MO TA SKKN

Mục đích nghiên cứu -Giúp các em học sinh có thể nắm chắc kiến thức về sự phóng xạ, giải thông thạo các dạng bài tập cơ bản về sự phóng xạ và có những kĩ năng tốt trong việc làm các bài [r]

UBND TỈNH HẢI DƯƠNG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Phần 1 THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN

1 Tên sáng kiến: Mô tả một số phương pháp hướng dẫn học sinh làm bài tập phóng xạ hạt nhân nguyên tử

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: giảng dạy bộ môn vật lý ở trường

BTTHPT

3 Tác giả:

Họ và tên: Trần Văn Tiến Nam

Ngày tháng/năm sinh: 20 / 08 / 1958

Trình độ chuyên môn: Đại học sư phạm lý

Chức vụ, đơn vị công tác: Tổ trưởng, Trung tâm giáo dục thường xuyên Kinh Môn

6 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: học sinh lớp 12 BTTHPT

7 Thời gian áp dụng sáng kiến lần đầu: Từ năm học 2012 – 2015

HỌ TÊN TÁC GIẢ (KÝ TÊN)

TRẦN VĂN TIẾN

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN

VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN

TÓM TẮT SÁNG KIẾN

1 Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến

"Muốn phát triển năng lực con người về mọi mặt thì phải có điều kiện và phương pháp "

Ngày nay việc nâng cao chất lượng giáo dục là một trong những vấn đề đượcquan tâm hàng đầu trong xã hội Trong bối cảnh tòan ngành Giáo Dục và ĐàoTạo đang nỗ lực đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cựcchủ động, phát triển năng lực của học sinh trong họat động học tập mà phươngpháp dạy học là cách thức họat động của giáo viên trong việc chỉ đạo, tổ chứchọat động học tập nhằm giúp học sinh chủ động đạt các mục tiêu dạy học

2 điều kiện thời gian, đối tượng áp dụng sáng kiến

Là giáo viên giảng dạy bộ môn vật lý lớp 12 BTTHPT khi đã hiểu rõ về từng học sinh, thuận lợi khó khăn trong thực tế học tập, từ đó đưa ra những phương pháp phù hợp thì công tác giảng dạy sẽ đem lại hiệu quả cao không có gì là khó khăn đối với giáo viên mà sẽ là niềm vui, là hứng thú, niềm say mê trong nghề đối với người giáo viên.Trong thời gian 3 năm giảng day lớp 12 tôi đã áp dụng

3 Nội dung sáng kiến

- Giơí thiệu phần lý thuyết cơ bản

Tổ chức học sinh làm bài tập vật lý chủ yếu trong các hoạt động nhóm và tính tích cực của cái nhân, nhằm rèn luyện cho học sinh kĩ năng sử dụng các kiến thứcvật lý cơ bản

Giáo viên giới thiệu phương pháp giải một số các dạng bài tập và thứ tự cácbước tiến hành, các kiến thức vận dụng hoặc qua hình vẽ học sinh nêu được cácnội dung cần thiết của vấn đề đặt ra Học sinh có thể tự đề xuất phương án làmbài để giải quyết một vấn đề gồm các nội dung sau

Phương pháp xác định khối lượng và số phân tử , bài toán ví dụ, bài toán ápdụng cho học sinh

Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ, bài toán ví dụ, bài toán áp dụng chohọc sinh

Phương pháp xác định chu kỳ bán rã, bài toán ví dụ, bài toán áp dụng cho họcsinh

Phương pháp xác định tuổi của cổ vật, bài toán ví dụ, bài toán áp dụng chohọc sinh

Phương pháp xác định năng lượng phóng xạ, bài toán ví dụ, bài toán áp dụngcho học sinh

+ Khả năng áp dụng của sang kiến: Qua phần lý thuyết cách áp dụng và cácbài tập ví dụ giáo viên học sinh có thể vận dụng giải quyết các vấn đề cần gảiquyết khi giải các bài tập phóng xạ hạt nhân nguyên tử

+ Chỉ ra lợi ích thiết thực của sáng kiến: Gúp học sinh có thể tự học

4 Khẳng định giá trị ,kết quả đạt được của sáng kiến

Qua áp dụng phương pháp trên kết quả cho thấy học sinh đều tự giải được các bàitập áp dụng và các bài tập tự giải, học sinh khá có thể tự hướng dẫn cho học sinhyếu kếm hiểu và làm được bài

Phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục

PHẦN 2

MÔ TẢ SÁNG KIẾN

1 Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến

1.1 Khi giảng dạy phần “vật lý hạt nhân” lớp 12 tôi nhận thấy hầu hết các em

học sinh lúng túng khi làm các bài tập về “hiện tượng phóng xạ”

1.2 Bởi đây là phần có nhiều dạng bài tập ,có nhiều công thức cần nhớ và việc

áp dụng các công thức toán học tương đối phức tạp Khó khăn lớn nhất của các

em là việc xác định bài toán thuộc dạng nào để ra đưa phương pháp giải phù hợpcho việc giải bài toán đó

1.3 Mặt khác, trong giai đoạn hiện nay khi mà hình thức thi trắc nghiệm được

áp dụng trong các kỳ thi tôt nghiệp và tuyển sinh đại học cao đẳng ,yêu cầu vềphương pháp giải nhanh và tối ưu cho các em là rất cấp thiết để các em có thể đạtđược kết quả cao trong các kỳ thi đó

2.Cơ sở lý luận của vấn đề

2.1 Mục đích nghiên cứu

-Giúp các em học sinh có thể nắm chắc kiến thức về sự phóng xạ, giải thông thạo các dạng bài tập cơ bản về sự phóng xạ và có những kĩ năng tốt trong việc làm các bài tập trắc nghiệm về hiện tượng phóng xạ

2.2.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

-Học sinh lớp 12 ôn thi tôt nghiệp và thi tuyển sinh đại học cao đẳng

Phạm vị nghiên cứu

-Thời gian nghiên cứu :trong năm học 2014-2015

-Đề tại nghiên cứu về “hiện tượng phóng xạ” trong chương “vật lý hạt nhân” thuộc chương trình lớp 12

3.Thực trạng của vấn đề

-Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài là phần khó trong chương trình lớp 12 phổ thông trung học

-Trình bày cơ sở lý thuyết về hiện tượng phóng xạ

-Phương pháp giải nhanh các dạng bài tập về hiện tượng phóng xạ

-Các ví dụ minh hoạ cho từng dạng bài tập

-Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập

-Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện

-Đánh giá , đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng đối tượng học sinh

4.Các giải pháp biện pháp thực hiện

Gíao viên nêu vấn đề, chia nhóm học sinh nghiên cứu thảo luận cử đại diệnhọc sinh trình bày kết quả Giao viên kết luận học sinh ghi lại kế quả

4.1.1.2)Định luật phóng xạ

-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 nưa số nguyn tử của chất ấy biến đổi thànhchất khác



4.1.1.3) Độ phóng xạ

-Độ phóng xạ H của một lượng chất phóng xạ là đại lượng đặc trưng chotính phóng xạ mạnh hay yếu của lượng chất phóng xạ đó và được đo bằng sốphân rã trong 1 giây

-Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với qui luật:

H = N = No e-t = Ho e-t ; với Ho = No là độ phóng xạ ban đầu

-Đơn vị độ phóng xạ là Beccơren (Bq) hay Curi (Ci):

1 Bq = 1phân rã/giây ; 1Ci = 3,7.1010 Bq

Với E A,E B,E C là năng lượng liên kết của các hạt nhân trước và sau tương tác

4.1.2.2)Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

a)Định luật bảo toàn động lượng

EA+WA=EB + WB + EC +WC  EA- EB - EC = WB +WC -WA=E

WA=0  WB +WC =E (4)Trong đó: E =m c2 là năng lượng nghỉ

4.2.1.Xác định các đại lượng đặc trưng cho sự phóng xạ

4.2.1.1.Phương pháp chung: Giáo viên đặt vấn đề, các nhóm học sinh nghiên

cứu, đọc sách giáo khoa và cử đại diện trả lời

4.2.1.1.1 Xác định số nguyên tử (khối lượng ) còn lại của chất phóng xạ sau thời gian phóng xạ t

-Số nguyên còn lại sau thời gian phóng xạ t: N=N0

-Khối lượng còn lại sau thời gian phóng xạ t : m= m0 e  t

=m0 T

t

 2

Với = T

2 ln

= T

693 , 0

-Số nguyên tử có trong m(g) lượng chất : A

m N

-Một hạt nhân bị phóng xạ thì sinh ra một hạt nhân mới ,do vậy số hạt nhân

mới tạo thành sau thời gian phóng xạ t bằng số hạt nhân bị phóng xạ trong thời gian đó

N

A



A’ là số khối của hạt nhân mới tạo thành

Chú ý:+Trong sự phóng xạ ở hạt nhân mẹ có số khối bằng số khối của hạt nhân

con (A=A’) Do vậy khối lượng hạt nhân mới tạo thành bằng khối lượng hạt nhân bị phóng xạ

- Một hạt nhân bị phóng xạ thì sinh ra một hạt ỏ ,do vậy số hạt ỏ tạo thành

sau thời gian phóng xạ t bằng số hạt nhân bị phóng xạ trong thời gian đó

.N0

Đơn vị của độ phóng xạ Bp: 1phân rã /1s= 1Bq (1Ci=3,7.1010Bq)

Chú ý: Khi tính H0 theo công thức H0= N0= T

2 ln

.N0 thì phải đổi T ra đơn vị giây(s)

4.2.1.2.Các ví dụ:

Ví dụ 1 : Côban 2760Co là đồng vị phóng xạ phát ra tia  

và  với chu kì bán rã T=71,3 ngày.

1 Xác định tỷ lệ phần trăm chất Co bị phân rã trong 1 tháng (30 ngày).

2 Có bao nhiêu hạt  được giải phóng sau 1h từ 1g chất Co tinh khiết Giải:

1 Tỷ lệ phần trăm chất Co bị phân rã trong 1 tháng (30 ngày)

1.Cho chu kỳ bán rã của Pôlôni T=138 ngày Giả sử khối lượng ban đầu

m 0 =1g Hỏi sau bao lâu khối lượng Pôlôni chỉ còn 0,707g?

2 Tính độ phóng xạ ban đầu của Pôlôni Cho N A =6,023.10 23 nguyên tử/mol.

= ln 2

707 , 0

1 ln 138

= 69 ngày2.Tính H0: H 0=  N 0= T

2 ln

.N 0= T

2 ln

A

m0

.N A=138 24 3600

2 ln

T t

Ví dụ 4 : Hạt nhân 22488Ra phóng ra một hạt  , một photon  và tạo thành Z A Rn

Một nguồn phóng xạ 22488Ra có khối lượng ban đầu m 0 sau 14,8 ngày khối lượng của nguồn còn lại là 2,24g Hãy tìm :

1 m 0

2 Số hạt nhân Ra đã bị phân rã và khối lượng Ra bị phân rã ?

3.Khối lượng và số hạt nhân mới tạo thành ?

2 =2,24.24=35,84 g2.- Số hạt nhân Ra đã bị phân rã :

-Khối lượng hạt mới tạo thành: m'= . '

'

A N

10 903 , 0

10 903 , 0

=3,36(lit)

4.2.1.3 trắc nghiệm

1 Chất phóng xạ iôt 13153I có chu kì bán rã 8 ngày Lúc đầu có 200g chất này Sau

24 ngày, số gam iốt phóng xạ đã bị biến thành chất khác là

4 Có thể tăng hằng số phóng xạ  của đồng vị phóng xạ bằng cách nào ?

A Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong từ trường mạnh

B Đặt nguồn phóng xạ đó vào trong điện trường mạnh

C Đốt nóng nguồn phóng xạ đó

D Hiện nay chưa có cách nào để thay đổi hằng số phóng xạ

5 Chu kì bán rã của chất phóng xạ 9038Sr là 20 năm Sau 80 năm có bao nhiêuphần trăm chất phóng xạ đó phân rã thành chất khác ?

8 Có 100g iôt phóng xạ 13153I với chu kì bán rã là 8 ngày đêm Tính khối lượngchất iôt còn lại sau 8 tuần lễ

9 Tìm độ phóng xạ của 1 gam 22683Ra, biết chu kì bán rã của nó là 16622 năm (coi

1 năm là 365 ngày)

A 0,976Ci B 0,796C C 0,697Ci D.0.769Ci

10 Ban đầu có 5 gam chất phóng xạ radon 22286Rn với chu kì bán rã 3,8 ngày Sốnguyên tử radon còn lại sau 9,5 ngày là

A 23,9.1021 B 2,39.1021 C 3,29.1021 D 32,9.1021

11 Hạt nhân 146C là một chất phóng xạ, nó phóng xạ ra tia - có chu kì bán rã là5600năm Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượngchất phóng xạ ban đầu của mẫu đó.

14 Phốt pho 1532P phóng xạ - 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 1532P còn lại là 2,5g.Tính khối lượng ban đầu của nó

4.2.2.1.Phương pháp: Giáo viên đặt vấn đề, các nhóm học sinh nghiên cứu, đọc

sách giáo khoa và cử đại diện trả lời

4.2.2.1.1.Tính chu kỳ bán rã khi biết :

a) Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử còn lại sau thời gian phóng

b)Tỉ số số nguyên tử ban đầu và số nguyên tử bị phân rã sau thời gian phóng xạ t

N N

2 ln

4.2.2.1.2.Tìm chu kì bán rã khi biết số hạt nhân ở các thời điểm t 1 và t 2

2 ln ) (

N N

 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

2 ln

N N t

2 ln

0

m

V A

2 ln

= 85

190 ln

2 ln 3

= 2,585 giờ

Ví dụ2 : Để đo chu kỳ của một chất phóng xạ người ta cho máy đếm xung bắt đầu

đếm từ thời điểm t 0 =0 Đến thời điểm t 1 =2 giờ, máy đếm được n 1 xung, đến thời điểm t 2 =3t 1 , máy đếm được n 2 xung, với n 2 =2,3n 1 Xác định chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này.

Giải:

-Số xung đếm được chính là số hạt nhân bị phân rã:N=N0(1-e  t

)-Tại thời điểm t1: N1= N0(1-e .t1

A e N

0

.

ln(

2 ln

A m

A m t

2 ln 30

2 ln

0

m

V A

t



=- 22,4.1 )

075 , 0 224 1 ln(

2 ln 3 , 7

3 Chu kỳ bán rã của radon là T = 3,8 ngaứy Hằng số phóng xạ của radon là

A 5,0669.10-5s-1 B 2,112.10-6s-1

C 2,1112.10-5s-1 D Một kết quả khác

4 Một chất phóng xạ phát ra tia , cứ một hạt nhân bị phân rã cho một hạt

Trong thời gian 1 phút đầu chất phóng xạ phát ra 360 hạt , nhưng 6 giờ sau, kể

từ lúc bắt đầu đo lần thứ nhất, trong 1 phút chất phóng xạ chỉ phát ra 45 hạt Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này là:

thì độ phóng xạ của nó giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T của Radon là :

6 Một lượng chất phóng xạ Radon có khối lượng ban đầu là m0 Sau 15,2 ngày thì độ phóng xạ của nó giảm 93,75% Chu kỳ bán rã T của Radon là :

A 14,5 ngày B 1,56 ngày C 1,9 ngày D 3,8 ngày

7 Một chất phóng xạ phát ra tia , cứ một hạt nhân bị phân rã cho một hạt Trong

thời gian 1 phút đầu chất phóng xạ phát ra 360 hạt , nhưng 6 giờ sau , kể từ lúc bắt đầu đo lần thứ nhất , trong 1 phút chất phóng xạ chỉ phát ra 45 hạt Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ này là :

8 Các phép đo độ phóng xạ của một mẫu Cr thực hiện cứ 5 phút cho kết quả

sau : 5524 t (phút) 0 5 10 15 Độ phóng xạ H (mCi) 19,2 7,13 2,65 0,99 Chu kỳ bán rã của Cr bằng 5524

A 2,5phút B 1,5phút C 3,5phút D 4,5phút

9 Đồng vị Na là chất phóng xạ và tạo thành đồng vị của magiê Sau 105 giờ, độ

phóng xạ của Na giảm đi 128 lần Chu kỳ bán rã của Na bằng

4.2.3 Tính tuổi của các mẫu vật cổ

4.2.3.1 Phương pháp: Giáo viên đặt vấn đề, các nhóm học sinh nghiên cứu, đọc

sách giáo khoa và cử đại diện trả lời

4.2.3.1.1 Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) còn lại và khối lượng (số nguyên tử) ban đầu của một lượng chất phóng xạ có trong mẫu vật cổ

4.2.3.1 2 Nếu biết tỉ số khối lượng (số nguyên tử) bị phóng xạ và khối lượng (số nguyên tử) còn lại của một lượng chất phóng xạ có trong mẫu vật cổ

A e N

0

.

' ln(

A m

m A T

e N

01 2

1   2  1

N

N N

N

=>t= 2 1

01 2

02 1

ln



 

N N

N N

với 1 1 2 ln

T





4.2.3.1 4 Tính tuổi của mẫu vật cổ dựa vào 146C (Đồng hồ Trái Đất)

-Ở khí quyển ,trong thành phần tia vũ trụ có các nơtrôn chậm ,một nơtrôn gặp hạtnhân 147N tạo nên phản ứng

6 là đồng vị phóng xạ  với chu kỳ bán rã 5560 năm

-146C có trong điôxit cacbon Khi thực vật sống hấp thụ CO2 trong không khí nên quá trình phân rã cân bằng với quá trình tái tạo 146C

-Thực vật chết chỉ còn quá trình phân rã 146C ,tỉ lệ 146C trong cây giảm dần

Do đó:

+Đo độ phóng xạ của 146C trong mẫu vật cổ => H

+Đo độ phóng xạ của 146C trong mẫu vật cùng loại ,cùng khối lượng của thực

với T=5560 năm-Động vật ăn thực vật nên việc tính toán tương tự

4.2.3.2 Các ví dụ

Ví dụ 1 : Hiện nay trong quặng thiên nhiên có chứa cả 23892U và 23592U theo tỉ lệ nguyên tử là 140 :1 Giả sử ở thời điểm tạo thành Trái Đất, tỷ lệ trên là 1:1 Hãy tính tuổi của Trái Đất Biết chu kỳ bán rã của 23892U là 4,5.10 9 năm 23592U có chu kỳ bán rã 7,13.10 8 năm

Giải: Phân tích :

t= 2 1

01 2

02 1

ln



 

N N

N N

1 10

13 , 7

1 ( 2 ln

140 ln

9

8 

= 60,4 108 (năm)

Ví dụ 2 : Thành phần đồng vị phóng xạ C14 có trong khí quyển có chu kỳ bán rã

là 5568 năm Mọi thực vật sống trên Trái Đất hấp thụ cacbon dưới dạng CO 2

đều chứa một lượng cân bằng C14 Trong một ngôi mộ cổ, người ta tìm thấy một mảnh xương nặng 18g với độ phóng xạ 112 phân rã/phút Hỏi vật hữu cơ này đã chết cách đây bao nhiêu lâu, biết độ phóng xạ từ C14 ở thực vật sống là 12 phân rã/g.phút.

Giải: Phân tích :Bài này tính tuổi dựa vào C14

= ln 2

18 / 112

12 ln 5560

= 5268,28 (năm)Chú ý:Khi tính toán cần lưu ý hai mẫu vật phải cùng khối lượng

Ví dụ 3 : Trong các mẫu quặng Urani người ta thường thấy có lẫn chì Pb206

cùng với Urani U238 Biết chu kỳ bán rã của U238 là 4,5.10 9 năm, hãy tính tuổi của quặng trong các trường hợp sau:

1 Khi tỷ lệ tìm thấy là cứ 10 nguyên tử Urani thì có 2 nguyên tử chì.

2 Tỷ lệ khối lượng giữa hai chất là 1g chì /5g Urani.

Giải :Phân tích:Trong bài này tính tuổi khi biết tỉ số số nguyên tử(khối lượng)

còn lại và số nguyên tử (khối lượng ) hạt mới tạo thành: m

N

A e N

0

.

' ln(

A m

m A T

) 1 206 5

238 ln(

10 5 ,

1 1 ln(

10 5 ,

năm

4 Tính tuổi của một tượng gổ cổ biết rằng độ phóng xạ - hiện nay của tượng gổ

ấy bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một khúc gổ cùng khối lượng mới chặt Biếtchu kì bán rã của C14 là 5600 năm

năm