Giáo án Vật lý Lớp 12 - Phản ứng hạt nhân

PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I / MỤC TIÊU : Hiểu phản ứng hạt nhân. Nắm được các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân để viết đúng các phản ứng hạt nhân. Hiểu quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ. Hiểu và tính được năng lượng trong phản ứng hạt nhân. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Bảng tuần hoàn 2 / Học sinh : Ôn tập phản ứng hóa học và các định luật bảo toàn đã học trong cơ học. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát đồ thí nghiệm 72.1 HS : Nêu định nghĩa. HS : A + B  C + D HS : A và B là các hạt tương tác, C và D là các hạt sản phẩm. HS : A  B + C HS : A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con, C là hạt  hoặc  HS : Frédéric và Irène Joliot  Curie Hoạt động 2 : HS : Viết phương trình phản ứng hạt nhân có đầy đủ các số khối. HS : A + B  C + D HS : Xem SGK trang 300. HS : Xem SGK trang 300. HS : Xem SGK trang 300. HS : Xem SGK trang 301. GV : Giới thiệu sơ đồ thí nghiệm của Rutherford GV : Phản ứng hạt nhân là gì ? GV : Phản ứng hạt nhân có thể viết dưới dạng tổng quát như thế nào ? GV : Nêu tên gọi các hạt. GV : Sự phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân. GV : Giới thiệu phản ứng hạt nhân nhân tạo đầu tiên. GV : Phản ứng hạt nhân là một quá trình vật lý, trong đó hệ các hạt tương tác A và B được xem là hệ kín, nên ta có các định luật bảo toàn sau đây : GV : Phát biểu nội dung định luật bảo toàn số nuclôn ( số khối ). GV : Phát biểu nội dung định luật bảo toàn điện tích ( nguyên tử số ). GV : Định luật bảo toàn năng lượng. GV : Định luật bảo toàn động lượng. Hoạt động 3 : HS : 42 He HS : A  4 HS : Z  2 HS : Lùi 2 ô trong bảng tuần hoàn. HS : 01 e HS : A HS : Z + 1 HS : Tiến 1 ô trong bảng tuần hoàn. HS : 01 e HS : A HS : Z  1 GV : GV nhấn mạnh cho học sinh thấy không có sự bảo toàn về khối lượng. GV : Viết phương trình phân rã . GV : Hạt nhân con có số khối được xác định như thế nào ? GV : Hạt nhân con có nguyên tử số được xác định như thế nào ? GV : Em có nhận xét gì về vị trí của hạt nhân con trong bảng tuần hoàn ? GV : Viết phương trình phân rã  . GV : Hạt nhân con có số khối được xác định như thế nào ? GV : Hạt nhân con có nguyên tử số được xác định như thế nào ? GV : Em có nhận xét gì về vị trí của hạt nhân con trong bảng tuần hoàn ? GV : Viết phương trình phân rã  +. GV : Hạt nhân con có số khối được xác định như thế nào ? GV : Hạt nhân con có nguyên tử số được xác định như thế nào ? HS : Lùi 1 ô trong bảng tuần hoàn. Hoạt động 4 : HS : Tổng khối lượng của các hạt nhân tương tác lớn hơn tổng khối lượng của các hạt nhân tạo thành. HS : Tổng khối lượng của các hạt nhân tương tác nhỏ hơn tổng khối lượng của các hạt nhân tạo thành. GV : Em có nhận xét gì về vị trí của hạt nhân con trong bảng tuần hoàn ? GV : Khi nào thì phản ứng tỏa nhiệt ? GV : Giới thiệu công thức xác định năng lượng tỏa. GV : Khi nào thì phản ứng thu nhiệt ? GV : Giới thiệu công thức xác định năng lượng thu. IV / NỘI DUNG : 1. Phản ứng hạt nhân a) Định nghĩa Phản ứng hạt nhân là tương tác giữa hai hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác. A + B  C + D trong đó A, B là các hạt tương tác, còn C, D là các hạt sản phẩm. Sự phóng xạ A  B + C trong đó A là hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con và C là hạt  hoặc  b) Phản ứng hạt nhân tạo nên đồng vị phóng xạ nhân tạo 2. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân a) Định luật bảo toàn số nuclôn (Số khối A) : Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn của các hạt tương tác bằng tổng số nuclôn của các hạt sản phẩm. b) Định luật bảo toàn điện tích : Tổng đại số các điện tích của các hạt tương tác bằng tổng đại số các điện tích của các hạt sản phẩm. c) Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần : Tổng năng lượng toàn phần của các hạt tương tác bằng tổng năng lượng toàn phần của các hạt sản phẩm. 3. Quy tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ a) Phân rã  4 '2 'A AZ ZX He Y  Trong phân rã , so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con “lùi” hai ô trong Bảng tuần hoàn b) Phân ra - 0 ' 1 ' A A Z ZX e Y    Trong phân rã -, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con tiến một ô trong Bảng tuần hoàn. c) Phân rã + 0 '1 'A AZ ZX e Y  Vậy quy tắc dịch chuyển của phân rã + là : Trong phân rã +, so với hạt nhân mẹ thì hạt nhân con lùi một ô trong Bảng tuần hoàn. d) Phân rã  Phân rã này không làm biến đổi hạt nhân mà đi kèm các phân rã  và . Nếu hạt nhân con sinh ra ở trong trạng thái kích thích, thì nó chuyển từ mức kích thích E2 xuống mức thấp hơn E1, đồng thời phóng ra một phôtôn có tần số f xác định bởi hệ thức E2 – E1 = hf. Hiệu E2 – E1 có trị số lớn, nên phôtôn  phát ra có tần số rất lớn và bước sóng rất nhỏ ( < 10-11m) 4. Năng lượng trong phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân A + B  C + D vì các hạt nhân A, B, C, D có các độ hụt khối khác nhau, nên tổng khối lượng nghỉ Mo = mA + mB của các hạt nhân A + B không bằng tổng khối lượng M = mC + mD của các hạt nhân sinh ra C + D. a) M < Mo Phản ứng tỏa một lượng năng lượng Q = (Mo – M)c2 dưới dạng động năng của các hạt C và D, hoặc năng lượng của phôtôn . b) M > Mo Tổng năng lượng nghỉ của các hạt A + B, nhỏ hơn tổng năng lượng nghỉ của các hạt sinh ra C + D. Do đó, phản ứng không thể tự nó xảy ra được. Muốn cho phản ứng có thể xảy ra ta phải cung cấp cho các hạt A và B một năng lượng W dưới dạng động năng. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 75 + 76