Giáo án vật lý 12 - Phản ứng hạt nhân

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I.MỤC TIÊU: 1) Kiến thức: - Nêu được phản ứng hạt nhân là gì. - Phát Biểu được định luật bảo toàn số khối, bảo toàn diện tích, bảo toàn năng lượng toàn phần và bảo toàn động lượng trong phản ứng hạt nhân. 2) Kĩ năng: - Viết được phản ứng hạt nhân và tính được năng lượng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng hạt nhân. II.CHUẨN BỊ: -GV: Chuẩn bị kiến thức lin quan và phiếu học tập để học sinh ôn bài. -HS: Ôn tập khái niệm phản ứng hóa học và các định luật bảo toàn cơ học. III.TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: 1) Kiểm tra: Kiểm tra 15’ tồn lớp: Giải Bài tập. Chất PHÓNG xạ Poloni 21084 Po PHÓNG xạ  và Bàiến đổi thành chì 206 82 Pb . Bàiết chu kì bn r của Poloni l 138 ngy. Ban đầu có 1gam chất phóng xạ Poloni. a) Sau bao lâu, lượng Poloni chỉ cịn lại 10mg. b) Độ phóng xạ ban đầu và khối lượng chì được tạo thành trong thời gian trên. 2) Giảng Bài mới: Tiết 1. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN – CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. Hoạt động 1: (20’) PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Trình by TÁN của Rơzơpho như SGK. H. Vậy phản ứng hạt NHÂN l gì? H. PHÓNG xạ cĩ phải l phản ứng hạt NHÂN khơng? -Trình by hai loại phản ứng hạt NHÂN v đưa ra phương trình phản ứng hạt NHÂN dạng tổng qut. Giải thích A, B, C, D của pt. H. Trường hợp phóng xạ, pt viết dưới dạng nào? Tên gọi của các hạt trong phương trình? H. Nu một VD về phản ứng hạt NHÂN trong tự nhin? -Tiếp nhận thông tin, suy nghĩ để trả lời câu hỏi. + Phản ứng hạt NHÂN l qu trình dẫn đến sự Bàiến đổi hạt nhân. -Cĩ thể HS chọn VD về PHÓNG xạ  của Radi 22688 Ra được GV giới thiệu trong bài phóng xạ: 226 4 222 88 2 86Ra He Rn  1) PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. a)Định nghĩa: SGK. b)Hai loại phản ứng hạt NHÂN. SGK. -Pt phản ứng dạng tổng qut: A + B → C + D Trường hợp phóng xạ A → B + C. A: hạt NHÂN mẹ. B: hạt NHÂN con. -GV nêu 2 VD để HS nhận ra quá trình phản ứng hạt NHÂN tổng qut v PHÓNG xạ. 4 14 1 17 2 7 1 8He N H O   210 0 210 83 1 84Bi e Po  -Từ pt VD tạo đồng vị phóng xạ 210 84 Po , GV trình by phản ứng hạt nhân tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo như SGK. Nêu VD: 1 238 239 0 92 92 239 210 93 94 4p n U U N P      -Ghi nhận về tầm quan trọng của phản ứng hạt nhân tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo. C: hạt  (hoặc ) c)Dùng hạt nhẹ (đạn) tương tác với hạt nhân (Bàia) tạo sản phẩm là hạt nhân (hoặc nuclon) người ta tạo được nhiều đồng vị phóng xạ NHÂN tạo. Hoạt động 2. (10’) CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. -Từ VD về phản ứng hạt nhân (đ nu), Yêu cầu HS nhận xt. H. Số nuclon và điện tích của các hạt trong phản ứng hạt nhân như thế nào? -Cần nhấn mạnh: hệ các hạt tương tác với nhau (A + B) xem là hệ kín. Do đó có thể áp dụng các định luật bảo toàn của cơ học cổ điển cho phản ứng hạt nhân. -Thảo luận, đưa ra kết luận: + Cĩ bảo tồn số nuclon. + Có bảo toàn điện tích . trong phản ứng hạt NHÂN. -Ghi nhận 4 định luật bảo Phản ứng hạt NHÂN l qu trình vật lí, hệ cc hạt tương tác xem là hệ kín nên ta có các định luật bào toàn: -Bảo tồn số nuclon. -Bảo toàn điện tích. -Bảo toàn năng lượng toàn phần. -Nu Câu hỏi C3, C4. H. Hy so snh phản ứng hạt NHÂN v phản ứng hĩa học. -Gv gợi ý HS viết một phản ứng hóa học, phân tích điểm giống v khc nhau của hai loại phản ứng. -Lưu ý với HS: không có định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng hạt nhân. toàn. -Trả lời Câu hỏi C3, C4. -Thảo luận nhóm, phân tích điểm khác Bàiệt giữa hai loại pt. Có thể phương án trả lời của HS. + cả 2 loại pt cĩ sự bảo tồn số nuclon. + pt hóa học: không có sự Bàiến đổi hạt nhân, chỉ ghép với nhau thành phân tử. + phản ứng hạt NHÂN cĩ sự Bàiến đổi hạt nhân, nguyên tố này Bàiến đổi thành nguyên tố khác. -Bảo toàn động lượng. *Không có bảo toàn khối lượng (nghỉ) trong phản ứng hạt nhân. Tiết 2. NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN. Hoạt động 1. (15’) PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TỎA NĂNG LƯỢNG. GV trình by phản ứng hạt NHÂN như SGK: A+B →C+D Xt phản ứng hạt NHÂN: m0 = mA+mB; m = mC+mD a) Xét trường hợp m < m0: H: năng lượng nghỉ của các hạt ở hai vế pt thế nào? Phản ứng này tỏa hay thu năng lượng? -Dùng pt Biểu diễn sự bảo toàn năng lượng toàn phần, GV trình by lượng năng lượng tỏa ra dưới dạng động năng các hạt sản phẩm. EA + EB = EC + ED + Wđ. H. Độ hụt khối của các hạt sinh ra như thế nào? Hy so snh tính bền vững của cc hạt NHÂN sinh ra với cc hạt NHÂN ban đầu? -Nêu VD một phản ứng tỏa năng lượng. Hướng dẫn HS tính năng lượng tỏa ra của phản ứng: 1 235 95 139 1 0 92 42 0 57 02n U M La n    -Thảo luận nhóm, dùng định luật bảo toàn năng lượng và hệ thức Anhxtanh, trả lời: +E0 =m0c2; E = mc2. vì E<E0 nên có một phần năng lượng tỏa ra dạng động năng hạt C, D. + Lập Biểu thức: W = (m0 - m)C2 -Tìm hiểu về độ hụt khối của các hạt sinh ra. +Vì m < mo: độ hụt khối hạt sinh ra lớn, năng lượng liên kết lớn, bền vững. -Thảo luận, mỗi nhĩm thực hiện việc giải Bài tốn p dụng: + Tính mo = mn + mU m = mMo + mLa + 2mn + Tính W = (mo – m)c2 W = 215MeV A+B →C+D Giả sử A, B đứng yên. Đặt: m0 = mA+mB; m = mC+mD là tổng khối lượng nghỉ các hạt A và B, các hạt C và D. Theo thuyết tương đối: tổng năng lượng nghỉ E0 và E của các hạt tương tác và các hạt sản phẩm: E0 = m0c2; E = mc2. a)Trường hợp m < mo: Ta có E < E0: Phản ứng tỏa ra một năng lượng bằng: W = (mo – m)c2 dưới dạng động năng hạt C, D. -Hạt C, D sinh ra có độ hụt khối lớn, bền vững hơn các hạt ban đầu A, B. Hoạt động 2: (15’) PHẢN ỨNG THU NĂNG LƯỢNG: H. So sánh tổng năng lượng toàn phần E0 của các hạt A+B và tổng năng lượng nghỉ E của cc hạt C, D? Phản ứng cĩ xảy ra khơng? H. Muốn phản ứng xảy ra phải có điều kiện gì? -GV giới thiệu năng lượng Câung cấp dưới dạng động năng hạt A, B (có thể dùng Biểu đồ minh họa) H. Viết Biểu thức tổng năng lượng thu vào của các hạt A v B? H. Độ hụt khối của các hạt sản phẩm C và D thế nào? So sánh tính bền vững của các hạt sinh ra và các hạt ban đầu? -Giới thiệu 1 phản ứng thu năng lượng, hướng dẫn hs tính năng lượng cần Câung cấp: -Thảo luận nhĩm, phn tích: m > mo + E > E0: phản ứng không tự xảy ra, phải Câung cấp năng lượng. +Câung cấp cho A, B năng lượng dạng động năng. -Phân tích sơ đồ, xác định năng lượng Câung cấp cho phản ứng. b)Trường hợp m > mo: Ta cĩ E > E0: phản ứng không tự xảy ra, phải Câung cấp năng lượng W dưới dạng động năng hạt A và B. W = (m – mo)c2 + Wđ. Wđ: động năng các hạt C, D. Hạt sinh ra có độ hụt khối nhỏ, kém bền vững hơn các hạt ban đầu. 4 27 30 1 2 13 15 0He Al P n   Bỏ qua động năng hạt P v n. -Cc nhĩm giải Bài tập p dụng. +Tính 0 He Al P n m m m m m m      nhận thấy m > mo. +Tính W = (m – mo)c2 Hoạt động 3. (10’) HAI LOẠI PHẢN ỨNG TỎA NĂNG LƯỢNG. -Giới thiệu hai loại phản ứng tỏa năng lượng như SGK. -Cho VD về phản ứng nhiệt hạch, hướng dẫn HS nhận xét. 2 2 3 1 1 1 2 0H H He n   H. Hạt sản phẩm được tạo thành từ quá trình no? Số khối thế no? (so với cc hạt ban đầu). Có dễ thực hiện được phản ứng ở điều kiện bình thường không? -Nêu VD phản ứng phân hạch của Urani, hướng dẫn HS nhận xét: 1 235 94 140 1 0 92 38 54 02n U Sr Xe n    H. Hạt sản phẩm được tạo -Đọc SGK, phân tích theo hướng dẫn của GV. a) Phản ứng nhiệt hạch: Phản ứng tổng hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn. Phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao. VD: 2 3 4 11 1 2 0H H He n   b) Phản ứng phn hạch: Phản ứng tch một hạt NHÂN nặng tHÀNH hai hạt NHÂN nhẹ (có khối lượng cùng cỡ) tHÀNH từ qu trình no? -Gv phân tích về năng lượng liên kết riêng của hai phản ứng. -Giới thiệu 2 phản ứng tỏa năng lượng: + Nhiệt hạch. + Phn hạch. Hướng dẫn HS ghi nhân theo SGK. -Ghi nhận hai loại phản ứng tỏa năng lượng. VD: Phản ứng phn hạch của Urani: 1 235 94 140 1 0 92 38 54 02n U Sr Xe n    2) Củng cố - Hướng dẫn về nhà: (5’) - GV dùng câu hỏi TÁN Câuối bài để củng cố. Nhấn mạnh các trọng tâm của bài: Phản ứng hạt nhân, các định luật bảo toàn, năng lượng hạt NHÂN. - HS ghi nhận nội dung tổng kết Bài, những chuẩn bị cho tiết học sau. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: