BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ THỊ MINH PHƢƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƢƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ" - VẬT LÍ 12 THEO HƢỚNG BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ THỊ MINH PHƢƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƢƠNG “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ" - VẬT LÍ 12 THEO HƢỚNG BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận Phƣơng pháp dạy học môn Vật lí Mã số: 60.14.01.11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Lê Thị Thu Hiền HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ, Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo chuyên ngành Lý luận Phương pháp giảng dạy môn Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tác giả trình thực luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban chủ nhiệm thầy cô khoa Vật lý, phòng Đào tạo Sau đại học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập, thực hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý Thầy, Cô giáo tổ Vật lí, trường trường THPT Quang Minh – Mê Linh – Hà Nộiđã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình nghiên cứu thực đề tài Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc hướng dẫn tận tình chu đáo TS Lê Thị Thu Hiền suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tác giả trình học tập thực đề tài Dù cố gắng luận văn tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận góp ý quý thầy, cô giáo bạn Hà Nội, tháng năm 2016 Tác giả Lê Thị Minh Phƣơng QUY ƢỚC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Viết tắt Viết đầy đủ GD: Giáo dục GQVĐ: Giải vấn đề GV: Giáo viên HS: Học sinh NLTH: Năng lực tự học Nxb: Nhà xuất PPDH: Phƣơng pháp dạy học SGK: Sách giáo khoa TH: Tự học THPT: Trung học phổ thông MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phƣơng pháp nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC 1.1 Tổng quan lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Những nghiên cứu nƣớc 1.1.2 Những nghiên cứu nƣớc 1.2 Quá trình Dạy học - Tự học 1.2.1 Dạy học 1.2.2 Hoạt động học chất hoạt động học 1.2.3 Tự học trình tự học 1.2.4 Vai trò tự học hoạt động học tập 12 1.2.5 Các hình thức tự học học sinh 14 1.3 Năng lực tự học Vật lí học sinh THPT 15 1.3.1 Khái niệm lực tự học 15 1.3.1.1 Khái niệm lực 15 1.3.1.2 Năng lực học sinh trung học phổ thông 16 1.3.1.3 Năng lực tự học học sinh trung học phổ thông 17 1.3.2 Các nhân tố lực tự học học sinh THPT 19 1.3.2.1 Nhóm nhân tố bên trong: 19 1.3.2.2 Nhóm nhân tố bên có ảnh hƣởng lớn đến tự học 19 1.3.3 Đặc trƣng lực tự học Vật lí học sinh THPT 20 1.3.4 Những đặc điểm tâm lý cá nhân lực tƣ học Vật lí học sinh THPT 22 1.4 Bồi dƣỡng lực tự học Vật lí học sinh THPT 23 1.4.1 Bồi dƣỡng lực tự học môn Vật lí cho học sinh THPT 23 1.4.2 Một số yêu cầu học sinh vai trò giáo viên việc bồi dƣỡng lực tự học môn Vật lí cho học sinh THPT 25 1.4.2.1 Đối với học sinh 25 1.4.2.2 Đối với giáo viên 26 1.4.2.3 Vai trò giáo viên việc bồi dƣỡng lực tự học môn Vật lí học sinh THPT 30 1.4.3 Sử dụng số phƣơng pháp kĩ thuật dạy học tích cực dạy học Vật lí theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học học sinh 31 1.4.3.1 Phƣơng pháp vấn đáp 31 1.4.3.2.Phƣơng pháp nêu giải vấn đề 32 1.4.3.3.Phƣơng pháp hoạt động nhóm 33 1.5 Thực trạng tự học học sinh dạy môn Vật lí trƣờng THPT 35 1.5.1 Thực trạng hoạt động tự học môn Vật lí học sinh trung học phổ thông 35 1.5.2 Thực trạng khả tự học môn Vật lí học sinh trung học phổ thông 36 Chƣơng 40 TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƢƠNG "HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ", VẬT LÍ 12 THEO HƢỚNG BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH 40 2.1 Tổng quan dạy học chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12 THPT 40 2.1.1 Vai trò, vị trí chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” chƣơng trình Vật lí 12 THPT 40 2.1.1.1 Vị trí chƣơng "Hạt nhân nguyên tử" 40 2.1.1.2 Vai trò chƣơng "Hạt nhân nguyên tử" 40 2.1.2 Nội dung kiến thức chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lí 12 THPT 42 2.1.2.1 Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12 THPT 42 2.1.2.2 Chuẩn kiến thức, kĩ năng, thái độ chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” – Vật lí 12 THPT 43 2.1.3 Một số khó khăn dạy chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lí 12 THPT 44 2.2 Thiết kế tài liệu hỗ trợ dạy họcchƣơng "Hạt nhân nguyên tử", Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học 44 2.2.1 Thiết kế tài liệu tự học có hƣớng dẫn chƣơng "Hạt nhân nguyên tử", Vật lí 12cho học sinh 44 2.2.1.1 Nguyên tắc thiết kế tài liệu tự học có hƣớng dẫn 44 2.2.1.2.Thiết kế tài liệu tự học có hƣớng dẫn chƣơng"Hạt nhân nguyên tử", Vật lí 12 47 2.2.2 Thiết kế hệ thống phiếu học tập hỗ trợ dạy học chƣơng "Hạt nhân nguyên tử", Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học 58 2.2.2.1.Phân loại phiếu học tập 58 2.2.2.2 Cấu trúc phiếu học tập 59 2.3.2.3 Yêu cầu sƣ phạm phiếu học tập 59 2.3.2.4 Quy trình thiết kế phiếu học tập: 59 2.2.2.5 Thiết kế phiếu học tập sử dụng dạy học chƣơng "Hạt nhân nguyên tử" - Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học 60 2.2.2.3 Sử dụng phiếu học tập dạy học chƣơng "Hạt nhân nguyên tử" - Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học cho học sinh 63 2.3 Thiết kế số tiến trình dạy học chƣơng "Hạt nhân nhuyên tử" Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực tự học cho học sinh 63 2.3.1 Tiến trình dạy học bài: Phóng xạ (tiết 1) 64 2.3.2 Tiến trình dạy học bài: Phản ứng phân hạch 68 2.3.3 Tiến trình dạy học bài: Phản ứng nhiệt hạch 75 Chƣơng 80 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 80 3.1 Mục đích thực nghiệm 80 3.2 Đối tƣơng, thời gian phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 80 3.3.1 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 80 3.3.2 Thời gian thực nghiệm sƣ phạm 80 3.3.Nội dung thực nghiệm 80 3.4 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 81 3.4.1 Phƣơng pháp điều tra 81 3.4.2 Phƣơng pháp thống kê toán học 81 3.4.3 Xây dựng phƣơng thức tiêu chí đánh giá 81 3.5 Chọn mẫu thực nghiệm sƣ phạm 82 3.6 Kết thực nghiệm sƣ phạm 83 3.6.1 Đánh giá mặt định tính 83 3.6.2 Đánh giá mặt định lƣợng 84 3.6.3 Kết điều tra học sinh tiết học thực nghiệm chƣơng "Hạt nhân nguyên tử" 89 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khơi gợi hứng thú học tập để sở ý thức tốt nhu cầu học tập, giúp ngƣời học tự xây dựng cho động học tập đắnlà việc cần làm giáo dục Có động học tập tốt khiến cho ngƣời ta tự giác say mê, học tập với mục tiêu cụ thể rõ ràng với niềm vui sáng tạo bất tận Vấn đề tự học ngƣời học đƣợc Đảng, Nhà nƣớc quan tâm quán triệt sâu sắc từ nhiều năm qua Tại điều 5, chƣơng I, Luật Giáo dục ghi: "Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư sáng tạo học sinh; bồi dưỡng lực tự học, khả thực hành, lòng say mê ý chí vươn lên”[14] Bàn tự học giáo dục, Nghị trung ƣơng Đảng kì họp thứ 8, Quốc hội khóa XI đổi toàn diện giáo dục Việt Nam nêu rõ: "Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại; phát huy tính tích cực; chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kĩ người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo sở để người học cập nhật đổi tri thức, kĩ phát triển lực Chuyển từ học chủ yếu lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, ý hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng CNTT truyền thông dạy học"[7] Bộ Giáo dục Đào tạo ban hành công văn số 4509/BGDĐT-GDTrH ngày 03/9/2015 hƣớng dẫn thực nhiệm vụ giáo dục trung học năm học 2015 - 2016 rõ: "Đa dạng hóa hình thức học tập, ý hoạt động trải nghiệm sáng tạo, nghiên cứu khoa học học sinh; sử dụng hình thức dạy học sở ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông như: dạy học trực tuyến, trường học kết nối Ngoài việc tổ chức cho học sinh thực nhiệm vụ học tập lớp, cần coi trọng giao nhiệm vụ hướng dẫn học sinh học tập nhà, nhà trường"[3] Nhƣ bên cạnh việc đổi nội dung chƣơng trình kiểm tra đánh giá kết học, đổi phƣơng pháp giảng dạy vấn đề nâng cao lực tự học HS đƣợc nhà giáo dục nhà khoa học đặc biệt ý Trong chƣơng trình vật lí 12 THPT, phần “Hạt nhân nguyên tử” nội dung trọng tâm, Tuy nhiên, kiến thức phần lại khó trừu tƣợng học sinh Khi dạy học chƣơng "Hạt nhân nguyên tử", giáo viên gặp nhiều khó khăn việc hình thành khái niệm, định luật cho học sinh Chính vậy, nghiên cứu dạy học chƣơng"Hạt nhân nguyên tử" theo hƣớng bồi dƣỡng NLTH góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học môn Vật lí Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài có liên quan: "Tổ chức dạy học chương "Hạt nhân nguyên tử" - Vật lí 12 theo hướng bồi dưỡng lực tự học cho học sinh Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế tiết trình dạy học chƣơng " Hạt nhân nguyên tử" Vật lí 12 nhằm bồi dƣỡng lực tự học cho học sinh nâng cao kết học tập Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Năng lực tự học Vật lí học sinh lớp 12 THPT - Phạm vi nghiên cứu : Thiết kế tiến trình dạy học chƣơng "Hạt nhân nguyên tử", Vật lí 12 Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế đƣợc tiến trình dạy học chƣơng “Hạt nhân nguyên tử”, Vật lí 12 theo hƣớng bồi dƣỡng lực TH phát triển lực TH HS qua góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học Vật lí THPT Phƣơng pháp nghiên cứu 5.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm hiểu tài liệu nhằm hệ thống hoá sở lí luận việc tổ chức dạy học Vật lí theo hƣớng bồi dƣỡng lực TH 5.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Đánh giá thực trạng bồi dƣỡng lực tự học dạy học môn Vật lí cho HS 5.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá tính hiệu khả thi nội dung đƣợc đề xuất 5.4 Phương pháp thống kê toán học: Phân tích, xử lý số liệu thu đƣợc qua thực nghiệm A Sau lần phân hạch, số nơtron đƣợc giải phóng phải lơn B Lƣợng nhiên liệu (urani, plutôni) phải đủ lớn để tạo nên phản ứng dây chuyền C Nhiệt độ phải đƣợc đƣa lên cao D Phải có nguồn tạo nơtron 226 Câu 6: Cho phản ứng sau: 230 90Th 88 Ra   Phản ứng là? A Phản ứng phân hạch B Phản ứng thu lƣợng C Phản ứng hóa học D Phản ứng tỏa lƣợng Câu 7: Một nhà máy điện nguyên tử dùng U235 phân hạch tỏa 200 MeV Hiệu suất nhà máy 30% Nếu công suất nhà máy 1920 MW khối lƣợng U235 cần dùng ngày là? A 0,6744 kg B 1,0502 kg C 2,5964 kg D 6,7455 kg Câu 8: Hệ số nhân nơtron phản ứng hạt nhân là? A Số nơtron có lò phản ứng hạt nhân B Số nơtron tham gia phản ứng phân hạch để tạo nơtron C Số nơtron sinh sau phản ứng hạt nhân D Số nơtron tiếp tục gây phân hạch sau phản ứng 94 140 Câu 9: Điền vào dấu ? phản ứng sau: 01 n 235 92 U  39Y  ? I  x( n) A 51 B 52 C 53 D 54 Câu 10: Cho hạt prôton có động 1,46 MeV bắn phá hạt nhân 37 Li đứng yên tạo hai hạt X giống có động không sinh xạ  Cho biết phản ứng tỏa lƣợng 17,4 MeV Xác định động hạt nhân X A 9,48 MeV B 9,43 MeV C 10,1 MeV D 10,2 MeV E Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu (thông tin phản hồi) Tài liệu Vấn đề Nội dung tra cứu I Cơ chế phản ứng phân hạch Phản - Phân hạch phản ứng hạt nhân SGK trang 195 ứng phân nặng vỡ thành hai mảnh nhẹ Hai mảnh gọi Tài liệu 6: hạch là sản phẩm phân hạch - Ta xét phản ứng phân hạch kích thích trang 334 gì? - Chúng ta xét phản ứng phân hạch hạt 128 nhân: 235 238 92 U ; 92 U ; 239 94 Pu Đây nhiên liệu công nghiệp lƣợng hạt nhân SGK trang Phản ứng phân Để tạo nên phản ứng phân hạch hạt nhân X 195 - 196 hạch kích phải truyền cho X lƣợng đủ lớn – giá trị tối thích thiểu lƣợng đƣợc gọi lƣợng kích hoạt, cớ vài MeV Phƣơng pháp dễ để kích hoạt hạt nhân X bắn vào X hạt nơtron Khi “bắt” nơtron hạt nhân X chuyển sang trạng thái kích thích, kí hiệu X* Trạng thái không bền vững xảy phân hạch theo phƣơng trình phản ứng: n + X  X*  Y + X + kn (k = 1,2,3) Sơ đồ phản ứng: Khi phân hạch X* vỡ thành hai mảnh kèm theo vài nơtron phát Nhƣ phân hạch X II Năng không trực tiếp mà phải qua trạng thái X* SGK trang lƣợng 196 phân hạch - Ta xét phản ứng phân hạch 235 92 U sau làm dụ điển hình: Phản ví 235 236 * 95 138 SGK trang ứng phân n 92 U  92 U 39Y  53 I 30 n 235 236 * 139 95 196 hạch tỏa n 92 U  92 U  54 Xe 38 Sr 2 n - Các phép tính cho phản ứng phân hạch lượng phản ứng tỏa lƣợng, lƣợng gọi 129 lƣợng phân hạch - Trong phản ứng vỡ urani trên, hạt phân hạch lƣợng tỏa cỡ 210 MeV Phân hạch 1g urani giải phóng lƣợng 8,51010 J, tƣơng đƣơng với lƣợng 8,5 than dầu hỏa cháy hết - Qua nghiên cứu, ta có bảng phân bố lƣợng giải phóng phân hạch hạt urani: B38.1 SGK trang Phản 196 - 197 ứng phân - Sự phân hạch hạt 235 92 U có kèm theo hạch dây giải phóng 2,5 nơtron (tính trung bình) với Tài liệu 6: chuyền lƣợng lớn Các nơtron kích thích hạt trang 334 nhân khác chất phân hạch tạo nên phản ứng phân hạch Kết phản ứng phân hạch xảy liên tiếp tạo thành phản ứng dây chuyền - Giả sử sau lần phân hạch có k nơtron đƣợc giải phóng đến kích thích hạt nhân 235 92 U khác tạo nên phân hạch Sau n lần phân hạch tiếp theo, số nơtron giải phóng kn kích thích kn phân hạch + Khi k < phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = phản ứng dây chuyền đƣợc trì lƣợng phát không thay đổi theo thời gian + Khi k > phản ứng dây chuyền tự trì, lƣợng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Để k  1, khối lƣợng chất phân hạch phải đủ lớn để số nơtron bị “bắt” nhỏ nhiều so với số nơtron đƣợc giải phóng Khối lƣợng tối thiểu chất phân hạch để phản ứng dây chuyền đƣợc trì đƣợc gọi khối lƣợng tới hạn Với 235 92 U khối lƣợng tới hạn cỡ 15kg; với 239 94 Pu khối lƣợng tới hạn cỡ 5kg - Một số hình ảnh ứng dụng phản ứng hạt nhân (trƣờng hợp k  1): 130 Hậu bom nguyên tử nổ - Phản ứng đƣợc thực lò phản ứng hạt nhân, tƣơng ứng với trƣờng hợp k = - Để đảm bảo cho k = 1, ngƣời ta sử dụng điều khiển có chứa Bo hay Cađimi chúng có tác dụng hấp thụ nơtron Khi số nơtron tăng nhiều ngƣời ta cho điều khiển ngập sâu lò để hấp thụ số nơtron thừa Năng lƣợng tỏa từ lò phản ứng mà không đổi theo thời gian Phản - Nhiên liệu phân hạch thƣờng dùng lò 239 ứng phân phản ứng hạt nhân 235 92 U 94 Pu hạch có - Hình ảnh số nhà máy điện nguyên tử (trƣờng điều khiển hợp k = 1): 131 F Bài kiểm tra sau nghiên cứu thông tin phản hồi (Bài kiểm tra số 2) (Đề gồm 10 câu – Thời gian làm 10 phút) Câu 1: Sự phân hạch vỡ hạt nhân nặng A thƣờng xảy cách tự phát thành hạt nhân nhẹ B thành hai hạt nhân nhẹ hấp thụ nơtron C thành hai hạt nhân nhẹ vài nơtron sau hấp thụ nơtron D thành hai hạt nhân nhẹ hơn, thƣờng xảy cách tự phát Câu 2: Hạt nhân dƣới phân hạch? A 126C B 168O C 196 D 239 94 Pu 80 Hg Câu 3: Gọi k hệ số nhân nơtron, điều kiện cần đủ để phản ứng dây chuyền xảy là? A k  B k > C k = D k < 235 Câu 4: Cho hạt nhân 92U phân hạch tỏa lƣợng 210 MeV Năng lƣợng tỏa phân hạch hết kg 235 92 U là? A 8,61.1013 J B 8,61.1014 J C 7,21.1013 J D 7,21.1014 J Câu 5: Phản ứng phân hạch tỏa lƣợng trực tiếp dƣới dạng nào? 132 A Động hạt nhiệt B Nhiệt lƣợng phôtôn C Động hạt, nhiệt lƣợng phôtôn D Động hạt lƣợng phôtôn Câu 6: Chọn câu sai: Trong lò phản ứng hạt nhân công dụng phận nhƣ sau? A Những nhiên liệu hạt nhân làm hợp kim chứa urani làm giàu B Chất làm chậm (nƣớc nặng D2O) có tác dụng làm nơtron nhanh thành nơtron chậm C Các điều chỉnh hấp thụ nơtron phân hạch D Khi lò hoạt động điều chỉnh tự động giữ độ cao cho k = Câu 7: Một tàu ngầm có công suất 500 kW, dùng lƣợng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 25% Trung bình hạt nhân U235 phân hạch tỏa lƣợng 200 MeV Trong ngày hoạt động cần tiêu thụ số nguyên tử U235 bao nhiêu? A 5,4.1021 B 5,4.1020 C 1,08.1020 D 1,08.1021 Câu 8: Đồng vị phân hạch hấp thụ nơtron chậm là? A 92U238 B 92U234 C 92U235 D 92U239 Câu 9: Trong lò phản ứng hạt nhân, vật liệu dƣới đóng vai trò “chất làm chậm” tốt nơtron? A Kim loại nặng B Cadimi C Bêtông D Than chì Câu 10: Phản ứng hạt nhân dây chuyền là? A Sự nối nơtron prôton để tạo hạt nhân nguyên tử B Sự nối tia phóng xạ lại với để tạo tia phóng xạ tổng hợp C Sự phân hạch liên tiếp gây bứt nơtron phân hạch khác D Sự đốt cháy Uranium lò phản ứng hạt nhân Đáp án tự kiểm tra Lần Câu 10 ĐA B C D D C B D C C B Lần Câu ĐA C D A A D G Bài tập vận dụng - Tài liệu 2: trang 185 – 193 133 C A C B 10 C - Tài liệu 4: trang 293 – 299 - Tài liệu 6: trang 351 – 356 Tiểu môđun 2: Bài tập Phản ứng phân hạch A Bài tập có hƣớng dẫn Bài 1: 95 139 Phản ứng phân hạch Urani 235 là: 235 92U  n 42 Mo 57 La  n 7 1 e Biết khối lƣợng hạt nhân là: mU = 234,99u, mMo = 94,88u, mLa = 138,87u, mn = 1,01u, me  1uc2 = 931 MeV Tính lƣợng phân hạch tỏa ra? Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức: Wtỏa = [mt - ms]c2= [mU + mn – mMo – mLa – 2.mn]c2 Wtỏa = [234,99 + 1,01 – 94,88 – 138,87 – 1,01]uc2 Wtỏa = 0,24.931 = 223,44 MeV Bài 2: Một tàu ngầm có công suất 160 kW, dùng lƣợng phân hạch hạt nhân U235 với hiệu suất 20% Trung bình hạt U235 phân rã tỏa lƣợng 200MeV Tính khối lƣợng U235 tàu phải dùng năm? Hướng dẫn giải: Năng lƣợng có ích: Ai = P.t Năng lƣợng có ích cho phân hạch U235: Qi = H  E Từ đó, ta có số phân hạch cần dùng là: N = Ai P.t = Qi H E Số kg U235 cần dùng là: m= 160.10 3.365.24.3600.0,235 N P.t.0,235 = = 0,3078 kg .M U = NA N A H E 6,02.10 23.0,2.200.1,6.10 13 B Bài tập hƣớng dẫn Bài 1: Trong phản ứng phân hạch hạt nhân 92U235, lƣợng trung bình tỏa phân hạch hạt nhân 200MeV a Tính lƣợng tỏa trình phân hạch hạt nhân kg 235 lò phản ứng? 92U b Biết suất tỏa nhiệt than 2,93.107 J/kg Tính lƣợng than cần đốt để có đƣợc nhiệt lƣợng nhƣ trên? Đáp số: a 8,20.1013 J; b 2,8.106 kg Bài 2: Một nhà máy điện nguyên tử dùng nhiên liệu 92U235, có công suất 500000 kW với hiệu suất 20% Biết lƣợng trung bình tỏa phân hạch hạt nhân 200MeV a Tính lƣợng tiêu thụ hàng năm nhiên liệu 92U235? b Để có công suất nhƣ lƣợng than tiêu thụ hàng năm nhà máy nhiệt điện dùng than bao nhiêu? Biết hiệu suất nhà máy nhiệt điện 75% Đáp số: a 961 kg; b 7,18.108 kg 134 c Bài tập nâng cao Bài 1: Một phản ứng phân hạch 92U235 là: 95 U  01n42 Mo139 57 La  n 7 1 e 235 92 (Mo kim loại môlipđen, La kim loại lantan thuộc họ đất hiếm) Cho biết: mn = 1,0087u; mMo = 94,88u; mLa = 138,87u; mU = 234,99u; me  a Tính MeV lƣợng mà phân hạch tỏa ra? b 92U235 phân hạch theo nhiều kiểu cách khác Nếu lấy kết tìm đƣợc câu a làm giá trị trung bình lƣợng tỏa phân hạch gam 92U235 phân hạch hoàn toàn tỏa lƣợng? Tính khối lƣợng xăng tƣơng đƣơng biết suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg? Bài 2: Một nhà máy điện hạt nhân dùng lƣợng phân hạch hạt nhân 235 với hiệu suất 30% Trung bình hạt nhân 92U235 phân hạch tỏa 92U lƣợng 200MeV Trong năm hoạt động nhà máy tiêu thụ khối lƣợng 235 nguyên chất 2461 kg Tính công suất phát điện nhà máy? 92U MÔĐUN PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Tiểu môđun 1: Phản ứng nhiệt hạch A Mục tiêu Kiến thức - Phát biểu đƣợc định nghĩa phản ứng nhiệt hạch, điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch - Giải thích đƣợc (một cách định tính) phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lƣợng - Viết đƣợc biểu thức tính lƣợng tỏa phản ứng nhiệt hạch (năng lƣợng nhiệt hạch) - Hiểu đƣợc nguồn gốc lƣợng hầu hết vũ trụ Kĩ - Vận dụng kiến thức tổng quát phản ứng hạt nhân để hoàn thành phƣơng trình phản ứng nhiệt hạch - Vận dụng đƣợc biểu thức để tính lƣợng phản ứng nhiệt hạch Thái độ - Nâng cao hiểu biết HS ứng dụng tích cực lƣợng phản ứng nhiệt hạch - Bồi dƣỡng lòng say mê nghiên cứu khoa học cho HS B Tài liệu tham khảo Tài liệu Lƣơng Duyên Bình, Vũ Quang, Nguyễn Thƣợng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngô Quốc Quýnh (2008), Vật lí 12, Nxb Giáo dục Tài liệu Bùi Quang Hân, Đào Văn Cƣ, Hồ Văn Huyết, Nguyễn Thành Tƣơng (2005), Giải toán Vật lý 12, NXB Giáo dục 135 Tài liệu Vũ Thị Phát Minh, Nguyễn Văn Nghĩa, Châu Văn Tạo, Trần Nguyên Tƣờng (2006), 540 câu hỏi trắc nghiệm Vật lí 12, Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Tài liệu TS Trần Ngọc, Trần Hoài Giang (2008), 1234 câu hỏi tập trắc nghiệm điển hình Vật lí, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Tài liệu Vũ Quang, Lƣơng Duyên Bình, Tô Giang, Ngô Quốc Quýnh (2008), Bài tập Vật lí 12, Nxb Giáo dục Tài liệu Lê Văn Thành (2011), Phân loại & phương pháp giải nhanh Bài tập Vật lí 12, Nxb Đại học Sƣ phạm C Hƣớng dẫn HS tự học Nhiệm vụ - Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu chế phản ứng nhiệt hạch - Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu lƣợng nhiệt hạch Hƣớng dẫn HS tự học HS đọc tài liệu theo hướng dẫn sau: - Tài liệu 1: trang 200 – 202 - Tài liệu 3: trang 252 - 254 - Tài liệu 5: trang 63 - Tài liệu 6: 335, 340 - 347 D Hệ vào môđun: Bài kiểm tra kiến thức kĩ lần (Bài kiểm tra số 1) (Đề gồm 10 câu – Thời gian làm 10 phút) Câu 1: Năng lƣợng mặt trời có đƣợc tƣợng A Phân hạch B Phóng xạ C Tổng hợp Hêli từ Hiđrô D Biến đổi Hêli thành Hiđrô Câu 2: Phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch hai phản ứng trái ngƣợc vì? A Một phản ứng tỏa lƣợng phản ứng thu lƣợng B Một phản ứng xảy nhiệt độ thấp phản ứng xảy nhiệt độ cao C Một phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân phản ứng vỡ hạt nhân nặng thành hai hạt nhân nhẹ D Một phản ứng diễn biến chậm phản ứng diễn biến nhanh Câu 3: Điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy là? A Nhiệt độ cao B Áp suất đủ lớn C Lực hạt nhân có cƣờng độ lớn D Năng lƣợng liên kết lớn Câu 4: Tìm kết luận sai? A Phản ứng nhiệt hạch tỏa lƣợng lớn B Phản ứng nhiệt hạch tạo chất thải thân thiện với môi trƣờng C Phản ứng nhiệt hạch xảy có khối lƣợng vƣợt khối lƣợng tới hạn D Phản ứng nhiệt hạch xảy nhiệt độ cao (từ chục triệu đến hàng tăm triệu độ) 136 Câu 5: Cho phản ứng: 12 H  12H 23He 01n Biết khối lƣợng 12 H 2,0135u, khối lƣợng 23 H 3,0149u khối lƣợng 01 n 1,0087u Năng lƣợng tỏa phản ứng là? A 3,1671 MeV B 3,6711 MeV C 3,7116 MeV D 3,1167 MeV Câu 6: Chọn kết luận đúng? A Trong thiên nhiên không tồn phản ứng nhiệt hạch B Nguồn gốc lƣợng Mặt trời từ phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch C Trong nhân Mặt trời có nhiệt độ cao, cho phép phản ứng nhiệt hạch xảy D Con ngƣời chƣa thực đƣợc phản ứng nhiệt hạch Câu 7: Trong đồng vị dƣới đây, đồng vị không dùng làm nguyên liệu cho phản ứng nhiệt hạch? A 11 H B 24 He C 12 H D 13 H Câu 8: Xét tổng hợp hai hạt nhân Đơtêri thành hạt  phản ứng nhiệt hạch Biết khối lƣợng hạt mD = 2,01402u, m = 4,0015u, 1uc2 = 931 MeV Năng lƣợng tỏa là? A 26,4 MeV B 27,4 MeV C 24,7 MeV D 27,8 MeV Câu 9: Để thực phản ứng nhiệt hạch, cần nhiệt độ cao để? A Các hạt nhân có động lớn, thắng lực hấp dẫn chúng để tới gần B Bứt nuclôn khỏi hạt nhân C Các hạt nhân có động lớn, thắng lực đẩy Cu-lông chúng để tới gần D Bứt êlectron khỏi nguyên tử Câu 10: Cho phản ứng hạt nhân sau: 31T 12D24 He  X Hạt X là? A 10 e B 11 H C 10 e D 01 n 137 E Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu (thông tin phản hồi) Vấn đề Tài liệu tra cứu Nội dung I Cơ chế phản ứng nhiệt SGK trang hạch 200 Phản ứng nhiệt - Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hai hay Tài lệu 6: hạch nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành hạt nhân trang 335 Thƣờng xét hạt nhân có A  10 gì? - Ví dụ: 12 H 13H  24He 01n Ta tính đƣợc phản ứng tỏa lƣợng: Wtởa = 17,6 MeV/ hạt nhân Điều - Nhiệt độ cung cấp cho hạt nhân tham gia phản SGK trang 200 - 201 kiện thực ứng phải cao cỡ 100 triệu độ - Mật độ hạt nhân n phải lớn - Thời gian trì trạng thái  100 triệu độ phải đủ lớn II Năng lƣợng nhiệt hạch  Điều kiện Lo-xơn: n  (1014  1016 ) s cm - Năng lƣợng tỏa phản ứng nhiệt hạch SGK trang đƣợc gọi lƣợng nhiệt hạch 201 - Ngƣời ta quan tâm đến phản ứng Tài liệu 4: hạt nhân Hiđrô tổng hợp thành hạt nhân Hêli trang 284 – 285 H 1H 2 He H 12H 24He H 13H 24He01n 21 - Các phép tính cho thấy lƣợng tỏa tổng hợp đƣợc g Hêli gấp 10 lần lƣợng tỏa phân hạch hết g Urani, gấp 200 triệu lần lƣợng tỏa đốt g Cácbon III Phản ứng nhiệt hạch - Trên Trái đất, ngƣời tạo phản ứng nhiệt SGK trang 138 hạch không điều khiển thử bom H (bom nhiệt trái đất Phản hạch) Sơ đồ minh họa Bom H ứng nhiệt hạch không điều khiển Phản ứng nhiệt hạch có điều khiển 201 – 202 - Hiện nay, trung tâm nghiên cứu sử dụng phản ứng: 211H 13H 24 He 01n  17,6MeV - Cách thực hiện: cho Triti thể khí bay bám vào đồng, hạt nhân Đơtêri đƣợc gia tốc đến SGK trang 2MeV đập vào bia Phản ứng xảy với dấu 201 – 202 hiệu phát hạt nơtron lƣợng xác định 14,1MeV - Muốn tạo phản ứng nhiệt hạch cho phản ứng nhiệt hạch cho 12 H 13 H cần tiến hành hai việc: + Đƣa tốc độ hạt lên lớn, theo ba cách sau: Đƣa nhiệt độ lên cao Dùng máy gia tốc Dùng chùm Laze cực mạnh + Giam hãm hạt nhân phạm vi không gian nhỏ hẹp để chúng gặp (trong thời gian đủ lớn theo điều kiện Lo-xơ) gây phản ứng nhiệt hạch Việc giam hãm 12 H 13 H tiến hành theo nhiều cách: Hỗn hợp 12 H 13 H đựng bi thủy tinh đƣờng kính 100 m Rọi vào chùm Laze cực mạnh “châm ngòi” cho phản ứng nhiệt hạch Giam hãm 12 H 13 H bẫy từ nhờ thiết bị Tokamak Hình ảnh mô thiết bị Tokamat 139 F Bài kiểm tra sau nghiên cứu thông tin phản hồi (Bài kiểm tra số 2) (Đề gồm 10 câu – Thời gian làm 10 phút) Câu 1: Phản ứng nhiệt hạch trái đất dùng nguyên liệu sau đây? A Hiđrô thƣờng B Đơtêri C Plutonium D Uranium Câu 2: Năng lƣợng sinh bên Mặt trời do? A Sự bắn phá thiên thạch tia vũ trụ lên Mặt trời B Sự đốt cháy tia Hiđrôcacbon bên lòng Mặt trời C Sự phân rã hạt nhân Urani bên Mặt trời D Sự tồn phản ứng tổng hợp (phản ứng nhiệt hạch) hạt nhân, hạt nhân Hiđrô biến đổi thành Hêli Câu 3: Tìm kết luận sai? A Hai hạt nhân nhẹ kết hợp với tạo thành hạt nhân nặng thu lƣợng phản ứng nhiệt hạch B Phản ứng hạt nhân sinh hạt có khối lƣợng nhỏ khối lƣợng hạt ban đầu phản ứng tỏa lƣợng C Urani thƣờng dùng làm nguyên liệu cho phản ứng phân hạch D Phản ứng nhiệt hạch thuộc loại phản ứng tỏa lƣợng Câu 4: Chọn phƣơng án sai A Do Mặt trời xạ lƣợng nên khối lƣợng bị giảm dần B Phản ứng nhiệt hạch tạo chất độc làm ô nhiễm môi trƣờng C Trong nhân Mặt trời có nhiệt độ cao, cho phép phản ứng nhiệt hạch xảy D Con ngƣời thực đƣợc phản ứng nhiệt hạch dƣới dạng không kiểm soát đƣợc Câu 5: Cho phản ứng: 12 H  12H 23He 01n Biết khối lƣợng 12 H 2,0135u, khối lƣợng 23 H 3,0149u khối lƣợng 01 n 1,0087u Năng lƣợng tỏa tạo thành 1g 23 H là? A 1,6901.1011 J B 1,1690.1011 J C 1,0169.1011 J D 1,9016.1011 J 140 Câu 6: Chọn phƣơng án sai: Phản ứng nhiệt hạch thực nhiệt độ cao vì? A Các hạt nhân nhẹ có động đủ lớn để thắng lực đẩy Cu-lông B Các hạt nhân tiến lại gần đến mức lực hạt nhân tác dụng C Các hạt kết hợp đƣợc với D Các nuclôn hạt nhân cũ thoát khỏi liên kết cũ để thiết lập liên kết Câu 7: Trong đồng vị dƣới đây, đồng vị dùng làm nguyên liệu cho phản ứng nhiệt hạch? A 168 B 147 Ni C 12 H D 24 He Câu 8: Chọn đáp án sai nói điều kiện để thực thành công phản ứng nhiệt hạch? A Nhiệt độ cao B Mật đội hạt nhân tham gia phải đủ lớn C Thời gian trì nhiệt độ cao để thực phải đủ dài D Phải làm điện tích cảu hạt để chúng không đẩy Câu 9: Năng lƣợng nhiệt hạch tỏa tổng hợp đƣợc kg Hêli lớn gấp lần lƣợng tỏa phân hạch kg Urani? A lần B 10 lần C 15 lần D 20 lần Câu 10: Cho phản ứng nhiệt hạch: H  X 2 He Hạt X là? A 11 H B 12 H C 13 H D 23 He Đáp án tự kiểm tra Lần Câu 10 ĐA C C A C A C B C A D Lần Câu ĐA B D A B C D C D B 10 C G Bài tập vận dụng - Tài liệu 2: trang 190 – 191 - Tài liệu 3: trang 260 - Tài liệu 6: trang 63 Tiểu môđun 2: Bài tập Phản ứng nhiệt hạch A Bài tập có hƣớng dẫn Bài 1: BiếtmLi= 7,01600u, mH = 1,007825u mHe = 4,00260u Tính lƣợng tỏa phản ứng sau 37 Li11H 24 He 24He ? Hướng dẫn giải Năng lƣợng tỏa phản ứng là: Wtỏa = (mLi + mH – 2.mHe)c2 141  Wtỏa = (7,01600 + 1,007825u – 2.4,00260)uc = 17,3492 MeV Bài 2: Cho phản ứng nhiệt hạch tổng hợp đƣợc hạt Hêli 24 He từ hạt Hiđrô tỏa 17,6 MeV Cho số Avôgđrô NA = 6,02.1023 mol-1 Tính lƣợng tỏa tổng hợp đƣợc 0,5 kg Heli? Hướng dẫn giải Số hạt Hêli có 0,5 kg là: N = m 0,5 25a 6,02.10 23 = 7,525.10 N A = 3 M 4.10 Năng lƣợng tỏa là: Wtỏa = 17,6.N = 17,6.7,525.1025 = 1,3244.1027 MeV 14  Wtỏa = 2,11904.10 J Bài 3: Do xạ nên ngày (86400s) khối lƣợng Mặt trời giảm lƣợng 3,744.1014 kg Biết tốc độ ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Công suất xạ trung bình mặt trời bao nhiêu? Hướng dẫn giải Năng lƣợng mặt trời xạ ngày (86400s) là: E = m.c2 14 31  E = 3,744.10 (3.10 ) = 3,3696.10 J 3,3696.10 31 E Công suất xạ trung bình Mặt trời là: P = = 86400 t  P = 3,9.10 26 W B Bài tập hƣớng dẫn Bài 1: BiếtmLi= 6,01512u, mH = 2,0140u mHe = 4,00260u Tính lƣợng tỏa phản ứng sau 36 Li12H 24 He 24He ? Đáp số: 22,2815 MeV Bài 2: Cho phản ứng nhiệt hạch tổng hợp đƣợc hạt Hêli 24 He từ hạt Hiđrô tỏa 17,6 MeV Cho số Avôgđrô NA = 6,02.1023 mol-1 Tính lƣợng tỏa tổng hợp đƣợc kg Heli? Nếu suất tỏa nhiệt than 2,93.107 J/kg phải đốt lƣợng để có lƣợng tƣơng đƣơng? Đáp số: 4,23808.1014 J; 1,44644.107 kg Bài 3: Mặt trời có khối lƣợng 2.1030 kg công suất xạ 3,8.1026 W Nếu công suất xạ không đổi sau tỉ năm nữa, phần khối lƣợng Mặt trời giảm phần trăm khối lƣợng nay? Coi năm có 365,2422 ngày tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Đáp số: 0,007% c Bài tập nâng cao Bài 1: Cho phản ứng hạt nhân sau: D + D  T + p + 5,8.10-13 (J) Nƣớc tự nhiên chứa 0,015% nƣớc nặng D20 Biết khối lƣợng mol D20 20g/mol, số Avôgđrô NA = 6,02.1023 mol-1 Nếu dùng toàn D có kg nƣớc làm nguyên liệu lƣợng thu đƣợc bao nhiêu? Bài 2: Mặt trời có khối lƣợng 2.1030 kg công suất xạ 3,9.1026 W Nếu công suất xạ không đổi sau khối lƣợng Mặt trời giảm 0,01%? Coi năm có có 365,2422 ngày 142