MỤC LỤCSỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 CƠ BẢN PHÂN DẠNG VÀ NẮM ĐƯỢC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN HẠT NHÂN NGUYÊN
Trang 1MỤC LỤC
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 3
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 CƠ BẢN
PHÂN DẠNG VÀ NẮM ĐƯỢC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
Người thực hiện: Lê Thị Liên Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc môn: Vật lí
THANH HOÁ NĂM 2019
Trang 21 MỞ ĐẦU 2
1.1 Lí do chọn đề tài 2
1.2 Mục đích nghiên cứu 2
1.3 Đối tượng nghiên cứu 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 4
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 4
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 4
2.1.1 Cơ sở của việc dạy - học bộ môn 4
2.1.2 Cơ sở của kiến thức - kỹ năng 4
2.1.2.1 Cấu tạo hạt nhân, độ hụt khối, năng lượng liên kết 4
2.1.2.2 Hiện tượng phóng xạ 5
2.1.2.3 Phản ứng hạt nhân 7
2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 7
2.3 Phân dạng bài tập 7
2.3.1 DẠNG 1: ĐỘ HỤT KHỐI, NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN 9
2.3.2 DẠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ 10
2.3.3 DẠNG 3: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN, NĂNG LƯỢNG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 11
2.3.4 DẠNG 4: BÀI TOÁN ĐỘNG NĂNG, VẬN TỐC TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 12
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 14
2.4.1 Những kết quả đã đạt được 14
2.4.2 Một số mặt hạn chế 14
2.4.3 Bài học kinh nghiệm 14
3 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 15
3.1 Kết luận 15
3.2 Kiến nghị 15
PHỤ LỤC 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO 21
Trang 31 MỞ ĐẦU
- Từ vị trí của bộ môn vật lí trong cấp học THPT hiện nay:
Môn vật lí cũng như nhiều môn học khác được xem là môn khoa học cơbản, học vật lí càng cần phát triển năng lực tư duy, tính chủ động, độc lập, sángtạo của học sinh để tìm hiểu và lĩnh hội các tri thức khoa học Trong khuôn khổnhà trường phổ thông, các bài tập vật lí thường là những vấn đề không quá phứctạp, có thể giải được bằng những suy luận lôgic, bằng tính toán hoặc thựcnghiệm dựa trên cơ sở những qui tắc vật lí, phương pháp vật lí đã qui định trongchương trình học; bài tập vật lí là một khâu quan trọng trong quá trình dạy vàhọc vật lí
Việc giải bài tập vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng những kiến thức cơbản của bài giảng, xây dựng, củng cố kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lí thuyết vàothực tiễn, là biện pháp quý báu để phát triển năng lực tư duy của học sinh, cótác dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng Vì thế trong giải bài tập vật lí việctìm ra phương án tối ưu nhất để giải nhanh, chính xác, đúng bản chất vật lí làđiều vô cùng quan trọng.[1]
- Đặc trưng của môn vật lí lớp 12 THPT:
Chương trình vật lí lớp 12 THPT bao gồm cả cơ, quang, điên xoay chiều và
vật lí hạt nhân, hầu như đều là các kiến thức mới với các em, đã thế lí thuyết rấtdài, nhiều công thức phức tạp, nhiều hằng số với các đơn vị rất khó nhớ lại đòihỏi phải chính xác tuyệt đối Từ đó đòi hỏi người giáo viên dạy bộ môn phảikhông ngừng nâng cao kiến thức, chuyên môn nghiệp vụ, phải có phương pháptốt trong ôn tập và kiểm tra.[1]
- Từ thực tế của việc học tập bộ môn:
Nhiều học sinh có ý thức học môn vât lí để thi khối A, A1, nhưng phương phápcòn bị động, đối phó, trông chờ, ỷ lại vào giáo viên
- Từ yêu cầu ngày càng cao của thi cử:
Hiện nay, trong xu thế đổi mới của ngành giáo dục về phương pháp kiểmtra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển trắc nghiệm khách quan đã trở thànhphương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học trong nhàtrường THPT Điểm đáng lưu ý là nội dung kiến thức kiểm tra đánh giá tươngđối rộng đòi hỏi học sinh phải học kỹ nắm vững toàn bộ kiến thức của chươngtrình, tránh học tủ học lệch Đối với các kỳ thi ĐH và CĐ, học sinh khôngnhững phải nắm vững kiến thức mà còn đòi hỏi học sinh phản ứng nhanh đốivới các dạng toán, đặc biệt là các dạng toán mang tính chất khảo sát mà các emthường học.[1]
Kết quả bồi dưỡng HSG và học sinh vào các trường ĐH – CĐ:
Trong quá trình giảng dạy bản thân đã không ngừng học hỏi, tích lũy đượcnhiều kinh nghiệm hay để có thể áp dụng trong thực tế Việc bồi dưỡng họcsinh giỏi đã có kết quả nhất định Trong các kỳ thi vào ĐH – CĐ hàng nămcũng có nhiều học sinh đạt điểm cao
Trang 41.2 Mục đích nghiên cứu
Tôi nghiên cứu đề tài này nhằm:
+ Giúp học sinh lớp 12 ban cơ bản học tự chọn môn vật lí có thêm đượccác kiến thức và kỹ năng cơ bản trong ôn tập phần “Giao thoa ánh sáng”,giúpcác em ôn luyên lí thuyết, phân dạng bài tập và có các phương pháp tối ưu đểgiải các bài tập phần này
+ Tìm cho mình 1 phương pháp để tạo ra các phương pháp giảng dạy phùhợp với đối tượng học sinh nơi mình công tác, tạo ra không khí hứng thú và lôicuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập, giúp các em đạt kết quả cao trongcác kỳ thi
+ Được nghe lời nhận xét góp ý từ đồng nghiệp, đồng môn
+ Nâng cao chất lượng học tập bộ môn, góp phần nhỏ bé vào côngcuộc CNH – HĐH đất nước
+ Mong muốn được HĐKH các cấp nhận xét, đánh giá, ghi nhận kếtqủa nỗ lực của bản thân giúp cho tôi có nhiều động lực mới hoàn thành tốtnhiệm vụ được giao
Đề tài được sử dụng vào việc:
- Ôn tập chính khóa và ôn thi THPTQG ( chỉ là phụ )
- Ôn thi CĐ – ĐH ( là chính )
- Giáo viên hướng dẫn học sinh ôn tập trên cơ sở: ôn tập lí thuyết, phân dạngbài tập, giải các bài tập mẫu, ra bài tập ôn luyện có đáp án để học sinh tự làm
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Là học sinh lớp 12B7, 12B8 Trường THPT Yên Định 3
Tham khảo cho học sinh lớp 12 Ban KHTN
+ Số học sinh ban cơ bản học tự chọn vật lí ở 2 lớp 12B7, 12B8 chỉ có:
25% có nhu cầu thực sự: có học lực TB khá quyết tâm học để theo khối
A, A1
40% học để thi tốt nghiệp và theo khối (vì 2 khối này có nhiều ngànhnghề để lựa chọn), số này có học lực TB
35% không thể thi khối khác (vì xác định không đậu đại học, cao đẳng sẽ
đi học nghề thì môn vật lí cũng rất cần thiết trong học tâp và xét tuyển sau này),
số này có học lực yếu, ý thức kém
Sách giáo khoa vật lí 12 cơ bản và nâng cao, sách giáo viên, các chuyên đề, đềthi và đáp án hàng năm, tài liệu từ internet…
Trang 51.4 Phương pháp nghiên cứu: Thực hiện ôn tập cho học sinh lớp 12
hoặc dạy vào giờ tự chọn
- Phương pháp áp dụng vào việc:
+ Ôn tập chính khóa và ôn thi tốt nghiệp (chỉ là phụ)
+ Ôn thi học sinh giỏi và ôn thi vào đại học – cao đẳng (là chính )
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Cơ sở của việc dạy - học bộ môn: Dạy học là quá trình tác động 2
chiều giữa giáo viên và học sinh, trong đó học sinh là chủ thể của quá trình nhận thức, còn giáo viên là người tổ chức các hoạt động nhận thức cho học sinh Nếu giáo viên có phương pháp tốt thì học sinh sẽ nắm kiến thức một cách
dễ dàng và ngược lại.[1]
2.1.2 Cơ sở của kiến thức - kỹ năng:
+ Về mặt kiến thức: Sau khi học xong, học sinh phải nhớ được, hiểu được cáckiến thức cơ bản trong chương trình sách giáo khoa Đó là nền tảng vững chắc
để phát triển năng lực cho học sinh ở cấp cao hơn
2.1.2.1 Cấu tạo hạt nhân, Độ hụt khối.
a Cấu tạo hạt nhân
- Nguyên tử có cấu tạo rỗng gồm một hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và
e chuyển động xung quanh
- Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ những hạt nhỏ gọi là nuclôn Có hai loại
nuclôn:
Prôtôn kí hiệu là p mang điện tích nguyên tố dương.
Nơtrôn kí hiêu là n năng lượng không mang điện tích.
b Đơn vị khối lượng hạt nhân
Trong vật lí hạt nhân, khối lượng thường được đo bằng đơn vị khối lượngnguyên tử Kí hiệu là u Theo định nghĩa, u có trị số bằng 121 khối lượng củađồng vị cacbon 12 C
6
23 10 023 , 6
12
12
1 12
Trang 6Khi đó 1uc2 = 931,5 MeV → 1u = 931,5 MeV/c 2
MeV/c2 được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân.
c Độ hụt khối
* Xét một hạt nhân A X
Z có Z proton và N notron, khi các nuclon chưa liên kết
để tạo thành hạt nhân thì khối lượng của hạt nhân chính là khối lượng của các
d Năng lượng liên kết hạt nhân
- Năng lượng liên kết hạt nhân
Theo thuyết tương đối, hệ các nuclôn ban đầu có năng lượng E0 = [ZmP + (A– Z)mn]c2
Còn hạt nhân được tạo thành từ chúng thì có năng lượng E = mc2 < E0 Vìnăng lượng toàn phần được bảo toàn, nên đã có một lượng năng lượng ΔE = E0
– E = Δm.c2 tỏa ra khi hệ các nuclôn tạo nên hạt nhân
Ngược lại, nếu muốn tách hạt nhân đó thành các nuclôn riêng rẽ, có tổng khốilượng ZmP + N.mn > m, thì ta phải tốn năng lượng ΔE = Δm.c2 để thắng lựctương tác giữa chúng ΔE càng lớn thì càng tốn nhiều năng lượng để phá vỡ liênkết giữa các nuclôn
Vì vậy, đại lượng ΔE = Δm.c2 được gọi là năng lượng liên kết các nuclôntrong hạt nhân, hay gọn hơn, năng lượng liên kết hạt nhân
0
.c m m c Z m N m m c m
- Năng lượng liên kết riêng
Là năng lượng liên kết tính cho một nuclôn, kí hiệu là ε và được cho bởi côngthức ε = ΔE/A
* Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân
* Có tính tự phát và không điều khiển được.
* Là một quá trình ngẫu nhiên.
c Các tia phóng xạ
Các tia phóng xạ thường được đi kèm trong sự phóng xạ của các hạt nhân Có
3 loại tia phóng xạ chính có bản chất khác nhau là tia anpha (ký hiệu là α), tia), tiabeta(hí hiệu là β), tia gamma(kí hiệu là γ).), tia gamma(kí hiệu là γ).)
Các tia phóng xạ là những tia không nhìn thấy được, nhưng có những tác dụng
cơ bản như kích thích một số phản ứng hóa học, ion hóa chất khí…
c 1 Phóng xạ α
- Tia α), tia thực chất hạt nhân của nguyên tử Heli, hí hiệu 4 He
2 Phương trình phóng X A Y He
Z
A Z
4 2
4
2
Trang 7Dạng rút gọn X A Y
Z
A Z
4 2
- Trong không khí, tia α), tia chuyển động với vận tốc khoảng 107 m/s Đi được
chừng vài cm trong không khí và chừng vài μm trong vật rắn, m trong vật rắn, không xuyên
qua được tấm bìa dày 1 mm
c 2 .Phóng xạ β
- Tia β), tia gamma(kí hiệu là γ) là các hạt phóng xạ phóng xa với tốc độ lớn (xấp xỉ tốc độ ánh sáng),cũng làm ion hóa không khí nhưng yếu hơn tia α), tia Trong không khí tia β), tia gamma(kí hiệu là γ) có thể
đi được quãng đường dài vài mét và trong kim loại có thể đi được vài mm.
Có hai loại phóng xạ β), tia gamma(kí hiệu là γ) là β), tia gamma(kí hiệu là γ).+ và β), tia gamma(kí hiệu là γ).–
0 0
0 1
0 0
0 1
1
Thực chất trong phân rã β), tia gamma(kí hiệu là γ).+ còn sinh ra một hạt sơ cấp (goi là hạt notrino)
♥
Chú ý: Các hạt notrino và phản notrino là những hạt không mang điện, có
khối lượng bằng 0 và chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng.
Sau một khoảng thời gian xác định T thì một nửa
số hạt nhân hiện có bị phân rã, biến đổi thành hạt
nhân khác, T được gọi là chu kì bán rã của chất
phóng xạ
Gọi N0 là số hạt nhân lúc ban đầu, N là số hạt
nhân còn lại ở thời điểm t
Sau t = T thì số hạt nhân còn lại là N0/2
Sau t = 2T thì số hạt nhân còn lại là N0/4
Sau t = 3T thì số hạt nhân còn lại là N0/8
Sau t = k.T thì số hạt nhân còn lại là T
t k
N( ) 0 2 , đây có dạng phương trình mũ
t T
t x
a
t a
2 ln 2 ln 2
ln ln
Trang 8Do khối lượng tỉ lệ với số hạt nhân nên từ (1) ta tìm được phương trình biểu
diễn quy luật giảm theo hàm mũ của khối lượng chất phóng xạ m(t) =
t T
t
e m
0
0 2 , (2)
Các công thức (1) và (2) biểu thị định luật phóng xạ
Vậy trong quá trình phóng xạ thì số hạt nhân và khối lượng giảm theo quy luật hàm mũ.
Các trường hợp đặc biệt, học sinh cần nhớ để giải nhanh các câu hỏi trắc nghiệm:
255N 0 /256 hay (99,609375%)
255/256 255
t
=9T
- - - Hay:
Trang 9Nhận xét: Sự phóng xạ: A→ B + C cũng là một dạng của phản ứng hạt nhân,
trong đó A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt α), tia hoặc β), tia gamma(kí hiệu là γ)
- Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác
Đặc điểm của phản ứng hạt nhân:
* Biến đổi các hạt nhân
* Biến đổi các nguyên tố
* Không bảo toàn khối lượng nghỉ
b Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân: 11X1 22X2 33X3 A44X4
Z
A Z
A Z
A
Định luật bảo toàn điện tích
Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tíchcủa các hạt sản phẩm Tức là: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
Bảo toàn số nuclôn (bảo toàn số A)
Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng sốnuclôn của các hạt sản phẩm Tức là: A1 + A2 = A3 + A4
Bảo toàn động lượng
Trong phản ứng hạt nhân thì động lượng của các hạt trước và sau phản ứngđược bằng nhau
Tức là p1 p2 p3 p4 m1v1 m2v2 m3v3 m4v4
Bảo toàn năng lượng toàn phần
Trong phản ứng hạt nhân thì năng lượng toàn phần trước và sau phản ứng làbằng nhau Năng lượng toàn phần gồm động năng và năng lượng nghỉ nên ta cóbiểu thức của định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:
4 4
3 3
2 2
1
1
2 2
2 2
X X
X X
X X
Trang 10mức độ từ đơn giản đến phức tạp Như vậy, việc dạy bài mới trên lớp mới chỉ
cung cấp kiến thức cho học sinh Học sinh muốn có kiến thức, kỹ năng phảiđược thông qua một quá trình khác: Đó là quá trình ôn tập Trong 6 mức độ của
nhận thức, tôi chú ý đến 2 mức độ là: Mức độ vận dụng và mức độ sáng tạo
Mức độ vận dụng là mức độ học sinh có thể vận dụng các kiến thức
cơ bản đã học để giải đươc các dạng BT áp dụng công thức thay số và tính
toán Còn mức độ sáng tạo yêu cầu học sinh phải biết tổng hợp lại, sắp xếp
lại, thiết kế lại những thông tin đã có để đưa về các dạng BT cơ bản hoặc bổ sung thông tin từ các nguồn tài liệu khác để phân thành các dạng BT và nêu các phương pháp giải sao cho phù hợp với các kiến thức đã học.
2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:
- Việc học tập của học sinh nhằm 2 mục đích: Học để biết và học để thi Nếu
chỉ học để biết thì học sinh chỉ cần “đọc” và “nhớ” Còn học để thi học sinhphải có kỹ năng cao hơn: Nhớ kiến thức -> Trình bày kiến thức -> Vận dụngkiến thức -> Sáng tạo thêm từ các kiến thức đã có -> Kết quả học tập
- Trong các đề thi THPTQG, ĐH - CĐ Mỗi đề thi thường có một số câu hỏi
khó (câu hỏi nâng cao) mà nếu hoc sinh chỉ vận dụng công thức SGK thì không
thể làm được Ví dụ :Chương Sóng ánh sáng ở SGK lớp 12 cơ bản có Bài 35 Tính chất và cấu tạo hạt nhân; Bài 36 Năng lượng liên kết hạt nhân; Bài 37 Phóng xạ; Bài 38 Phản ứng phân hạch; Bài 39 Phản ứng nhiệt hạch kiến
thức lý thuyết chỉ nói chung chung, không đi sâu vào từng vấn đề cụ thể nhưngcác dạng bài tập đưa ra trong các kỳ thi ĐH và CĐ lại phức tạp Với chỉ kiếnthức SGK thì học sinh ban cơ bản không thể nào giải được đề thi ĐH và CĐphần này Hơn nữa, “ Giao thoa ánh sáng” với học sinh THPT thật phức tạp bởinguốn sáng có thể là nguồn đơn sắc, nguồn gồm hai, ba nguồn sáng đơn sắchoặc nguồn ánh sáng trắng Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy học sinhthường chỉ biết làm những bài tập đơn giản thay vào công thức có sẵn, còn cácbài tập yêu cầu phải có khả năng phân tích đề hoặc tư duy thì kết quả rất kém
Để giúp học sinh có thể nắm được và vận dụng các phương pháp cơ bản để giảicác bài tập trong các đề thi phần: giao thoa với nguồn sáng gồm hai, ba nguồn
đơn sắc hoặc giao thoa với nguồn ánh sáng trắng, tôi chọn đề tài: “Huớng dẫn học sinh lớp 12 ban cơ bản phân dạng và nắm được phương pháp giải bài tập phần: “Hạt nhân nguyên tử’’ Trong đề tài này, tôi tóm tắt những phần lý
thuyết cơ bản, đưa ra các dạng bài tập và phương pháp giải, bài tập tự luyệnnhằm giúp các em ôn tập lí thuyết, phân dạng bài tập và có phương pháp giảicác dạng bài tập
Ví dụ 1: Tính độ hụt khối của hạt nhân 4 He
2 có khối lượng mHe= 4,0015u
Hướng dẫn giải :
Trang 11Ví dụ 3: Hạt nhân Natri có kí hiệu 23 Na
11 và khôí lượng của nó là mNa =22,983734 u, biết mp = 1,0073 u, mn = 1,0087 u
Tính độ hụt khối và năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng của hạt nhân
Na
Hướng dẫn giải :
Độ hụt khối: Δm = 11.1,0073 + 13.1,0087 - 22,9837 = 0,201 (u)
Năng lượng liên kết của Na: Elk = 0,201.931 = 187 (MeV)
2.3.2 DẠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ
Phương pháp : sử dụng các phương trình sau
* Phương trình liên hệ giữa khối lượng hạt nhân (m) và số hạt nhân (N) là
A A
N
A N m N
* Trong sự phóng xạ không có sự bảo toàn khối lượng mà chỉ có sự bảo toàn về
số hạt nhân Tức là, số hạt nhân con tạo thành bằng số hạt nhân mẹ đã phân rã.
A
Y A
Y Y Y
N
N A
N
N m N