Giáo án Vật Lí 12 Chương 7: Hạt nhân nguyên tử 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.

Giới thiệu về chương

- HS ghi nhớ.

- HS nêu bản chất về sự chuyển động của mặt trăng, mặt trời và trái đất trong hệ mặt trời.

- HS đưa ra phán đoán.

TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN

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

Mục tiêu: - cấu tạo của các hạt nhân.

- các đặc trưng cơ bản của prôtôn và nơtrôn.

- Giải thích được kí hiệu của hạt nhân.

- Định nghĩa được khái niệm đồng vị.

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.

- Nguyên tử có cấu tạo như thế nào?

- Hạt nhân có kích thước như thế nào?

(Kích thước nguyên tử 10^-9m)

- Hạt nhân có cấu tạo như thế nào?

- Y/c Hs tham khảo số liệu về khối lượng của prôtôn và nơtrôn từ Sgk.

- Z là số thứ tự trong bảng tuần hoàn, ví dụ của hiđrô là 1, cacbon là 6 …

- Số nơtrôn được xác định qua A và Z như thế nào?

- Hạt nhân của nguyên tố X được kí hiệu như thế nào?

- Ví dụ:

→ Tính số nơtrôn trong các hạt nhân trên?

- Đồng vị là gì?

- Nêu các ví dụ về đồng vị của các nguyên tố.

- Cacbon có nhiều đồng vị, trong đó có 2 đồng vị bền là  (khoảng 98,89%) và (1,11%), đồng vị có nhiều ứng dụng.

- 1 hạt nhân mang điện tích +Ze, các êlectron quay xung quanh hạt nhân.

- Rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 10⁴ ÷ 10⁵ lần (10^-14 ÷ 10^-15m)

- Cấu tạo bởi hai loại hạt là prôtôn và nơtrôn (gọi chung là nuclôn)

- Số nơtrôn = A – Z.

- Kí hiệu của hạt nhân của nguyên tố X:

- HS đọc Sgk và trả lời.

I. Cấu tạo hạt nhân

1. Hạt nhân tích điện dương +Ze (Z là số thứ tự trong bảng tuần hoàn).

- Kích thước hạt nhân rất nhỏ, nhỏ hơn kích thước nguyên tử 10⁴ ÷ 10⁵ lần.

2. Cấu tạo hạt nhân

- Hạt nhân được tạo thành bởi các nuclôn.

+ Prôtôn (p), điện tích (+e)

+ Nơtrôn (n), không mang điện.

- Số prôtôn trong hạt nhân bằng Z (nguyên tử số)

- Tổng số nuclôn trong hạt nhân kí hiệu A (số khối).

- Số nơtrôn trong hạt nhân là A – Z.

3. Kí hiệu hạt nhân

- Hạt nhân của nguyên tố X được kí hiệu:

- Kí hiệu này vẫn được dùng cho các hạt sơ cấp:

4. Đồng vị

- Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z,  khác nhau số A.

- Ví dụ: hiđrô có 3 đồng vị

a. Hiđrô thường  (99,99%)

b. Hiđrô nặng , còn gọi là đơ tê ri  (0,015%)

c. Hiđrô siêu nặng , còn gọi là triti , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm.

- Các hạt nhân có khối lượng rất lớn so với khối lượng của êlectron → khối lượng nguyên tử tập trung gần như toàn bộ ở hạt nhân.

- Để tiện tính toán → định nghĩa một đơn vị khối lượng mới → đơn vị khối lượng nguyên tử.

- Theo Anh-xtanh, một vật có năng lượng thì cũng có khối lượng và ngược lại.

- Dựa vào hệ thức Anh-xtanh → tính năng lượng của 1u?

- Lưu ý: 1eV = 1,6.10^-19J

- HS ghi nhận khối lượng nguyên tử.

- HS ghi nhận mỗi liên hệ giữa E và m.

E = uc²

 = 1,66055.10^-27(3.10⁸)² J

 = 931,5MeV

II. Khối lượng hạt nhân

1. Đơn vị khối lượng hạt nhân

- Đơn vị u có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị

1u = 1,6055.10^-27kg

2. Khối lượng và năng lượng hạt nhân

- Theo Anh-xtanh, năng lượng E và khối lượng m tương ứng của cùng một vật luôn luôn tồn tại đồng thời và tỉ lệ với nhau, hệ số tỉ lệ là c².

E = mc²

c: vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.10⁸m/s).

1uc² = 931,5MeV

→ 1u = 931,5MeV/c²

MeV/c² được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân.

- Chú ý quan trọng:

+ Một vật có khối lượng m₀ khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với

Trong đó m₀: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động.

+ Năng lượng toàn phần:

Trong đó: E₀ = m₀c² gọi là năng lượng nghỉ.

E – E₀ = (m - m₀)c² chính là động năng của vật.

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: Chọn phát biểu đúng khi nói về hạt nhân nguyên từ

A. Mọi hạt nhân của các nguyên tử đều có chứa cả proton và nơtron.

B. Hai nguyên tử của hai nguyên tố bất kì khác nhau có số nơtron hoàn toàn khác nhau.

C. Hai nguyên tử có số nơtron khác nhau là hai đồng vị

D. Hai nguyên tử có điện tích hạt nhân khác nhau thuộc hai nguyên tố khác nhau.

Câu 2: Tính chất hóa học của một nguyên tố phụ thuộc vào

A. khối lượng nguyên tử

B. điện tích của hạt nhân

C. bán kính hạt nhân

D. năng lượng liên kết

Câu 3: Tìm phát biểu sai. Hạt nhân _Z^AX có

A. Z proton

B. (A – Z) nơtron

C. điện tích bằng Ze

D. Z nơtron

Câu 4: Tìm phát biểu sai. Hạt nhân nguyên tử chì ₈₂²⁰⁶Pb có

A. 206 nuclôn

B. điện tích là 1,312.10^-18 C

C. 124 nơtron

D. 82 proton

Câu 5: Các nguyên tử được gọi là đồng vị khi các hạt nhân của chúng có

A. số nuclôn giống nhau nhưng số nơtron khác nhau

B. số nơtron giống nhau nhưng số proton khác nhau

C. số proton giống nhau nhưng số nơtron khác nhau

D. khối lượng giống nhau nhưng số proton khác nhau

Câu 6: Các phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật

A. bảo toàn năng lượng

B. bảo toàn động lượng

C. bảo toàn động năng

D. bảo toàn số khối

Câu 7: Phát biểu nào dưới đây là sai khi nói về lực hạt nhân?

A. Có giá trị lớn hơn lực tương tác tĩnh điện giữa các proton.

B. Có tác dụng rất mạnh trong phạm vi hạt nhân.

C. Có thể là lực hút hoặc đẩy tùy theo khoảng cách giữa cá nuclôn.

D. Không tác dụng khi các nuclôn cách xa nhau hơn kích thước hạt nhân.

Hướng dẫn giải và 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 C10 và C11

1. Chuyển giao nhiệm vụ học tập:

- GV chia  nhóm yêu cầu hs trả lời vào bảng phụ trong thời gian 5 phút:

Xác định khối lượng tính ra u của hạt nhân 

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

2. Báo cáo kết quả hoạt  động và thảo luận

- Đại diện các nhóm treo bảng phụ lên bảng

- Đại diện các nhóm nhận xét kết quả

Vì đơn vị u có giá trị bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử đồng vị  nên khối lượng của nguyên tử   là 12u.

→ Khối lượng tính ra u của hạt nhân   là:

m = 12u – 6m_e = 12u – 6.5,486.10^-4.u = 11,99670 u.

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 cho bài học

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.

Lực hạt nhân có phải là lực tĩnh điện? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta sẽ tìm hiểu…

- HS đưa ra phán đoán

NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN.

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

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

Mục tiêu:

- Nêu được những đặc tính của lực hạt nhân,thức Anh-xtanh.

- Định nghĩa và viết được biểu thức của độ hụt khối lượng của hạt nhân. năng lượng liên kết của hạt nhân.

- Tính được năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân…

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.

- Các hạt nhân bền vững, vậy lực nào đã liên kết các nuclôn lại với nhau.

- Thông báo về lực hạt nhân.

- Lực hạt nhân có phải là lực tĩnh điện?

- Lực hạt nhân có phải là lực hấp dẫn?

→ Lực hạt nhân không cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn.

→ Nó là một lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn → lực tương tác mạnh.

- Chỉ phát huy tác dụng  trong phạm vi kích thước hạt nhân nghĩa là gì?

- HS ghi nhận lực hạt nhân.

- Không, vì lực hạt nhân là lực hút giữa các nuclôn, hay nói cách cách nó không phụ thuộc vào điện tích.

- Không, vì lực này khá nhỏ (cỡ 12,963.10^-35N), không thể tạo thành liên kết bền vững.

- Nếu khoảng cách giữa các nuclôn lớn hơn kích thước hạt nhân thì lực hạt nhân giảm nhanh xuống không.

I. Lực hạt nhân

- Lực tương tác giữa các nuclôn gọi là lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh).

- Kết luận:

+ Lực hạt nhân là một loại lực mới truyền tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân, còn gọi là lực tương tác mạnh.

+ Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thước hạt nhân (10^-15m)

- Xét hạt nhân có khối lượng m() = 4,0015u với tổng khối lượng của các nuclôn?

→ Có nhận xét gì về kết quả tìm được?

→ Tính chất này là tổng quát đối với mọi hạt nhân.

- Độ hụt khối của hạt nhân ?

- Xét hạt nhân , muốn chuyển hệ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2, cần cung cấp cho hệ năng lượng để thắng lực liên kết giữa các nuclôn, giá trị tối thiểu của năng lượng cần cung cấp?

→ năng lượng liên kết.

- Trong trường hợp , nếu trạng thái ban đầu gồm các nuclôn riêng lẻ → hạt nhân  → toả năng lượng đúng bằng năng lượng liên kết E_lk → quá trình hạt nhân toả năng lượng.

- Mức độ bền vững của một hạt nhân không những phụ thuộc vào năng lượng liên kết mà còn phụ thuộc vào số nuclôn của hạt nhân → Năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn?

- Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn chứng tỏ hạt nhân đó như thế nào?

- Các hạt nhân bền vững nhất có  lớn nhất vào cỡ 8,8MeV/nuclôn, là những hạt nhân nằm ở khoảng giữa của bảng tuần hoàn (50 < A < 95)

- Tổng khối lượng các nuclôn tạo thành hạt nhân :

2m_p + 2m_n = 2.1,00728 + 2.1,00866

= 4,03188u

2m_p + 2m_n > m()

∆m = 2m_p + 2m_n - m()

= 4,03188 - 4,0015

= 0,03038u

(2m_p + 2m_n)c² - m()c²

- Năng lượng liên kết:

E_lk = [2m_p + 2m_n - m()]c² = ∆m.c²

- Hạt nhân có số khối A → có A nuclôn → năng lượng liên kết tính cho 1 nuclôn:

- Càng bền vững.

II. Năng lượng liên kết của hạt nhân

1. Độ hụt khối

- Khối lượng của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nuclôn tạo thành hạt nhân đó.

- Độ chênh lệch khối lượng đó gọi là độ hụt khối của hạt nhân, kí hiệu ∆m

2. Năng lượng liên kết

- Năng lượng liên kết của một hạt nhân được tính bằng tích của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c².

3. Năng lượng liên kết riêng

- Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu , là thương số giữa năng lượng liên kết E_lk và số nuclôn A.

- Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân.

- Y/c HS đọc Sgk và cho biết như thế nào là phản ứng hạt nhân?

- Chia làm 2 loại.

- Y/c HS tìm hiểu các đặc tính của phản ứng hạt nhân dựa vào bảng 36.1

- Y/c Hs đọc Sgk và nêu các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.

Ví dụ: Xét phản ứng hạt nhân:

- Lưu ý: Không có định luật bảo toàn khối lượng nghỉ mà chỉ có bảo toàn năng lượng toàn phần trong phản ứng hạt nhân.

- Muốn thực hiện một phản ứng hạt nhân thu năng lượng chúng ta cần làm gì?

- Là quá trình các hạt nhân tương tác với nhau và biến đổi thành hạt nhân khác.

- HS ghi nhận các đặc tính.

- HS đọc Sgk và ghi nhận các đặc tính.

- Bảo toàn điện tích:

Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

(Các Z có thể âm)

- Bảo toàn số khối A:

A₁ + A₂ = A₃ + A₄

(Các A luôn không âm)

- Phải cung cấp cho hệ một năng lượng đủ lớn.

III. Phản ứng hạt nhân

1. Định nghĩa và đặc tính

- Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi của các hạt nhân.

a. Phản ứng hạt nhân tự phát

- Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác.

b. Phản ứng hạt nhân kích thích

- Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác.

- Đặc tính:

+ Biến đổi các hạt nhân.

+ Biến đổi các nguyên tố.

+ Không bảo toàn khối lượng nghỉ.

2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

a. Bảo toàn điện tích.

b. Boả toàn số nuclôn (bảo toàn số A).

c. Bảo toàn năng lượng toàn phần.

d. Bảo toàn động lượng.

3. Năng lượng phản ứng hạt nhân

- Phản ứng hạt nhân có thể toả năng lượng hoặc thu năng lượng.

Q = (m_trước - m_sau)c²

+ Nếu Q > 0→ phản ứng toả năng lượng:

- Nếu Q < 0 → phản ứng thu năng lượng:

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 liên kết riêng là

A. năng lượng cần để giải phsong một nuclôn ra khỏi hạt nhân.

B. năng lượng cần để giải phóng một êlectron ra khỏi nguyên tử.

C. năng lượng liên kết tính trung bìng cho một nuclôn trong hạt nhân.

D. là tỉ số giữa năng lượng liên kết và số hạt có trong nguyên tử.

Câu 2: Năng lượng liên kết của một hạt nhân

A. có thể có giá trị dương hoặc âm

B. càng lớn thì hạt nhân càng bền vững

C. có thể có giá trị bằng 0

D. tỉ lệ với khố lượng hạt nhân

Câu 3: Hạt nhân bền vững hơn nếu

A. có năng lượng liên kết riêng lớn hơn

B. có năng luộng liên kết riêng nhỏ hơn

C. có nguyên tử số (A) lớn hơn

D. có độ hụt khối nhỏ hơn

Câu 4: Lực hạt nhân là

A. lực từ

B. lực tương tác giữa các nuclôn

C. lực điện

D. lực điện từ

Câu 5: Khi bắn phá hạt nhân nitơ ₇¹⁴N bằng nơtron thì tạo ra đồng vị Bo (₅¹¹B) và một hạt

A. nơtron                           

B. proton                       

C. hạt α                          

D. nơtrinô

Câu 6: Trong phản ứng hạt nhân p + ₉¹⁹F → X +α, X là hạt nhân của nguyên tố

A. nitơ                               

B. nêon.                         

C. cacbon                       

D. ôxi

Câu 7: Gọi m là khối lượng, Δm là độ hụt khối, A là số nuclôn của hạt nhân nguyên tử. Độ bền vững của hạt nhân dược quyết định bởi đại lượng

A. m                                  

B. Δm.                           

C. m/A                            

D. Δm/A

Câu 8: Các phản ứng hạt nhân tuân theo định luật

A. bảo toàn số proton                                               

B. bảo toàn số nơtron

C. bảo toàn số nuclôn                                               

D. bảo toàn khối lượng

Câu 9: Trong phản ứng hạt nhân ₁₉⁴⁰K→₂₀⁴⁰Ca+X, X là hạt

A. nơtron                           

B. bêta trừ.                      

C. bêta cộng                   

D. đơteri

Câu 10: Chọn phát biểu đúng về phản ứng hạt nhân

A. Phản ứng hạt nhân là sự va chạm giữa hai nguyên tử.

B. Phản ứng hạt nhân không làm thay đổi nguyên tử số của hạt nhân.

C. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi của chúng thành những hạt nhân khác.

D. Phóng xạ không phải là phản ứng hạt nhân.

Hướng dẫn giải và 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:

 Nêu và giải thích các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân.

1. Chuyển giao nhiệm vụ học tập:

- GV chia nhóm yêu cầu hs trả lời vào bảng phụ trong thời gian 5 phút:

- GV theo dõi và hướng dẫn HS.

2. Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập:

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

1. 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

2. Báo cáo kết quả hoạt  động và thảo luận

Lưu ý: Phóng xạ hay phản ứng hạt nhân không tuân theo định luật bảo toàn khối lượng, năng lượng nghỉ, số proton, notron, electron, cơ năng (năng lượng cơ học).

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