Giáo án Vật Lí 12 Bài 38: Phản ứng phân hạch mới nhất

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Để:

- Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.

- Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền

Chúng ta cùng tìm hiểu bài học hôm nay

- HS ghi nhớ

- HS đưa ra phán đoán

PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)

Mục tiêu:

- Nêu được phản ứng phân hạch là gì.

- Giải thích được (một cách định tính) phản ứng phân hạch là phản ứng hạt nhân toả năng lượng.

- Lí giải được sự tạo thành phản ứng dây chuyền và nêu điều kiện để có phản ứng dây chuyền

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Y/c HS đọc Sgk và cho biết phản ứng phân hạch là gì?

- Phản ứng hạt nhân có thể tự xảy ra → phản ứng phân hạch tự phát (xác suất rất nhỏ).

- Ta chỉ quan tâm đên các phản ứng phân hạch kích thích.

- Quá trình phóng xạ α có phải là phân hạch không?

- Xét các phân hạch của

→ chúng là nhiên liệu cơ bản của công nghiệp hạt nhân.

- Để phân hạch xảy ra cần phải làm gì?

- Dựa trên sơ đồ phản ứng phân hạch.

- Trạng thái kích thích không bền vững → xảy ra phân hạch.

- Tại sao không dùng prôtôn thay cho nơtrôn?

- HS đọc Sgk và ghi nhận phản ứng phân hạch là gì.

- Không, vì hai mảnh vỡ có khối lượng khác nhau nhiều.

- HS đọc Sgk, phải truyền cho hạt nhân X một năng lượng đủ lớn (giá trị tối thiếu của năng lượng này: năng lượng kích hoạt, cỡ vài MeV), bằng cách cho hạt nhân “bắt” một nơtrôn → trạng thái kích thích (X*).

- Prôtôn mang điện tích dương

→ chịu lực đẩy do các hạt nhân tác dụng.

I. Cơ chế của phản ứng phân hạch

1. Phản ứng phân hạch là gì?

- Là sự vỡ của một hạt nhân nặng thành 2 hạt nhân trung bình (kèm theo một vài nơtrôn phát ra).

2. Phản ứng phân hạch kích thích

n + X → X* → Y + Z + kn

(k = 1, 2, 3)

- Quá trình phân hạch của X là không trực tiếp mà phải qua trạng thái kích thích X*.

- Thông báo 2 phản ứng phân hạch của .

- Thông báo về kết quả các phép toán chứng tỏ hai phản ứng trên là phản ứng toả năng lượng: năng lượng phân hạch.

- 1g  khi phân hạch toả năng lượng bao nhiêu?

→ Tương đương 8,5 tấn than hoặc 2 tấn dầu toả ra khi cháy hết.

- Trong phân hạch  kèm theo 2,5 nơtrôn (trung bình) với năng lượng lớn, đối với kèm theo 3 nơtrôn.

- Các nơtrôn có thể kích thích các hạt nhân → phân hạch mới → tạo thành phản ứng dây chuyền.

- Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtrôn giải phóng là bao nhiêu và tiếp tục kích thích bao nhiêu phân hạch mới?

- Khi k < 1 → điều gì sẽ xảy ra?

- Khi k = 1→ điều gì sẽ xảy ra?

(Ứng dụng trong các nhà máy điện nguyên tử)

- Khi k > 1 → điều gì sẽ xảy ra?

(Xảy ra trong trường hợp nổ bom)

- Muốn k ≥ 1 cần điều kiện gì?

- Lưu ý: khối lượng tối thiểu để phản ứng phân hạch tự duy trì: khối lượng tới hạn. Với  vào cỡ 15kg,  vào cỡ 5kg.

- Làm thế nào để điều khiển được phản ứng phân hạch?

- Bo hay cađimi có tác dụng hấp thụ nơtrôn → dùng làm các thanh điều khiển trong phản ứng phân hạch có điều khiển.

- HS ghi nhận hai phản ứng.

- HS ghi nhận về phản ứng phân hạch toả năng lượng.

- HS ghi nhận về phản ứng dây chuyền.

- Sau n lần phân hạch: kⁿ → kích thích kⁿ phân hạch mới.

- Số phân hạch giảm rất nhanh.

- Số phân hạch không đổi → năng lượng toả ra không đổi.

- Số phân hạch tăng rất nhanh → năng lượng toả ra rất lớn → không thể kiểm soát được, có thể gây bùng nổ.

- Khối lượng của chất phân hạch phải đủ lớn để số nơtrôn bị “bắt” << số nơtrôn được giải phóng.

- Năng lượng toả ra trong phân hạch phải ổn định → tương ứng với trường hợp k = 1.

II. Năng lượng phân hạch

- Xét các phản ứng phân hạch:

1. Phản ứng phân hạch toả năng lượng

- Phản ứng phân hạch  là phản ứng phân hạch toả năng lượng, năng lượng đó gọi là năng lượng phân hạch.

- Mỗi phân hạch  tỏa năng lượng 212MeV.

2. Phản ứng phân hạch dây chuyền

- Giả sử sau mỗi phân hạch có k nơtrôn được giải phóng đến kích thích các hạt nhân  tạo nên những phân hạch mới.

- Sau n lần phân hạch, số nơtrôn giải phóng là kⁿ và kích thích kⁿ phân hạch mới.

+ Khi k < 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh.

+ Khi k = 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra không đổi.

+ Khi k > 1: phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lượng phát ra tăng nhanh, có thể gây bùng nổ.

- Khối lượng tới hạn của  vào cỡ 15kg,  vào cỡ 5kg.

3. Phản ứng phân hạch có điều khiển

- Được thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân, tương ứng trường hợp k = 1.

- Năng lượng toả ra không đổi theo thời gian.

HOẠT ĐỘNG 3:  Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Câu 1: Năng lượng tỏa ra trong phản ứng phân hạch chủ yếu ở dạng

A. quang năng                  

B. năng lượng nghỉ.       

C. động năng.                  

D. hóa năng.

Câu 2: Phản ứng phân hạch ₉₂²³⁵U không có đặc điểm

A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ

B. phản ứng tỏa năng lượng

C. có thể xảy ra theo kiểu phản ứng dây truyền

D. có 2 đến 3 proton sinh ra sau mỗi phản ứng

Câu 3: Tìm phát biểu sai. Phản ứng phân hạch ₉₂²³⁵U có đặc điểm

A. số nơtron tạo ra sau phản ứng nhiều hơn nơtron bị hấp thụ

B. phản ứng tỏa năng lượng

C. xảy ra theo phản ứng dây chuyền nếu có một lượng ₉₂²³⁵U đủ lớn

D. quá trình phân hạch là do proton bắn phá hạt nhân urani

Câu 4: Vật liệu có thể đóng vào trò “chất làm chậm” tốt nhất đối với nơtron là

A. kim loại nặng              

B. than chì.                     

C. khí kém.                    

D. bê tông

Câu 5: Khi ₉₂²³⁸U bị bắn phá bởi các nơtron chậm, nó hấp thụ một hạt nơtron rồi sau đó phát ra hai hạt β^-. Kết quả là tạp thành hạt nhân

A. ₉₂²³⁶U                            

B. ₉₁²⁴⁰Pa                        

C. ₉₄²³⁹Pu                      

D. ₉₀²³⁹Th

Đáp án

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Yêu cầu HS thảo luận:

Xét phản ứng phân hạch urani U²³⁵ có phương trình:

 Tính năng lượng mà một phân hạch tỏa ra. Cho biết: m_U = 234,99u; m_Mo = 94,88u; m_La = 138,87u. Bỏ qua khối lượng của electron.

- GV chia  nhóm yêu cầu hs trả lời thời gian 5 phút:

- GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.

Thực hiện nhiệm vụ học tập:

- HS sắp xếp theo nhóm, chuẩn bị bảng phụ và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV

Năng lượng mà một phân hạch tỏa ra:

Q = (M₀ - M)c²

với M₀ = m_U + m_n = 234,99 + 1,01 = 236u.

M = m_M0 + m_La + 2m_n = 94,88u + 138,87u + 2.1,008665 = 235,77u.

Từ đó:

Q = (236u - 235,77u).c² = 0,23u.c² = 214,245 MeV.

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Vẽ sơ đồ tư duy khái quát lại nội dung bài học