Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan thì hình thức này đòi hỏi học sinh phải có kiến thức rộng, xuyên suốt chương trình và có kỹ năng làm bài nhanh chính xác. Vì vậy khi nắm được dạng bài và phương pháp giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng tìm ra đáp án . Chương Hạt nhân nguyên tử chiếm khoảng 5 – 6 câu trong đề thi THPT QG với kiến thức không quá khó nên khi thành thạo các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập chương này thì HS dễ dàng lấy điểm tối đa khi thi. Thực trạng học sinh khi học chương “ Hạt nhân nguyên tử” lớp 12 thường đạt kết quả chưa cao đặc biệt nội dung bài tập về Phóng Xạ. Với dạng bài tập nhiều, lại liên quan đến nhiều kiến thức toán nên việc chia dạng hợp lý, các bài tập phù hợp với đối tượng là rất quan trọng đối với GV, để từ đó GV hướng dẫn HS làm bài hiệu quả nhất. Vì vậy tôi quyết định nghiên cứu và viết chuyên đề về bài tập Phóng Xạ trong chương Hạt nhân nguyên tử với mục đích cho các em HS dễ tiếp thu và hiệu quả cao nhất.
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC
TRƯỜNG THPT NGUYỄN THỊ GIANG
Trang 2II BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG……….trang 8
1 DẠNG 1: XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHẤT CÒN LẠI, PHÂN RÃ …… trang 8
2 DẠNG 2: TÌM KHỐI LƯỢNG, HẠT NHÂN CỦA HẠT NHÂN CON trang 12
3 DẠNG 3: TÌM CHU KÌ BÁN RÃ trang 14
4 DẠNG 4: TÌM THỜI GIAN PHÓNG XẠ t.rang 17
5 DẠNG 5: TÍNH ĐỘ PHÓNG XẠ ( Nâng cao ) trang 19
6 DẠNG 6: ỨNG DỤNG PHÓNG XẠ ( Nâng cao ) trang 20
D ĐỀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ trang 25
Trang 3PHẦN A MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn chuyên đề:
- Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan thì hình thức này đòi hỏi học sinh phải có kiến thức rộng, xuyên suốt chương trình và có kỹ năng làm bài nhanh chính xác Vì vậy khi nắm được dạng bài và phương pháp giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng tìm ra đáp án
- Chương Hạt nhân nguyên tử chiếm khoảng 5 – 6 câu trong đề thi THPT QG với kiến thức không quá khó nên khi thành thạo các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập chương này thì HS dễ dàng lấy điểm tối đa khi thi
- Thực trạng học sinh khi học chương “ Hạt nhân nguyên tử” lớp 12 thường đạt kết quả chưa cao đặc biệt nội dung bài tập về Phóng Xạ Với dạng bài tập nhiều, lại liên quan đến nhiều kiến thức toán nên việc chia dạng hợp lý, các bài tập phù hợp với đối tượng là rất quan trọng đối với GV, để từ đó GV hướng dẫn HS làm bài hiệu quả nhất
Vì vậy tôi quyết định nghiên cứu và viết chuyên đề về bài tập Phóng Xạ trong chương Hạt nhân nguyên tử với mục đích cho các em HS dễ tiếp thu và hiệu quả cao nhất
2 Mục tiêu:
a Về kiến thức:
- HS khắc sâu những kiến thức lí thuyết về phóng xạ: ĐN, đặc điểm, các dạng phóng xạ…
- HS có một hệ thống bài tập và phương pháp giải các bài tập về phóng xạ
- Nhằm xây dựng một chuyên đề sâu, tổng quát
b Kĩ năng:
- HS giải thích được các hiện tượng đơn giản liên quan đến phóng xạ
- HS làm được BT về phóng xạ, đặc biệt có thể nhanh chóng giải các bài toán trắc nghiệm
Trang 4a Giáo viên:
- Vấn đáp, hoạt động nhóm, thảo luận…
b Học sinh:
- Tự học, trao đổi bạn bè…
5 Thời lượng chuyên đề: 4 tiết
Sau đây là toàn bộ nội dung của chuyên đề bồi dưỡng ôn thi THPT QG phần PHÓNG
XẠ, tôi cho rằng nội dung vẫn còn có những thiếu sót và hạn chế, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ phía các đồng nghiệp
Xin trân trọng cảm ơn!
PHẦN B CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I SỰ PHÓNG XẠ:
1 Khái niệm: là loại phản ứng hạt nhân tự phát hay là hiện tượng hạt
nhân không bền vững tự phát phân rã, phóng ra các bức xạ gọi là tia
phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác Quá trình phân rã phóng xạ
chính là quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân
- Đặc điểm của hiện tượng phóng xạ :
+ quá trình phân rã phóng xạ chính là quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt
nhân
+quá trình phân rã phóng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong gây ra và
hoàn toàn không chịu tác động của các yếu tố thuộc môi trường ngoài
CHÚ Ý:
+ Tia phóng xạ không nhìn thấy nhưng có những tác dụng lý hoá như ion hoá môi trường, làm đen kính ảnh, gây ra các phản ứng hoá học
+ Phóng xạ là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng
+ Quy ước gọi hạt nhân tự phân hủy gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau khi phân hủy gọi là hạt nhân con
+ Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn do các nguyên nhân bên trong hạt nhân gây ra.không hề phụ thuộc vào các yếu tố lý hoá bên ngoài (nguyên tử phóng xạ nằm trong các hợp chất khác nhau
có nhiệt độ, áp suất khác nhau đều xảy ra phóng xạ như nhau đối với cùng loại)
3 2 2 1 1
A Z
A Z A
Trang 5có năng lượng cao
Phương trình
He Y
2 4 A 2 Z
226
Rút gọn
He Rn
2
222 86
14
Sau phóng xạ α hoặc
β xảy ra quá trình chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản phát ra phô tôn
+ Smax = vài m trong không khí
+ Xuyên qua kim loại dày vài mm
+ Đâm xuyên mạnh hơn tia α và β Có thể xuyên qua vài m bê-tông hoặc vài cm chì
Trong điện trường Lệch Lệch nhiều hơn tia alpha Không bị lệch
Chú ý
Trong chuỗi phóng xạ
α thường kèm theo phóng xạ β nhưng không tồn tại đồng thời hai loại β
Còn có sự tồn tại của hai loại hạt
Z x Z 1Y 1 e 0 v(nơtrinô.)
v e Y
0
0 1
A 1 Z
- Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân
- Có tính tự phát và không điều khiển được, không chịu các tác
động của bên ngoài
- Là một quá trình ngẫu nhiên, thời điểm phân hủy không xác
λ: Hằng số phóng xạ (s-1)
Định luật phóng xạ: Số hạt nha n (khói lượ ng) phóng xạ giảm theo qui luật hàm số mũ
Trang 6 Từ định luật phóng xạ,ta suy ra các hệ thức tương ứng sau: Gọi No, mo là số nguyên tử
và khối lượng ban đầu của chất phóng xạ; N, m là số nguyên tử và khối lượng chất ấy ở thời điểm t, ta có:
Trong quá trình phân rã, số
hạt nhân phóng xạ giảm theo
thời gian tuân theo định luật hàm số mũ
Trong quá trình phân rã, khối
0 N e 2
T t
0 m e 2
N0: số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm ban đầu
N(t): số hạt nhân phóng xạ
còn lại sau thời gian t
m0: khối lượng phóng xạ ở thời điểm ban đầu
m(t): khối lượng phóng xạ
còn lại sau thời gian t
Trong đó: λ gọi là hằng số phóng xạ đặc trưng cho từng loại chất phóng xạ
H 0. . , trong đó H0 = λ.N0 : được gọi là độ phóng xạ ban đầu của hạt nhân
5 Đồng vị phóng xạ và ứng dụng :
a) Đồng vị phóng xạ : gồm có đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo
- các đồng vị phóng xạ của một nguyên tố hoá học có cùng tính chất hoá học như đồng vị bền của nguyên tố đó
b) Ứng dụng:
- Người ta thường dùng các hạt nhỏ (thường là nơtron) bắn vào các hạt nhân để tạo ra các hạt
Z
1 0
- Trong y-sinh học : phương pháp đánh dấu nguyên tử và phẩu thuật chiếu xạ
Trang 7C CÁC DẠNG BÀI TẬP
I Bài tập định tính :
Nhận biết ( câu 1- câu 12 )
Câu 1: Phóng xạ là hiện tượng
Câu 2: Khi nói về tia α, phát biểu nào dưới đây là đúng?
B Trong chân không tia α có vận tốc bằng 3.108 m/s
C Tia α là dòng các hạt trung hòa về điện
Câu 3: Chọn phát biểu sai khi nói về tia gamma
Câu 4: Trong phóng xạ β- thì hạt nhân con:
Câu 5: Quá trình biến đổi phóng xạ của một chất phóng xạ
Câu 6: Chọn câu đúng Trong phóng xạ γ hạt nhân con:
Câu 7: Câu nào sau đây sai khi nói về tia β
C Tia β- có bản chất là dòng electron
Câu 8: Quá trình phóng xạ hạt nhân là quá trình phản ứng:
Câu 9: Trong phóng xạ α thì hạt nhân con:
Câu 10: : Phát biểu nào sau đây là sai về chu kì bán rã:
A Cứ sau mỗi chu kì T thì số phân rã lại lặp lại như cũ
Trang 8B Cứ sau mỗi chu kì T, một nửa số nguyên tử của chất phóng xạ biến đổi thành chất khác
Câu 11: Các tia không bị lệch trong điện trường và từ trường là:
Câu 12: Khác biệt quan trọng nhất của tia γ đối với tia α và β là tia γ:
Thông hiểu ( câu 13- câu 22 )
Câu 13: Chọn câu sai
Câu 14: Điều nào sau đây là sai khi nói về hiện tượng phóng xạ?
cao
Câu 15: Có thể tăng hằng số phân rã λ của đồng vị phóng xạ bằng cách nào?
Câu 16: Chọn câu sai trong các câu sau:
D Tia β- là các êlectrôn nên nó được phóng ra từ lớp vỏ nguyên tử
Câu 17: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về hiện tượng phóng xạ?
nhau
nhau
Câu 18: Câu nào sau đây là sai khi nói về sự phóng xạ
Trang 9D Là phản ứng hạt nhân tự xảy ra
Câu 19: Hạt nhân 116C phóng xạ β- tạo thành hạt nhân
A 115B B 117 N C 125 B D 127 N
Câu 20: Phát biểu nào sau đây là sai về hiện tượng phóng xạ?
Câu 21: Một nguồn phóng xạ có chu kì bán rã T và tại thời điểm ban đầu có 48No hạt nhân Hỏi sau khoảng thời gian 3T, số hạt nhân còn lại là bao nhiêu?
Câu 22 : Một lượng chất phóng xạ sau 12 năm thì còn lại 1/16 khối lượng ban đầu của nó Chu
kì bán rã của chất đó là
II Bài tập định lượng :
1 Dạng 1: Xác định khối lượng ( số hạt nhân ) còn lại, phân rã của chất phóng xạ
a Phương pháp :
- Cho m0 hay N0 và T Tìm khối lượng (số hạt nhân nguyên tử ) còn lại sau thời gian t ?
Tính số hạt hạt nhân nguyên tử Z A X trong m (g) vật chất
A
N m
N0 0. A hạt
t
e m
N0 2 0 .
ln 2 t T
N
Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã sau thời gian t là: 1 h
Chú ý:
tính rồi lấy đơn vị của m theo m0 như đề bài
Trang 10- không được áp dụng định luật bảo toàn khối lượng như trong phản ứng hoá học
A -> B + C mA ≠ mB + mC
b Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Pôlôni 21084Polà chất phóng xạ và biến thành chì 20682Pb Với chu kỳ bán rã là 138 ngày đêm Ban đầu có 0,168g Po Hãy tính
a, Khối lượng Po còn lại, phân rã sau 414 ngày đêm
b, Số nguyên tử Po còn lại, phân rã sau 414 ngày đêm
0210
10.02,6.168,
10.004816,
chất này thì sau 19 ngày đêm khối lượng Radon bị phân rã là ?
Giải
Ví dụ 3: Ban đầu có 5 g chất phóng xạ 222
còn lại sau 9,5 ngày là ?
Ví dụ 4: Một chất phóng xạ có chu kỳ bán rã là 3,8 ngày Sau thời gian 11,4 ngày thì lượng
chất phóng xạ còn lại bằng bao nhiêu phần trăm so với lượng chất phóng xạ ban đầu?
Trang 11T
t T
t
m
m m
nhân ban đầu chưa phân rã Sau 1 năm nữa, số hạt nhân còn lại của chất phóng xạ đó là bao nhiêu ?
Giải
- Ta có : t = 1năm thì số hạt nhân chưa phân rã (còn lại ) là :
3 1 2
N N
- Sau 1năm nữa tức là t’ = 2t năm thì số hạt nhân còn lại chưa phân rã là :
T
t T
t
N
N
2 ' 0
2
1 2
1
9
1 3 1 2
m
c Bài tập vận dụng:
Câu 1: Chất phóng xạ 131
chất này thì sau 8 tuần chất phóng xạ còn lại bao nhiêu?
Câu 2 Phốt pho P phóng xạ β- với chu kỳ bán rã T = 14,2 ngày Sau 42,6 ngày kể từ thời điểm ban đầu, khối lượng của một khối chất phóng xạ P còn lại là 2,5 g Khối lượng ban đầu của chất phóng xạ P là
Câu 3 Tại thời điểm ban
A N = 1,874.1018 B N = 2.1020 C N = 1,23.1021 D N = 2,465.1020
Câu 4 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
86
Trang 12A N0/6 B N0/16 C N0/9 D N0/4
Câu 5 Chu kỳ bán rã của hai chất phóng xạ A và B là TA; TB = 2TA Ban đầu hai chất phóng
xạ có số nguyên tử bằng nhau, sau thời gian t = 2TA thì tỉ số các hạt nhân A và B còn lại là
Câu 6 Ban đầu có N0 hạt nhân của một mẫu chất phóng xạ nguyên chất có chu kì bán rã T Sau khoảng thời gian t = 0,5T, kể từ thời điểm ban đầu, số hạt nhân chưa bị phân rã của mẫu chất phóng xạ này là
Câu 7 Radium C có chu kì phóng xạ là 20 phút Một mẫu Radium C có khối lượng là 2g Sau
1giờ 40 phút, lượng chất đã phân rã nhận giá trị nào sau đây ?
Câu 8 Côban(6027Co) có chu kì phóng xạ là 16/3 năm và biến thành 6028Ni; khối lượng ban đầu của côban là1kg Khối lượng côban đã phân rã sau 16 năm là
Câu 9 Đồng vị phóng xạ Côban phát ra tia β─ và với chu kỳ bán rã T = 71,3 ngày Trong
365 ngày, phần trăm chất Côban này bị phân rã bằng
Câu 10(2019) Chất phóng xạ X có chu kì bán rã là T Ban đầu có một mẫu X nguyên chất với
khối lượng 4g Sau khoảng thời gian 2T, khối lượng chất X trong mẫu đã bị phân rã là:
A 1g B 3g C 2g D 0,25g
2 Dạng 2 : Xác định khối lượng, số hạt nhân của hạt nhân con
a Phương pháp:
- Cho phân rã : Z A XZ B'Y + tia phóng xạ Biết m0 , T của hạt nhân mẹ
ΔNX (phóng xạ) = NY (tạo thành)
Đối với trường hợp hạt nhân thì:
ln 2 t T 0
N A
m B N
N B n
A A X
A
Y Y
.
.
Trang 13Với phóng xạ thì Acon Ame nên
ln 2 t T
11 Na là chất phóng xạ β- tạo thành hạt nhân magiê 24
chu kì bán rã là 15 giờ Sau 45 h thì khối lượng Mg tạo thành là bao nhiêu?
Giải
Nhận xét : t = 3.T nên ta dùng hàm mũ 2 để giải cho nhanh bài toán :
1 0
A
A m
gam
Ví dụ 2: Ban đầu có 1000 g chất phóng xạ 60Co với chu kỳ bán rã là 5,335 năm Biết rằng khi
5,335 T
số hạt tạo thành là bao nhiêu ?
Câu 1. Đồng vị là chất phóng xạ β- tạo thành hạt nhân magiê Ban đầu có 12gam
Na và chu kì bán rã là 15 giờ Sau 45 h thì khối lượng Mg tạo thành là
Câu 2 Poloni là chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân chì Pb với chu kỳ bán rã 138 ngày
Trang 14điều kiện tiêu chuẩn là:
giữa khối lượng Po và khối lượng X sau 4 chu kì bán rã là
Câu 5 Chu kì bán rã 211
ngày, khối lượng chì được tạo thành từ 1mmg Po là :
A 0,6391 g B 0,3679 g C 0,7360 g D 0,7810 g
3 Dạng 3: Xác định chu kì bán rã
a Phương pháp:
- Biết sau thời gian t thì mẫu vật có tỉ lệ m/m0 ( hay N/N0 ) Tìm chu kì bán rã của mẫu vật ?
m
m T
m m
N N
1 2
ln
2ln)(
N N
t
t
Loại 3: Tìm chu kì bán rã khi biết số hạt nhân bị phân rã trong hai thời gian khác
nhau
N1 là số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t1
Sau đó t (s): N2 là số hạt nhân bị phân rã trong thời gian t2=t1
Trang 15 Ban đầu : H0 =
1
1
t N
N N t
Loại 4: Dùng máy đo xung phóng xạ phát ra:
H H
log
H
H T
t
b Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Ban đầu có một mẫu 210
mg nguyên chất Tính chu kỳ bán rã của chất phóng xạ trên ?
Ví dụ 2: Giả sử sau 3 giờ phóng xạ (kể từ thời điểm ban đầu ) số hạt nhân của một đồng vị
phóng xạ còn lại bằng 25% số hạt nhân ban đầu Chu kì bán rã của đồng vị phóng xạ đó bằng?
1 4
Trang 1615 T
ln 2 10,5 T
thời gian 5 phút chỉ có 85 nguyên tử bị phân rã Hãy xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ
Giải:
t
e. =>T=
H H
t
0
ln
2ln
=85
190ln
2ln.3
= 2,585 giờ
Ví dụ 6: Một mẫu phóng xạ 1431Si ban đầu trong 5 phút có 196 nguyên tử bị phân rã, nhưng sau
đó 5,2 giờ (kể từ lúc t = 0) cùng trong 5 phút chỉ có 49 nguyên tử bị phân rã Tính chu kỳ bán
Câu 1 Chất phóng xạ iốt I là chất phóng xạ β- Lúc đầu người ta đưa về phòng thí nghiệm
200 g chất này Sau 24 ngày lượng chất phóng xạ này chỉ còn 25 g chưa bị phân rã Chu kì bán
rã của chất phóng xạ này là
Câu 2 Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán xã T Sau 105 giờ kể từ thời điểm ban đầu (t0 = 0) thì số nguyên tử của mẫu chất đó giảm đi 128 lần Chu kì bán rã T là
A 15 giờ B 30 giờ C 45 giờ D 105 giờ
Câu 3: Một lượng chất phóng xạ sau 42 năm thì còn lại 1/8 khối lượng ban đầu của nó Chu kì
bán rã của chất phóng xạ đó là
A 5,25 năm B 14 năm C 21 năm D 126 năm
Trang 17Câu 4: Một mẫu chất phóng xạ rađôn(Rn222) có khối lượng ban đầu là m0 = 1mg Sau 15,2 ngày, độ phóng xạ của mẫu giảm 93,75% Chu kì bán rã của rađôn nhận giá trị nào sau đây ?
A 25 ngày B 3,8 ngày C 1 ngày D 7,2 ngày
Câu 5: Mỗi đồng vị phóng xạ A lúc đầu có N
o=2,86.1026 hạt nhân Trong giờ đầu phát ra 2,29.1015 tia phóng xạ Chu kỳ bán rã đồng vị A là :
A 8 giờ 18 phút B 8 giờ C 8 giờ 30 phút D 8 giờ 15 phút
Câu 6: Để cho chu kì bán rã T của một chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung Trong t1
giờ đầu tiên máy đếm được n1 xung; trong t2 = 2t1 giờ tiếp theo máy đếm được n2 =
64
9
n1 xung Chu kì bán rã T có giá trị là bao nhiêu?
lần đo thứ nhất, trong 1 phút mẫu chất phóng xạ này phát ra 8n hạt α Sau 414 ngày kể
từ lần đo thứ nhất, trong 1 phút mẫu chất phóng xạ chỉ phát ra n hạt α Giá trị của T là:
A 3,8 ngày B 138 ngày C 12,3 ngày D 2,6 năm Câu 9:(ĐH -2010) Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất Ở thời điểm t1
hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là
A 50 s B 25 s C 400 s D 200 s
Câu 10:(ĐH-2011) Chất phóng xạ poolooni 21084Po phát ra tia và biến đổi thành chì 20682Pb Cho chu kì của 21084Po là 138 ngày Ban đầu (t = 0) có một mẫu pôlôni chuyên chất Tại thời điểm t1, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là
3
1
Tại thời điểm t2 = t1 +
276 ngày, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là
ln m
m T