A. PHẦN MỞ ĐẦU:

I. Lí do chọn đề tài:

Hằng năm Sở GD & ĐT tỉnh Long An tổ chức rất nhiều phong trào thi đua học tập cho học sinh, đặc biệt là khối THPT như cuộc thi sáng tạo KHKT, thi vận dụng kiến thức liên môn giải quyết tình huống thực tiễn, thi học sinh giỏi văn hóa, thi học sinh giỏi máy tính cầm tay... Đây là những sân chơi rất bổ ích, giúp học sinh thể hiện được khả năng của mình. Một trong những phong trào thi đua thu hút sự đầu tư của học sinh cũng như giáo viên đồng thời giúp tỉnh Long An phát hiện nhân tài để đi thi cấp quốc gia đó là: Kỳ thi HS giỏi cấp tỉnh bậc THPT.

Tôi là giáo viên được phân công giảng dạy bồi dưỡng HS giỏi của trường. Trước đây tôi thực sự rất lo lắng vì điểm số đầu vào của trường rất thấp, số lượng học sinh giỏi hầu như rất ít và học sinh thường không thích tham gia thi học sinh giỏi. Để có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình tôi luôn phải sưu tầm các tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi của các trường trong tỉnh và của các trường tỉnh khác qua internet, đồng thời học hỏi ở đồng nghiệp, bạn bè về phương pháp dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và từ đó tôi đã rút ra cho mình những kinh nghiệm giảng dạy cũng như biên soạn cho mình một tài liệu giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh của trường mình nhằm đáp ứng đủ yêu cầu của kỳ thi học sinh giỏi hằng năm của tỉnh.

Đó là lí do tôi chọn đề tài: “Phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi và nội dung bồi dưỡng học sinh giỏi phần Vật lý hạt nhân.” cho sáng kiến kinh nghiệm của mình.

II. Lịch sử đề tài:

Đề tài này không phải là một đề tài mới vì đã có rất nhiều giáo viên đã thực hiện. Nhưng đặc thù của trường tôi là trường bán công chuyển lên thành công lập nên số lượng học sinh giỏi hầu như rất ít, chứ không giống như các trường chuyên hay các trường lớn trong tỉnh số học sinh giỏi nhiều. Để có thể đào tạo được học sinh giỏi tham gia kì thi cấp tỉnh và đạt giải là cả một khoảng thời gian dài đầu tư nghiên cứu.

Qua nhiều năm giảng dạy kết hợp với đổi mới phương pháp dạy học theo chủ trương của ngành, đồng thời học hỏi ở đồng nghiệp tôi đã rút cho mình một số kinh nghiệm để bồi dưỡng học sinh giỏi chuẩn bị kiến thức cho học sinh tham gia kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh phù hợp với trình độ học sinh của trường mình.

III. Phạm vi nghiên cứu : Đề tài sáng kiến kinh nghiệm cấp tỉnh.

IV. Đối tượng: Là học sinh các trường THPT

V. Mục đích nghiên cứu:

- Với đối tượng là những học sinh của các trường chuyển từ hệ bán công sang công lập nên đầu vào còn thấp hơn rất nhiều so với các trường công lập. Do đó nhiệm vụ của giáo viên đặt ra là phải dạy như thế nào để cho học sinh có thể nắm vững kiến thức cơ bản từ đó mở rộng và nâng cao kiến thức để giúp các em đủ khả năng đi thi học sinh giỏi.

- Nhằm phát động phong trào học tập của học sinh trong trường, giúp học sinh nâng cao kiến thức, kỹ năng tìm ra phương pháp học bộ môn từ đó yêu thích học bộ môn Vật lý hơn nữa.

- Giúp cho giáo viên nâng cao trình độ chuyên môn cũng như phương pháp dạy học và có một tài liệu phù hợp hỗ trợ trong quá trình giảng dạy bộ môn.

- Tăng cường trao đổi học tập kinh nghiệm với đồng nghiệp trong đơn vị và các trường bạn trong tỉnh.

VI. Tổ chức thực hiện đề tài:

1. Nội dung của đề tài:

PHẦN I : PHƯƠNG PHÁP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ

PHẦN II: TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ PHẦN “VẬT LÝ HẠT NHÂN” LỚP 12

 CHƯƠNG I: TÓM TẮT GIÁO KHOA.

 CHƯƠNG II : CÁC DẠNG TOÁN VẬT LÍ HẠT NHÂN

 CHƯƠNG III : CÁC BÀI TOÁN KIỂM TRA CUỐI KỲ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI.

2. Biện pháp thực hiện đề tài:

- Theo kế hoạch của trường, giáo viên vạch ra cho mình kế hoạch bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn trong năm học. Trong kế hoạch cần thể hiện chi tiết những công việc cũng như phương pháp dạy học cần làm trong việc bồi dưỡng. Từ đó giáo viên bắt đầu sắp xếp công việc thực hiện theo đúng kế hoạch, tiến trình đã đưa ra.

- Để có thể giảng dạy tốt thì một trong những công cụ không thể thiếu đó là tài liệu học tập. Giáo viên phải biết chọn lựa sách tham khảo, bám sát cấu trúc đề thi học sinh giỏi và biên soạn cho mình một tài liệu phù hợp cho đối tượng học sinh của mình.

- Trong quá trình giảng dạy, giáo viên cần dạy theo chủ đề. Mỗi chủ đề cần tóm tắt những kiến thức trọng tâm cho học sinh. GV lưu ý kỹ cho HS điều kiện vận dụng các kiến thức và lưu ý cho HS biết cách tránh các lỗi sai thường gặp.

- Giáo viên cho học sinh vận dụng ngay bài tập sau mỗi chủ đề vừa dạy và làm những đề thi của các năm trước.

- Cuối kỳ bồi dưỡng giáo viên cho làm các đề kiểm tra thử bám theo cấu trúc của Sở GD & ĐT.

B. NỘI DUNG

PHẦN I : PHƯƠNG PHÁP BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ

I. Thực trạng:

1. Thuận lợi:

- Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi được sự quan tâm của Chi ủy, của Ban Giám Hiệu trường THPT Thủ Khoa Thừa, cùng với sự ủng hộ của các bậc PHHS.

- Ngay từ đầu năm học Ban Giám Hiệu trường đã đưa ra kế hoạch hoạt động nên giáo viên và học sinh có đủ thời gian để nghiên cứu, bồi dưỡng và rèn luyện.

- Đặc biệt với lòng nhiệt tình và sự say mê khoa học, thầy và trò của trường luôn cố gắng trau dồi kiến thức để nâng cao trình độ chuyên môn.

2. Khó khăn:

- Đầu vào của trường còn thấp nên tỉ lệ học sinh giỏi của trường rất ít.

- Hoàn cảnh gia đình học sinh còn khó khăn, nhà xa nên việc đi lại ảnh hưởng đến thời gian học.

- Học sinh thường quan tâm nhiều hơn cho việc thi Đại học nên sợ mất nhiều thời gian khi đầu tư cho thi học sinh giỏi.

- Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi còn thiếu thốn, phần lớn giáo viên dạy bồi dưỡng phải tự mua, tự nghiên cứu và biên soạn để bồi dưỡng.

II. Phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi :

Trước những điều kiện thuận lợi và khó khăn trên, bản thân người giáo viên phải cố gắng nghiên cứu nhiều biện pháp khắc phục khó khăn để có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình. Từ đó tôi đã rút ra được một số kinh nghiệm trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi.

Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là quá trình mang tính khoa học cần phải có sự đầu tư trong suốt 3 năm học chứ không phải chỉ có một vài tháng. Với khoảng thời gian này thì giáo viên mới cung cấp tương đối đầy đủ kiến thức cần thiết cho học sinh, đồng thời mới phát hiện chính xác khả năng học tập của học sinh.

Do đó để có thể bồi bưỡng một cách hiệu quả thì ta phải chia quá trình bồi dưỡng thành nhiều giai đoạn ở từng cấp lớp:

+ Giai đoạn 1: Giảng dạy học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, làm được các bài tập đơn giản, từ đó giúp học sinh yêu thích môn học.

+ Giai đoạn 2: Phân loại học sinh, lựa chọn những học sinh có năng lực vào đội tuyển học sinh giỏi của trường. Nâng cao kiến thức cho học sinh: phân loại các dạng toán, luyện tập thường xuyên để rèn luyện kỹ năng làm bài cho học sinh.

+ Giai đoạn 3: Giáo viên đưa tài liệu và giao nhiệm vụ cho học sinh.

+ Giai đoạn 4: Hoàn thiện kiến thức và kiểm tra kết quả học tập của học sinh.

• Để quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi có hiệu quả thì giáo viên cần phải phát hiện sớm các em có tố chất để bồi dưỡng, tốt nhất là từ lớp 10.
• Giáo viên phát hiện học sinh dựa vào năng khiếu, sự nhạy bén của học sinh. Đồng thời quan sát xem ở các học sinh có sự hứng thú khi học vật lí không? Vì khi ham thích môn học nào đó học sinh sẽ cố gắng để đạt được kết quả.
• Học sinh có thể có sự nhạy bén nhưng chưa yêu thích môn học thì người giáo viên đóng vai trò quan trọng để làm tăng sự hứng thú trong học tập của bộ môn.
• Biệp pháp tốt nhất giúp các em yêu thích môn học là dẫn dắt các em đạt được những thành công từ thấp đến cao.
• Khi giải quyết được vấn đề đó học sinh sẽ không sợ môn vật lí nữa mà cảm thấy yêu thích môn học, từ đó sẽ tích cực học tập và nghiên cứu.
• Giáo viên cần phải nắm vững phương châm: “dạy chắc cơ bản rồi mới nâng cao”. Những bài toán thi học sinh giỏi tổng hợp rất nhiều kiến thức. khi nắm vững kiến thức cơ bản sẽ giúp học sinh dễ dàng nhận dạng được bài toán. Biết chia bài toán ra nhiều phần, mỗi phần dùng kiến thức, phương pháp nào.
• Đặc thù của môn vật lí là bài tập có thể phân ra thành 2 kiểu bài:

+ Kiểu bài tập có thể làm dựa theo quy tắc giải.

+ Kiểu bài tập không theo quy luật.

Trong quá trình dạy ta phải tập trung những bài có quy luật là chính. Vì dựa theo cấu trúc đề và đề thi các năm trước ta thấy đa số các câu trong đề đều là những dạng toán có quy luật. Như vậy nếu nắm chắc phương pháp giải, quy luật của nó thì khi gặp những bài toán dù có chi tiết khác nhau nhưng học sinh vẫn làm được vì giống nhau ở điểm cốt lõi.

• Còn những loại có tính đơn lẻ, không theo quy luật thì chúng ta sẽ dạy cho học sinh sau khi đã học kỹ các loại trên vì những loại bài tập này chỉ vận dụng có một bài mà không áp dụng cho nhiều bài khác được.
• Nếu chúng ta nôn nóng bỏ qua các bước cơ bản làm ngay bài tập khó hay những bài có tính đơn lẻ, học sinh không vững kiến thức sẽ không nhận ra dạng toán sẽ cảm thấy rối, hoang mang từ đó trở nên chán nản và không hứng thú với bộ môn nữa.
• Bên cạnh đó một trong những phần không thể thiếu trong quá trình bồi dưỡng là tài liệu tham khảo. Như đã nói ở trên, đây là một vấn đề khó khăn đặt ra cho những giáo viên bồi dưỡng vì thực tế ở các trường phổ thông chưa có một tài liệu chuẩn nào cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi. Do đó, người giáo viên phải tự nghiên cứu, sưu tầm, biên soạn cho mình một tài liệu bồi dưỡng tương đối đầy đủ và phù hợp với học sinh.
• Trong tài liệu giáo viên cần đưa ra đầy đủ tóm tắt lý thuyết và phân rõ các dạng toán, giáo viên hướng dẫn cho học sinh một hay hai bài ví dụ rồi cho thêm một số bài tương tự để học sinh làm cho thành thạo. Vì một dạng toán làm nhiều lần sẽ giúp các em khắc sâu kiến thức hơn.
• Sau mỗi chương giáo viên cho học sinh kiểm tra để rèn kĩ năng làm bài và tâm lý chịu áp lực thi cử cho học sinh. Qua bài làm sẽ giúp giáo viên biết học sinh hạn chế mặt nào, từ đó sẽ bồi dưỡng thêm cho các em.
• Mỗi lần kiểm tra giáo viên lưu ý nên sửa bài thật chi tiết và rút kinh nghiệm cho học sinh những phần học sinh bị sai và nhấn mạnh vào phương pháp của bài toán một lần nữa.
• Giáo viên cho học sinh làm quen với đề thi các năm trước. Đây cũng là cách giáo viên giúp cho học sinh tổng hợp được, khái quát các kỹ năng kiến thức yêu cầu đối với học sinh giỏi. Từ đó tạo điều kiện trang bị cho các em kỹ năng hoàn thiện, và sự phản xạ với các đề, kiểu đề từ đòi hỏi thấp đến đòi hỏi cao. Khi đó học sinh có khả năng phát huy năng lực tư duy, kiến thức kỹ năng, phương pháp làm bài, không rơi vào tình trạng bị động khi xem đề, dẫn đến bỡ ngỡ mất phương hướng hoang mang làm sai khi đọc đề.
• Giáo viên hướng dẫn học sinh làm sổ tay ghi chép bao gồm các công thức vật lí, các dạng toán, các công thức toán liên quan, các bài tập hay, các kết luận sau một quá trình nghiên cứu để làm tư liệu. Qua sổ tay này học sinh có thể hệ thống lại các kiến thức cần nhớ, sẽ giúp học sinh nâng cao kiến thức của mình.
• Dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí là một công việc rất vất vả vì tốn rất nhiều công sức và thời gian để nghiên cứu bồi dưỡng cũng như biên soạn tài liệu, lựa chọn những bài tập nâng cao phù hợp cho học sinh và giúp các em có đủ kiến thức tham gia trong các kì thi học sinh giỏi. Để làm việc này thì người giáo viên phải có lòng quyết tâm, phải tận tụy với công việc, từ đó sẽ truyền lòng nhiệt huyết của mình cho các em gây được sự ham thích khám phá kiến thức. Khi đó sẽ giúp các em quyết tâm học tập để đạt được kết quả tốt nhất.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PHẦN II: TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ PHẦN “VẬT LÝ HẠT NHÂN” LỚP 12

Theo đặc điểm của kì thi học sinh giỏi ở tỉnh ta thì thời gian thi học sinh giỏi cấp tình vòng 1 và vòng 2 chỉ cách nhau khoảng một tháng. Đặc biệt trong đề thi vòng 2 có cả phần cơ học vật rắn của lớp 12 nâng cao và phần vật lý hạt nhân ở học kì 2 của lớp 12.

Với khoảng thời gian ngắn đó, giáo viên cần phải hệ thống lại những dạng toán lớp 10, lớp 11 và dạy thêm kiến thức của 2 chương mới. Để đảm bảo được điều đó và không phải tốn nhiều thời gian thì giáo viên phải chuẩn bị tài liệu chi tiết cho hai chương mới để giúp các em dễ dàng tiếp nhận kiến thức, nhận dạng được các bài tập đủ và tự tin bước vào kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh vòng 2.

Sau đây tôi xin giới thiệu tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi phần vật lí hạt nhân.

          CHƯƠNG I: TÓM TẮT GIÁO KHOA.

 Kiến thức cơ bản:

I. Cấu tạo hạt nhân:

-  Hạt nhân mang điện dương, được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn – gọi là các Nuclon.

-  Có hai loại Nuclon  là Proton và nơtron:

            + Proton: kí hiệu là p, ;

+ Nơtron: kí hiệu là n, ;

Trong đó u là đơn vị khối lượng nguyên tử, với 1u = 1,66055.10^-27kg.

II. Kí hiệu hạt nhân: .

          Z: nguyên tử số (số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn  số proton ở hạt nhân số e^- ở vỏ nguyên tử).

   A: Số khối  tổng số nuclon.                            

N = A - Z : Số nơtron

Ví dụ: + Hạt nhân nguyên tố Hiđrô - 

+ Hạt nhân nguyên tố Heli - 

+ Hạt nhân nguyên tố Nhôm - 

* Chú ý:  Hạt nhân coi như quả cầu bán kính R thì bán kính hạt nhân được tính bởi công thức thực nghiệm:  (m)

III. Đồng vị

1. Khái niệm: Đồng vị là những nguyên tử mà hạt nhân có chứa cùng số Proton Z nhưng khác nhau số Nơtron.

2. Ví dụ

- Nguyên tử H có 3 đồng vị:

+ Hiđro thường -

+ Hiđro nặng còn gọi là Đơtêri -

+ Hiđro siêu nặng còn gọi là Triti - . Trong đó T và D là thành phần của nước nặng là nguyên liệu của công nghệ nguyên tử.

- Nguyên tử Cacbon có 4 đồng vị: C11 đến C14. Trong đó C12 có nhiều trong tự nhiên – chiếm 99%

IV.  Đơn vị khối lượng nguyên tử: Khối lượng hạt nhân rất lớn so với khối lựơng của êlectron, vì vậy khối lượng nguyên tử gần như tập trung toàn bộ ở hạt nhân.

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

1u = 1,66055. kg = 931,5 MeV/

Khối lượng của 1 nuclon ≈ 1u.

Do vậy, một nguyên tử co số khối A thì khối lượng của nó ≈ Au.

V. Hệ thức Anhxtanh giữa khối lượng và năng lượng: 

Với c = 3.10⁸ m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

        m : khối lượng của hạt nhân;

      E: năng lượng nghỉ của hạt nhân.

 

*Chú ý: Khi hạt nhân chuyển động với vận tốc v thì khối lượng sẽ tăng lên.

với m_o: khối lượng nghỉ

   m: khối lượng động.

- Động năng = E - E_o = (m - m_o)c²

  Với E = mc²_: năng lượng toàn phần

E_o = m_oc²_: năng lượng nghỉ

VI. Năng lượng liên kết

          1.  Độ hụt khối :

Khối lượng m của hạt nhân X bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối lượng các nuclon tạo thanh hạt nhân một lượng:

         .

Với m là khối lượng hạt nhân

    là khối lượng của các Nuclôn riêng rẽ.

          2. Năng lượng liên kết hạt nhân: Kí hiệu W_lk hay E

 

  3. Năng lượng liên kết riêng: là năng lượng liên kết cho 1 Nuclôn.

+ Biểu thức:

  + W_r đặc trưng cho tính bền vững của hạt nhân.

 

*Chú ý: Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. Hạt nhân có số khối trung bình từ 50 à 95 là bền vững. (Fe bền vững nhất)

VII. Các hiện tượng liên quan tới hạt nhân.

1. Phản ứng hạt nhân:

a. Phương trình phản ứng:

   Trong số các hạt này có thể là hạt sơ cấp như nuclôn, eletrôn, phôtôn ...

b. Các định luật bảo toàn

   + Bảo toàn số nuclôn (số khối):        A₁ + A₂ = A₃ + A₄

   + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z₁ + Z₂ = Z₃ + Z₄

   + Bảo toàn động lượng:

   + Bảo toàn năng lượng(gồm năng lượng nghỉ và động năng):  

     Trong đó: W là năng lượng phản ứng hạt nhân

                    là động năng chuyển động của hạt X

Lưu ý: - Không có định luật bảo toàn khối lượng, số nơ tron và số prôtôn

          - Mối quan hệ giữa động lượng p_X và động năng K_X của hạt X là:

c. Năng lượng phản ứng hạt nhân:   W= ( - ).c²0

Trong đó:   m_trước là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng.

                  m_sau là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng.

               W > 0  m_trước > m_sau :  Tỏa năng lượng.   (dưới dạng động năng của các hạt tạo thành hoặc phôtôn g. Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn.)

                W < 0  m_trước < m_sau :  Thu năng lượng (dưới dạng động năng của các hạt ban đầu hoặc phôtôn g. Các hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ hơn nên kém bền vững.)

   2.  Hiện tượng phóng xạ - HT phân rã hạt nhân.

a. Định nghĩa: Hiện tượng phóng xạ: là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững( tự nhiên hay nhân tạo) tạo ra các hạt và kèm theo sự phát ra các bức xạ địên từ.

- Hạt nhân tự phân hủy gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân được tạo thành sau khi phân hủy gọi là hạt nhân con.              tia phóng xạ.

   b. Các dạng tia phóng xạ:

      - Phóng xạ :  tia  là dòng hạt nhân , với vận tốc 2.10⁷m/s. Đi được chừng vài cm trong không khí, và chừng vài mm trong vật rắn. Iôn hóa không khí mạnh, đâm xuyên yếu.     

      - Tia b^- và b⁺ chuyển động với tốc độ » c, truyền được vài mét trong không khí và vài mm trong kim loại. Iôn hóa không khí yếu, đâm xuyên mạnh hơn tia .    

   + Phóng xạ: Tia  là dòng các êlectrôn  

   + Phóng xạ :  Tia  là dòng các pôzitrôn             

     - Phóng xạ  :  Tia  là sóng điện từ.  Phóng xạ g là phóng xạ đi kèm phóng xạ b^- và b⁺. Tia g đi được vài mét trong bêtông và vài cm trong chì.

c. Quy tắc dịch chuyển của sự phóng xạ

c1. Phóng xạ a ():

    So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn và có số khối giảm 4 đơn vị.

c2. Phóng xạ b^- ():

    So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối.

    Thực chất của phóng xạ b^- là một hạt nơtrôn biến thành một hạt prôtôn, một hạt electrôn và một hạt nơtrinô:

   - Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc rất nhỏ) chuyển động với vận tốc của ánh sáng và hầu như không tương tác với vật chất.

c3. Phóng xạ b⁺ ():

    So với hạt nhân mẹ, hạt nhân con lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn và có cùng số khối.

    Thực chất của phóng xạ b⁺ là một hạt prôtôn biến thành một hạt nơtrôn, một hạt pôzitrôn và một hạt nơtrinô:        

c4. Phóng xạ g (hạt phôtôn)

     Hạt nhân con sinh ra ở trạng thái kích thích có mức năng lượng E₁ chuyển xuống mức năng lượng E₂ đồng thời phóng ra một phôtôn có năng lượng

         

     * Chú ý: Trong phóng xạ g không có sự biến đổi hạt nhân Þ phóng xạ g thường đi kèm theo phóng xạ a và b.

d. Định luật phóng xạ

d1. Chu kì bán rã : là khoảng thời gian để ½ số hạt nhân nguyên tử biến đổi thành hạt nhân khác.

                 : Hằng số phóng xạ()

d2. Số nguyên tử chất phóng xạ còn lại sau thời gian t

         

   Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t

         

Trong đó:

 N₀, m₀ là số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu                              : là hằng số phóng xạ

 l và T không phụ thuộc vào các tác động bên ngoài mà chỉ phụ thuộc bản chất bên trong của chất phóng xạ.

d3. Số hạt nhân bị phân rã bằng số hạt nhân con được tạo thành và bằng số hạt (a hoặc e^- hoặc e⁺) được tạo thành:

         

    Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t

         

d4. Độ phóng xạ H:

   Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, đo bằng số phân rã trong 1 giây.

         

          H₀ = lN₀  là độ phóng xạ ban đầu.

H = lN  là độ phóng xạ tại thời điểm t

   Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = 1 phân rã/giây

                Curi (Ci);        1 Ci = 3,7.10¹⁰ Bq

* Chú ý: Khi tính độ phóng xạ H, H₀ (Bq) thì chu kỳ phóng xạ T phải đổi ra đơn vị giây(s).

3. Các hằng số và đơn vị thường sử dụng:

* Số Avôgađrô: N_A = 6,022.10²³ mol^-1

* Đơn vị năng lượng: 1eV = 1,6.10^-19 J; 1MeV = 1,6.10^-13 J

* Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10^-27kg = 931,5 MeV/c²

* Điện tích nguyên tố: |e| = 1,6.10^-19 C

* Khối lượng prôtôn: m_p = 1,0073u

* Khối lượng nơtrôn: m_n = 1,0087u

* Khối lượng electrôn: m_e = 9,1.10^-31kg = 0,0005u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          CHƯƠNG II : CÁC DẠNG TOÁN VẬT LÍ HẠT NHÂN

I. Một số dạng toán cơ bản:

Loại 1: Bài tập về hiện tượng phóng xạ.

Bài 1: Xác định số Proton, Nơtron (N), Nuclon của hạt nhân heli.

Giải:

+ Số proton Z = 2

+ Số nuclon A = 4

+ Số nơtron N = A - Z = 2

Bài 2: Xác định số Proton, Nơtron (N), Nuclon của hạt nhân  ,  , .

Bài 3. Tính độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân . Biết m_p = 1,007276u; m_n = 1,008665u; m_e = 0,000549u, khối lượng của nguyên tử oxi là m_o = 15,994910u; 1uc² = 931,5MeV.

Giải:

+ Ta có độ hụt khối là:

+ W_lk = Δm.c² = 0,137uc² = 0,137.931,5 = 127,6 MeV

Bài 4 . Tính năng lượng liên kết riêng của sắt . Biết m_n = 1,00866u; m_p = 1,00728u; m_Fe = 55,9349u

Giải:

+ Ta có

 

/nuclon

Bài 5: Tính năng lượng liên kết riêng của các hạt nhân .

ĐS: 7,5MeV/nuclon; 8,8MeV/nuclon; 7,6 MeV/nuclon; 1,1178MeV/nuclon

Bài 6: Hạt nhân hêli có khối lượng 4,0015u. Tính năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 mol hêli.

ĐS: 2,73.10¹²J

Bài 7: Cần tốn bao nhiêu năng lượng (tính ra kWh) để tách các hạt nhân trong 1g  thành nơtron và proton tự do?

ĐS: 18,7.10⁴ kWh

Bài 8: Tìm số nguyên tử hidro và ôxy trong 2 gam ?

Giải:

+ Số mol         

+ Số phân tử  phân tử

 + Số nguyên tử Hidrô    nguyên tử

+ Số  nguyên tử Ôxy    nguyên tử

Bài 9: Pôlôni là nguyên tố phóng xạ , nó phóng ra một hạt  và biến đổi thành hạt nhân con X. Chu kì bán rã của Pôlôni là T = 138ngày.

1. Xác định cấu tạo, tên gọi của hạt nhân con X?

2. Ban đầu có 0,01g. Tính độ phóng xạ của mẫu phóng xạ sau 3chu kì bán rã?

Giải:

1. Xác định hạt nhân con X

+ Ta có phương trình phân rã:

+ Theo các ĐLBT ta có:

2.Từ

Bài 10: Một chất phóng xạ Côban  có chu kì bán rã là 5,33 năm, ban đầu nhận được 1kg .

1. Hỏi sau 15 năm chất Côban còn lại là bao nhiêu?

2. Biết rằng sau khi phân rã phóng xạ Côban biến thành Nicken, hãy tính khối lượng Ni được tạo thành trong khoảng thời gian đó?

3. Sau bao lâu khối lượng côban chỉ còn bằng 10g?

ĐS: 0,14kg; 0,86kg; 35,53 năm

Giải:

           

Bài 11: Biết bán kính hạt nhân rađi được xác định bằng công thức . Hãy tính khối lượng riêng của hạt nhân rađi?

Giải:

Bài 12:Tìm số nguyên tử trong 1 gam chất He. Cho N_A = 6,022.10²³/mol (ĐS: 1,5.10²³)

Bài 13: Tính soá nguyeân töû trong 1 gam khí O₂. Cho N_A = 6,022.10²³/mol; O = 15,995

ĐS: 1,88.10²⁰

Bài 14: Tính soá nguyeân töû  oxi  trong 1 gam khí CO₂. C = 12,011, O = 15,995 

ĐS: 274.10²⁰

Bài 15. Phản ứng phân rã của Urani có dạng:

Chu kì bán rã của  là T = 4,5.10⁹năm. Lúc đầu có 1g  nguyên chất:

1. Tính độ phóng xạ sau 9.10⁹năm.

2. Tính số hạt nhân  bị phân rã sau 1năm. Coi

ĐS:  H = 3089Bq;  ΔN = 2,525.10²¹

Bài 16.  là chất phóng xạ. Biết độ phóng xạ của 3.10^-9kg chất đó là 58,9Ci.

1. Tìm chu kì bán rã.
2. Hỏi sau bao lâu lượng chất phóng xạ giảm đi 100lần.

ĐS: T = 2872,4s;  t = 19087,86s

Bài 17.  là chất phóng xạ có chu kỳ bán rã 15 giờ. Ban đầu có một lượng  thì sau một khoảng thời gian bao nhiêu lượng chất phóng xạ trên bị phân rã 75%?

ĐS: 30h

Bài 18. Một lượng chất phóng xạ Radon() có khối lượng ban đầu là m₀ = 1mg. Sau 15,2ngày thì độ phóng xạ của nó giảm 93,75%. Tính chu kì bán rã và độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ còn lại.

ĐS : T = 3,8 ngày; H = 3,578.10¹¹

Baøi 19: C«ban  lµ ®ång vÞ phãng x¹ ph¸t ra tia  vµ  víi chu k× b¸n r· T=71,3 ngµy. X¸c ®Þnh tû lÖ phÇn tr¨m chÊt Co bÞ ph©n r· trong 1 th¸ng (30 ngµy).

ĐS: 25,3%

Baøi 20: Ph­¬ng tr×nh phãng x¹ cña P«l«ni cã d¹ng:

          1. Cho chu kú b¸n r· cña P«l«ni T=138 ngµy. Gi¶ sö khèi l­îng ban ®Çu m₀=1g. Hái sau bao l©u khèi l­îng P«l«ni chØ cßn 0,707g?

          2. TÝnh ®é phãng x¹ ban ®Çu cña P«l«ni. Cho N_A=6,023.10²³nguyªn tö/mol.

ĐS: 69 ngày; 1,69.10¹⁴Bq

Baøi 21: Gäi  lµ kho¶ng thêi gian ®Ó sè h¹t nh©n cña mét l­îng chÊt phãng x¹ gi¶m ®i e lÇn (e lµ sè tù nhiªn víi lne=1), T lµ chu kú b¸n r· cña chÊt phãng x¹. Chøng minh r»ng . Hái sau kho¶ng thêi gian 0,51 chÊt phãng x¹ cßn l¹i bao nhiªu phÇn tr¨m l­îng ban ®Çu ? Cho biÕt  e^0,51=0,6.

Baøi 22: H¹t nh©n  phãng ra mét h¹t , mét photon  vµ t¹o thµnh . Mét nguån phãng x¹  cã khèi l­îng ban ®Çu m₀ sau 14,8 ngµy khèi l­îng cña nguån cßn l¹i lµ 2,24g. H·y t×m :

          1. m₀

                    2. Sè h¹t nh©n Ra ®· bÞ ph©n r· vµ khèi l­îng Ra bÞ ph©n r· ?

          3. Khèi l­îng vµ sè h¹t nh©n míi t¹o thµnh ?

          4. ThÓ tÝch khÝ Heli t¹o thµnh (®ktc)

Baøi 23:Thí nghiệm đo chu kì bán rã của chất phóng xạ người ta dùng máy đếm xung. Khi một hạt đập  vào máy thì trong máy xuất hiện một  xung điện và hệ  đếm của máy tăng số đếm thêm một đơn vị. Ban đầu máy đếm được 360 xung trong một phút. Sau đó 2 giờ máy đếm được 90 xung trong một phút ( trong cùng một điều kiện ). Bỏ qua tác dụng của trọng lực.

a) Xác định chu kì bán rã của chất phóng xạ đó.

b) Các hạt phóng ra được hướng vào một điện trường đều của tụ điện phẳng:

          + Tìm phương trình quỹ đạo của hạt  trong điện trường đó.

          + Khi vừa ra khỏi điện trường, hạt bị lệch so với phương ban đầu một góc .

Tính giá trị v_o.

-

V0

-

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

O

 Cho biết hiệu điện thế trên tụ là U = 100V, khoảng cách giữa hai bản của tụ d = 10cm và chiều dài của mỗi bản là  = 20cm và .

 

Giải:

a) Xác định chu kì bán rã của chất phóng xạ:

 - Gọi :      n : số xung đếm được

                 : thời gian phân rã

                  t : thời gian giữa 2 lần đếm

                 : số hạt bị phân rã

      số xung đếm được = số hạt bị phân rã

                              n =

N2

N02

N1

N01

t = 2 giờ

                + Lần thứ I :        n₁ =

 

                + Lần thứ II :      n₂ =

                + Lập tỉ số :     

 

-

V0

-

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

y

x

O

                       giờ

 

b) Tìm phương trình quỹ đạo của hạt:

- Chuyển động của hạt là ném ngang.

- Lập hệ tọa độ như hình vẽ.

- Phân tích thành 2 chuyển động :

   + Ox :  chuyển động thẳng đều

                 x = v_ot           (1)

   + Oy :  chđ nhdđ không vận tốc đầu

                 y = a.t²      (2)

- Từ (1) & (2) :    y = x²         (3)

* Tìm a:   Theo định luật II Niu-tơn :  ma = F = eE =

                       a =                        (4)

- Thay (4) vào (3) :  y =      (5)

 

* Tính giá trị v_o:   

- Lấy đạo hàm 2 vế phương trình (5), ta được :

          y^/ = x^/             ;    mà :  y^/ = v_y   và   x^/ = v_x 

   = =     ;    khi vừa ra khỏi tụ điện thì :  x =

- Vậy :    v_o == 1,4.10 ⁷ m/s

Cho biÕt chu kú ph©n r· cña  lµ 3,7 ngµy vµ sè Av«ga®r« N_A=6,02.10²³mol^-1.

Baøi 24: Magiê  phóng xạ với chu kì bán rã là T, vào lúc t₁ độ phóng xạ của một mẫu magiê là 2,4.10⁶ Bq. Vào lúc t₂ độ phóng xạ của mẫu magiê đó là 8.10⁵ Bq. Số hạt nhân bị phân rã từ thời điểm t₁ đến thời điểm t₂  là 13,85.10⁸ hạt nhân. Tìm chu kì bán rã T?

Giải: Ta có:

 H₁ = lN₀

 H₂ = lN  Þ H₁ – H₂ = l(N₀ – N)

  

= 10 phút

Baøi 25: Để xác định lượng máu trong bệnh nhân người ta tiêm vào máu một người một lượng nhỏ dung dịch chứa đồng vị phóng xạ Na24 (chu kỳ bán rã 15 giờ) có độ phóng xạ 2mCi. Sau 7,5 giờ người ta lấy ra 1 cm³ máu người đó thì thấy nó có độ phóng xạ 502 phân rã/phút. Thể tích máu của người đó bằng bao nhiêu?

Giải: Ta có:

H₀ = 2.10^-6.3,7.10¹⁰ = 7,4.10⁴ Bq; 

H = 502V phân rã/phút = 8,37V Bq (V thể tích của máu: cm³ )

H = H₀.2^-t/T = H_0. 2^-0,5  => 2^-0,5 =  =  =>  8,37 V = 7,4.10⁴.2^-0,5

=> V = = 6251,6 cm³ = 6,25 dm³ = 6,25 lit.

Baøi 26: Để đo chu kỳ bán rã của 1 chất phóng xạ, người ta dùng máy đếm xung. Ban đầu trong 1 phút máy đếm được 14 xung, nhưng sau 2 giờ đo lần thứ nhất, máy chỉ đếm được 10 xung trong 1 phút. Tính chu kỳ bán rã của chất phóng xạ. Lấy .

ĐS:  T = 2t = 4 giờ

Baøi 27: Để xác định chu kỳ bán rã T của một đồng vị phóng xạ, người ta thường đo khối lượng đồng vị phóng xạ đó trong mẫu chất khác nhau 8 ngày được các thông số đo là 8µg và 2µg.Tìm chu kỳ bán rã T của đồng vị đó?

Giải: Ta có:    m₁ = m₀.; m₂ = m₀.=> ==

=> T =  = =

Baøi 28: Ban đầu (t = 0) có một mẫu chất phóng xạ X nguyên chất. Ở thời điểm t₁ mẫu chất phóng xạ X còn lại 20% hạt nhân chưa bị phân rã. Đến thời điểm t₂ = t₁ + 100 (s) số hạt nhân X chưa bị phân rã chỉ còn 5% so với số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của chất phóng xạ đó là

Giải: Ta có: N = N_0.  ð =

Theo bài ra: = = 20% = 0,2 (1);  = = 5% = 0,05 (2).   

Từ (1) và (2) suy ra: = = = 4 = 2²

 ð = 2 ð T = = 50 s.

Baøi 29:Chất phóng xạ poolooni  phát ra tia  và biến đổi thành chì . Cho chu kì của  là 138 ngày. Ban đầu (t = 0) có một mẫu pôlôni chuyên chất. Tại thời điểm t₁, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là . Tại thời điểm t₂ = t₁ + 276 ngày, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni và số hạt nhân chì trong mẫu là

Giải:

Ta có: Phương trình phóng xạ  hạt nhân: +

Số hạt nhân chì sinh ra bằng số hạt Poloni bị phân rã:

Ở thời điểm t₁:  ngày

Ở thời điểm t₂ = t₁ + 276 = 552 ngày = 4T Þ k₂ = 4

 

Baøi 30:Do hiện tượng xói mòn, một phần đá bị tan vào nước biển. Một số hạt này có chứa urani 234 (). U234 là một chất phóng xạ và khi phân rã nó cho ta thôri 230 (  ). Th230 cũng là chất phóng xạ α có chu kì bán rã 80000 năm. Urani tan vào nước biển, trong khi đó thôri không tan và lắng xuống đáy biển. Nồng độ urani không đổi trong nước biển, ta suy ra tốc độ lắng của thôri xuống đáy biển cũng không đổi.

          1. Viết các phương trình phân rã tương ứng với các phóng xạ trên.

          2. Một mẫu vật dạng hình trụ có chiều cao h =100cm được lấy ở đáy biển. Phân tích lớp bề mặt phía trên của mẫu người ta thấy nó chứa 2.10 ^{- 6}g thôri 230, trong khi đó một lớp bề mặt phía dưới cùng của mẫu chỉ chứa 0,24.10 ^{- 6}g thôri 230. Tìm tốc độ tích tụ của trầm tích biển ở vị trí lấy mẫu (theo đơn vị m/năm).

Giải:

Ở lớp dưới của mẫu vì lắng đã lâu nên lượng thôri giảm, ở lớp trên của mẫu vừa mới lắng nên lượng thôri còn nhiều.

Thời gian tích tụ để có mẫu trên được tính theo công thức:

mo= 2.10-6g; m= 0,24.10-6 g; λ=; T= 80 000 năm

t = 2,45.10 5 năm

Tốc độ lắng là: = 4,1.10 - 6 m/năm

Bài 31: Một mẫu gỗ cổ đại có độ phóng xạ ít hơn 4 lần so với mẫu gỗ cùng loại cùng khối lượng vừa mới chặt .Biết chu kì bán rã của C14 là T = 5570 năm .Tuổi của mẫu gỗ là bao nhiêu?

Giải: Ta có: H = => t = 2T = 11140 năm 

Bài 32: Độ phóng xạ của một tượng cổ bằng gỗ khối lượng M là 8Bq. Độ phóng xạ của mẫu gỗ khối lượng 1,5M của một cây vừa mới chặt là 15Bq. Xác định tuổi của bức tượng cổ? Biết chu kì bán rã của C14 là T=5600 năm.

Giải:

Bài 33: Cho biết U và U là các chất phóng xạ có chu kì bán rã lần lượt là T₁ = 4,5.10⁹ năm và T₂ = 7,13.10⁸ năm. Hiện nay trong quặng urani thiên nhiên có lẫn U và  U theo tỉ lệ 160:1. Giả thiết ở thời điểm ban đầu tạo thành Trái Đất thì tỉ lệ trên là 1:1. Tuổi hình thành của Trái Đất là bao nhiêu?

Giải:

Ta có: Gọi khối lượng ban đầu của mỗi mẫu là m₀

 m₁ = ; m₂ = ; = 160 => T = . = 6,2.10⁹ năm    

Bài 34: Thµnh phÇn ®ång vÞ phãng x¹ C14 cã trong khÝ quyÓn cã chu kú b¸n r· lµ 5568 n¨m. Mäi thùc vËt sèng trªn Tr¸i §Êt hÊp thô cacbon d­íi d¹ng CO₂ ®Òu chøa mét l­îng c©n b»ng C14. Trong mét ng«i mé cæ, ng­êi ta t×m thÊy mét m¶nh x­¬ng nÆng 18g víi ®é phãng x¹ 112 ph©n r·/phót. Hái vËt h÷u c¬ nµy ®· chÕt c¸ch ®©y bao nhiªu l©u, biÕt ®é phãng x¹ tõ C14 ë thùc vËt sèng lµ 216 ph©n r·/g.phót.

ĐS: 5280 năm

Bài 35: Trong c¸c mÉu quÆng Urani ng­êi ta th­êng thÊy cã lÉn ch× Pb206 cïng víi Urani U238. BiÕt chu kú b¸n r· cña U238 lµ 4,5.10⁹ n¨m, h·y tÝnh tuæi cña quÆng trong c¸c tr­êng hîp sau:

          1. Khi tû lÖ t×m thÊy lµ cø 10 nguyªn tö Urani th× cã 2 nguyªn tö ch×.

          2. Tû lÖ khèi l­îng gi÷a hai chÊt lµ 1g ch× /5g Urani.

ĐS: 1,18.10⁹ năm và 1,23.10⁹ năm

Loại 2: Phản ứng:

Bài 36: Hạt nhân  hấp thụ một hạt n sinh ra x hạt , y hạt , 1hạt và 4 hạt n. Viết phương trình phản ứng đầy đủ.

Giải

+ Phương trình phản ứng hạt nhân: + n

+ Ta có

Bài 37: Phản ứng phân rã của Urani có dạng:.Xác định x và y

ĐS: x= 8, y = 6

Bài 38: Cho phản ứng hạt nhân:

1. Xác định X.

2. Tính năng lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng trên. Biết

Mm_Be = 9,01219u; m_H = 1,00783u; m_Li = 6,01513u; m_X = 4,00260u

1uc² = 931,5MeV.

1.  

2. = 2,133MeV W > 0: Tỏa năng lượng

Bài 39: Cho phản ứng hạt nhân:

1. Tính khối lượng của hạt nhân Li
2. Tính năng lượng tỏa ra khi phân tích hoàn toàn 1gLi.

Biết m_n = 1,0087u; m_T = 3,016u; m = 4,0015u; 1uc² = 931,5MeV. Bỏ qua động năng ban đầu của các hạt.

Giải

1. Từ => W = 4,8 MeV

W = (m_tr - m_s).c²  = 4,8

=> m_Li = 6,014u

2. Số hạt nhân Li trong 1g là

Năng lượng tỏa ra là Q = NW =

Bài 40: Dưới tác dụng của bức xạ γ, hạt nhân của các đồng vị bền của và có thể tách thành các hạt nhân α và sinh hoặc không sinh các hạt khác kèm theo.

1. Viết phương trình phản ứng?

2. Xác định tần số tối thiểu của các lượng tử γ để thực hiện các phản ứng đó.

Cho m_Be = 9,01219u; m_He = 4,002604u; m_C = 1u= 1,66055.10^-27kg, m_n = 1,00867u

Giải:

1. (1)

  (2)

2. Tần số tối thiểu của các lượng tử γ được xác định bởi: hf ≥ IWI

 c²

=>  f_1min = 3,8.10²⁰ Hz

=>  f_2min = 1,762.10²¹ Hz

Bài 41. Pôlôni là nguyên tố phóng xạ  với chu kì bán rã là T = 138ngày.

1. 1. Viết phương trình phóng xạ và khối lượng ban đầu của polôni. Biết H₀ = 1,67.10¹¹Bq.
   2. Sau thời gian bao lâu độ phóng xạ của nó giảm đi 16lần.
   3. Tìm năng lượng tỏa ra khi chất phóng xạ trên phân rã hết.

ĐS:  1.  và m_o = 1mg

 2. t= 552 ngày

                      3. W = 5,4MeV, Trong m₀ = 1mg có N₀ =

Q = N₀.W = 2,867.10¹⁸.5,4.1,6.10^-13 = 2,47.10⁶J = 2,47MJ

Dạng 3: Xác định động năng của hạt nhân

Bài 43:   Một hạt  có động năng  đến va chạm với hạt nhân nhôm  đang đứng yên, gây ra phản ứng: .  Biết vận tốc của nơtron bắn ra có phương vuông góc với vận tốc của hạt . Hãy tính động năng và tốc độ của hạt nhân X. Cho biết: khối lượng của hạt, nơtron, nhôm  và hạt nhân X lần lượt là ; 1u = 931,5 MeV/c  =1,66055.10- 27(kg); c = 3.108 (m/s). Giải

W = Ksau - Ktrước =Kn + KP - Kα à KX + Kn = 5,026595 (1)

à 2mxKx = 2mnKn+2mαKα

à29,97005KX – 1,00867Kn= 30,81155 (2)

à Kx = 1,1583MeV và vX  = 2,73.106 (m/s)

 Bài 44: H¹t a cã ®éng n¨ng K_a = 3,1MeV ®Ëp vµo h¹t nh©n nh«m đứng yên g©y ra ph¶n øng , khèi l­îng cña c¸c h¹t nh©n lµ m_a = 4,0015u, m_Al = 26,97435u, m_P = 29,97005u, m_n = 1,008670u, 1u = 931Mev/c². Gi¶ sö hai h¹t sinh ra cã cïng vËn tèc. §éng n¨ng cña h¹t n lµ bao nhiêu?

Giải:

  W = (m_a + m_Al -  m_P - m_n ) uc² = - 0,00287uc² = - 2,672 MeV = K_P + K_n - K_a  

à  K_P + K_n = K_a + W = 0,428 MeV   K_P =  ;  K_n =   mà v_P = v_n

à     

Bài 45. Một hạt  có động năng 4MeV bắn vào hạt nhân nhôm đứng yên,, người ta thấy có các hạt nơtron sinh ra chuyển động theo phương vuông góc với phương chuyển động của hạt .

1. Tính động năng của nơtron và hạt nhân được sinh ra sau phản ứng?

2. Tính góc tạo bởi phương chuyển động của các hạt sau phản ứng? Biết ; m_Al = 26,97435u ; m_X = 29,97005u ; ;1uc² = 931,5MeV.

ĐS: K_n = 0,74MeV, K_P = 0,56MeV , =120^o

Bài 46: Bắn phá hạt anpha vào hạt nhân nitơ  đang đứng yên tạo ra  và . Năng lượng của phản ứng là -1,21MeV.Giả sử hai hạt sinh ra có cùng vecto vận tốc. Động năng của hạt anpha:(xem khối lượng hạt nhân tính theo đơn vị u gần bằng số khối của nó)
ĐS: 1,56MeV

Bài 47: Cho phản ứng hạt nhân:

m_Be = 9,01219u; m_H = 1,00783u; m_Li = 6,01513u; m_X = 4,00260u; 1uc² = 931,5MeV.

Biết hạt proton có động năng 5,45MeV bắn phá hạt nhân Be đứng yên, Be bay ra với động năng 3,55MeV. Tìm động năng của hạt X?

ĐS: 4,033MeV

Bài 48:  H¹t nh©n  cã tÝnh phãng x¹ . Tr­íc khi phãng x¹ h¹t nh©n Po ®øng yªn. TÝnh ®éng n¨ng cña h¹t nh©n X sau phãng x¹. Cho khèi l­îng h¹t nh©n Po lµ m_Po=209,93733u, m_X=205,92944u, m=4,00150u, 1u=931MeV/c².

ĐS: 0,11346MeV

Bài 49: H·y viÕt ph­¬ng tr×nh phãng x¹  cña Randon ().Cã bao nhiªu phÇn tr¨m n¨ng l­îng to¶ ra trong ph¶n øng trªn ®­îc chuyÓn thµnh ®éng n¨ng cña h¹t ? Coi r»ng h¹t nh©n Randon ban ®Çu ®øng yªn vµ khèi l­îng h¹t nh©n tÝnh theo ®¬n vÞ khèi l­îng nguyªn tö b»ng sè khèi cña nã.

ĐS: 98,2%

Bài 50: Một lò phản ứng phân hạch có công suất 200MW. Cho rằng toàn bộ năng lượng mà lò phản ứng này sinh ra đều do sự phân hạch của ²³⁵U và đồng vị này chỉ bị tiêu hao bởi quá trình phân hạch. Coi mỗi năm có 365 ngày; mỗi phân hạch sinh ra 200MeV; số A- vô- ga –đro N_A=6,02.10²³mol^-1. Khối lượng ²³⁵U mà lò phản ứng tiêu thụ trong 3 năm là bao nhiêu?

ĐS: 230,8kg                  

Loại 3: Bài tập về đồng vị

 

Bài 51: A, B là 2 đồng vị của 1 nguyên tố. A có nguyên tử khối = 24, đồng vị B hơn A 1 n. Tính nguyên tử khối trung bình của 2 đồng vị biết tỉ lệ số nguyên tử của 2 đồng vị A, B là 3:2.

     Giải:  

Theo giả thiết à nguyên tử khối của B = 25

            Đặt số nguyên tử đồng vị A là 3x à số nguyên tử đồng vị B là 2x

            à  =  = 24,4

Bài 52: Nguyên tố Cu có nguyên tử khối trung bình = 63,54 có 2 đồng vị X, Y. Biết tổng số khối của 2 đông vị = 128, tỉ lệ số nguyên tử 2 đồng vị X:y = 0,37. Xác định số khối của 2 đồng vị ?

     Giải:

Vì nguyên tử khối » số khối

            Đặt số khối của đồng vị X, Y tương ứng là  x , y

            Theo gt có x = y = 128  (10

            Đặt số nguyên tử của đồng vị X là 0,37a à số ngtử của đồng vị Y là a

            Từ  (1,2) à X = 63,  Y = 65

Bài 53: Clo có hai đồng vị là . Tỉ lệ số nguyên tử của hai đồng vị này là 3 : 1. Tính nguyên tử lượng trung bình của Clo.  ĐS: 35,5

Bài 54: Brom có hai đồng vị là . Tỉ lệ số nguyên tử của hai đồng vị này là 27 : 23. Tính nguyên tử lượng trung bình của Brom.  ĐS: 79,91

Bài 55: Đồng có hai đồng vị có số khối là 63 và 65. Hãy tính xem ứng với 27 đồng vị có số khối là 65 thì có bao nhiêu đồng vị có số khối là 63? Biết .  ĐS: 73

Bài 56: Neon có hai đồng vị là ²⁰Ne và ²²Ne. Hãy tính xem ứng với 18 nguyên tử ²²Ne thì có bao nhiêu  nguyên tử ²⁰Ne?  Biết . ĐS: 182

Loại 4: Bài tập về thuyết tương đối hẹp

Bài 57: Một hạt có khối lượng nghỉ m₀. Theo thuyết tương đối, khối lượng động (khối lượng tương đối tính) của hạt này khi chuyển động với tốc độ 0,6c (c là tốc độ ánh sáng trong chân không) là:

Giải:

Bài 58: Einstein đưa ra lí thuyết tương đối hẹp của mình lần đầu tiên vào năm 1905 với phương trình cho biết mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng E = mc², với c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Đồng thời cũng đưa ra công thức về khối lượng tương đối tính m =  và động lượng tương đối tính p = mv. Cũng theo lí thuyết tương đối hẹp E = E_o + W_đ là năng lượng toàn phần, E_o = m_oc² là năng lượng nghỉ và W_đ là động năng.

a) Chứng minh hệ thức giữa năng lượng và động lượng của vật:  E² –  = p²c².  

b) Hãy vận dụng hệ thức vừa chứng minh ở câu trên để tính động lượng của một hạt, lúc hạt có động năng là W_đ = 0,8 MeV. Biết khối lượng nghỉ của hạt đó là m_o = 0,511 MeV/c².

Giải

a) - Ta có công thức về khối lượng tương đối tính :  m = - Suy ra :      m2c2 – m2v2 = c2          m2c2 – c2  = m2v2       m2c2c2 – c2c2  = m2v2c2            Vậy, ta có :   E2 –  = p2.c2   b) Tính động lượng của một hạt:     - Ta có :  E2 –  = p2.c2     ( Eo + Wđ )2 –  = p2.c2             2EoWđ + = p2.c2     2moc2Wđ + = p2.c2   - Thay số :  2. 0,511 c2.0,8 MeV + ( 0,8 MeV )2 = p2.c2   - Rút ra : p = 1,2 = 6,4.10 – 22 kgm/s

Bài 59: Vận tốc của một hạt phải bằng bao nhiêu để động năng của hạt bằng 2 lần năng lượng nghĩ của nó. Lấy c =3.10⁸m/s. ĐS: 2,828.10⁸ m/s

Bài 60: Một hạt có động năng bằng năng lượng nghỉ của nó. Vận tốc của hạt đó là bao nhiêu?

ĐS: 2,6.10⁸m/s.

II. Bài tập làm thêm:

Bài 1: Hạt nhân  là một chất phóng xạ, nó phóng ra tia  có chu kì bán rã là 5730 năm.

a) Viết phương trình của phản ứng phân rã?

b) Sau bao lâu lượng chất phóng xạ của một mẫu chỉ còn bằng 1/8 lượng chất phóng xạ ban đầu của mẫu đó?

c) Trong cây cối có chất . Độ phóng xạ của một mẫu gỗ tươi và một mẫu gỗ cổ đại đã chết cùng khối lượng lần lượt là 0,250 Bq và 0,215 Bq. Xác định xem mẫu gỗ cổ đại đã chết cách đây bao lâu?

ĐS: 17190 năm; 1250 năm

Bài 2: Pooloni  là chất phóng xạ  tạo thành hạt nhân chì. Chu kì bán rã của hạt nhân  là 140 ngày. Sau thời gian t = 420 ngày (kề từ thời điểm bắt đầu khảo sát) người ta nhận được 10,3 gam chì.

a) Tính khối lượng Poloni tại t = 0

b) Tính thời gian để tỷ lệ giữa khối lượng chì và khối lượng Poloni là 0,8

c). Tính thể tích khí He tạo thành khi tỷ lệ giữa khối lượng chì và khối lượng Poloni là 0,8

  ĐS:      12g;  120,45 ngày;  574,96 cm³  

Bài 3: Đồng vị  phóng xạ  thành chì. Ban đầu mẫu Po có khối lượng 1mg. Tại thời điểm t₁ tỷ lệ giữa số hạt nhân Pb và số hạt nhân Po trong mẫu là 7:1. Tại thời điểm t₂ = t₁+414 ngày thì tỷ lệ đó là 63:1.

a) Chu kì phóng xạ của Po

b) Độ phóng xạ đo được tại thời điểm t₁ là

 ĐS: 138 ngày   ;  0,5631Ci  

Bài 4: Một mẫu  tại t=0 có khối lượng 48g. Sau thời gian 30 giờ mẫu Na còn lại 12g. Biết  là chất phóng xạ  tạo thành hạt nhân con .

a) Tính chu kì phóng xạ của                    

b) Tính độ phóng xạ của mẫu Na ở trên khi có 42g  tạo thành.

   ĐS: 15h;  2,56.10¹⁸ Bq

Bài 5: Nhờ một máy đếm xung, người ta có được thông tin sau về 1 chất phóng xạ X. Ban đầu, trong thời gian 2 phút có 3200 nguyên tử của chất X phóng xạ, nhưng 4 giờ sau (kể từ thời điểm ban đầu) thì trong 2 phút chỉ có 200 nguyên tử phóng ra. Chu kì bán rã của chất phóng xạ này là

   ĐS: 1 giờ  

Bài 6: Độ phóng xạ của 3mg  là 3,41Ci. Chu kì bán rã T của  là

   ĐS: 5,24 năm.

Bài 7: Độ phóng xạ  của một tượng gỗ bằng 0,8 lần độ phóng xạ của một khúc gỗ cùng khối lượng vừa mới chặt. Biết chu kì bán rã của C14 bằng 5600 năm. Tuổi của tượng gỗ là

   ĐS: 1803 năm.

Bài 8: Khi phân tích một mẫu gỗ, người ta xác định được rằng 87,5% số nguyên tử đồng vị phóng xạ  đã bị phân rã thành các nguyên tử . Biết chu kì bán rã của  là T = 5570 năm. Tuổi của mẫu gỗ này là

   ĐS: 16714 năm.            

Bài 9: Pôlôni() là chất phóng xạ, phát ra hạt  và biến thành hạt nhân Chì (Pb). Po có chu kì bán rã là 138 ngày. Ban đầu có 1kg chất phóng xạ trên. Hỏi sau bao lâu lượng chất trên bị phân rã 968,75g?

   ĐS:  690 ngày.   

Bài 10: Áp dụng phương pháp dùng đồng vị phóng xạ  để định tuổi của các cổ vật. Kết quả đo cho thấy độ phóng xạ của một tượng cổ bằng gỗ khối lượng m là 4Bq. Trong khi đó độ phóng xạ của một mẫu gỗ khối lượng 2m của một cây vừa mới được chặt là 10Bq. Lấy T = 5570 năm. Tuổi của tượng cổ này là

   ĐS: 1794 năm

Bài 11: Hạt nhân Cl₁₇³⁷  có khối lượng nghỉ bằng 36,956563u. Biết khối lượng của nơtrôn (nơtron) là1,008670u, khối lượng của prôtôn (prôton) là 1,007276u và u = 931 MeV/c². Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân Cl1737 bằng bao nhiêu?  ĐS: 8,5684 MeV.

Bài 12: Urani  sau nhiều lần phóng xạ α  và  biến thành Pb. Biết chu kỳ bán rã của sự biến đổi này là T=4,6.10⁹ năm. Giả sử ban đầu một loại đá chỉ chứa urani, không chứa chì. Nếu hiện nay tỷ lệ các khối lượng của urani và chì là , thì tuổi của đá ấy là bao nhiêu?

    ĐS: năm           

Bài 13: Dùng một hạt  có động năng 7,7MeV bắn vào hạt nhân đang đứng yên gây ra phản ứng . Hạt  proton bay ra theo phương vuông góc với phương bay tới của hạt . Cho khối lượng các hạt nhân . Biết . Động năng của hạt là:

    ĐS: 2,214MeV  

Bài 14: Một nhà máy điện nguyên tử tiêu thụ 19,2 kg U235 mỗi năm. Biết hiệu suất của nhà máy là 25%, hãy tính công suất của nhà máy điện.

ĐS: 1,25.10⁵KW

Bài 15: Hiện nay urani tự nhiên chứa hai đồng vị phóng xạ  ²³⁵U và ²³⁸U, với tỉ lệ số hạt ²³⁵U và số hạt ²³⁸U là 7/1000. Biết chu kí bán rã của ²³⁵U và ²³⁸U lần lượt là 7,00.10⁸năm và 4,50.10⁹ năm. Cách đây bao nhiêu năm, urani tự nhiên có tỷ lệ số hạt ²³⁵U và số hạt ²³⁸U là 3/100?

ĐS: 1,74 tỉ năm     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHƯƠNG III : CÁC BÀI TOÁN KIỂM TRA CUỐI KỲ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI

Bài 1: Cho: m_C = 12,00000 u; m_p = 1,00728 u; m_n = 1,00867 u; 1u = 1,66058.10^-27 kg; 1eV = 1,6.10^-19 J ; c = 3.10⁸ m/s. Năng lượng tối thiểu để tách hạt nhân  C ¹²₆  thành các nuclôn riêng biệt bằng bao nhiêu?

ĐS:  89,4 MeV.               

Bài 2: Cho phản ứng hạt nhân . Năng lượng tỏa ra khi tổng hợp được 1 g khí heli xấp xỉ bằng bao nhiêu?

       ĐS:  4,24.10¹¹J.

Bài 3: Dùng hạt prôtôn có động năng 1,6 MeV bắn vào hạt nhân liti () đứng yên. Giả sử sau phản ứng thu được hai hạt giống nhau có cùng động năng và không kèm theo tia g. Biết năng lượng tỏa ra của phản ứng là 17,4 MeV. Động năng của mỗi hạt sinh ra là bao nhiêu?

      ĐS: 9,5 MeV.      

Bài 4: Bắn một prôtôn vào hạt nhân  đứng yên. Phản ứng tạo ra hai hạt nhân X giống nhau bay ra với cùng tốc độ và theo các phương hợp với phương tới của prôtôn các góc bằng nhau là 60⁰. Lấy khối lượng của mỗi hạt nhân tính theo đơn vị u bằng số khối của nó. Tỉ số giữa tốc độ của prôtôn và tốc độ của hạt nhân X là bao nhiêu?

       ĐS:  4.

Bài 5: Chất phóng xạ pôlôni  phát ra tia a và biến đổi thành chì . Cho chu kì bán rã của  là 138 ngày. Ban đầu (t = 0) có một mẫu pôlôni nguyên chất. Tại thời điểm t₁, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni  và số hạt nhân chì trong mẫu là . Tại thời điểm t₂ = t₁ + 276 ngày, tỉ số giữa số hạt nhân pôlôni  và số hạt nhân chì trong mẫu là bao nhiêu?

     ĐS: .

Bài 6: Theo thuyết tương đối, một êlectron có động năng bằng một nửa năng lượng nghỉ của nó thì êlectron này chuyển động với tốc độ bằng bao nhiêu?

    ĐS:  2,24.10⁸ m/s

Bài 7: Hạt nhân urani  sau một chuỗi phân rã, biến đổi thành hạt nhân chì . Trong quá trình đó, chu kì bán rã của  biến đổi thành hạt nhân chì là 4,47.10⁹ năm. Một khối đá được phát hiện có chứa 1,188.10²⁰ hạt nhân  và 6,239.10¹⁸ hạt nhân . Giả sử khối đá lúc mới hình thành không chứa chì và tất cả lượng chì có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của . Tuổi của khối đá khi được phát hiện là bao nhiêu?

    ĐS: 3,3.10⁸ năm.    

Bài 8:Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã là 12,7 giờ. Sau 38,1 giờ, độ phóng xạ của đồng vị này giảm bao nhiêu phần trăm so với lúc ban đầu?

    ĐS: 87,5%.

Bài 9:  Một mảnh gỗ cổ có độ phóng xạ của  là 3 phân rã/phút. Một lượng gỗ tương đương cho thấy tốc độ đếm xung là 14 xung/phút. Biết rằng chu kì bán rã của  là T = 5570 năm. Tuổi của mảnh gỗ là bao nhiêu?

  ĐS: 12400 năm.

Bài 10: Giữa 2 phần bán nguyệt của một máy gia tốc xiclotron có bán kính R = 50cm người ta đặt một hiệu điện thế xoay chiều U = 80kV có tần số f = 10 MHz. Một chùm hạt proton được gia tốc trong máy này.

1. Xác định cảm ứng từ B của máy gia tốc?
2. Tính vận tốc và   động năng của mỗi hạt proton trước khi bay ra khỏi máy gia tốc và tính số vòng quay của mỗi hạt?

ĐS: B = 0,655T; N = 32 vòng

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

C. KẾT LUẬN

I. Ý nghĩa của đề tài đối với công tác:

Thực tế cho thấy việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi là công việc đầy khó khăn đối với giáo viên các bộ môn nói chung và bộ môn vật lí mà tôi đang đảm nhận nói riêng, nó đòi hỏi rất cao ở người giáo viên. Với sự tâm huyết, lòng yêu nghề thì có lẽ bất kỳ giáo viên nào cũng có thể vượt qua khó khăn để hoàn thành nhiệm vụ thiêng liêng của mình là đào tạo nhân tài cho đất nước.

II. Hiệu quả áp dụng

- Nhờ đổi mới phương pháp dạy học và cách thức ôn tập cho học sinh và rút ra những kinh nghiệm trong việc bồi dưỡng nên trong những năm học qua tôi đã thu được những kết quả sau:

1. Về kiến thức: Đảm bảo cho học sinh có được một hệ thống kiến thức vững chắc, biết tư duy khi giải toán và có kỹ năng xử lí vấn đề của các bài toán vật lí, đặc biệt của bài toán vật lí hạt nhân khi tham gia kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh.
2. Về chất lượng: Bảng thống kê kết quả học sinh giỏi cấp tỉnh môn vật lí của các năm qua:

Năm học	HSG cấp tỉnh Vòng 1	HSG cấp tỉnh Vòng 2	HSG cấp tỉnh MTCT
2012 - 2013	1		1
2013 - 2014	1
2014 - 2015	3	1	1
2015-2016	3	1	1
2017-2018	7	2	1

III. Hướng phát triển:

     Trên đây là một số kinh nghiệm nhỏ mà bản thân tôi đã đúc rút được trong quá trình phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi ở bộ môn vật lí trong những năm qua. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp chân thành của các quý thầy cô và đồng nghiệp để quá trình dạy học của chúng ta ngày càng hoàn thiện hơn.

IV. Đề xuất và kiến nghị:

Sở GD & ĐT tỉnh Long An tổ chức rất nhiều cuộc thi: thi học sinh giỏi văn hóa, thi học sinh giỏi máy tính cầm tay, học sinh giỏi thực hành...Mỗi cuộc thi học sinh đều rất nỗ lực để mong đạt được kết quả tốt nhất. Với xu hướng ra đề áp sát cấu trúc kì thi quốc gia nhưng đề thi cần vừa sức học sinh, phân hóa rõ trình độ, không nên để kết quả chỉ có vài bài quá cao, còn toàn bộ các bài khác thì quá thấp như kì thi học sinh giỏi thực hành vừa rồi.

Do đó trong tất cả các cuộc thi cần đưa rõ cấu trúc đề thi, đề thi cần phân hóa tốt, đảm bảo học sinh nào xuất sắc sẽ đạt điểm cao, nhưng học sinh giỏi khác có thể đạt được điểm trên trung bình. Khi đó học sinh vẫn yêu thích bộ môn và sẽ không nản vì kết quả của kì thi học sinh giỏi.

Tài liệu tham khảo

Các đề bài tập trong các sách tham khảo, đặc biệt là trong các tài liệu sau:

1. 121 bài toán quang lí và vật lí hạt nhân của PGS, PTS Vũ Thanh Khiết (chủ biên) - NXB Đồng Nai 10/1997
2. Giải toán vật lí 12 tập 3 (Dùng cho HS các lớp chuyên) của nhóm tác giả Bùi Quang Hân, Đào Văn Cư, Hồ Văn Huyết, Nguyễn Thành Tương - NXB Giáo Dục 1998
3. Trang web:

https://thuvienvatly.com

https://violet.vn

https:// vatliphothong.com

 

 

 

                                                                      NGƯỜI THỰC HIỆN