Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải độ phóng xạ bằng giản đồ vectơ

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải độ phóng xạ bằng giản đồ vectơ

1. Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: Trương Đình Den A. Đặt vấn đề Để phù hợp với sự cải cách và đổi mới của Bộ Giáo dục và đào tạo cách kiểm tra, đánh giá chất lượng học sinh. Cũng như phù hợp với sự đổi mới mạnh mẽ của sách giáo khoa và phương pháp dạy và học của giáo viên và học sinh. Sự kiểm tra, đánh giá chuyển từ hình thức tự luận sang trắc nghiệm khách quan đánh giá một cách khách quan năng lực nhận thức của học sinh. Việc đổi mới cách đánh giá yêu cầu người học không những cần thông hiểu và nắm chắc kiến thức mà còn phải vận dụng kiến thức một cách nhanh nhạy. Làm thế nào chọn được phương 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 toàn phần. II. Kiến thức áp dụng phần vật lý hạt nhân 1. 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 N 0 N .e  .t (1) t 0 2T m m 0 m .e  .t (2) t 0 2T H H 0 H .e  .t t 0 2T (3)  .t  .t hay H  .N 0 .e H0 .e Trong đó: Trang 1
2. Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: Trương Đình Den •m 0 , N0 : lần lượt là khối lượng ban đầu và số hạt nhân ban đầu của chất phóng xạ. • m, N : lần lượt là khối lượng và số hạt nhân còn lại của chất phóng xạ vào thời điểm t. ln2 • H0 .N 0 : Độ phóng xạ ban đầu T ln2 0,693 •  gọi là hắng số phóng xạ T T • Đơn vị của độ phóng xạ là Becơren(Bq) bằng 1 phân rã/giây. Đơn vị Curi(Ci) 1Ci 3,7.1010 Bq 2. Các công thức mở rộng: ❖ Công thức số mol: m N (4) A N A Trong đó: • N là số hạt nhân tương ứng với khối lượng m. • A: số khối. 23 •N A = 6,023.10 nguyên tử/mol ❖ Khối lượng chất phóng xạ bị phân rã trong thời gian t: t m m m m (1 2 T ) 0 0 (5)  .t m0 (1 e ) ❖ Số hạt nhân của chất phóng xạ bị phân rã trong thời gian t: t T N N 0 N N 0 (1 2 ) (6) m 0 .N (1 e  .t ) A A ❖ Phần trăm (%) khối lượng của của chất phóng xạ bị phân rã: t m  .t % 1 2 T 1 e (7) m0 ❖ Phần trăm (%) số hạt nhân của của chất phóng xạ bị phân rã: t N  .t % 1 2 T 1 e (8) N 0 ➢ Chú ý: Phương trình phóng xạ: A1 X A2Y A3 C Z1 Z2 Z3 • Số hạt nhân mẹ X bị phân rã( N X ) cũng là số hạt nhân con được tạo thành( NY ) t m N N N (1 2 T ) 0 .N (1 e  .t ) Y X 0 A (9) A • Do độ hụt khối của hạt nhân nên khối lượng của chất phóng xạ X bị phân rã( mX ) khác với khối lượng của chất Y( mY ) được tạo thành. Trang 2
3. Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: Trương Đình Den III. Những lưu ý và phương pháp làm bài phần vật lý hạt nhân 1. Các dạng toán đơn giản áp dụng định luật phóng xạ: ➢ Bài toán áp dụng định luật phóng xạ sẽ trở lên đơn giản khi khoảng thời gian t bằng một t số nguyên k lần chu kì T k . Sau 1,2,3,4 chu kì T: T • Khối lượng của chất phóng xạ còn lại là : m0/2; m0/4; m0/8, m0/16 . • Số hạt nhân của chất phóng xạ còn lại là : N0/2; N0/4; N0/8, N0/16 . • Độ phóng xạ còn lại là : H0/2; H0/4; H0/8, H0/16 . • Áp dụng công thức nhanh: t m N H x 2T 0 0 0 2 t x.T m N H 23 Na Ví dụ 1: 11 phóng xạ  và biến thành Magiê. Sau thời gian 45 giờ khối lượng chất phóng xạ chỉ còn 12,5% khối lượng chất phóng xạ ban đầu. tìm chu kỳ bán rã của Natri? A). 15giờ B). 11,25giờ C). 22,5giờ D). 45giờ 1 1 t Ta thấy: 12,5(%) . Vậy 3 T = 15 giờ. Ta chọn đáp án A 8 23 T 23 Na Ví dụ 2: 11 là chất phóng xạ  và biến thành Magiê có chu kỳ bán rã là 15 giờ.Ban đầu có 1 lượng Na nguyên chất. Sau thời gian bao lâu thì tỉ số giữa số hạt nhân Na và Mg bằng 1? A). 30 giờ B). 3,75 giờ C). 15 giờ D). 7,5 giờ Ta thấy: Sau 1 chu kì, số hạt Na còn lại 1 so với số hạt ban đầu. Và số hạt Mg tạo 2 thành cũng chính là 1 số hạt Na bị phân rã , nên tỉ số giữa số hạt Na còn lại và số hạt 2 Mg sinh ra là 1. Ta chọn được đáp án C Ví dụ 3: Polôni(Po210) là chất phóng xạ Alpha có chu kỳ bán rã là 138 ngày. Sau thời gian 276 ngày lượng chất phóng xạ còn lại là 12gam. Tìm khối lượng chất phóng xạ ban đầu A). 36g B). 24g C). 48g D). 60g m Ta thấy: 276 ngày = 2.138 ngày = 2.T. Vậy 22 0 m 4m . Ta chọn được đáp án m 0 C 4 Ví dụ 4: Polôni có chu kỳ bán rã là T=138 ngày, phóng xạ ( 2 He ) và biến thành đồng vị bền của chì (Pb). ban đầu có 1 lượng Po nguyên chất. Sau thời gian 276ngày thì tỉ số giữa số hạt nhân chì và số hạt nhân Po bằng bao nhiêu A). 4 B). 2 C). 8 D). 3 Ta thấy: Tương tự như trên 276 ngày = 2.138 ngày = 2.T. Nên số hạt Po còn lại bằng 1 số 4 N 0 3 hạt Po ban đầu N Po . Suy ra số hạt chì (Pb) sinh ra bằng số hạt Po đã phân rã bằng số 4 4 3N 0 hạt Po ban đầu N Pb N Pb . Ta chọn được đáp án D 4 Trang 3
4. Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: Trương Đình Den ➢ Chú ý: Nếu khoảng thời gian t kT thì những thí dụ trên ta có thể dùng công thức nhanh sau: m0 N 0 H0 t.ln2 T .ln( ) T .ln( ) T .ln( ) m N H 2. Bài toán xác định tuổi của cổ vật: ➢ Thông thường thời gian t thường không bằng số chẵn lần chu kì( t kT ) nên khi áp dụng biểu thức của định luật phóng xạ ta phải lấy ln hai vế của biểu thức . Từ đó dễ dàng rút ra được thời gian t : m0 N 0 H0 t.ln2 T .ln( ) T .ln( ) T .ln( ) m N H Ví dụ 5: Tính tuổi của một mẩu gỗ cổ biết rằng độ phóng xạ bêta của nó bằng 0,77 lần độ phóng xạ của một mẩu gỗ khác giống hệt mới chặt. Cho chu kỳ bán rã của C14 là 5600 năm A). 2112 năm B). 1210 Năm C). 4510 năm D). 3600 năm T H0 5600 1 Áp dụng công thức : t .ln .ln . Ta tính được t = 2112 năm 0,693 H 0,693 0,77 Ta chọn được đáp án A 60Co Ví dụ 6: Chất 27 dùng trong y tế có chu kỳ bán rã 5,33 năm.Ban đầu khối lượng Co là 500gam. Sau thời gian bao lâu thì lượng chất phóng xạ còn lại là100gam A). 12,38năm B). 8,75năm C). 10,5năm D). 15,24 năm T m0 Tính tương tự như trên: t .ln . Ta chọn được đáp án A 0,693 m 3. Tính số hạt nhân con Y(NY) tạo thành và khối lượng tạo thành(mY) . 210 Ví dụ 7:: Hạt nhân 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. Áp dụng công thức: m m0  .t X (1 e ) AX APo Ta chọn 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 Trang 4
5. Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: Trương Đình Den ➢ Chú ý: • Đối với dạng toán tính năng lượng của phản ứng hạt nhân ta cần nắm vững định luật bảo toàn năng lượng hạt nhân toàn phần, định luật bảo toàn động lượng. • Đối với dạng toán tính năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ta nên dùng công thức sau: 2 2 E m.c Z .m p ( A Z ).mn mhn .c E 1 E Z .m ( A Z ).m m .c2 R A A p n hn • 1u 931MeV 1,66055.10 27 kg c2 • 1MeV 1,6.10 13 J C. Kết quả: Qua quá trình áp dụng các phương pháp trên cho các lớp 12A3, 12A5, 12A8, 12A11 tôi nhận được kết quả rất khả quan. Đa số các em đều có thể làm tốt phần vật lí hạt nhân: • Các em đã nắm vững công thức nhanh để áp dụng. • Hạn chế sai sót khi tính số hạt nhân và khối lượng tạo thành. • Dễ dàng tính toán khi gặp bài toán xác định tuổi của mẫu vật. • Trên 70% học sinh các lớp đạt điểm trên 5 trong bài kiểm tra 15 phút của phần hạt nhân. • Học sinh yếu kém hứng thú hơn khi làm bài tập của phần hạt nhân. D. Kết luận: Trên đây là một số vấn đề mà tôi rút ra được trong quá trình giảng dạy phần vật lý hạt nhân . Tất nhiên vẫn chưa có sự hoàn chỉnh và ưu việt tối đa. Kính 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 ! Châu Đức, ngày 31 tháng 5 năm 2008 Người viết Trương Đình Den Trang 5