Nghiên cứu, vận dụng phương pháp dạy học theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý xây dựng các dạng bài tập vật lý hạt nhân ( ban cơ bản)

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 X

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 lí

THANH HOÁ NĂM 2016

MỤC LỤC

II.NỘI DUNG

II.2 Thực trạng học sinh làm bài tập Vật lý ở trường THPT Nguyễn

Mông Tuân Đông Sơn

2

III.GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 3

III.1.SỬ DỤNG LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

3

III.2.XÂY DỰNG CÁC DẠNG BÀI TẬP “VẬT LÍ HẠT NHÂN” VẬT

LÝ 12 BAN CƠ BẢN THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL

4

III.2.1 Xây dựng hệ thống BTVL tiết “ bài tập vật lí hạt nhân” theo

hướng phát triển BT

4

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

DANH MỤC VIẾT TẮT

BTCB Bài tập cơ bản BTPH Bài tập phức hợp

I- MỞ 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 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 ) để làm đề tài cho bài 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

- 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 giáo 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

III.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 AA B A C A D

b) Bảo toàn điện tích Z A Z B Z C Z D

c) Bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng: “Trong phản ứng hạt nhân, năng lượng và động lượng được bảo toàn”

Lưu ý: Không có định luật bảo toàn khối lượng của hệ

Xét phản ứng hạt nhân: AB CD

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 Am 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

0

0 2   

Số hạt nhõn X cũn lại sau thời gian t : N = T t

t

e N

N0 2  0  . Cụng thức liờn hệ : n N N m A

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

+ Nếu mtrước msauthỡ ban đầu hệ cú năng lượng (Etrước mtrước .c2) lớn hơn năng lượng của hệ sau phản ứng (Esau msau.c2) nờn theo định luật bảo toàn phản ứng phải ra toả năng lượng: Emtrước  msau cdưới 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 Emsau mtrước .c2và động năng W d của cỏc hạt nhõn mới sinh: W  EWd

+ 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

+ Cỏc nguyờn tố ở cuối bảng tuần hoàn như: Urani, Plutoni cú số khối lớn kộm bền vững

+ Cỏc nguyờn tố ở đầu bảng tuần hoàn như H, He cú số khối rất nhỏ càng kộm bền vững

Vậy cú thể cú hai loại phản ứng hạt nhõn toả năng lượng, gọi là năng lượng hạt nhõn

+ 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 12C

6

thành các nuclôn riêng biệt bằng bao nhiêu ?

Giải

Xét phản ứng tách 12C

6 12C 6p 6n

Ta có m0  12u

m 6 p  n  6 1 , 00728  1 , 00867  12 , 0957

Suy ra năng lượng tối thiểu E m e m c  e uc

2 2









19

2 8 27

10 894 , 0 10

6 , 1

10 3 10 66058 , 1 12 0957 , 12









Bài tập 2: Biết số Avôgađrô là 6,02.10 23 mol-1, khối lượng mol của hạt nhân urani

U

238

92 là 238 gam / mol Số nơtron trong 119 gam urani 23892U là bao nhiêu ?

Giải

- Số hạt nhân có trong 119 gam urani 23892U là :

N = N A

A

m

6 , 02 10 23 3 01 10 23

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

4 Becó khối lượng 10,0135u Khối lượng của nơtrôn (nơtron)

mn = 1,0087u, khối lượng của prôtôn (prôton) mP = 1,0073u, 1u = 931 MeV/c2 Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10

4 Be là bao nhiêu ?

Gi¶i :

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân 10

4 Be là :

lk m m m c

E

A

2

6 3215 10

Bài tập 4: Cho phản ứng hạt nhân: 3 2 4

1T 1D 2He X Lấy độ hụt khối của hạt nhân

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

1

0X chính là hạt nơtrôn nên mx = 0

( 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

4Be là mBe = 10,01134u, khối lượng của nơtron là

mN = 1,0087u, khối lượng của proton là mP = 1,0073u Tính độ hụt khối của hạt nhân 10

4Be là bao nhiêu?

Gi¶i

- Xác định cấu tạo hạt nhân 10

4Be có Z = 4proton, 6 notron

- 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 131

53I dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 8 ngày đêm Nếu 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 131

53I còn lại là :

0 2  100 2 

t m

Bài tập 8: Một chất phóng xạ ban đầu có N0 hạt nhân Sau 1 năm, còn lại một phần

ba số hạt nhân ban đầu chưa phân rã Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại chưa phân

rã của chất phóng xạ đó là

Giải

- Ta có : t1 = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là : 13

2

1

0

T t

N N