khác biệt lớn giữa bài kiểmtra của lớp thực nghiệm và đối chứng Điều đó chứng tỏ rằng việc sử dụng

phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic đã làm tăng kết quả học tậpchương hạt nhân nguyên tử cho học sinh lớp 12.

II GIỚI THIỆU

1 HIỆN TRẠNG

Khi giảng dạy phần vật lý hạt nhân lớp 12 tôi nhận thấy hầu hết các emhọc sinh đều rất lúng túng khi làm các bài tập về năng lượng hạt nhân, bởi đây làphần có nhiều dạng bài tập, có nhiều công thức cần nhớ và việc áp dụng cáccông thức toán học tương đối phức tạp, dễ nhầm lẫn Trong đó, khó khăn lớnnhất của các em là việc xác định bài toán thuộc dạng nào để ra đưa phương phápgiải phù hợp cho việc giải bài toán đó

Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh thường chỉ biết làmnhững bài tập đơn giản, còn những bài tập yêu cầu phải có khả năng phân tích

đề hoặc tư duy, nhớ lâu và chính xác kiến thức để vận dụng thì còn nhiều hạn chế

Để giúp cho học sinh dễ dàng nắm được kiến thức và vận dụng tốt cácphương pháp cơ bản giải các bài toán trong các đề thi thuộc phần vật lý nguyên

tử và hạt nhân nên tôi đã thực hiện đề tài này

2 GIẢI PHÁP THAY THẾ

Giáo viên tự nghiên cứu và biên soạn tài liệu về các phương pháp nănglượng và kỹ năng suy luận logic cho học sinh

Trong tài liệu đó giáo viên hướng dẫn cụ thể cho học sinh cách giải củatừng phương pháp, các ví dụ cụ thể và cách giải, các bài tập tự làm, sau đó giáoviên lên lớp hướng dẫn cho học sinh cụ thể nội dung và bài tập của từng phươngpháp để các em có thể hiểu và vận dụng

Các bài tập về vật lý hạt nhân đã được viết ở rất nhiều tài liệu tham khảo.Tuy nhiên, các tài liệu đó chủ yếu viết cho học sinh khá và giỏi tự đọc và có thểhiểu ngay vấn đề và áp dụng vào các bài tập khác, còn đối với đa số học sinh thìviệc tự nghiên cứu các tài liệu để nắm kiến thức là vô cùng khó khăn chính, haynhầm lẫn kiến thức, chưa hiểu rõ mối liên hệ giữa các công thức và đặc biệt làhọc sinh rất khó nhớ

Việc sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic sẽ tạo rahiệu quả cao và tiết kiệm được thời gian hơn trong quá trình làm bài tập chươnghạt nhân nguyên tử Từ đó nâng cao chất lượng của các bài kiểm tra, tạo hứngthú học tập cho học sinh

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Giúp các em học sinh có thể hiểu và vận dụng tốt kiến thức giải thôngthạo các dạng bài tập cơ bản về năng lượng hạt nhân và có những kĩ năng tốttrong việc làm các bài tập trắc nghiệm về chương hạt nhân nguyên tử

Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôicuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập môn vật lý, đồng thời giúp các emđạt được kết quả cao trong các kỳ thi

Đưa ra phương pháp chung để giải một số dạng bài tập Việc nghiên cứu

đề tài này nhằm giúp học sinh củng cố được kiến thức, rèn luyện được phươngpháp giải các loại bài tập, nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lý

4 GIẢ THIẾT NGHIÊN CỨU

Áp dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic sẽ làm

nâng cao chất lượng học tập chương hạt nhân nguyên tử cho học sinh lớp 12

III PHƯƠNG PHÁP

1 KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

Tôi lựa chọn học sinh lớp 12A3 và lớp 12A2 trường THPT Yên Định 2 đểnghiên cứu vì hai lớp có lực học tương đương nhau, kết quả điểm trung bìnhmôn học kì I là gần tương đồng nhau Cả hai lớp trên đều do tôi giảng dạy từ lớp

10 đến lớp 12

Đề tài nghiên cứu sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận

logic giải bài tập chương hạt nhân nguyên tử thuộc chương trình lớp 12.

2 THIẾT KẾ

- Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài

- Trình bày kiến thức cơ sở sách giáo khoa về năng lượng hạt nhân

- Phương pháp suy luận tìm ra kiến thức liên quan đến các dạng bài tập vềnăng lượng hạt nhân

- Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập

- Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện

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

- Chọn lớp 12A3 làm lớp thực nghiệm, lớp 12A2 là lớp đối chứng Tôi dùngbài kiểm tra chung khối 12- học kì I-môn Vật lý làm bài kiểm tra trước tác động

Kết quả cho thấy điểm trung bình của hai nhóm có sự khác nhau, do đóchúng tôi dùng phép kiểm chứng T- test để kiểm chứng sự chênh lệch trung bình

về điểm số của hai nhóm trước khi tác động

Nhóm Số HS Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn (SD) p

Kiểm tra trước và sau tác động với nhóm tương tương

03

Không áp dụng phươngpháp năng lượng và kỹnăng suy luận logic

04

Dùng phép kiểm chứng T-test độc lập

3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU

a Sự chuẩn bị bài của giáo viên:

- Lớp 12A2 (lớp đối chứng): Dạy theo phương pháp thông thường

- Lớp 12A3 (lớp thực nghiệm): Giáo viên biên soạn tài liệu về phương phápnăng lượng và kỹ năng suy luận logic có hướng dẫn cụ thể phương pháp và cáchlàm, sau đó giáo viên lên lớp giảng dạy cho học sinh nội dung bài tập của từngphương pháp, ra bài tập cho các em tự làm để nắm vững các phương pháp

b Tiến hành dạy thực nghiệm:

Ngoài thời gian theo phân phối chương trình, tôi bố trí một số buổi chiềuđể lên lớp cho học sinh

- Tiến hành kiểm tra và chấm bài

IV PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KẾT QUẢ

1 TRÌNH BÀY KẾT QUẢ

Bảng thống kê điểm kiểm tra đầu ra (sau gần 3 tuần tác động):

Bảng so sánh điểm trung bình của bài kiểm tra sau tác động

Chênh lệch giá trị trung

2 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU

Như trên đã chứng minh: kết quả 2 nhóm trước tác động là tương đương.Sau tác động kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình bằng t-test cho kết quảp=0,000068 < 0,05 Đây là kết quả rất có ý nghĩa, tức là sự chênh lệch kết quảđiểm trung bình nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng không phải dongẫu nhiên mà do kết quả của tác động

6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8

Trước TĐ Sau TĐ

Nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm

Giá trị SMD = 0,93 theo bảng tiêu chí Cohen cho thấy mức độ ảnh hưởngcủa dạy học có sử dụng tài liệu tự học đến kết quả là lớn Như vậy, giả thuyếtcủa đề tài đã được kiểm chứng

3 BÀN LUẬN

- Điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm là là8,0; của nhóm đối chứng là 7,3 Chứng tỏ điểm trung bình của hai lớp có sựkhác nhau rõ rệt Lớp thực nghiệm có điểm cao hơn lớp đối chứng.

- Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn (SMD) của hai bài kiểm tra là 0,93.Chứng tỏ biện pháp tác động có ảnh hưởng lớn đến kết quả

- Phép kiểm chứng T-test điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động củahai lớp 12A3 và 12A2 là p = 0,000068 < 0,05 Kết quả này khẳng định sự chênhlệch điểm trung bình của hai nhóm không phải do nhẫn nhiên mà do kết quả tácđộng

4 HẠN CHẾ

Để có thể sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic đòihỏi học sinh phải tìm tòi và tự học tự nghiên cứu dựa trên sự hướng dẫn của giáoviên Để có thể giải tốt được các bài tập chương hạt nhân nguyên tử đòi hỏi họcsinh phải có kĩ năng và kiến thức vững vàng Giáo viên phải hướng dẫn các emmột cách cẩn thận và tỉ mỉ

V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 KẾT LUẬN

Sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năng suy luận logic sẽ giúp các

em làm bài tập một cách hiệu quả trong thời gian ngắn nhất và đạt kết quả caotrong các kì thi

Kiến thức của học sinh về chương hạt nhân nguyên tử ngày càng đượccủng cố và phát triển sau khi nắm vững sau khi vận dụng phương pháp nănglượng và kỹ năng suy luận logic

Qua thời gian giảng dạy tôi thấy rằng với việc phân loại bài tập như trên

đã giúp học sinh có cái nhìn đúng đắn và hứng thú hơn khi học chương hạt nhânnguyên tử Các em không còn túng túng bỡ ngỡ khi gặp các bài tập này Chínhvì vậy, mà kết quả thi thử đại học và thi học kỳ II đã có hiệu quả nhất định

Thực tế giảng dạy cho thấy việc sử dụng phương pháp năng lượng và kỹnăng suy luận logic giải các bài tập về năng lượng trong phản ứng hạt nhân thuđược những kết quả rất tôt Học sinh hiểu và áp dụng được phương pháp giải cácbài tập tương đối dễ dàng, chính xác với loại bài tập về năng lượng trong phảnứng hạt nhân Ngoài ra, học sinh có thể áp dụng phương pháp suy luận logíc đểnhớ và giải đúng các bài tập thuộc chương khác

Tuy nhiên, chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót trong cáchphân dạng cũng như cách giải các bài tập minh họa Rất mong nhận được nhữngnhận xét, góp ý của các bạn đồng nghiệp để đề tài ngày càng hoàn chỉnh, đónggóp vào kho phương pháp giải bài tập vật lý hay và có hiệu quả

2 KIẾN NGHỊ

Đối với giáo viên: Thường xuyên tự học, tự bồi dưỡng để nâng cao trình

độ chuyên môn Dạy học kết hợp sử dụng phương pháp năng lượng và kỹ năngsuy luận logic để tạo cho học sinh thói quen ghi nhớ và làm đúng bài tập chươnghạt nhân nguyên tử

Đối với học sinh: Đọc kĩ tài liệu, học bài và làm bài theo sự hướng dẫncủa giáo viên Hiểu sâu và vận dụng tốt phương pháp năng lượng và kỹ năng suyluận logic, thường xuyên áp dụng giải các bài tập

Xin trân trọng cảm ơn!

Yên Định, tháng 5 năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Văn Tường

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (Chủ biên)- Vật lý 12 nâng cao- Nxb giáo dục-2008.

2 Lương Duyên Bình ( Tổng chủ biên), Vũ Quang ( Chủ biên)- Vật lý 12- Nxb giáo dục- 2008.

3 Một số bài tập trong các tài liệu ôn thi Đại học cao đẳng.

VII PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI

A Kiến thức cơ bản nền tảng từ sách giáo khoa:

- Năng liên kêt: W lk  Z m. p N m. n m hn.c2 m c 2

- Năng lượng liên kết riêng: lk

- Liên hệ giữa động lượng p và động năng K: P2  2mK

A

Z X Z X  Z X Z X

- Bảo toàn số nuclôn (số khối A) A1 A2 A3 A4

- Bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z) Z1 Z2 Z3 Z4

- Bảo toàn động lượng: P P1 2 P3P4

- Bảo toàn năng lượng toàn phần: E1 E2 E3 E4

B Giải pháp xác định kiến thức được biến đổi suy luận logic :

Kiến thức trong sách giáo khoa là nền tảng cơ sở Ỏ đây tôi xây dựng và "chế biến” kiến thức trong sách giáo khoa dưới dạng các công thức mới vận dụng nhanh tùy từng trường hợp như sau:

1 GIẢI PHÁP 1 Áp dụng phương pháp năng lượng giải bài tập về vật lý hạt nhân.

Bảo toàn năng lượng toàn phần: E1 E2 E3 E4

(m 1 c 2 + W đ1 ) + (m 2 c 2 + W đ2 ) = (m 3 c 2 + W đ3 ) + (m 4 c 2 + W đ4 ) (m 1 + m 2 - m 3 - m 4 )c 2 = W đ3 + W đ4 - W đ1 - W đ2

 W cung cấp = W động năng các hạt sau phản ứng – E

 W cung cấp tối thiểu = 0 – E

E

 = Wđsau – Wđtrước suy ra:

 Nếu cung cấp năng lượng dưới dạng photon có năng lượng:  hf hc

Bắn hạt nhân  có động năng 18 MeV vào hạt nhân 14

7 N đứng yên ta có phản ứng

14 17

7 N 8 O p

    Biết các hạt nhân sinh ra cùng tốc độ Cho m  = 4,0015u; m p = 1,0072u; m N = 13,9992u; m O =16,9947u; cho u = 931 MeV/c 2 Động năng của hạt prôtôn sinh ra có giá trị là bao nhiêu?

= (m α + m N – m O - m p ).c 2 = - 1,12 (MeV) (thu năng lượng )

- Yêu cầu bài toán liên quan tính động năng nên ta sử dụng (1):

E

 = W đsau - Wđtrước

2 1

2

1     Biết độ hụt khối của 2H

1

là m D  0,0024 ;1u u 931MeV c/ 2 Năng lượng liên kết hạt nhân 4He

2 là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

- Đề cho độ hụt khối các hạt nhân nên ta vận dụng công thức (3):

E = (m sau - m trước )c 2

10 , 4He

2 vµ 12C

6 t¬ng øng lµ 8,03, 7,07, 7,68 MeV/nuclon.

=2(7,07.4) + 7,68.12 – 8,03.20 -0 = -11,88(MeV)

- Năng lượng cần thiết tối thiểu W min sử dụng công thức (6):

W min = – E = 11,88 MeV

Bài tập vận dụng giải pháp 1 Bài tập 1: Cho phản ứng hạt nhân sau: 12D31T24Hen Biết độ hụt khối khi tạo thành các hạt nhân D T 4He

2

3 1

2

1 , , lần lượt là: m D =0,0024u; m T =0,0087u;

m He =0,0305u Cho 1u=931MeV/c 2 Năng lượng toả ra của phản ứng là

A 1,806 MeV B 18,06 MeV C 180,6 MeV D 18,06 eV

Bài tập 2: Một Proton có động năng 5,58MeV bắn vào hạt nhân Na23, sinh ra hạt α và

hạt X Cho m p =1,0073u; m Na =22,9854u; m α =4,0015u; m X =19,987u; 1u=931MeV/c 2 Biết hạt α bay ra với động năng 6,6MeV Động năng của hạt X là

A 2, 89MeV B 1,89MeV C 3,9MeV D 2,MeV

Bài tập 3: Cho biết mC =12,0000u; m α =4,0015u Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân 12C

6 thành ba hạt α là

A 6,7.10 -13 J B 7,7.10 -13 J C 8,2.10 -13 J D 5,6.10 -13 J

Bài tập 4: Xét phản ứng hạt nhân xảy ra khi bắn phá nhôm bằng các hạt α:

n P

27

13  Biết các khối lượng: m Al =26,974u; m P =29,97u; m α =4,0015u;

m n =1,0087u; 1u=931,5MeV/c 2 Bỏ qua động năng của các hạt sinh ra Năng lượng tối thiểu của hạt α để phản ứng xảy ra là

A 5,14MeV B 4,21MeV C 2,98MeV D 2,56MeV

Bài tập 5: Cho các năng lượng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV, của 234 U là 7,63 MeV, của 230 Th là 7,7 MeV Năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân 234

92 U phóng xạ tia α và tạo thành đồng vị Thôri 230

90 Th là

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