Tài liệu Skkn phương pháp làm bài phần vật lý hạt nhân

A. Đặt vấn đề Trong công cuộc đổi mới nội dung chương trình sách giáo khoa, tích cực hoá đổi mới phương pháp giảng dạy, có sự đổi mới cách kiểm tra, đánh giá học sinh. Sự kiểm tra, đánh giá chuyển từ trắc nghiệm tự luận sang trắc nghiệm khách quan đánh giá một cách khách quan năng lực nhận thức của học sinh. Nhưng trắc nghiệm khách quan có thể nói là một cuộc chạy “ Maraton“, yêu cầu người học cần thông hiểu và vận dụng kiến thức một cách nhanh nhạy. Vậy làm thế nào chọn được đáp án nhanh nhất trong câu hỏi trắc nghiệm khách quan ? Qua kinh nghiệm giảng dạy tôi thấy mỗi phần đều có một phương pháp riêng nhất định và dưới đây tôi xin trình bày một số hiểu biết của mình mà tôi rút ra được trong quá trình giảng dạy phần vật lý hạt nhân. B. Nội dung I.Những yêu cầu đối với phần vật lý hạt nhân - Nắm đựợc cấu tạo hạt nhân, sự phóng xạ, các loại phóng xạ, định luật về sự phóng xạ - Nắm đựợc tính chất các loại phóng xạ, các qui tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ, viết được đầy đủ phương trình phản ứng hạt nhân nhờ các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân - Biết tính số hạt, khối lượng, độ phóng xạ sau thời gian t - Biết tính số hạt đã phân rã, số hạt nhân con tạo thành, biết tính và phân biêt khối lượng đã phân rã với khối lượng hạt nhân con tạo thành - Biết tính bài toán tính tuổi của vật cổ - Biết mối liên hệ giữa khối lượng và độ phóng xạ - Nắm được các khái niệm năng lượng nghỉ, độ hụt khối, năng lượng liên kết, năng lượng liên kết riêng, các phản ứng toả và thu năng lượng - Biết mối liện hệ giữa các đơn vị - Biết tính năng lượng toả hay thu trong phản ứng hạt nhân khi biết khối lượng các hạt, hoặc độ hụt khối của các hạt, hoặc năng lượng liên kết riêng của mỗi hạt - Biết kết hợp giữa các định luật bảo toàn động lượng và năng lượng II. Kiến thức áp dụng phần vật lý hạt nhân - Định luật về sự phóng xạ : Mõi chất phóng xạ được đặc trưng bởi một thời gian t gọi là chu kì bán rã. Sau mỗi chu kì một nửa số hạt ban đầu biến đổi thành hạt nhân khác - Các biểu thức biểu diễn định luật phóng xạ : N= N0 2 m= m0 2 H= t T H0 2 = N0. e- t t T t T = m 0. e -  t = H 0. e -  t H =  .N0 H0 =  .N0 - Các đơn vị khối lượng : Kg, u, MeV/c 2 - Mối liên hệ : - Các đơn vị năng lượng : J, KJ, eV, MeV, KWh - Mối liên hệ : - Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng E = m.c 2 - Phản ứng toả và thu năng lượng III. Những lưu ý và phương pháp làm bài phần vật lý hạt nhân Phần 1: Sự phóng xạ 1 - Bài toán áp dụng định luật phóng xạ sẽ trở lên đơn giản khi khoảng thời gian t bằng một số chẵn lần chu kì T. Sau 1,2,3,… chu kì T, chất phóng xạ còn lại là : m0/2; m0/4; m0/8 VD1) 23 11 Na phoùng xaï Beâta tröø vaø bieán thaønh Magieâ. Sau thôøi gian 45 giôø khoái löôïng chaát phoùng xaï chæ coøn 12,5% khoái löôïng chaát phoùng xaï ban ñaàu. tìm chu kyø baùn raõ cuûa Natri? A). 15giôø B). 11,25giôø C). 22,5giôø D). 45giôø Nhận xét : 12,5% = 1/8 = 1/23 . Vậy t/T = 3 hay T = 15 giờ. Ta chọn đáp án A VD 2) 23 11 Na  laø chaát phoùng xaï  vaø bieán thaønh Magieâ coù chu kyø baùn raõ laø 15 giôø.Ban ñaàu coù 1 löôïng Na nguyeân chaát. Sau thôøi gian bao laâu thì tæ soá giöõa soá haït nhaân Na vaø Mg baèng 1? A). 30 giôø B). 3,75 giôø C). 15 giôø D). 7,5 giôø Nhận xét : Sau 1 chu kì, số hạt Na còn lại ½ so với số hạt ban đầu. Vậy ½ số hạt Na ban đầu đã phân rã = số hạt Mg tạo thành, nên tỉ số giữa số hạt Na còn lại và số hạt Mg sinh ra là 1. Ta chọn được đáp án A VD 3) Poloâni(Po210) laø chaát phoùng xaï Alpha coù chu kyø baùn raõ laø 138 ngaøy. Sau thôøi gian 276 ngaøy löôïng chaát phoùng xaï coøn laïi laø 12gam. Tìm khoái löôïng chaát phoùng xaï ban ñaàu A). 36g B). 24g C). 48g D). 60g Nhận xét : 276 ngày = 2x138 ngày = 2 T . Vậy lượng chất phóng xạ còn lại = ¼ khối lượng chất ban đầu hay khối chất phóng xạ ban đầu = 4 lần khối chất phóng xạ còn lại. Ta chọn được đáp án C VD 4) Poloâni phoùng xaï Alpha vaø bieán thaønh ñoàng vò beàn cuûa chì coù chu kyø baùn raõ laø138 ngaøy. ban ñaàu coù 1 löôïng Po nguyeân chaát. Sau thôøi gian 276 thì tæ soá giöõa soá haït nhaân chì vaø soá haït nhaân Po baèng bao nhieâu A). 4 B). 2 C). 8 D). 3 Nhận xét : Tương tự trên ta có số hạtPo còn lại bằng ¼ số hạt Po ban đầu, nên số hạt Po đã phân rã = 3/4 số hạt Po ban đầu và số hạt này bằng số hạt chì sinh ra nên ta có đáp án D 2 - Đối với bài toán tính tuổi của cổ vật, thời gian t thường không bằng số chẵn lần chu kì nên khi áp dụng biểu thức của định luật phóng xạ ta phải lấy lôga lê pe hai vế của biểu thức . từ đó dễ dàng rút ra được thời gian t VD5) Tính tuoåi cuûa moät maåu goã coå bieát raèng ñoä phoùng xaï beâta cuûa noù baèng 0,77 laàn ñoä phoùng xaï cuûa moät maåu goã khaùc gioáng heät môùi chaët. Cho chu kyø baùn raõ cuûa C14 laø 5600 naêm A). �2112 naêm B). �1210 Naêm C). �4510 naêm D). �3600 naêm Giải : H H Áp dụng công thức : H = H0. e- t  H = e- t . Lấy ln 2 vế ta có ln H = - t . 0 0 Với H = 0,77;  = ln2/T. Ta tính được t = 2112 năm H0 VD 6) Chaát 60 27 Co duøng trong y teá coù chu kyø baùn raõ 5,33 naêm.Ban ñaàu khoái löôïng Co laø 500gam. Sau thôøi gian bao laâu thì löôïng chaát phoùng xaï coøn laïi laø100gam A). 12,38naêm B). 8,75naêm C). 10,5naêm D). 15,24 naêm Tính tương tự như trên ta được đáp án A VD7) Chaát 60 27 Co duøng trong y teá coù chu kyø baùn raõ 5,33 naêm.Ban ñaàu khoái löôïng Co laø 500gam. Tìm khoái löôïng chaát phoùng xaï coøn laïi sau 12 naêm? A). 210gam Dùng công thức m = B). 186gam m0 2 t T C). 105gam D). 126gam hoặc m = m0. e- t . Bấm máy để thực hiện phép tính ta tìm được đáp án C 3 - Khi xét sự phóng xạ, ta có số hạt nhân mẹ phân rã bằng số hạt nhân con tạo thành , nhưng khối lượng hạt nhân mẹ phân rã không bằng khối lượng hạt nhân con tạo thành. Ở đây ta dễ mắc sai lầm là bằng VD : Hạt nhân 210 84 Po phóng xạ  và biến thành hạt nhân X. Lúc đầu có 42 g poloni. Sau 3 chu kì khối lượng chất X được tạo thành là A. 5,25 g B. 36,75 g C. 36,05 g D. Một giá trị khác Nhận xét : Trong bài này học sinh có thể mắc những sai lầm sau - Nhầm tưởng khối lượng chất X được tạo thành là khối lượng còn lại của Po sau 3 chu kì nên có đáp án A - Nhầm tưởng khối lượng chất X được tạo thành bằng khối lượng đã phân rã của Po nên có đáp án B. - Ở đây chỉ có số mol Po phân rã bằng số mol X tạo thành, nên ta tính được khối lượng X tạo thành bằng : Số mol Po phân rã x khối lượng mol X . Với khối lượng mol Po phân rã sau 3 chu kì là 36,75/210 ; khối lượng mol X coi xấp xỉ bằng số khối A và bằng 206. Ta tìm được đáp án C 4 - Khi tính năng lượng E theo đơn vị MeV bằng công thức E = m.c 2 ta nên lấy đơn vị m là MeV/c2 . Khi đó giá trị của m bằng giá trị của E Ví dụ : m = 931 MeV/c2 thì E = 931 MeV 5 - Các phản ứng nhiệt hạch, phân hạch , các phóng xạ luôn là phản ứng toả năng lượng nên khối lượng các hạt trước phản ứng bao giờ cũng lớn hơn khối lượng các hạt sau phản ứng 6 - Đối với câu nhận biết, thông hiểu ngoài nắm chắc kiến thức cần biết phân tích, phán đoán để tìm ra phương án đúng nhất hoặc sai VD8 ) Choïn caâu sai veà phoùng xa A). Phoùng xaï laø hieän töôïng haït nhaân khi bò kích thích phoùng ra caùc tia phoùng xaï vaø bieán ñoåi thaønh haït nhaân khaùc B). Hieän töôïng phoùng xaïtuaân theo ñònh luaät phoùng xaïvaø caùc ñònh luaät baûo toaøn cuûa phaûn öùng haït nhaân C). Khoâng theå thay ñoåi thaønh phaàn tia phoùng xaïphaùt ra töø moät chaát phoùng xa D). Phoùng xaï laø hieän töôïng haït nhaân töï ñoäng phoùng ra caùc tia phoùng xaïvaø bieán ñoåi thaønh haït nhaân khaùc Nhận xét :Ta thấy ngay đáp án A và D mâu thuẫn với nhau , nên ta loại được B và C. Bằng hiểu biết ta chọn đáp án D Đối với một số câu đòi hỏi sự hiểu biết chính xác tới từng chi tiết nhỏ, như các ví dụ sau đây VD9) Tìm phaùt bieåu sai veà ñoä phoùng xaï? A). Ñoä phoùng xaï H cuûa moät löôïng chaát phoùng xaï ñaëc tröng cho tính phoùng xaï maïnh hay yeáu, ño baèng soá phaân raõ trong 1 giaây. B). Ci laø ñoä phoùng xaï cuûa moät löôïng chaát phoùng xaï coù giaù trò baèng 7,3.10 10Bq. C). Ñoà thò ï H(t) coù daïng gioáng nhö ñoà thò N(t)vì chuùng giaûm theo thôøi gian vôùi cuøng moät qui luaät. D). Becôren laø ñôn vò ño ñoä phoùng xaï coù giaù trò baèng 1 phaân raõ trong 1 giaây. Trong câu này đáp án sai cần tìm là C . Để phát biểu này đúng ta cần sửa 7,3.1010Bq thành 3,7.1010Bq VD 10)Tìm phaùt bieåu sai veà hieän töôïng phoùng xa  . 4 A). Tia  laø doøng haït nhaân 2 He mang ñieän tích +2e. B). Haït  phoùng ra töø haït nhaân vôùi vaän toác khoaûng 107m/s. C). Tia  bò leäch veà phaùi baûn aâm cuûa tuï ñieän. D). Tia  phaùt ra töø haït nhaân bay ñöôïc xa nhaát 18cm trong khoâng khí. Trong câu này đáp án sai cần tìm là D. Để phát biểu này đúng ta cần sửa 18cm thành 8 cm Ngoài ra có thể dùng sự nhận biết để có ngay đáp án trong những bài tính toán phức tạp VD 11 : 23 11 Na phoùng xaï Beta vaø bieán thaønh Mg. Taïi thôøi ñieåm t 1 tæ leä giöõa soá haït nhaân Mg vaø soá haït nhaân Na laø 0,25. Sau ñoù 45 giôø thì tæ leä đó laø 63. Tìm chu kyø baùn raõ cuûa Na? A). 15giôø B). 30giôø C). 7,5 giôø D). 45giôø Nhận xét : Ta biết Na phóng xạ Beta và biến thành Mg với chu kì bán rã 15 giờ nên ta chọn được ngay đáp án A 7- Ta có thể dùng phương pháp loại trừ để tìm nhanh được đáp án mà không cần phải tính toán, trong khi nếu giải bình thường thì phải mất nhiều thời gian tính toán phức tạp VD12 : Ta quay lại các ví dụ 6 và 7 Với ví dụ 6 ta có nhận xét : Sau thời gian 2 chu kì chất phóng xạ còn lại ¼ = 125 gam, sau thời gian 3 chu kì chất phóng xạ còn lại 1/8 = 500/8 g. Ở đây chất phóng xạ còn lại 100 gam < 125 gam. Vậy thời gian để chất phóng xạ còn lại 100 gam phải lớn hơn hai chu kì = 10,66 năm . Ta loại được đáp án B,C, đáp án D loại vì 15,24 gần bằng 3 chu kì sẽ có khối lượng chất phóng xạ còn lại 500/8 gam nhỏ hơn nhiều so với 100 gam, nên ta chọn đáp án A Với ví dụ 7 ta có nhận xét : Sau thời gian 12 năm lớn hơn 2 chu kì một chút nên khối chất phóng xạ còn lại phải nhỏ hơn 500/4 g = 125 g. Do vậy ta chọn được đáp án C VD 13: Chọn câu trả lời đúng Chu kì bán rã của 14 6 C là 5590 năm. Một mẩu gỗ cổ có độ phóng xạ là 197 phân rã/phút. Một mẩu gỗ khác, cùng loại cùng khối lượng của cây mới hạ xuống có độ phóng xạ 1350 phân rã/phút. Tuổi của mẩu gỗ cổ là A. 15525 năm B. 1552,5 năm C. 1,5525.105 năm D. 1,5525.106 năm Nhận xét : Ta thấy độ phóng xạ của gỗ cổ nhỏ hơn độ phóng xạ của mẩu gỗ mới chặt là 1350/197  7 lần . Vậy cần thời gian gần bằng 3 chu kì là 5590 x3 16770 năm. Nhận thấy chỉ có đáp án A thoả mãn. Ta chọn đáp án A ..... Phần 1 : Năng lượng hạt nhân = C. Kết luận : Trên đây là một số vấn đề mà tôi rút ra được trong quá trình giảng dạy phần vật lý hạt nhân . Xin trân trọng trao đổi cùng đồng nghiệp. Rất mong được sự đóng góp của các quí đồng nghiệp để phần trình bày của tôi được hoàn thiện hơn và quá trình giảng dạy học sinh có hiệu quả hơn! Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn ! Phong châu ngày 16 / 4 / 2007 Người viết Ngô Thị Lý Hương Së gi¸o dôc vµ ®µo t¹o phó thä Trêng trung häc phæ th«ng phong ch©u Chuyªn ®Ò : Gi¶I bµi tËp tr¾c nghiÖm phÇn vËt lý h¹t nh©n Hä tªn: Ng« ThÞ Lý H¬ng Tæ to¸n – lý – kÜ N¨m häc : 2006 – 2007