Một Số Phương Pháp Tính Năng Lượng Của Phản ứng Hạt Nhân

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (15 trang)

Trang chủ

Cao đẳng - Đại học

Khoa học xã hội

Một số phương pháp tính năng lượng của phản ứng hạt nhân

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (175.72 KB, 15 trang )

1. MỞ ĐẦU1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀIMôn Vật Lí là một trong những môn học cơ bản và quan trọng trong trườngTHPT. Đây là một trong ba môn của tổ hợp bài thi KHTN, đồng thời là một trongba môn tổ hợp xét tuyển của các trường ĐH, CĐ. Đối với môn Vật Lí, theo lộ trìnhvề cách thức gia đề thi của Bộ GD & ĐT thì hiện tại nội dung kiến thức chỉ nằmtrong chương trình Vật Lí 12. Là giáo viên giảng dạy khối 12, tôi luôn nghiên cứutìm tòi ra các phương pháp giảng dạy nhằm đem lại hiệu quả cao nhất.Mặt khác, trong thời điểm hiện nay, hình thức thi TNKQ ( thời gian làm bài rútngắn hơn so với năm 2016 ) được áp dụng cho kỳ thi THPT quốc gia nên việc đưara các phương pháp giải nhanh, tối ưu hóa các bước tính toán là rất tốt và thiết thựcđể các em có thể đạt được kết quả cao trong các kỳ thi đó.Khi dạy phần phản ứng hạt nhân, tôi nhận thấy học sinh rất lúng túng khi làmbài tập. Vì vậy, nghiên cứu tìm ra phương pháp giảng dạy giúp các em học tốt phầnnày là rất cần thiết.Vì những lí do trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu “ Một số phương pháp tínhnăng lượng của phản ứng hạt nhân ”.1.2. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀIa. Mục đích nghiên cứuPhân loại các dạng bài tập về tính năng lượng của một phản ứng hạt nhân,phương pháp giải quyết các dạng bài tập đó ở mức tối ưu, các bước làm cụ thể, quychuẩn, giúp các em học sinh vận dụng giải quyết tốt phần này.b. Nhiệm vụ nghiên cứuNghiên cứu lý thuyết về phản ứng hạt nhân, xây dựng phương pháp giải quyết.Vận dụng các công thức quy chuẩn xây dựng được cách giải các dạng bài tậpxuất hiện trong đề thi THPT Quốc Gia.1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨUTrong giới hạn của đề tài, tôi chỉ đưa ra phần lý thuyết và các dạng bài tập vềtính năng lượng trong phản ứng hạt nhân ở chương trình Vật Lí THPT.Đối tượng áp dụng: Tất cả học sinh dự thi THPT Quốc Gia dự thi bài KHTN.1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUa. Nghiên cứu lý thuyếtĐọc, tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến phần phản ứng hạtnhân.b. Nghiên cứu thực tiễnDự giờ bài “ Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử. Độ hụt khối ” và bài “ Phản ứnghạt nhân ” của đồng nghiệp ở một số lớp 12C4, 12C5, 12C6.Chọn một lớp dạy bình thường theo SGK và một lớp dạy theo kinh nghiệm đúcrút được. So sánh đối chiếu kết quả giờ dạy và rút ra bài học kinh nghiệm.12. NỘI DUNG2.1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀIChương hạt nhân nguyên tử là chương 9 của chương trình Vật Lí 12 nâng cao.Phần tính năng lượng trong phản ứng hạt nhân có kiến thức liên quan thuộc bài “Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử. Độ hụt khối ” và bài “ Phản ứng hạt nhân ”.Nội dung kiến thức của phần phản ứng hạt nhân trong SGK Vật Lí 12 như sau.A. PHẢN ỨNG HẠT NHÂNPhản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân.AA ZA X3 + ZA X4 hoặc là A + B  C + DZ X1 + Z X2Có hai loại phản ứng hạt nhân+ Phản ứng tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác( phóng xạ ).+ Phản ứng tương tác giữa các hạt nhân với nhau dẫn đến sự biến đổi thành các hạtnhân khác. [2]B. CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂNa. Định luật bảo toàn số nuclon ( số khối A)Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclon của các hạt tương tác bằng tổng số nucloncủa các hạt sản phẩm.A1 + A2 = A3 + A4b. Định luật bảo toàn điện tích ( nguyên tử số Z )Tổng đại số điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số điện tích của các hạtsản phẩm.Z1 + Z2 = Z3 + Z4Quy ước : Hạt electron có Z = - 1Hạt pozitron có Z = +1c. Định luật bảo toàn động lượngVéc tơ tổng động lượng của các hạt tương tác bằng véc tơ tổng động lượng của cáchạt sản phẩm.P1 + P2 = P3 + P4d. Định luật bảo toàn năng lượng toàn phầnTổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phầncủa các hạt sản phẩm.12341234 m A  m B c 2  K A  K B  mC  m D c 2  K C  K DC. NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂNXét phản ứng hạt nhânAA ZA X3 + ZA X4Z X1 + Z X2Đặt : Khối lượng các hạt trước phản ứng m0 = m1 + m2Khối lượng các hạt sau phản ứng m = m3 + m4Năng lượng của phản ứng được tính như sau.12341234E  m1  m2  m3  m4 c 2  m0  m c 2Nếu m0 > m, E >0 Phản ứng tỏa năng lượng2Nếu m0 < m, E m, E >0 Phản ứng tỏa năng lượngNếu m0 < m, E 0. Phản ứng tỏa nănglượng.6Bài 5. Tìm năng lượng tỏa ra khi một hạt nhân 23492 U phóng xạ tia  và tạo thànhđồng vị Thori 23090 Th. Cho biết, năng lượng liên kết riêng của hạt  là 7,1MeV; củaU234 là 7,63MeV; của Th230 là 7,7MeV. [4]Hướng dẫn.Vận dụng cách 4: E = A3 E3R + A4 E 4 R - A1 E1R - A2 E 2 R = 230. 7,7 + 4.7,1 – 234.7,63= 13,98MeV.Bài 6. Cho phản ứng hạt nhân 31T 12D 24 He  X  17,6MeV . Tính năng lượng tỏa ra từphản ứng trên khi tổng hợp được 2 gam khi Heli. [8]Hướng dẫn.+ Năng lượng tỏa ra khi 1 hạt Heli được tạo thành: E = 17,6MeV.m.N A2.6,02.10 23+ Số nguyên tử khí Heli: N === 3,01.1023 nguyên tửA4+ Năng lượng tỏa ra là: E = N. E = 3,01.1023. 17,6 = 5,2976. 1024 MeV.Bài 7. Cho phản ứng hạt nhân 12 D  31T  01 n 24He . Cho biết mD = 2,0136u; mT =3,0160u; mn = 1,0087u; mHe = 4,0015u; 1u = 931MeV/c2.a. Phản ứng trên thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng.b. Nước thiên nhiên có chứa 0,015% nước nặng D2O. Hỏi nếu dùng toàn bộ Đơtê ri có trong 1m3 nước để làm nhiên liệu cho phản ứng trên thì năng lượngthu được là bao nhiêu ( tính theo KJ ), khối lượng riêng của nước 1000kg/m3.Hướng dẫn.a. Năng lượng của phản ứng hạt nhân: E   m D  mT  mn  m X  c 2 = 18,0614 MeV.E > 0, phản ứng tỏa năng lương.b.+ Khối lượng nước nặng D2O có trong 1m3 nước: m = 1.1000.0,015%.1000 = 150g.m.N A .2 = 9,0345,1024 hạt.A+ Năng lượng thu được từ 1m3 nước là: E = N. E = 9,0345,1024. 18,0614. 1,6.10-3.+ Số hạt D có trong 150g nước nặng: N =10-3 = 2,61.1010 (KJ).Bài 8. Dùng chùm Proton có động năng KH = 5,75MeV bắn phá hạt nhân 49 Be đứngyên tạo ra hạt  và hạt nhân X. Hạt  chuyển động theo phương vuông góc vớivận tốc của hạt Proton và có động năng 4MeV. Tính động năng của hạt X. Phảnứng thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng. Coi khối lượng hạt nhânđo bằng đơn vị u xấp sỉ bằng số khối của nó. [3]Hướng dẫn.+ Phương trình phản ứng: 11 H  49Be 24 He 36Li .+ Áp dụng ĐLBT động lượng: PH  P  PX vì PH  P PX2  P2  PH2  2 m X K X = 2 m K  + 2 m H K H  6KX = 4.4 +1.5,75  KX = 3,625MeV.7+ Năng lượng của phản ứng hạt nhân: E = KX + K  - KH = 1,875 MeV. E >0,phản ứng tỏa năng lượng.Bài 9. Bắn hạt  có động năng 4MeV vào hạt 147 N đứng yên gây ra phản ứng hạtnhân:  + 147 N  178 O + 11 H . Biết động năng của hạt proton là 2,09MeV và hạtproton chuyển động theo hướng hợp với hướng chuyển độngcủa hạt  góc 600. Phản ứng thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng.[7]Hướng dẫn. Ta có: P = PO + PH  P - PH = PO . Bìnhphương hai vế, rút gọn.mHKH + m K  - 2.cos60. m H K H .m K  = m0.K0; thay số1.2,09 + 4.4 - 1.2,09.4.4 = 17K0  K0 = 0,7239MeVNăng lượng của phản ứng hạt nhân: E = K0 + KH - K  = -1,1861 MeV. Phản ứngthu năng lượng.Bài 10. Hạt Notron có động năng 2MeV bắn phá hạt nhân 36 Li đứng yên gây raphản ứng tạo thành hạt  và hạt T. Các hạt  và T bay theo các hướng hợp vớihướng tới của hạt Notron những góc tương ứng bằng 150 và 300. Bỏ qua bức xạ  .Phản ứng thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng ( coi tỷ số khối lượng hạt nhân bằng tỷsố số khối của chúng ).[3]Hướng dẫn.+ Sơ đồ phản ứng: 01 n + 36 Li  24 He + 31T+ Sử dụng hàm số Sinm K mn K nmT K TPPnPT2 =2 =0 =0 =0 Sin30 Sin135 Sin15 2Sin30Sin135Sin154K Sin302=1.2 Sin1352=3 .K T Sin15 2 K  = 0,25 MeV; KT =0,0893 MeV.+ Sử dụng cách 3: E = K  + KT – Kn = 0,25 + 0,0893 – 2 = - 1,6607MeV. Phảnứng thu năng lượng.Bài 11. Hạt  có động năng 5MeV bắn vào hạt 49 Be đứng yên, gây ra phản ứng tạothành một hạt C12 và một notron. Hai hạt sinh ra có véc tơ vận tốc hợp với nhaugóc 800. Cho phản ứng tỏa ra năng lượng 5,6MeV. Coi khốilượng hạt nhân đo bằng đơn vị u xấp sỉ bằng số khối. Tínhđộng năng của hạt C12.[3]Hướng dẫn.+ Sơ đồ phản ứng: 24 He + 49 Be  126 C + 01 n+ Theo ĐLBT động lượng: P = Pn + PC8+ Bình phương hai vế: P2 = Pn2 + PC2 + 2.PC.Pn.cos800 0m K  = mC .K C + mn .K n + 2 mC .K C .mn .K n .cos80 . Mặt khác E = KC + Kn - K  4.5 12 K C  1..K n  2 12.K C .1.K n . cos 80 0  Kn = 10,6 - KC. Thay vào ta có phương5,6  K C  K n  5trình11KC + 2cos800. 12 K C .10,6  K C  9,4  KC = 0,5889MeV.Bài 12. Dùng hạt Proton có động năng 5,58MeV bắn phá hạt nhân 1123 Na đứng yênsinh ra hạt  và hạt X. Coi phản ứng không kèm theo bức xạ  .a. Tính năng lượng của phản ứng trên.b. Biết năng lượng tỏa ra trong phản ứng chuyển hết thành động năng của cáchạt tạo thành. Động năng của hạt  là 6,6MeV. Tính động năng của hạt X.c. Xác định góc tạo bởi hướng chuyển động của hạt  và hạt Proton. Cho mP =1,0073u; mNa = 22,98504u; mX = 19,9869u; m = 4,0015u; uc2 = 931MeV.Hướng dẫn. Sơ đồ phản ứng: 11 H + 1123 Na  24 He + 1020 Nea. Vận dụng cách 1: E = (mP + mNa - mX - m )c2 = 3,6681 MeV.b. Vận dụng cách 3: E = KHe + KX – KH  KX = E + KH - KHe = 2,6481MeVc. Theo ĐLBT động lượng: PH = P + PX  PH - P = PXm H K H  m K   m X K XPH2  P2  PX2==2 m H K H m K 2 PH .P4.6,6  1.5,58  20.2,6481= - 0,864   = 149,80.2 1.5,58.4.6,6 cos  =Bài 13. Urani 235 phân hạch theo cách:23511940 14092 U + 0 n58 Ce + 42 Mo + 2 0 n + 8  1 eCho năng lượng liên kết riêng của U235 là 7,7MeV, của Ce140 là 8,43MeV, củaMo94 là 8,8MeV và mP = 1,007276u; mn = 1,008665u; uc2 = 931,5MeV. Tính nănglượng tỏa ra của phản ứng trên.Hướng dẫn. Vận dụng công thức: E =  mU  mn  mCe  m Mo  2mn  c2 = ((58mp +82mn – mCe) + ( 42mP + 52mn – mMo ) – ( 92mp + 143mn – mU ))c2 + 8(mn – mp )c2 =( mCe + m Mo - mU )c2 + 8(mn – mp )c2E .Am.c 2 m  r 2 , thay vào công thức trên.Mặt khác: Er =cAE = ( 8,43.140 + 8,8.94 – 7,7.235) + 8(1,008665u – 1,007276u)c2 = 208,24 MeV.Bài 14. Một phản ứng phân hạch của U235 là:235110 4295 Mo + 13992 U + 0 n57 La + 2 0 n + 7  1 e9Cho năng lượng liên kết riêng của U235 là 7,7MeV, của Mo95 là 8,91MeV, củaLa139 là 8,53MeV; mP = 1,007276u; mn = 1,008665u; uc2 = 931,5MeV. Tính nănglượng tỏa ra của phản ứng trên.[6]Hướng dẫn. Năng lượng của phản ứng hạt nhânE = ( m M 0 + m La - mU )c2 + 7(mn – mp )c2 = ( 95. 8,91 + 139.8,53 – 235.7,7 ) +7(1,008665u - 1,007276u)c2 = 231,677MeV.103. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ3.1. KẾT LUẬNNghiên cứu đối với đối tượng là lớp 12B1 năm học 2015 – 2016 và lớp 12C1năm học 2016 – 2017.1. Giờ dạy ở lớp 12B1 năm học 2015 – 2016.Năm học 2015 – 2016 tôi dạy theo SGK, theo quan sát giờ dạy tôi thấy học sinh íthoạt động, lớp học trầm, học sinh lúng túng khi giải bài tập.2. Giờ dạy ở lớp 12C1 năm học 2016 – 2017.Năm học này tôi vận dụng những kinh nghiệm đã trình bày trong sáng kiến kinhnghiệm ( đặc biệt là các công thức ngoài SGK) học sinh học tập sôi nổi, hứng thúhơn và giải được nhiều bài tập hơn.3. Sau khi học xong mỗi giờ học, tôi cho học sinh làm bài kiểm tra 15phút. Kết quả bài kiểm tra tính trung bình như sau:LớpdạyNăm2015 –2016Năm2016 –2017Tổng sốbài3333Điểm 0 – 4Số bài%1545,45%39,09%Điểm 5 – 7Số bài%721,21%1339,39%Điểm 8 – 10Số bài%1133,33%1751,52%Như vậy, kết quả giờ dạy năm học 2016 – 2017 cao hơn so với năm học trước.Đặc biệt số bài có điểm yếu, kém giảm đi rất nhiều. Từ đó tôi tự tin hơn vào cáchlàm của mình và viết nội dung vào bản báo cáo này.3.2. Kiến nghịQua thời gian giảng dạy tôi nhận thấy với phương pháp dạy như trên sẽ giúphọc sinh có cái nhìn đúng đắn và hứng thú hơn khi học phần vật lí hạt nhân. Cácem không còn lúng túng, bỡ ngỡ khi gặp các bài tập phần tính năng lượng trongphản ứng hạt nhân, và như vậy kết quả thi đại học của học sinh sẽ được nâng lên.Trong thực tế giảng dạy tôi thấy còn có nhiều câu hỏi đi liền với nội dung này. Tuynhiên do trình độ và thời gian có hạn nên tôi chưa thể đề cập tới các vấn đề mộtcách sâu rộng và triệt để, rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp để đề tàiđược hoàn thiện hơn, tiếp đó đề nghị cấp trên triển khai kết quả đề tài lên các lớphọc khác, địa phương khác để nâng cao chất lượng hiệu quả giảng dạy.11Triệu Sơn, tháng 5 năm 2017XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊCAM KẾT KHÔNG COPYNGUYỄN VIẾT THẮNG12TÀI LIỆU THAM KHẢO1. Sách giáo khoa Vật Lí 12 (nâng cao) – Nguyễn Thế Khôi2. Sách giáo khoa Vật Lí 12 ( cơ bản) – Lương Duyên Bình3. Ôn luyện thi đại học môn Vật Lí theo chủ đề - Chu Văn Biên4. Giải toán Vật Lí 12 – Bùi Quang Hân5. Một số phương pháp chọn lọc giải toán Vật Lí sơ cấp – Vũ Thanh Khiết6. Tuyển tập các bài tập Vật Lí đại cương – I.E.Irôđôp, I.V.Xaveliep,O.I.Damsa. ( Lương Duyên Bình – Nguyễn Quang Hậu dịch từ tiếng Nga )7. Giải bằng nhiều cách & một cách cho nhiều bài toán Vật Lí – Nguyễn AnhVinh8. Bài tập cơ bản và nâng cao Vật Lí 12 – Vũ Thanh Khiết13MỤC LỤC1. MỞ ĐẦU………………………………………………………………….Trang 11.1. Lí do chọn đề tài………………………………………………………..............11.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài......................................................11.3.Đốitượngnghiêncứu..........................................................................................11.4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................12.NỘIDUNG............................................................................................................22.1. Cơ sở lí luận của đề tài........................................................................................22.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.............................32.3. Giải pháp thực hiện.............................................................................................42.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm..................................................................53. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ.................................................................................103.1. Kết luận ............................................................................................................103.2. Kiến nghị ..........................................................................................................101415

Tài liệu liên quan

Bài tập tính năng luong của phản ứng hạt nhân
- 4
- 2
- 12
Ứng dụng một số phương pháp tính toán xây dựng phần mềm trợ giúp điều trị thuốc chống đông đường
- 87
- 727
- 0
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔNG LƯỢNG GIÁC pdf
- 11
- 1
- 6
một số phương pháp tính đúng nghiệm của phương trình đa thức
- 13
- 835
- 0
một số phương pháp tính lũy thừa của ma trận vuông
- 119
- 23
- 50
skkn một số PHƯƠNG PHÁP NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIẢNG dạy PHÂN môn học hát tại TRƯỜNG THCS
- 38
- 795
- 0
NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG hạt NHÂN
- 3
- 494
- 0
Sáng kiến kinh nghiệm SKKN một số phương pháp tính thể tích khối đa diện nhằm nâng cao chất lượng dạy học hình học lớp 12
- 18
- 581
- 0
Sáng kiến kinh nghiệm về một số phương pháp nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh lớp 1
- 26
- 320
- 1
Sáng kiến kinh nghiệm một số phương pháp tính thể tích khối đa diện nhằm nâng cao chất lượng dạy – học hình học lớp 12
- 18
- 822
- 2