Giáo án vật lý 12 - Cấu tạo hạt nhân nguyên tử

CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I.MỤC TIÊU: - Nắm được cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, các thuật ngữ: nuclon, nguyên tử số, số khối, đồng vị, đơn vị khối lượng nguyên tử và viết đúng kí hiệu một hạt nhân. - Hiểu lực hạt nhân, độ hút khối, năng lượng liến kết hạt nhân. II.CHUẨN BỊ: -GV: Vẽ mô hình các đồng vị của hidro; bảng tuần hoàn Menđêlêep. -HS: Ôn tập kiến thức về cấu tạo hạt nhân nguyên tử, điện tích, số khối của hạt nhân. (hóa học lớp 10) III.TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: 1) Ôn tập kiến thức cũ (5’): GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức đã học về nguyên tử hạt nhân, điện tích, số khối của hạt nhân. (Chú ý phát Biểu của từng HS) 2) Giảng bài mới (35’) GV yêu cầu HS xem tranh Bàiếm họa trong SGK. Tiết 1. CẤU TẠO HẠT NHÂN. Hoạt động 1. (15’) CẤU TẠO HẠT NHÂN – NUCLON – ĐỘ HỤT KHỐI Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Từ ý kiến phát Biểu của HS, GV tóm tắt kiến thức về cấu tạo hạt nhân như SGK. -Lưu ý HS nhớ các thuật ngữ nuclon; nguyên tử số, số khối. -Nêu mối quan hệ giữa Z, A, N. -GV trình bày kí hiệu hạt nhân như SGK: AZ X , đưa ra VD và giải thích cấu tạo hạt nhân. Heli: 42 He . H. Hãy giải thích cấu tạo của hạt nhân 23892U ? -GV thông báo về kích thước của hạt nhân như SGK, đưa ra công thức 52.1 (SGK). Nêu câu hỏi C1. +Gợi ý để HS thực hiện. -HS tự suy nghĩ, nhớ lại về cấu tạo hạt nhân, trả lời câu hỏi của GV hướng dẫn. Phương án trả lời: -Hạt nhân U238 gồm có A = 238nuclon, nguyên tử số Z = 92prôton và N = 146 nơtron -HS làm và trả lời câu hỏi C1 (thảo luận nhóm). -Một HS trình bày cách giải. 3 3 1 15 3 1 15 3 4 (1) 3 4 (2) 3 1, 2.10 .238 1, 2.10 .4 59,5 U U He He U He U He V R V R R R V V              a)Cấu tạo hạt nhân: (SGK) b)Kí hiệu hạt nhân: AZ X X: kí hiệu nguyên tố hóa học c)Kích thước hạt nhân. Xem hạt nhân nguyên tử như quả cầu có bán kính: 1 11 31, 2.10 ( )R A m Hoạt động 2. (5’) ĐỒNG VỊ -Lấy VD về đồng vị bằng hình vẽ 3 đồng vị hidro: 11H -Tiếp nhận kiến thức, trả lời Là những nguyên tử mà hạt nhân chứa cùng số proton, khác số 2 1H ; 3 1H . Nêu câu hỏi: H. Hãy nêu đồng vị của một số nguyên tử như thế nào? -Lưu ý HS: hai loại đồng vị: bền và phóng xạ (để nghiên cứu ở bài 53) câu hỏi. -Nêu ví dụ về đồng vị: 235 238 239; ;U U U nơtron. VD: các đồng vị của hidro: 1 1H ; 2 1H ; 3 1H . Hoạt động 3. (20’) ĐƠN VỊ KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ. -GV nêu VD để HS hiểu nếu dùng đơn vị khối lượng kg để đo khối lượng các hạt trong VLHN là không thích hợp. + Thực hiện tính toán. m nguyên tử = mhn + mvỏ mhn >> mv. Từ đó: mhn  m nguyên tử Từ đó giới thiệu đơn vị khối lượng nguyên tử, để tính:  126 1 12 12 C A gu m N   Nêu câu hỏi: -HS ghi nhận thông tin GV Câung cấp, trả lời câu hỏi. -Một nuclon có khối lượng xấp xỉ bằng u, nên khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng Au. -Một HS thực hiện việc Biến đổi: E = mC2 2 Em C   Suy ra đơn vị khối lượng -Đơn vị khối lượng nguyên tử có trị số bằng 1/12 khối lượng đồng vị cacbon 126C  126 271 1,66055.10 12 C u m kg  -Hạt nhân AZ X có khối lượng xấp xỉ Au. -Khối lượng còn có thể đo bằng đơn vị: 2 eV C hoặc 2 MeV C 1MeV = 106eV. U = 931,5 2 MeV C H. Một hạt nhân AZ X thì có khối lượng bao nhiêu? H. Từ hệ thức Anhxtanh, khối lượng cón có thể đo bằng đơn vị gì? -GV giới thiệu đơn vị khối lượng: 2 eV C hoặc 2 MeV C 2 eV C hoặc 2 MeV C Tiết 2. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT Hoạt động 1. (15’) Lực hạt nhân. -Nêu vấn đề và đưa ra khái niệm lực hạt nhân. (SGK) -Có thể trình bày sự tương tự lực hạt nhân hút các nuclon lại với nhau như lực Câulông hút các electron với hạt nhân để tạo thành nguyên tử. -Giới thiệu những đặc điểm của lực hạt nhân sau khi HS trả lời câu hỏi: H. Lực hạt nhân có những -Tiếp nhận thông tin, suy nghĩ để trả lời câu hỏi gợi ý. +Lực hạt nhân phải là lực hút, có cường độ lớn. Lực tương tác giữa các nuclon trong hạt nhân nguyên tử là lực hạt nhân. -Lực cá tác dụng liên kết các nuclon với nhau. -Không phải lực tĩnh điện, là lực hút, có bán kính tác dụng vào khoảng 10-15m. -Có cường độ rất lớn. Muốn tách các nuclon khỏi hạt nhân, phải tốn năng lượng để tách lực hạt đặc điểm gì? H. Để tách các nuclon ra khỏi hạt nhân, bằng cách nào có thể thắng được lực hạt nhân? nhân. Hoạt động 2. (15’) ĐỘ HỤT KHỐI-NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT. Nêu câu hỏi gợi ý: H. Cho hạt nhân AZ X . Hãy viết Biểu thức tổng khối lượng các nuclon tạo thành hạt nhân đó. -Giới thiệu khối lượng m của hạt nhân và chỉ ra mỗi hạt nhân có một độ hụt khối. H. (Từ hệ thức Anhxtanh) hãy viết Biểu thức năng lượng E0 cho hệ A nuclon ban đầu và năng lượng E của hạt nhân? H. Viết Biểu thức liên hệ giữa E và Eo và giải thích vì sao? H. Muốn tách hạt nhân đó -Trả lời câu hỏi. +Lập các Biểu thức: 2 0 2 ( )p nE Zm Nm C E mC    +Rút ra nhận xét: Tồn tại lượng: 0 2 ( ) p nm m m Z N m E E E E mC           Với E = WLK = mC2. -Thảo luận nhóm, dự đoán kết quả: + Vì E < Eo: khi hệ các -Tổng nuclon tạo thành hạt nhân có khối lượng Zmp+Nmn -Hạt nhân có khối lượng m, bao giời m < Zmp+Nmn một lượng: ( ) p nm m m Z N m    m gọi là độ hụt khối của hạt nhân. -Theo thuyết tương đối: + Hệ nuclon có năng lượng: 2 0 ( )p nE Zm Nm C  + Hạt nhân có năng lượng: thành các nuclon riêng lẻ, phải tốn năng lượng thế nào? -Giới thiệu năng lượng liên kết và khái niệm năng lượng liên kết riêng. (SGK) H. Hạt nhân thế nào nếu có năng lượng liên kết riêng lớn? nuclon tạo thành hạt nhân có một phần năng lượng tỏa ra. E = W = mC2. + Để tách hạt nhân thành hệ nuclon phải tốn năng lượng đúng bằng W = mC2. + LKW A : đặc trưng cho tính bền vững của hạt nhân. 2 0E mC E  * Một lượng năng lượng: WLK = mC2 tỏa ra khi hệ các nuclon liên kết thành hạt nhân. * Để tách các nuclon ra khỏi hạt nhân, phải tốn năng lượng WLK = mC2. + WLK: năng lượng liên kết. + LKW A năng lượng liên kết riêng. Hoạt động 3. (10’) Vận dụng - củng cố: -Hướng dẫn HS giải BT6, SGK trang 266. Nêu câu hỏi gợi ý: H. Hạt nhân nguyên tử Heli được cấu tạo thế nào? Lập Biểu thức xác định độ hụt khối của hạt nhân nguyên tử Hê-li? H. Năng lượng tỏa ra khi tạo thành 1 hạt ? H. Để được 1 mol Hê-li, phải tổng hợp bao nhiêu hạt Hê-li, năng lượng tỏa ra tính thế nào? -Hướng dẫn HS tính toán, lưu ý việc chuyển đổi đơn vị. -Trả lời câu hỏi: +Hạt nhân nguyên tử có kí hiệu cấu tạo: 42 He . Chỉ ra Z = 2; N = 2. + Lập Biểu thức: (2 2 ) p nm m m m    + Khi tạo thành 1 hạt , năng lượng tỏa ra: W1 = mC2. + Một mol Heli có NA hạt Heli. Năng lượng tỏa ra: W = NAW1. -Cá nhân thực hiện tính toán, tìm kết quả, so 6 19 21 931,5 ;1 10 ;1 1,6.10 MeVu MeV eV eV J C    sánh kết quả với bạn. Hoạt động 4. (5’) Hướng dẫn về nhà: -Hướng dẫn HS chuẩn bị BT trang 266 (SGK) và bài tập SBT. -Đọc và tìm hiểu trước nội dung bài 53: Phóng xạ. Xem lại phép toán logarit. IV.Rút kinh nghiệm- Bổ sung: