Vật lí là một trong những môn học khó, học sinh muốn học tốt cần phảihiểu được bản chất của các hiện tượng vật lí, hệ thống được các kiến thức trọngtâm và vận dụng để giải các bài tập..
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT HOẰNG HOÁ 4
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
THANH HÓANĂM 2019
Trang 2MỤC LỤC
Trang
A MỞ ĐẦU 1
I Lí do chọn đề tài 1
II Mục đích nghiên cứu 1
III Đối tượng nghiêncứu 1
IV Phương pháp nghiên cứu 1
1 Nghiên cứu lí luận 1
2 Nghiên cứu thực tiễn 2
3 Thực nghiệm sư phạm 2
V Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 2
B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2
I Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2
II.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3
III Các biện pháp thực hiện 3
1 Các kiến thức trọng tâm về cấu tạo hạt nhân 3
1.1.Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 3
1.2 Lực hạt nhân 3
1.3 Đồng vị 3
1.4 Khối lượng nguyên tử, khối lượng hạt nhân: 4
1.5 Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liên kết hạt nhân 4
2 Các kiến thức trọng tâm về phóng xạ hạt nhân 4
2.1 Hiện tượng phóng xạ: 4
2.2 Các loại tia phóng xạ: 4
2.3 Định luật phóng xạ: 5
3 Các kiến thức trọng tâm về phản ứng hạt nhân 6
3.1 Phản ứng hạt nhân 6
3.2 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân 6
3.3 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân 7
3.4 Phản ứng hạt nhân nhân tạo 8
3.5 Phản ứng hạt nhân phân hạch 8
3.6 Phản ứng nhiệt hạch: 9
4.Các dạng bài tập về hạt nhân nguyên tử 9
4.1 Bài tập về cấu tạo hạt nhân: 9
4.2 Bài tập về phóng xạ hạt nhân: 10
4.3 Bài tập về phản ứng hạt nhân: 12
IV Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 15
1 Trước khi thực hiện sáng kiến kinh nghiệm 15
2 Sau khi thực hiện sáng kiến kinh nghiệm 15
C KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO 17
Trang 3A MỞ ĐẦU
I Lí do chọn đề tài.
Vật lí là một trong những môn học khó, học sinh muốn học tốt cần phảihiểu được bản chất của các hiện tượng vật lí, hệ thống được các kiến thức trọngtâm và vận dụng để giải các bài tập Mặt khác bài tập vật lí rất đa dạng và phongphú Trong phân phối chương trình số tiết ôn tập lại không nhiều so với nhu cầucần hệ thống kiến thức của học sinh Chính vì thế, giáo viên khi giảng dạy cầnphải định hướng cho học sinh hệ thống lại kiến thức trọng tâm của một chương
đã học một cách tốt nhất nhằm giúp các em có kiến thức tổng hợp, phân loại vàgiải được các dạng bài tập của chủ đề vật lí đã học, tạo cho học sinh niềm say
mê, sự hứng thú và yêu thích môn học
Trong các đề thi trung học phổ thông Quốc giacác câu hỏi về chủ đề vật
lí hạt nhânnguyên tử rất đa dạng và phong phú Gặp những câu hỏiliên quanđến chủ đề này học sinh thường lúng túng trong việcvận dụng kiến thức, phânloại và tìm cho mình một phương pháp giải nhanh nhất và hiệu quả nhất Do
đó mất thời gian và làm ảnh hưởng đến thời gian làm các câu hỏi khác và kếtquả thi không cao
Vì vậy việc hệ thốngkiến thức trọng tâm và áp dụng các kiến thức đó đểđưa ra phương pháp giải các bài tập cho học sinh sau khi học xong mộtchươnglà rất cần thiết.Hiện nay chưa có nhiều tài liệu đi sâu nghiên cứu hệthống kiến thức trọng tâm về chủ đề vật lí hạt nhân nguyên tử
Qua thực tế 19 năm giảng dạy ở trường trung học phổ thông tôi đã hệthống được các kiến thức trọng tâm chươnghạt nhân nguyên tử từ đó phân loại
và đưa ra được các phương pháp giải các dạng bài tậpvề chủ đề này Vì vậytôi chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm để nghiên cứu là:
“Hệ thống kiến thức trọng tâm chương hạt nhân nguyên tử - vật lí lớp 12”
II Mục đích nghiên cứu.
Mục đích của đề tài này là giúp các em học sinh hệ thống lại các kiếnthức trọng tâm của chươnghạt nhân nguyên tử trong chương trình vật lí 12 từ
đó các em có thể phân loại và đưa ra các phương pháp giải các bài tập về hạtnhân nguyên tử một cách nhanh nhất, chính xác và đạt hiệu quả cao nhất
III Đối tượng nghiêncứu.
Đề tài “Hệ thống kiến thức trọng tâm chương hạt nhân nguyên tử- vật
lí lớp 12”
tập trung nghiên cứu hệ thống các kiến thức trọng tâm của chươnghạtnhân nguyên tửbao gồm các kiến thức trọng tâm về: cấu tạo hạt nhân, các loạiphóng xạ, định luật phóng xạ, phản ứng hạt nhân, năng lượng tỏa ra hoặc thuvào trong phản ứng hạt nhân trong chương trình vật lý lớp 12 THPT
IV Phương pháp nghiên cứu.
1 Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của việc hệ thống kiếnthức trọng tâm trong dạy học vật lí, áp dụng để giải các dạng bài tập về hạt nhânnguyên tử nói riêng và bài tập vật lí nói chung
Trang 42 Nghiên cứu thực tiễn
- Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa và tìm hiểu chương trình vật lí lớp
12 THPT, nghiên cứu các tài liệu tham khảo có liên quan để xác định các dạngbài tập về hạt nhân nguyên tử Từ đó xác định các kiến thức toán học có liênquan để vận dụng giải các bài tập về hạt nhân nguyên tử trong chương trình vật
lý 12, trong các đề thi nhanh chính xác và hiệu quả nhất
3 Thực nghiệm sư phạm
- Tiến hành giảng dạy song song với việc tìm hiểu các học sinh lớp
12 trường THPT Hoằng Hoá 4 – Hoằng Hoá – Thanh Hoá Trên cơ sở phân tíchđịnh tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm
để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài sáng kiếnđưa ra
- Thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm: Từ tháng 08 năm 2017 đếntháng 05 năm 2019
- Địa điểm: Trường THPT Hoằng Hoá 4 – Hoằng Hoá – Thanh Hoá
V Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm.
Đề tài“Hệ thống kiến thức trọng tâm chươnghạt nhân nguyên tử
-Vật lí lớp 12”
đã hệ thống đầy đủ các kiến thức trọng tâm về vật lí hạt nhânnguyên tửbao gồm các kiến thức lý thuyết và các công thức quan trọng
- Từ các kiến thức trọng tâm này giúp các em học sinh có thể phân loại
và đưa ra phương pháp giải phù hợp để giải một số dạng bài tập thường gặp
về vật lí hạt nhân như: Cấu tạo hạt nhân, phóng xạ hạt nhân, phản ứng hạtnhân trong chương trình vật lý lớp 12 THPT Từ đó giúp học sinh có mộtkiến thức tổng hợp về vật lí hạt nhân để vận dụng vào giải quyết các câu hỏi
và bài tập về hạt nhânnguyên tử trong các đề thi
B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
I Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
Việc dạy học vật lí trong nhà trường phổ thông không chỉ giúp học sinh hiểuđược sâu sắc và đầy đủ các kiến thức vật lí phổ thông mà còn giúp các em vận dụngcác kiến thức đó giải quyết nhiệm vụ của bài tập vật lí và những vấn đề xãy ra trongcuộc sống Để đạt được điều đó, học sinh phải có những kiến thức vật lý nhất định vàphải thường xuyên rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo trong cuộc sống hằng ngày Kỹ năngvận dụng kiến thức vật lí vào việc giải bài tập và giải thích các hiện tượng xãy ratrong thực tế đời sống hằng ngày là thước đo độ sâu sắc và vững vàng những kiếnthức vật lí mà học sinh đã được học 7
Vật lí là một môn khoa học giúp học sinh nắm được các qui luật vận động củathế giới vật chất và các bài tập vật lí giúp học sinh hiểu rõ các qui luật vận động ấy,biết phân tích và vận dụng các quy luật ấy vào thực tiễn Mặc dù giáo viên đã trìnhbày tài liệu một cách rõ ràng, mạch lạc, hợp lôgíc, phát biểu định luật,làm thí nghiệmđúng theo yêu cầu và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ đểhọc sinh nắm vững và sâu sắc kiến thức vật lí Vì vậy việc hệ thống kiến thức trọngtâm cho cho học sinh sau khi học một chủ đề vật lí là việc làm cần thiết và rất quan
Trang 5trọng Từ những kiến thức trọng tâm của một chủ đề vật lí đã được hệ thống, họcsinh có thể vận dụng để phân loại và đưa ra phương pháp giải các bài tập vật lí, giảiquyết các tình huống cụ thể nảy sinh trong đời sống hằng ngày 7
II.Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Qua thực tế khảo sát học sinh các lớp trực tiếp giảng dạy và học sinh cáckhối lớp trong trường tôi nhận thấy việc hệ thống kiến thức trọng tâmsau khi họcxong một chủ đề vật lí của học sinh trung học phổ thông còn rất hạn chế Khigặp một dạng bài tập vật lí học sinh thường lúng túng trong quá trình phân tích,phân loại dạng bài tập và sử dụng kiến thức vật lí nào để giải quyết bài toán đó.Các tài liệu tham khảo hiện có thường chỉ giải một số bài tập cụ thể, vì vậy họcsinh không áp dụng được cho các dạng bài tập ở dạng tương tự Các năm gầnđây, để phân loại học sinh trong các đề thi thường xuyên xuất hiện một số câuhỏi khó trong đó có những câu hỏi về vật lí hạt nhân nguyên tử Khi gặp nhữngdạng bài tập này đòi hỏi học sinh phải sử dụng các kiến thức toán học, hóa học,kết hợp với các kiến thức vật lí mới đưa ra cách giải nhanh và chính xác Xuấtphát từ thực trạng đó tôi đã viết
đề tài “Hệ thống kiến thức trọng tâm chương hạt nhân nguyên tử – vật lí
lớp 12”nhằm hệ thống kiến thức về chương hạt nhân nguyên tửtừ đó giúp các
em có kiến thức tổng hợp, phân loại và đưa ra các phương pháp giải phù hợpvới từng dạng bài tập, giúp học sinh khắc sâu kiến thức và vận dụng để giảiquyết được các hiện tượng vật lí nảy sinh trong thực tế đời sống
III Các biện pháp thực hiện.
1 Các kiến thức trọng tâm về cấu tạo hạt nhân.
1.1.Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
- Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ (đường kính cỡ10-14m đến
10-15m), nhưng lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn gọi là các nuclôn
- Có hai loại nuclôn: prôtôn p (11p=11H) mang điện tích nguyên tố dương,nơtrôn n (o1n) không mang điện
VD: Hidrô 11H có 2 đồng vị:; đơteri 21H (21D) ; triti 31H (31T)
Trang 61.4 Khối lượng nguyên tử, khối lượng hạt nhân:
- Trong vật lý nguyên tử và hạt nhân người ta thường dùng đơn vị khốilượng gọi là đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u
1.5 Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, năng lượng liên kết hạt nhân
- Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng
Vật có khối lượng m thì có năng lượng nghỉ E = m.c2 Với c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không Từ đó suy ra đơn vị của khối lượng nguyên tử
c
Độ hụt khối của hạt nhân: Xét hạt nhân Z A X độ hụt khối:m = m0 – m
Trong đó:m0 = Zmp + Nmn = Zmp + (A-Z)mn là tổng khối lượng các nuclôn
m là khối lượng hạt nhân X được tạo thành khi liên kết các nuclôn trên
- Năng lượng liên kết: E = m.c2 = (m0-m)c2
- Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn:
ΔEEA
Lưu ý: Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.
2 Các kiến thức trọng tâm về phóng xạ hạt nhân.
2.1.Hiện tượng phóng xạ:
- Định nghĩa phóng xạ: Phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự
động phóng ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác
Các tia phóng xạ không nhìn thấy được, nhưng có thể phát hiện đượcchúng do chúng có khả năng làm đen kính ảnh, làm iôn hóa chất khí, bị lệchtrong điện trường, từ trường,
- Đặc điểm của hiện tượng phóng xạ:
Hiện tượng phóng xạ do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra, hoàntoàn không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài
Không thể can thiệp để làm cho sự phóng xạ xảy ra nhanh hơn hoặcchậm hơn
2.2 Các loại tia phóng xạ:
Có 3 loại tia phóng xạ
+ Tia anpha : là chùm hạt nhân hêli 42He, gọi là hạt Hạt mang điệntích +2e hạt được phóng ra từ hạt nhân với vận tốc khoảng 107m/s, chỉ điđược tối đa 8 cm trong không khí, có khả năng làm iôn hóa chất khí, có khảnăng đâm xuyên yếu
+ Tia bêta : gồm 2 loại
Trang 7- Loại phổ biến là các hạt bêta trừ, kí hiệu là -; đó là chùm các êlectronmang điện tích -e.
- Một loại khác hiếm hơn là các hạt bêta cộng, kí hiệu là + ; đó là chùm
hạt có khối lượng như êlectron nhưng mang điện tích +e gọi là các pôzitrôn
Các hạt được phóng ra với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, có thểbay xa tới hàng trăm mét trong không khí, khả năng iôn hóa chất khí yếu hơn tia
, khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia
+ Tia gamma : có bản chất là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (dưới
10-11m) Đây là chùm phôtôn năng lượng cao, có khả năng đâm xuyên rất mạnh,
và rất nguy hiểm cho con người Tia có mọi tính chất như tia Rơnghen Tia không bị lệch trong điện trường và từ trường
2.3 Định luật phóng xạ:
*Nội dung định luật: Mỗi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian
T gọi là chu kỳ bán rã Cứ sau mỗi chu kỳ này thì một nữa số nguyên tử của chất
ấy biến đổi thành chất khác
*Các công thức về định luật phóng xạ:
- Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t là:
t
T
- Số hạt nguyên tử bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành và bằng
số hạt ( hoặc e- hoặc e+) được tạo thành:
t
T
l
D
=
Phần trăm chất phóng xạ còn lại: 0
2
t t T
m
e m
Trang 8H = H 2 = H e = λt.N
Trong đó: H0 = N0 là độ phóng xạ ban đầu
Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây Ngoài ra còn dùng đơn vị là Curi (Ci); 1Ci = 3,7.1010 Bq
Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi rađơn vị giây(s)
3 Các kiến thức trọng tâm về phản ứng hạt nhân.
Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn
3.2 Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.
+ ĐL Bảo toàn số nuclôn (số khối A): A1 + A2 = A3 + A4
+ĐL Bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z):Z1 + Z2= Z3 + Z4
+ ĐL Bảo toàn động lượng:
p + p = p + p hay m v + m v = m v + m v
+ Bảo toàn năng lượng:E + K + K = E + K + K 0 A B C D
K = mv
2 là động năng chuyển động của hạt
Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng
- Mối quan hệ giữa động lượng P và động năng Kcủa hạt là: p = 2mK
- Khi tính vận tốc v hay động lượng P thường áp dụng quy tắc hình bình hành
Trường hợp đặc biệt:uur uurp1 ^p2=>p = p + p2 12 22
Tương tự khi uur urp1 ^p hoặc uur urp2 ^p
Trang 9(Tương tự với v1 = 0 hoặc v2 = 0) 5 ; 6
3.3 Năng lượng trong phản ứng hạt nhân
E = (m0 - m)c 2
Trong đó: m = m + m 0 A Blà tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng
m = m + m là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng
- Nếu m 0>m thì phản ứng toả năng lượng E dưới dạng động năng của các
hạt C, D hoặc phôtôn Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn
- Nếu m 0<m thì phản ứng thu năng lượng E dưới dạng động năng của
các hạt A, B hoặc phôtôn Các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bềnvững
Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân 11 22 33 44
A
Z X + X 1 Z 2 ® Z X + X 3 Z 4Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có:
Năng lượng liên kết riêng tương ứng là 1, 2, 3, 4
Năng lượng liên kết tương ứng là E1, E2, E3, E4
Lưu ý: - Bản chất (thực chất) của tia phóng xạ - là hạt electrôn (e-)
- Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc rất nhỏ)
chuyển động với vận tốc của ánh sáng và hầu như không tương tác với vật chất + Phóng xạ + (+ 01e
Trang 10Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E1 chuyển xuống mức năng lượng E2 đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng
1 2
hc
λt
Lưu ý: Trong phóng xạ không có sự biến đổi hạt nhân phóng xạ
thường đi kèm theo phóng xạ và
Chú ý: Các hằng số và đơn vị thường sử dụng
* Số Avôgađrô: NA = 6,022.1023 mol-1
* Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10-19 J; 1MeV = 1,6.10-13 J
* Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10
-27kg = 931,5 MeV/c2
* Điện tích nguyên tố: e = 1,6.10-19 C
* Khối lượng prôtôn: mp = 1,0073u
* Khối lượng nơtrôn: mn = 1,0087u
* Khối lượng electrôn: me = 9,1.10-31kg = 0,0005u
3.4 Phản ứng hạt nhân nhân tạo
Phản ứng hạt nhân nhân tạo là phản ứng hạt nhân do con người tạo ra
* Ứng dụng của đồng vị phóng xạ
+ Đồng vị: là các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số prôtôn Z nhưng khác
số nơtrôn N nên khác số khối A, chúng ở cùng một vị trí trong bảng hệ thốngtuần hoàn
+ Đồng vị bền: là đồng vị mà hạt nhân của nó không có một biến đổi tựphát nào trong suốt quá trình tồn tại
+ Đồng vị phóng xạ: là đồng vị mà hạt nhân của nó có thể phát ra những tiaphóng xạ và biến đổi thành hạt nhân của nguyên tố khác