Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dạy học chương hạt nhân nguyên tử vật lí 12 thpt nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh luận văn thạc sỹ vật lý

Đóng góp của đề tài - Xây dựng được một hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử”, theo chương trình cơ bản vật lí lớp 12, THPT; bao gồm 17 bài tập định tính, 17 bài tập định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LÊ PHƯỚC THÔNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP DẠY HỌC CHƯƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” – VẬT LÍ 12 THPT NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỌC TẬP CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật Lí

Mã số: 60.14.10

Cán bộ hướng dẫnkhoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC

Nghệ An – 2012

Xin chân thành cảm ơn quí thầy, cô chuyên ngành Lý luận và Ph-ơng pháp dạy học bộ môn Vật lý - Khoa Vật lý tr-ờng Đại học Vinh đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập

Xin chân thành cảm ơn quí đồng nghiệp trong cơ quan, Ban giám hiệu, thầy cô và học sinh tr-ờng THPT Tân An, Long An đã tạo điều kiện cho tôi thực nghiệm s- phạm kiểm chứng kết quả nghiên cứu

Long An, ngày 25 thỏng 8 năm 2012

Tỏc giả

Lờ Phước Thụng

BẢNG CÁC KÍ TỰ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Chương 1 :

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ

Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1 Bài tập vật lítrong quá trình dạy học 4

1.1.2 Sử dụng bài tập vào các mục đích của quá trình dạy học 4

1.2.2 Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hoặc phương

1.3 Bài tập trắc nghiệm tự luận và bài tập trắc nghiệm khách quan 13

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP DẠY HỌC

CHƯƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” – VẬT LÍ 12 THPT 21 2.1 Mục tiêu dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” 21

2.1.2 Những nội dung kiến thức cơ bản HS cần phải nắm vững chương

2.2 Hệ thống bài tập chương “Hạt nhân nguyên tử” 22 2.2.1 Phần I: Hệ thống bài tập câu hỏi: là dạng bài tập định tính 22

2.2.2 Phần II: Hệ thống bài tập tự luận 28 2.2.3 Phần III Hệ thống bài tập câu hỏi trắc nghiệm khách quan (MCQ) 40

ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI Phần II Hệ thống bài tập câu hỏi trắc nghiệm khách quan (MCQ) 46 2.3 Xây dựng tiến trình dạy học một số tiết bài tập 50 2.3.1 Giáo án tiết 64: Bài tập “Năng lượng liên kết hạt nhân Phản ứng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vật lí là một trong những môn học có bài tập rất đa dạng và phong phú GV

có thể sử dụng bài tập vật lí trong dạy học để thực hiện tốt 4 nhiệm vụ quan trọng của dạy học vật lí trong nhà trường đó là: giáo dưỡng, giáo dục, phát triển trí tuệ

và giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho HS, trong đổi mới giáo dục hiện nay

Thực tiễn dạy học vật lí ở trường phổ thông, GV chưa khai thác, sử dụng bài tập vật lí dạy học một cách có hiệu quả trong đổi mới phương pháp dạy học Việc nâng cao chất lượng giáo dục phải gắn liền với việc đổi mới mục tiêu, nội dung chương trình và phương pháp giảng dạy để đảm bảo HS có thể đáp ứng được những yêu cầu nhất định

Với những lí do trên, tôi chọn nghiên cứu đề tài “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12 THPT nhằm nâng cao chất lượng học tập của HS.”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí

12 THPT dựa vào chuẩn kiến thức để nâng cao chất lượng học tập của HS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng và sử dụng được hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12 THPT đảm bảo tính khoa học thì có thể nâng cao được chất lượng học tập của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông; phương pháp

dạy bài tập vật lí

5.2 Nghiên cứu mục tiêu, nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12

THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các tư liệu về phương pháp dạy học vật lí và phương pháp dạy bài tập vật lí ở trường phổ thông

- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, bài tập vật lí chương

“Hạt nhân nguyên tử” - Vật lí 12 THPT

- Nghiên cứu lý luận xây dựng hệ thống bài tập và sử dụng nó trong dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lí 12 THPT, nhằm nâng cao chất lượng học tập của HS

6.2 Phương pháp điều tra và phương pháp thực nghiệm sư phạm

Điều tra thực trạng dạy học bài tập chương “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lí

12 THPT

6.3 Phương pháp thực nghiệm: thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng kết quả

nghiên cứu

6.4 Phương pháp thống kê toán học

Xử lý các số liệu điều tra và các kết quả của thực nghiệm sư phạm

7 Đóng góp của đề tài

- Xây dựng được một hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử”, theo chương trình cơ bản vật lí lớp 12, THPT; bao gồm 17 bài tập định tính, 17 bài tập định lượng và 47 bài tập trắc nghiệm khách quan nội dung chương “Hạt nhân nguyên tử”

- Ngoài ra hệ thống bài tập định lượng có phần định hướng tư duy giúp cho HS tìm ra kết quả của bài toán nhằm bồi dưỡng phát triển tư duy

và năng lực sáng tạo của học sinh

8 Cấu trúc của đề tài:

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, đề cương luận văn gồm ba chương chính:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học bài tập vật lí ở trường phổ

NỘI DUNG

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN DẠY HỌC BÀI TẬP

VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Bài tập vật lí trong quá trình dạy học [14]

1.1.1 Khái niệm bài tập vật lí (BTVL):

Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề không lớn, được giải quyết nhờ những suy lí logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí, vấn đề đó gọi là BTVL Hiểu theo nghĩa rộng thì mỗi vấn đề xuất hiện trong nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài tập đối với HS Sự tư duy định hướng một cách tích cực là việc luôn luôn giải bài tập

1.1.2 Sử dụng bài tập vào các mục đích của quá trình dạy học

1.1.2.1 BTVL có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu

mới:

- Bài tập tạo ra tình huống có vấn đề để bước vào dạy bài học mới: ví dụ để dạy bài Phản xạ toàn phần, ta có thể dùng bài tập sau: “ Chiếu một tia sáng từ nước ra ngoài không khí Tính góc khúc xạ, biết góc tới bằng: a/ 30° ; b/ 45°; c/ 60° Chiết suất của nước là 4/3” Trong trường hợp a/ và b/ HS tính được góc khúc xạ còn trường hợp c/ áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng lúc này xuất hiện mâu thuẫn, “tình huống có vấn đề” xuất hiện

- Bài tập có thể là điểm khởi đầu dẫn dắt đến kiến thức mới

Khi đã có trình độ toán học, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn HS đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra

Ví dụ: trong khi vận dụng định luật thứ hai của Newton để giải bài toán hai vật tương tác, có thể thấy một đại lượng luôn không đổi là tích mv của hai vật tương tác

Kết quả của việc giải bài tập đó dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng

1.1.2.2 BTVL là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức: một cách sinh

động có hiệu quả Khi giải các bài tập đòi hỏi HS phải ghi nhớ lại các công thức,

định luật, kiến thức đã học, có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong cả một chương, một phần hoặc giữa các phần nhờ đó HS

sẽ hiểu rõ hơn, ghi nhớ vững chắc các kiến thức đã học

1.1.2.3 BTVL là một phương tiện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý

thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát:

Có thể xây dựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, khi giải các bài tập

đó không chỉ làm cho HS nắm vững hơn các kiến thức đã học, mà còn tập cho

HS quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế vận dụng kiến thức đã học giải quyết những vấn đề đặt ra trong cuộc sống như giải thích các hiện tượng cụ thể của thực tiễn, dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước

1.1.2.4 Bài tập là một phương tiện (công cụ) có tầm quan trọng đặc biệt

trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS:

Giải BTVL là hình thức làm việc tự lực căn bản của HS Trong khi giải bài

tập HS phải phân tích các điều kiện của đề bài, tự xây dựng những lập luận, phải huy động các thao tác tư duy để xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình (đánh giá kết quả giải quyết), trong những điều kiện đó tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của

HS được phát triển, năng lực giải quyết vấn đề và năng lực làm việc độc lập của

HS được nâng cao

1.1.2.5 Thông qua giải bài tập có thể rèn luyện cho HS những đức tính tốt

và tác phong làm việc khoa học như tính tự lực cao, tính kiên trì vượt khó, tính

Tóm lại: BTVL là phương tiện có vai trò và chức năng để thực hiện mục đích nêu trên Ta có thể sử dụng BTVL vào bất cứ giai đoạn nào của quá trình

dạy học Cần chú ý rằng, việc rèn luyện cho HS giải các BTVL không phải là

mục đích dạy học (vì giải bài tập là phương tiện để thực hiện hoạt động rèn luyện tư duy, nó không có mục đích tự thân của dạy học) Mục đích cơ bản đặt

ra, khi giải BTVL là làm sao cho HS hiểu sâu sắc hơn những qui luật vật lí, biết

phân tích và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào kĩ thuật và cuối cùng phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề Giải BTVL có giá trị rất lớn về mặt phát triển tính tích cực, tự học của HS Qua hoạt động giải bài tập giáo dục cho HS ý chí, tinh thần vượt khó, rèn luyện phong cách nghiên cứu khoa học, yêu thích môn học vật lí

BTVL là phương tiện dạy học thực hiện 4 nhiệm vụ quan trọng của DHVL

trong nhà trường (nhiệm vụ giáo dưỡng, nhiệm vụ phát triển trí tuệ, nhiệm vụ giáo dục và nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp)

1.2 Phân loại bài tập [14]

BTVL đa dạng, phong phú Người ta phân loại BTVL bằng nhiều cách

khác nhau theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo ý nghĩa mục đích, theo chiều sâu của việc nghiên cứu vấn đề, theo phương thức giải, theo phương thức cho giả thiết, theo mức độ khó của nhận thức

1.2.1 Phân loại theo nội dung:

- Các bài tập được sắp xếp theo các đề tài của tài liệu vật lí Người ta phân biệt các bài tập về cơ học, về vật lí phân tử, về điện học, v.v… Sự phân chia như vậy có tính chất qui ước Bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tập thường không lấy từ một chương, một phần mà có thể tích hợp nhiều kiến thức các phần khác nhau của giáo trình vật lí

- Người ta còn phân biệt các bài tập nội dung trừu tượng, bài tập nội dung

cụ thể

Ví dụ về một bài tập có nội dung trừu tượng: Phải dùng một lực như thế nào để có thể kéo một vật có khối lượng là m trên mặt phẳng nghiêng có chiều dài là l và chiều cao là h, bỏ qua lực ma sát Áp lực do vật tác dụng lên mặt phẳng nghiêng là lực nào?

Nếu trong bài tập nói rõ mặt phẳng nghiêng dùng ở đây là mặt phẳng như thế nào, vật kéo lên là cái gì, nó được kéo lên như thế nào, thì đó là một bài tập

cụ thể

Nét nổi bật của những bài tập trừu tượng là bản chất vật lí nêu bật lên, nó được tách ra và không lẫn lộn với các chi tiết không bản chất Ưu điểm của bài tập cụ thể là tính trực quan cao, gắn với thực tế

- Các bài tập mà nội dung chứa đựng những thông tin về kĩ thuật, về sản xuất công nông nghiệp, về giao thông, được gọi là những bài tập có nội dung

kĩ thuật tổng hợp

- Bài tập có nội dung lịch sử, đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử: những dự liệu và các thí nghiệm vật lí cổ điển, về những phát minh, sáng chế hoặc những câu chuyện có tính chất lịch sử

- BTVL vui cũng được sử dụng rộng rãi Nét nổi bật trong nội dung loại bài

tập này là sử dụng những sự kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui Việc giải các bài tập này sẽ làm cho tiết học thêm sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của

HS Trong các cuốn sách của IA.I PÊ-REN-MAN “Vật lí vui”, NXB Giáo dục,

có rất nhiều bài tập như vậy

1.2.2 Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải:

Người ta phân biệt bài tập bằng lời hay còn gọi là bài tập định tính, bài tập thí nghiệm, bài tập tính toán, bài tập đồ thị, bài tập nghịch lí và nguỵ biện

1.2.2.1 Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập khi giải, HS không cần phải thực hiện các phép tính phức tạp khi cần thiết chỉ làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm được Muốn giải những bài tập định tính, HS phải thực hiện những phép suy luận lôgic, do đó phải hiểu rõ bản chất (nội hàm) của các khái niệm, định luật vật lí và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những trường hợp cụ thể Đa số các bài tập định tính yêu cầu HS giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định Cũng có nhiều tài liệu gọi bài tập định tính là bài tập - câu hỏi

Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học Đưa được

lí thuyết vừa học lại gần với đời sống, thực tiễn xung quanh, các bài tập định tính làm tăng thêm ở HS hứng thú môn học, tạo điều kiện cho HS suy luận phát triển ngôn ngữ vật lí Phương pháp giải những bài tập định tính bao gồm việc xây dựng những suy lí lôgic dựa trên những định luật vật lí nên bài tập định tính

là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy lôgic của HS Việc giải các bài tập

định tính rèn luyện cho HS hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng vật lí và những quy luật của chúng, dạy cho HS biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn Giải bài tập định tính rèn luyện cho HS thao tác tư duy phân tích, như vậy tạo cơ sở

HS biết phân tích nội dung vật lí của một bài tập nói chung và bài tập tính toán nói riêng

- Bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lí thuyết, trong khi luyện tập, ôn tập vật lí

- Có 3 mức độ về bài tập định tính:

 Loại bài tập định tính đơn giản là loại bài tập HS chỉ cần áp dụng một định luật, một qui tắc hay một phép suy luận lôgic là giải được

 Loại bài tập định tính tổng hợp là loại bài tập định tính khi giải HS phải

áp dụng một chuỗi các suy luận lôgic dựa trên cơ sở các định luật, quy tắc mới

có thể giải được

 Loại bài tập đinh tính sáng tạo là loại bài tập định tính giải nó đòi hỏi các phép suy luận lôgic mới, không theo khuôn mẫu quen thuộc, mới có thể tìm

ra phương án giải quyết bài tập

- Bài tập định tính thường có hai dạng: Bài tập giải thích hiện tượng và bài tập dự đoán hiện tượng

1.2.2.2 Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là những bài tập muốn giải chúng, ta phải thực hiện một loạt phép tính và kết quả thu được là đáp số định lượng, tìm giá trị một số đại lượng vật lí Bài tập tính toán có thể chia làm hai loại:

 Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ

đề cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép toán đơn giản Nó có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, giúp HS hiểu rõ ý nghĩa định luật và công thức biểu diễn, sử dụng các đơn vị vật lí tương ứng và có thói quen cần thiết để giải bài tập phức tạp

 Bài tập tính toán tổng hợp là loại bài tập muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức Kiến thức tích hợp nhiều nội dung kiến thức trong một chương, một phần hoặc các phần của tài liệu vật lí Loại bài tập này giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các kiến thức vật lí với nhau, luyện tập phân tích những hiện tượng phức tạp ra thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định

1.2.2.3 Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là loại bài tập yêu cầu xác định một đại lượng vật lí, cho biết dụng cụ và vật liệu để sử dụng, yêu cầu HS giải bài tập hoàn toàn theo con đường thực nghiệm hoặc là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết

Các bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông thường các dụng cụ thiết bị thí nghiệm có thể khai thác ở phòng thí nghiệm trong nhà trường hoặc HS sử dụng các thiết bị tự làm Bài tập thí nghiệm có thể là dạng bài tập thí nghiệm định tính hoặc dạng bài tập thí nghiệm định lượng

Ta có thể chuyển từ một bài tập định tính hoặc một bài tập tính toán thành một bài tập thí nghiệm

Ví dụ về bài tập thí nghiệm:

1 Cầm đầu trên của một sợi dây cao su có quả nặng buộc ở đầu dưới Sợi

dây cao su dãn ra hay co lại, nếu ta đột ngột nâng lên cao hay hạ tay xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra dự đoán

2 Cho một khối gỗ hình hộp chữ nhật và một tấm ván phẳng, xác định hệ

số ma sát giữa khối gỗ và tấm ván đó

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về các mặt giáo dưỡng, phát triển trí tuệ, giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt bồi dưỡng năng lực thực nghiệm và làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn

Hoạt động giải bài tập thí nghiệm luôn gây được hứng thú lớn đối với HS, lôi cuốn được sự chú ý của HS vào các vấn đề bài tập yêu cầu, phát huy tính tích cực tìm tòi, khám phá và sáng tạo Những số liệu khởi đầu về mặt lí thuyết của bài tập sẽ được kiểm tra tính đúng đắn thông qua các kết quả thu được bằng con đường thực nghiệm

Có thể giải bài tập thí nghiệm dùng những thiết bị rất thông thường, đơn giản, bề ngoài có vẻ kém hiệu lực trong việc gây hứng thú cho HS, song nếu biết khai thác lại có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển tư duy sáng tạo của HS Ka-pi-xa đã từng nói: “thiết bị dạy học càng đơn giản càng có tác dụng trong việc phát huy năng lực sáng tạo của người học”

1.2.2.4 Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là những bài tập trong đó đối tượng nghiên cứu là những đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí Nó đòi hỏi HS phải biểu diễn quá trình diễn biến của các hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

Đồ thị là một hình thức biểu đạt mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay công thức Nhiều khi, nhờ vẽ được

đồ thị chính xác, đồ thị biểu diễn số liệu thực nghiệm mà ta có thể tìm được định luật vật lí mới (đồ thị là một dạng mô hình sử dụng nghiên cứu vật lí vào trong DHVL) Bởi vậy, các bài tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị có vị trí quan trọng trong DHVL

Các bài tập đồ thị thường có 2 dạng:

- Dạng 1 Giả thiết cho đồ thị, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng, thì phải “đọc đồ thị” đòi hỏi phải thông hiểu đồ thị đó, phân tích đặc điểm của sự phụ thuộc trên từng phần của nó Nếu sử dụng tỉ xích phải làm sao để có thể xác định được đại lượng cần tìm theo đồ thị (giá trị trên trục tung, trục hoành, diện tích giới hạn bởi các tọa độ tương ứng và đồ thị, v.v )

- Dạng 2 Từ thông tin giả thiết của bài toán cần phải vẽ đồ thị để giải bài tập Nếu không cho đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng thì phải vẽ

đồ thị theo giả thiết của bài tập hoặc theo các giá trị lấy từ các bảng riêng Muốn vậy, cho HS vẽ các trục tọa độ, chọn tỉ xích nhất định cho chúng, lập các bảng

và sau đó chấm vào mặt phẳng giới hạn bởi các trục tọa độ các điểm có hoành

độ và tung độ tương ứng Nối các điểm đó lại với nhau ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc các đại lượng vật lí và sau đó khảo sát như trong dạng 1

1.2.2.5 Bài tập nghịch lí và ngụy biện

Nghịch lí và ngụy biện trong vật lí học đã tồn tại từ lâu trong lịch sử khoa học Chẳng hạn từ thế kỉ thứ 5 trước Công nguyên, Zénon ở Élée đã xây dựng một nghịch lí rất nổi tiếng thời cổ đại về chuyển động, gọi là “nghịch lí về Achille và con rùa” theo đó thì chàng dũng sĩ Achille không bao giờ đuổi kịp con rùa Ở Trung Quốc cũng ở thời đó cũng có chuyện nghịch lí khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời, học giả tài ba như Khổng Tử cũng không sao giải thích được: buổi sáng, Mặt Trời dường như gần ta hơn nên trông thấy to hơn, nhưng lại không nung nóng ta nhiều so với buổi trưa Mặt Trời dường như ở xa ta hơn, trông thấy nhỏ hơn lại nung nóng ta hơn!

Trước khi khoa học khẳng định được định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã có vô số những “đồ án động cơ vĩnh cửu” ra đời trên những ngụy biện khác nhau về cơ chế hoạt động của chúng

Trong thế kỉ 20, trong vật lí học còn nhiều nghịch lí vẫn chưa giải quyết được Các nghịch lí đó được giải quyết là bước tiến mới về khoa học Nói cách khác: không ít khám phá, phát minh mới ra đời trên cơ sở nghịch lí vật lí

Ví dụ: cuối thế kỉ 19 theo quan điểm của vật lí Newton thì vận tốc ánh sáng trong những vật chuyển động khác nhau phải khác nhau Song mọi thí nghiệm

đo vận tốc ánh sáng, đặc biệt là những thí nghiệm rất chính xác của Michelson, lại luôn cho kết quả “nghịch lí”: vận tốc ánh sáng không bao giờ thay đổi dù vật chuyển động như thế nào! Chính “nghịch lí” này đã dẫn đến sự ra đời của thuyết tương đối hẹp A Einstein, mở ra kỉ nguyên mới của vật lí học thế kỉ 20

Trong DHVL, tiếp cận với những cách hiểu thiếu sót và sai lầm về tri thức vật lí nảy sinh do sự phân tích phiến diện, các điều kiện qui định sự diễn biến của hiện tượng Học giải những bài toán nghịch lí và ngụy biện sẽ là một trong những con đường có hiệu quả và thú vị; học cách khắc phục sự phiến diện, hời hợt trong tìm hiểu, phân tích, lĩnh hội và vận dụng tri thức vật lí Có thể coi đó cũng là con đường tích cực học vật lí thông qua những bài học phản diện, tức là thông qua những ví dụ hiểu sai, vận dụng sai tri thức vật lí

Các bài toán nghịch lí và ngụy biện về vật lí là những bài toán loại đặc biệt

mà phương pháp giải chung nhất là phân tích và tìm ra nguyên nhân của sự hiểu sai các khái niệm, định luật và lí thuyết vật lí

Giải các bài tập loại này, công việc đầu tiên phải làm bao giờ cũng là nghiên cứu lại chính khái niệm, định luật và lí thuyết vật lí mà bài toán đề cập đến Nghiên cứu để hiểu thật chính xác nội dung của khái niệm hoặc định luật:

nó diễn tả mối quan hệ như thế nào, giữa những đại lượng nào trong khái niệm hoặc định luật; điều kiện nào để xảy ra mối quan hệ đó?

Sau khi đã đối chiếu đúng nội dung và phạm vi vận dụng của tri thức vật lí tương ứng với nghịch lí và ngụy biện đề cập trong bài toán, ta sẽ bước sang giai đoạn đi tìm nguyên nhân của kết luận trái ngược hoặc sai khác giữa điều khẳng định trong bài toán với điều đáng lí phải xảy ra theo đúng như kết luận do tri thức hiểu đúng đem lại Nói cách khác, ta phải đi tìm lí do hiểu sai về khái niệm, định luật vật lí hoặc phạm vi, điều kiện của bài toán đối với việc vận dụng khái

niệm và định luật vật lí

Có khi ngụy biện xuất phát từ sự cố ý đánh tráo khái niệm, cố ý sử dụng sai định luật, có khi cố ý cho những hằng số vật lí không phù hợp, thậm chí cố ý phạm sai sót trong tính toán Chính vì vậy, ta cần phải thận trọng dò xét cẩn thận, cảnh giác với các kiểu ngụy biện để tìm ra cái sai Tìm ra cái sai lầm của người khác (qua bài tập nghịch lí và ngụy biện) cũng chính là đã học tập tích cực

Do nguyên nhân của những sai lầm tiềm ẩn trong các nghịch lí và ngụy biện luôn đa dạng, cho nên các bài tập loại này bao giờ cũng có nhiều yếu tố mới, bất ngờ, dễ kích thích sự tò mò, tìm hiểu của người giải Các bài toán ngụy biện có tác dụng tích cực rèn luyện năng lực tự đánh giá và kiểm tra mức lĩnh hội tri thức vật lí, còn các bài tập nghịch lí có giá trị lớn phát triển sự khám phá, tìm tòi tri thức

Hoạt động giải bài tập nghịch lí và ngụy biện có tác dụng lớn trong việc bồi dưỡng phát triển tư duy lôgic, tư duy phê phán

1.2.3 Phân loại bài tập theo mức độ nhận thức

Ta có thể chia BTVL làm hai loại: bài tập luyện tập (ôn tập kiến thức, rèn

luyện các kĩ năng) và loại bài tập sáng tạo về vật lí

Nhìn từ góc độ lý luận và phương pháp dạy học thì việc phân loại BTVL

còn nhiều quan điểm khác nhau, như cách phân loại ở trên cũng chỉ có tính tương đối

1.3 Bài tập trắc nghiệm tự luận và bài tập trắc nghiệm khách quan

1.3.1 Bài tập trắc nghiệm tự luận

Bài tập trắc nghiệm tự luận là dạng bài tập mà lời giải nó tạo điều kiện cho

HS có cơ hội để phân tích, tổng hợp dự kiện theo ngôn ngữ riêng của mình, dựa vào kiến thức, kinh nghiệm học tập và kinh nghiệm cuộc sống

Như vậy, giải bài tập trắc nghiệm tự luận HS có điều kiện bộc lộ năng lực giải quyết vấn đề hay khả năng suy luận trong việc:

- Sắp đặt các dự kiện hay sự kiện;

- So sánh các tính chất hay ý kiến;

- Giải thích dựa vào các định luật, qui tắc;

- Vận dụng kiến thức vào những vấn đề cần giải quyết;

- Suy diễn từ những giả thiết đã cho của những đề bài;

- Giải thích hay thiết lập mối tương quan giữa các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm;

- Tự xây dựng lập luận, nhận xét, đề xuất mới về vấn đề bài tập

1.3.2 Bài tập trắc nghiệm khách quan

Bài tập trắc nghiệm khách quan có thể chia làm 4 loại:

- Loại Điền vào chỗ trống (điền khuyết):

HS phải viết vào chỗ trống thường 1 đến 10 từ, các câu trả lời thường thuộc loại đòi hỏi trí nhớ

- Loại Ghép đôi (hay xướng hợp):

Trong loại này, HS tìm cách ghép mỗi từ, cụm từ hay câu trả lời trong một cột với một từ, cụm từ hay câu xếp trong cột khác

- Loại Đúng sai:

Trong loại này, HS đọc những câu phát biểu và phán đoán xem nội dung hay hình thức của câu đúng hay sai

- Loại Câu hỏi có nhiều câu trả lời để lựa chọn (MCQ):

Loại bài tập này gồm có một câu dẫn (hay câu hỏi), đi với nhiều câu trả lời

để HS lựa chọn khi làm bài

1.4 Hướng dẫn HS giải BTVL [14]

1.4.1 Hoạt động giải BTVL

Mục tiêu cần đạt tới khi giải một BTVL là tìm được câu trả lời đúng đắn,

giải quyết được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học

Quá trình giải một BTVL thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài

tập, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức vật lí toán để nghĩ tới những mối quan hệ có thể có của cái đã cho và cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho Từ

đó tìm ra mối liên hệ tường minh giữa cái cần tìm với cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp

BTVL đa dạng và phong phú, có nhiều cách phân loại khác nhau (Bài tập

định tính, Bài tập định lượng, Bài tập TN, Bài tập nguỵ biện, ) Dựa vào cách đặt vấn đề, tiêu chí giải mà phân loại các dạng BTVL

Cũng khó có thể đưa ra một phương pháp chung để giải BTVL có tính vạn

năng để áp dụng cho việc giải một bài tập cụ thể

Ở đây, chỉ đưa ra sơ đồ định hướng chung (gồm các bước) đề tiến hành giải

một BTVL (HS đã được làm quen từ THCS) Dựa vào các bước để tiến hành giải

một bài tập GV có thể kiểm tra hoạt động học của HS và giúp HS phát triển năng lực tư duy có hiệu quả

Bước 1 Tìm hiểu đầu bài

Bước 2 Xác lập các mối liên hệ cơ bản giữa các dự liệu xuất phát và cái cần phải tìm

Bước 3 Rút ra các kết quả cần tìm

Bước 4 Kiểm tra xác nhận kết quả, nhận xét lời giải, tìm lời giải khác (nếu

có thể)

1.4.2 Cơ sở định hướng việc hướng dẫn HS giải BTVL

Muốn cho việc hướng dẫn giải bài tập được định hướng một cách đúng đắn

GV phải phân tích được phương pháp giải bài tập cụ thể bằng cách vận dụng những hiểu biết về tư duy giải bài tập vật lí Mặt khác phải xuất phát từ mục đích

sư phạm cụ thể của việc cho HS giải bài tập để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp Nội dung trên được minh hoạ bằng sơ đồ sau:

Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến các kiểu hướng dẫn giải BTVL theo các

mục đích sư phạm khác nhau

Mức độ 1 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn angôrit) là sự hướng dẫn chỉ

rõ cho HS những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn Những hành động này được coi là những hành động sơ cấp HS phải hiểu một cách đơn giá, HS đã nắm vững, nếu thực hiện theo các bước đã qui định theo con đường đó HS sẽ giải được bài tập

đã cho

Kiểu định hướng theo mẫu đòi hỏi GV phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán, xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng để xây dựng angôrit giải bài tập

Tư duy giải bài tập

Mục đích sư phạm

Phân tích Phương pháp giải bài tập cụ thể

Xác định kiểu hướng

dẫn

Phương pháp hướng dẫn giải bài tập

cụ thể

Kiểu hướng dẫn theo mẫu nhằm luyện tập cho HS kĩ năng giải một loại bài tập nào đó Khi xây dựng các angôrit giải cho từng loại bài tập cơ bản, điển hình nào đó (ví dụ bài tập động học, động lực học,…) thông qua việc giải toán HS nắm được các angôrit giải cho từng loại bài tập

Mức độ 2 Hướng dẫn tìm tòi Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho

HS suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết, không phải là GV chỉ dẫn cho HS hành động theo mẫu đã có mà GV gợi mở để HS tự tìm cách giải quyết, HS tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả Kiểu định hướng này đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy của HS, tạo điều kiện để HS tự lực tìm tòi cách giải quyết

Khó khăn của kiểu định hướng tìm tòi chính là ở chỗ hướng dẫn của GV phải làm sao không đưa HS thực hiện các hành động theo mẫu mà phải có tác dụng hướng tư duy của HS vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề của bài tập

Mức độ 3 Định hướng khái quát chương trình hoá Là kiểu hướng dẫn HS

tự tìm tòi cách giải quyết Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là GV định hướng hoạt động tư duy của HS theo đường lối khái quát hoá giải quyết vấn đề

Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của HS Nếu HS gặp trở ngại không vượt qua được để tìm cách giải quyết thì GV phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho

HS để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết vấn đề Nếu HS vẫn không giải quyết được thì GV chuyển dần hướng dẫn theo mẫu giúp HS hoàn thành yêu cầu của một bước, sau đó yêu cầu HS tự lực, tìm tòi giải quyết bước tiếp theo Cứ như thế cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

Kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hoá trong hoạt động giải BTVL của

HS nhằm phát huy tính độc lập, tự lực thực hiện các hành động tư duy đồng thời dạy cho HS cách tư duy

Như vậy, GV phải có kĩ thuật đặt ra hệ thống câu hỏi chuyển từ mức độ 3 đến mức độ 1 giúp đỡ HS trong quá trình hoạt động giải một BTVL cụ thể

1.5 Thực trạng sử dụng BTVL hiện nay

Trong nhà trường GV chủ yếu quan tâm sử dụng các bài tập định lượng, giải quyết câu hỏi (vấn đề) đặt ra bằng các phép tính toán và giải các phương trình Người ta dành nhiều công sức vào việc dạy HS nhận diện các kiểu, loại

toán vật lí khác nhau và cách thức vận dụng các công thức vật lí cho từng kiểu, loại toán đó, mà quyên phần lớn vấn đề ý nghĩa đích thực của việc giải toán vật lí làm sáng tỏ bản chất vật lí của các hiện tượng mô tả trong các đề toán nói riêng

và các hiện tượng thực xảy ra trong đời sống bao gồm cả các đối tượng kĩ thuật,

ta đã biết, các bài toán giáo khoa về vật lí không chỉ gồm những bài tập định

lượng mà còn nhiều loại BTVL theo cách phân loại

Thông thường việc giải BTVL không được bắt đầu tìm hiểu bản chất vật lí

của chúng mà chỉ chọn máy móc những công thức có chứa các đại lượng đã cho Cùng với điều đó, giải các phương trình, tính toán làm lu mờ bản chất vật lí của bài tập nói một cách khác là toán học hóa bài tập (bài toán) vật lí, đó là một quan điểm sai lầm

Ta thường gặp những sai lầm điển hình trong việc chọn hệ đơn vị đo lường các đại lượng vật lí, ít khi đáp số lại kết thúc bằng một phép phân tích hay đánh giá nào đó về tính chất thực tế và chính xác của nó

Không ít HS và sinh viên lúng túng, vướng mắc trong giải toán vật lí Điều nhận xét thường được nghe là: “em hiểu tài liệu (lý thuyết SGK, giáo trình) nhưng em không làm được toán!” Thái độ tiêu cực của HS, sinh viên trong việc

giải BTVL là những trở ngại lớn nhất mà GV vật lí cần thấy ở họ có những quan

điểm sai về vấn đề giải bài tập:

- Mới đọc qua đề bài toán đã (cho là) thấy rõ ngay con đường giải bài toán đó;

- Không tiến hành “thử và sai” hoặc không tiếp cận bài toán một cách khác;

- (Cho rằng) chỉ có một con đường “đúng” để giải bài toán;

- (Cho rằng) không thể thay đổi bài toán để cho nó trở thành đơn giản hơn;

- (Cho rằng) việc giải toán luôn luôn diễn biến theo một cách thức lôgic, thẳng tắp;

- Không nghĩ đến việc giải toán theo lối phỏng đoán và đi theo “đường vòng”

Bước đầu tìm hiểu thực trạng dạy BTVL ở một số trường THPT ở Tp Tân

An, ngoài những vấn đề nêu trên còn cho thấy:

- Trong quá trình dạy học, GV chưa khai thác hết vai trò, chức năng to lớn của BTVL

- Để thi tốt nghiệp, thi Đại học có hiệu quả trong giai đoạn hiện nay (nội

dung đề thi chỉ tập trung kiến thức vật lí lớp 12 và đề thi trắc nghiệm khách quan dạng MCQ), GV vật lí chỉ coi trọng rèn luyện cho HS giải BTVL theo hướng đề thi trắc nghiệm khách quan Những dạng bài tập khác vẫn chưa được quan tâm đúng mức

1.6 Xây dựng một hệ thống bài tập

1.6.1 Xây dựng hệ thống bài tập

Trong dạy học bất cứ đề tài nào GV cần phải lựa chọn xây dựng một hệ thống bài tập Xây dựng một hệ thống bài tập cho quá trình học tập của HS là một việc khó Cho tới nay, trong các sách về phương pháp giảng dạy chưa có tiêu chuẩn, có cơ sở khoa học cho sự lựa chọn định tính và định lượng bài tập áp dụng cho từng mối quan hệ phụ thuộc về vật lí và cho những mối liên hệ đặc trưng nhất

Cần tìm tòi về phương pháp để xác định những mối liên hệ quan trọng nhất, điển hình nhất Có thể xuất phát giải những bài tập cơ bản cho HS xây dựng nên một vài angôrit giải

Nhiệm vụ giải một bài tập, một số bài tập có tác dụng làm hiểu rõ đặc tính của mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí có hữu ích, đáng kể hơn việc giải hàng chục bài tập chọn trong các sách bài tập khác nhau Xây dựng hệ thống bài tập cần xác định rõ những vấn đề sau:

- Mục đích của hệ thống bài tập?

- Hệ thống bài tập phải đạt được những tiêu chí nào?

Hệ thống bài tập cần có tính hệ thống chặt chẽ trong việc lựa chọn nội dung, trong áp dụng những thủ thuật giải, bài tập phải đi từ đơn giản đến phức tạp Bảo đảm nguyên tắc phân hóa và cá biệt hóa trong dạy học Trong hệ thống bài tập, mỗi bài tập sau phải đem lại cho HS một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức; HS phải hiểu trong bài tập này có gì mới so với các bài tập giải trước đó

Hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” với mục đích làm phương tiện thực hiện mục tiêu dạy học của chương và mục tiêu dạy học của các bài trong chương trình hiện hành:

Bài 35 Tính chất và cấu tạo hạt nhân

Bài 36 Năng lượng liên kết của hạt nhân – Phản ứng hạt nhân

Bài 37 Phóng xạ

Bài 38 Phản ứng phân hạch

Bài đọc thêm: Lò phản ứng PWR

Bài 39 Phản ứng nhiệt hạch

Theo các tiêu chí cụ thể như sau:

- Bảo đảm tính hệ thống về kiến thức và kỹ năng; từ đơn giản đến phức tạp;

- Phù hợp với năng lực học tập vật lí của HS;

- Có tính đa dạng bài tập trong hệ thống bài tập Trong hệ thống bài tập có 2 phần: phần bài tập câu hỏi về lý thuyết và phần những bài tập tự luận kết hợp trắc nghiệm khách quan;

- Bám sát chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình:

Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương “Hạt nhân nguyên tử” là các yêu cầu

cơ bản, tối thiểu về kiến thức, kĩ năng của môn học mà học sinh cần phải và có thể đạt được sau mỗi đơn vị kiến thức (mỗi bài, chủ đề, chủ điểm, mô đun)

Chuẩn kiến thức, kĩ năng của một đơn vị kiến thức là các yêu cầu cơ bản, tối thiểu về kiến thức, kĩ năng của đơn vị kiến thức mà học sinh cần phải và có thể đạt được

Yêu cầu về kiến thức, kĩ năng thể hiện mức độ cần đạt về kiến thức, kĩ năng

Mỗi yêu cầu về kiến thức, kĩ năng có thể được chi tiết hoá hơn bằng những yêu cầu về kiến thức, kĩ năng cụ thể, tường minh hơn; được minh chứng bằng những ví dụ thể hiện được cả nội dung kiến thức, kĩ năng và mức độ cần đạt

về kiến thức, kĩ năng

CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT GHI CHÚ Hạt nhân

- Viết được hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng

- Nêu được độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân là gì

Các kiến thức

về cấu tạo hạt nhân và kí hiệu hạt nhân

đã học ở môn Hoá học lớp

10

- Nêu được hiện tượng phóng xạ là gì

- Nêu được thành phần và bản chất của các tia phóng xạ

- Viết được hệ thức của định luật phóng

- Nêu được phản ứng nhiệt hạch là gì và nêu được điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra

- Nêu được những ưu việt của năng lượng phản ứng nhiệt hạch

Kĩ năng

Vận dụng được hệ thức của định luật phóng xạ để giải một số bài tập đơn giản

1.6.2 Sử dụng hệ thống bài tập vào dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử”

Hệ thống bài tập mà chúng tôi xây dựng, được sử dụng vào mọi giai đoạn của quá trình dạy học: trong giờ học xây dựng kiến thức mới (sử dụng bài tập câu hỏi kiến thức bài cũ), trong giờ bài tập, trong ôn tập, trong tổng kết chương, trong luyện ôn thi học kỳ, thi tốt nghiệp THPT và bồi dưỡng thi vào đại học Các bài tập trong hệ thống bài tập yêu cầu HS làm ở lớp có hướng dẫn của

GV và giao cho HS tự lực giải ở nhà

Kết luận chương 1

Nội dung cơ sở lý luận xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” lớp 12 THPT, tác giả luận văn đã hệ thống những vấn đề về cơ sở lý luận; BTVL, vai trò chức năng của bài tập trong quá trình dạy học, các dạng BTVL, hướng dẫn HS giải BTVL, các tiêu chí để xây dựng hệ thống bài tập để sử dụng bài tập vào các hình thức khác nhau trong dạy học

Việc phân loại, lựa chọn hệ thống bài tập vừa thực hiện tốt chức năng ôn tập củng cố hệ thống hoá kiến thức vừa góp phần phát triển tính tự lực, tích cực trong nhận thức của học sinh, giúp phát triển năng lực diễn đạt ngôn ngữ cho các

em Trong quá trình học tập học sinh không còn thụ động tìm các bài tập để giải

mà các em có một nhiệm vụ lớn hơn đó là phải phân loại, tìm phương pháp giải chung cho mỗi loại, cao hơn nữa là tự mình đặt các đề bài và giải chúng một cách nhanh chóng theo phương pháp đã có So với việc phải giải một khối lượng lớn bài tập trong các sách khác nhau thì việc phân loại, lựa chọn hệ thống bài tập

có ý nghĩa lớn hơn rất nhiều Ở đây vừa phát huy năng lực tự học của học sinh vừa tiết kiệm thời gian học tập

Vậy thông qua việc phân loại, xây dựng hệ thống bài tập không những kiến thức của học sinh được rèn luyện và nâng cao mà tính tự lực, tích cực, chủ động trong học tập Chất lượng, hiệu quả dạy học được nâng lên

Những tiêu chí để xây dựng hệ thống bài tập là cở sở định hướng cho việc xây dựng hệ thống bài tập và sử dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học được trình bày trong chương 2

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP DẠY

HỌC CHƯƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ” – VẬT LÍ 12 THPT

2.1 Mục tiêu dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử”

2.1.1 Mục tiêu của chương “Hạt nhân nguyên tử”

- Biết cấu tạo của các hạt nhân nguyên tử; và biết sử dụng đơn vị khối lượng nguyên tử Hiểu và biết tính toán độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân

- Biết sự phóng xạ, định luật phóng xạ

- Hiểu và biết các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

- Hiểu và biết về năng lượng của một phản ứng hạt nhân và những ứng dụng kiến thức vật lí hạt nhân

2.1.2 Những nội dung kiến thức cơ bản HS cần phải nắm vững chương

“Hạt nhân nguyên tử”

- Hạt nhân của mỗi nguyên tử tạo nuclôn (trong đó gồm: Z prôton, N = (A – Z) nơtrôn)

Ký hiệu A

Z X điện tích hạt nhân +Ze

- Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng: 2

- Quá trình biến đổi của hạt nhân được mô tả bằng phản ứng hạt nhân

Trong phản ứng hạt nhân có các định luật bảo toàn:

2He)

2.2 Hệ thống bài tập chương “Hạt nhân nguyên tử”

2.2.1 Phần I: Hệ thống bài tập câu hỏi là dạng bài tập định tính (sưu tầm) CH1:

a) Trong phóng xạ  ngoài electron ra còn có hạt nào phát ra kèm theo nữa không? Căn cứ vào đâu để kết luận điều đó?

b) Tia + hoặc - có phải là bức xạ hay không? Giải thích?

c) Thực chất của hiện tượng phóng xạ là sự biến đổi hạt gì? Viết phương trình của quá trình biến đổi đó?

1 1

Z X e ZY

Số prôtôn của Y lớn hơn của X 1 đơn vị, số A không đổi nên số nơtrôn của

Y nhỏ hơn của X 1 đơn vị Vậy thực chất của phóng xạ - là:

Sử dụng buồng Ưynhxơn: cho tia phóng xạ qua không khí chứa hơi nước quá bão hòa thì nước sẽ ngưng tụ trên các ion do tia phóng xạ tạo ra trên đường

đi của nó, làm thành các hạt nước nhỏ li ti Chiếu ánh sáng mạnh theo phương ngang, thấy quỹ đạo hạt qua các hạt nước và chụp ảnh chúng Từ ảnh, phân tích

và tìm được nhiều đặc điểm của các tia phóng xạ

CH3: Có cách nào làm tăng hay giảm sự phóng.xạ không ?

TL3:

Phóng xạ là một quá trình tự phát (có quy luật nội tại) không phụ thuộc các yếu tố hóa, lý bên ngoài

Vì vậy, không có cách nào làm thay đổi độ phóng xạ

3 2

2 1

Nếu m > 0 E > 0: phản ứng toả năng lƣợng

Nếu m < 0 E < 0: phản ứng thu năng lƣợng

Cách 2:

Gọi m1, m2, m3, m4: độ hụt khối từng hạt nhân X1, X2, X3, X4

Thì độ hụt khối của phản ứng hạt nhân:

Nếu m < 0 E < 0: phản ứng thu năng lượng

+ Phóng xạ là quá trình tự phát, còn phản ứng hạt nhân phải có hai hạt tương tác nhau

+ Về năng lượng: phóng xạ luôn tỏa năng lượng còn phản ứng hạt nhân thường có thể thu hoặc tỏa năng lượng

CH7: So sánh hiện tượng phóng xạ và phân hạch dây chuyển?

TL7:

 Giống nhau :

+ Đều là phản ứng hạt nhân (có biến đổi hạt nhân)

+ Đều tỏa năng lượng

Trong tự nhiên cácbon gồm các đồng vị C11, C12, C13, C14 chiếm theo những

tỉ lệ hoàn toàn khác nhau Trong đó, C12 là phổ biến nhất

C = 12,011 là tính theo tỉ lệ các đồng vị ở trên nên nó không thể bằng 12

CH9: Hạt nhân nào bền vững hơn?

TL9:

Sự bền vững của hạt nhản không E/A phải do năng lượng liên kết của hạt nhân quyết định Thực nghiệm cho thấy rằng, độ bền vững này phụ thuộc vào năng lượng liên kết riêng (xem đồ thị thực nghiệm)

Năng lượng liên kết riêng E/A là năng lượng liên kết ứng với 1 nuclôn Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền

Từ đồ thị ta thấy các hạt nhân trung bình E/A lớn hơn cả

Phản ứng tỏa năng lượng sinh ra các hạt nhân bền hơn nên chỉ có thể là: sự tổng hợp các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn (phản ứng nhiệt hạch) hoặc phản ứng phân hạch của các hạt nhân nặng tạo các hạt nhân trung bình

CH10: Trong phóng xạ, vì sao gọi T là chu kì bán rã ?

TL10:

Theo nghĩa "bán rã" nghĩa là phóng xạ mất một nửa

Cứ sau T, khối lượng của chất phóng xạ bị phân rã mất một nửa khối lượng của đầu chu kì và cứ thế chất phóng xạ sau T, 2T, 3T, KT chỉ còn lại

2 2 2  2 Chính vì vậy T được gọi là chu kì bán rã

CH11: Vì sao trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối

hay β-?

TL12:

Viết phương trìuh phản ứng: 232 4 208

90Thm He2 nβ 82PbDùng các định luật bảo toàn số khối và điện tích với chú ý phóng xạ β-

-Thứ tự lúc nào phóng xạ α, β

thì không thể đoán trước (quá trình trên xảy

ra với nhiều con đường khác nhau)

CH13: So sánh thành phần tia phóng xạ của một chất phóng xạ và thành

phần tia phóng xạ của khối chất phóng xạ tự nhiên ? Vì sao có sự khác nhau đó?

TL13:

Một chất phóng xạ khi phân rã chỉ phát ra một loại (hoặc hai) tia phóng xạ

mà thôi Ví dụ C14 phóng xạ β- thành N rồi không phóng xạ nữa (vì nó chỉ gồm

Đồng vị đều có Z như nhau, nhưng A khác nhau nên N khác nhau

Đồng vị bền không bị phân rã, không biến đổi thành hạt nhân khác Còn đồng vị phóng xạ thì bị phân rã tự phát và biến đổi thành hạt nhân khác

Hoặc qua độ phóng xạ H : nếu H càng lớn (số phân rã trong 1s càng lớn) thì

sự phóng xạ càng nhanh, càng mạnh)

Thực tế (ví dụ trong y học hạt nhân), người ta dùng H để đánh giá và chọn các chất phóng xạ có H trung bình (ví dụ cho bệnh nhân bị bướu cổ uống Photphat đồng vị phóng xạ với H vừa phải để quá trình phóng xạ xảy ra từ từ và tiêu diệt các bướu nhưng không quá kéo dài gây nhiễm độc tia phóng xạ cho những người xung quanh

CH16: Tia phóng xạ  khác tia α và β ở những điểm nào ?

CH17: Phản ứng nhiệt hạch là gì ? Điều kiện nào xảy ra phản ứng nhiệt

hạch ? Giải thích ? Nêu những lý do khiến người ta quan tâm nhiều đến năng lượng nhiệt hạch

b) Điều kiện xảy ra phản ứng nhiệt hạch :

- Do các hạt nhân tích điện dương nên đẩy nhau Muốn chúng kết hợp được phải cung cấp năng lượng rất lớn để chúng thắng lực đẩy Coulomb và tạo nên hạt nhân mới Vì thế phản ứng nhiệt hạch chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao nên gọi là phản ứng nhiệt hạch

- Vậy: nhiệt độ rất cao (hàng chục, hàng trăm triệu độ) là điều kiện để xảy

ra phản ứng nhiệt hạch

c) Lý do quan tâm nhiều đến năng lượng nhiệt hạch :

- Năng lượng nhiệt hạch là nguồn năng lượng vô tận vì nhiên liệu (1H,1H )

có rất nhiều trên Trái đất (trong nước)

- Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch sạch hơn phản ứng phân hạch vì ít

có bức xạ hay cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường

2.2.2 Phần II: Hệ thống bài tập tự luận (sưu tầm)

Bài 1: Tính số nơtron trong 119g urani 238

92U (238gam) chứa sổ hạt (nguyên tử) là NA, vậy trong m gam

chứa số nguyên tử (cũng là số hạt nhân) là :

Định hướng tư duy cho HS:

Biết được khối lượng các nuclôn và khối lượng hạt nhân ôxi, ta tính được

độ hụt khối nên sẽ tính được năng lượng liên kết và từ đó tính năng lượng liên kết riêng

Định hướng tư duy cho HS:

Do độ hụt khối của các hạt nhân trước và sau phản ứng là khác nhau nên theo hệ thức Anh-xtanh thì tổng năng lượng nghỉ của chúng cùng khác nhau Nếu tổng năng lượng nghỉ của các hạt trước phản ứng lớn hơn tổng năng lượng nghỉ các hạt sau phản ứng (nói cách khác, tổng năng lượng nghỉ các hạt trước phản ứng lớn hơn tổng khối lượng nghỉ các hạt sau phản ứng) thì phản ứng tỏa năng lượng và năng lượng tỏa ra đúng bằng độ chêch lệch của năng lượng nghỉ của chúng

Định hướng tư duy cho HS:

Để tính năng lượng tỏa ra trong một phản ứng, cách làm hoàn toàn giống như các bài toán trên Tuy nhiên, trong bài toán này cần chú ý rằng : để phản ứng

có thể xảy ra thì cần tiêu tốn một năng lượng nào đó - chính là động năng của prôtôn khi bắn vào hạt nitơ Vì vậy sau khi tính toán năng lượng do phản ứng tỏa

ra, phải trừ đi phần năng lượng ban đầu này

và tính năng lượng giải phóng ra nếu số hạt prôtôn tham gia phản ứng bằng sổ hạt nhân chứa trong 1gam liti

Định hướng tư duy cho HS:

Hạt được tạo thành sau phản ứng được xác định theo các đlbt

Năng lượng giải phóng cho bởi mỗi phản ứng đã biết Để tính năng lượng giải phóng do nhiều phản ứng, ta cần phải tính số phản ứng xảy ra (mỗi prôtôn cho một phản ứng)

Lời giải

Tổng số nuclôn của hệ trước phản ứng 2 7

1p3Li:8 và số prôtôn: 4, do hai hạt sau phản ứng giống nhau nên các hạt này chỉ có thể: hạt heli: 4

2He Mỗi phản ứng cần có một prôtôn Số prôtôn tham gia phản ứng bằng số hạt nhân có trong 1 g liti, vậy số hạt này bằng :

Wα = 4 MeV Xác định động năng của hạt Li tạo thành Biết : mp= u; mBe = 9u ;

mα = 4u ; mLi = 6u

Định hướng tư duy cho HS:

Trong sự tương tác của các hạt trong

phản ứng thì động lượng của hệ bảo toàn Nếu

chú ý đến mối quan hệ giữa động lượng và

động năng, cùng với điều kiện hạt α bay

vuông góc với prôtôn thì có thể suy ra động năng của hạt Li

Lời giải

Theo định luật bảo toàn động lượng thì : p p  p  p Li

Do hạt α bay vuông góc với hướng bay của hạt prôtôn (hình vẽ) nên áp dụng định lí Pi-ta-go ta có: 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Định hướng tư duy cho HS:

Quan hệ giữa số hạt ban đầu và số hạt còn lại sau một thời gian nào đó chỉ thông qua chu kì bán rã (hoặc hằng số phóng xạ) của chất phóng xạ Vậy chỉ cần xác định T hoặc λ

Lời giải

Cách thứ nhất : Từ định luật phóng xạ N N e o tta rút ra : t

o

N e N



Nhƣ vậy sau 3 năm, số hạt giảm đi 64 lần

Cách thứ hai : Sau 1 năm thì số hạt chỉ còn lại 1/4 số hạt ban đầu, nghĩa là 1 năm bằng 2 chu kì bán rã Sau thời gian 3 năm tức là sau 6 chu kì bán rã Vậy số hạt còn lại sau 3 năm là: 6

ln 2

3, 6 ln

t T

Hãy xác định số nguyên tử bị phóng xạ trong 1 g đồng vị phóng xạ xêdi 137

55Cstrong khoảng thời gian t = 20 ngày biết chu kì bán rã của chất này là T = 30 ngày

Định hướng tư duy cho HS:

Có thể tính được số hạt ban đầu trong lg Cs, biết được chu kì bán rã ta sẽ tính được số hạt còn lại sau thời gian t Vậy số hạt đã bị phóng xạ sẽ bằng hiệu số hạt ban đầu và số hạt còn lại sau thời gian t

Lời giải

Số hạt ban đầu (số hạt có trong 1 g xêdi) là :

137

A o

Sau khi xác định số hạt ban đầu, ta sử dụng mối quan hệ giữa độ phóng xạ

và số hạt, sau đó dùng định luật phóng xạ thì sẽ tính được độ phóng xạ sau thời gian t

Tìm hằng số phóng xạ của rađôn nếu biết rằng sau thời gian t = 1 ngày đêm thì số hạt ban đầu bị giảm đi 18,2%

Gọi No là số hạt ban đầu, số hạt còn lại sau thời gian t là: N N e o t

Tỉ lệ số hạt đã phân rã trong thời gian đó là 18,2%, nghĩa là số hạt còn lại là 81,8%, tức là : N e o t 81,8%N o Từ đó suy ra et 0,818

Lôga hai vế và rút  ra, ta nhận đƣợc :

U238 phân rã thành Pb206 với chu kì T = 4,47.109

năm Một mẫu khoáng vật có mU = 25,45 mg U238 và mPb = 1,83 mg Pb206 Giả sử mẫu khoáng vật khi mới hình thành không có chì

a) Hiện tại số nguyên tử U238 lớn gấp số nguyên tử Pb206 là bao nhiêu lần ?

b) Tuổi của mẫu khoáng vật là bao nhiêu ?

Tỉ số giữa số hạt hai loại hiện tại là 12, nghĩa là tổng số hạt hai loại là 13NPb Đây chính là tổng số hạt U238 khi mới hình thành

W và trong một ngày đêm nó cho phân hạch hết

m = 200g đồng vị U235 Mỗi phân hạch giải phóng năng lượng Wo = 200 MeV

Định hướng tư duy cho HS: